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多功能环保垃圾箱

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    对于未来实现的多功能垃圾箱,环保智能。

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    附件2: 项目编号: 黑龙江省大学生创新创业训练计划项目 立项申请书 所属高校(盖章): 项目名称: 项目类别 □创新训练 □创业训练 负 责 人: 杨银鹏 指导教师: 所属学科: 起止时间: 项目经费: 填表日期: 黑龙江省教育厅制 填 表 说 明 一、立项申请书应按照本表格要求,逐项认真填写,内容必须实事求是,表达明确严谨,空缺处要填“无”。 二、“所属学科”按一级学科列出,跨学科最多写三个。 三、“项目成员”按照实际参与项目实施的人员填写。 四、材料规格:用A4纸双面打印(复印),左侧装订。 五、材料报送:申报材料需纸质材料和电子文档一并提交。 项目名称 多功能垃圾箱 所在院(系) 所属学科 起止时间 使用实验室 项目性质 □发明、设计 □基础性研究 □应用性研究 □社会调研 项目来源 □自主立题 □教师指导选题 项目负责人 姓名 学号 年级班级 所在院系/专业 联系电话 杨银鹏 项目组成员 指导教师 姓名 职称/职务 所属单位 联系电话 Email 一、项目实施的目的、意义 根据我国人口的不断增长和人民生活水平的提高,城市生活垃圾每年以8%左右的速度增长,这对我国城市的发展和人们的生活环境造成了很大的影响。据报道,中国历年垃圾的堆积量达60多亿吨,占用的土地面积超过5亿m­2,仅城市垃圾的年产生量约1.5亿吨,近200座城市发展到无适合场所堆放垃圾。虽然垃圾卫生填埋、垃圾发电、垃圾制沼气等技术为垃圾处理开辟了新途径,但在垃圾无害化处理之前,首要解决的问题是垃圾的分类收集和回收再利用,而在垃圾分类回收中起重要作用的垃圾箱样式和结构单一,不能较好地发挥分类回收的功能,并且由于人们对于垃圾的分类意识不够,导致很多垃圾不能及时的分类。由于普通的垃圾箱中的垃圾不能及时的处理,使垃圾外泄影响市容,更多的是降低了环卫工人的工作效率。对于高速发展的城市,存在许多的不确定因素,比如烟头进入了垃圾箱使垃圾燃烧,这给市民们带来了不安全因素,也是对环境的二次污染。由于以上因素,政府浪费许多的人力物力,因此设计集垃圾智能分类功能、垃圾箱装满播报功能、垃圾燃烧智能报警灭火功能、节能的多功能垃圾箱,对垃圾分类回收及市民的安全性具有重要作用。 关于多功能垃圾箱的设计,分为两个装放垃圾的箱体,一个是可回收垃圾,另一个为非可回收垃圾。通过采用太阳能电池板给蓄电池充电的方式可以有效地利用太阳能资源,减少了对其它电能的消耗。在垃圾桶的外部装有LED电子屏,能够通过荧幕宣传安全环保等知识,提高市民的安全环保意识;另一方面LED电子屏带有经济效应,对于产品有宣传作用,特别适合于拥挤的都市,还可以提高都市的科技水平。垃圾箱能够实现顶盖的自动开启和闭合,并且对垃圾箱内部进行设计,满足吸附物质对气味的清除,从而保证了垃圾桶的臭味不外流,保障了周围空气的清新,减少大气污染。还有垃圾箱有对自己周围的垃圾有自动吸尘的功能,对清洁街道有更有效的作用。 多功能垃圾箱还可以进行大小、功能、实用性的改良,从而满足家庭生活的需要。在价值上使众多家庭能够接受,为家庭带来能够满足家庭需求的多功能垃圾箱。实现性价比高的产品,是老百姓们所希望的。 二、项目研究现状与分析 由于人们以前过多的使用不可再生资源,导致资源匮乏,环境污染越来越严重。其中人类产生的生活垃圾更是占大部分,生活垃圾的分类处理成了目前的一大题。为了保护现有的不可再生资源和有效利用生活垃圾减少环境污染,当前世界上许多地方都对垃圾箱进行了智能设计,为人类带来方便的同时有效利用生活垃圾。 伦敦奥运会上的环保智能垃圾箱让人耳目一新,让许多人对垃圾箱有了新的认识。其功能有以下几点: 1. 垃圾箱配置了LED显示屏,滚动播出热点新闻、股市走向、天气预报等各种资讯。 2. 无线热点,所需的电能是由自身顶部的太阳能电池板提供。 3. 垃圾满了之后向卫生清理部门发送信息,以便通知清洁人员。 总体来说实现了智能垃圾箱的诸多功能,具有很高的科技性,但是造价同样不菲。现在市面上出现了各种各样的智能垃圾箱,可是功能单一,且价格昂贵,浪费家用电,不能达到环保的目的。 国内: 珠海市采用的智能垃圾箱,其主要功能是进行垃圾的压缩和太阳能充电,增加了垃圾箱的利用率,其垃圾箱不能进行垃圾的分类,需要人为地去判断可回收否,这导致有时不能彻底的进行垃圾分类。没有垃圾装满提醒功能,使环卫工人不能及时的处理垃圾。不能及时的进行垃圾燃烧时的处理,安全性需要提高。为市民的服务程度还是比较低,有待更新。 有些大学的科研也做过这项研究: 西藏大学:《新能源下多功能电子垃圾桶的设计与实现》张正桥 代森 梅卫龙 1. 智能压缩功能。2. 路灯照明功能。3. 应急充电功能。4. 太阳能供电功能。 邯郸学院:《智能垃圾箱》许树军 韩厦 潘立富 1.垃圾盖自动开闭。2.垃圾分类功能。 湖北民族学院:《关于多功能垃圾桶的设计》 李传海 余昌雄 徐世涛 1. 垃圾盖自动开闭功能。2.垃圾分类功能。3.垃圾压实功能。4.LED显示功能。 5.垃圾自动取出功能。 国外: 费城政府采用的智能垃圾桶,其主要功能是进行垃圾的压缩与垃圾装满后提醒环卫工人处理垃圾并且也具有太阳能充电功能。对此费城政府减省了人力物力,也为城市的建设更好的利用有利资源,科技城市的体现。费城与珠海面临同样的垃圾桶的安全性。 三、项目研究内容和目标 该项目研究的内容: 1:人靠近箱体,箱体外上部红外感应器接受到人时所发生的感应,继而使垃圾箱做出的动作(实现的功能)。并且规定是在箱体的一定范围内,还有是否存在各种环境因素的影响,这些都需要考虑进去。 2:箱体内金属检测,目的在于对金属垃圾与非金属,或者对垃圾的软硬程度进行分类,这都必须考虑在内。 3:电机驱动,这是垃圾分类的关键。选择适合的电机,首先要求电机的性能稳定,其次是对电能消耗尽量的少,还有箱体内部的设计对电机的利用率最高。 4:无线通信装置,当垃圾箱需要人为解决问题时所对人做出的信息响应,通知人需要干什么。其中重要的是通信的范围和对信息响应的目标(人、机构),信息响应的内容。 5:语音播放、LED屏幕提示,如果垃圾箱出现严重的燃烧问题,可以尽快的提醒箱体周围人,进而快速撤离,保障人的安全。安全期间,也可以带来某些经济效益或宣传更多的公益行为。 6:烟雾传感、换气装置,当垃圾燃烧达到怎样的烟雾浓度才会使通信装置发出求救信号,精确浓度的需要实验测得。换气装置是基于当空气减少时垃圾尽量的减少燃烧,使用多大的换气动力,也得进行实验测出。 7:箱体供电、电能分配,太阳能电池板发电是整个系统的能量来源,选用环保、性能高、耐用、经济的电池板这是非常重要的。夜晚时,垃圾箱需要蓄电池来为自己提供电能。电源模块,可以有效的分配各自实现功能的电压和控制电能的消耗。 8:太阳跟踪系统,对太阳的全天跟踪,达到利用太阳能的高效化。需要做出应付各种天气条件下的太阳跟踪。 总结: 在装置达到功能条件下,利用单片机智能控制各个功能模块所执行的动作,从而完成整个该功能的实现。并且在各个功能之间能有比较正确的连接,研究内容包括垃圾分类、垃圾装满提醒、垃圾桶灭火报警、垃圾桶吸尘、LED显示屏、太阳能电池板供电。 项目研究目标是实现内容中的各个功能,完善环保智能垃圾桶的功能,以最少的材料资源实现环保智能垃圾桶的效益价值。 4、 项目技术路线(方法)与进度 通过DYP-ME001A作为人体红外感应模块,得到人体的感应后将信号传输给单片机使电机驱动模块驱动RF-500TB电机打开垃圾箱盖,通过金属检测模块检测金属与非金属,从而单片机发出指令使电机驱动模块驱动RF-500TB电机进行垃圾的分类。各在两个垃圾分类箱中顶处设置四个红外对射感应器,检测垃圾箱是否装满,若装满将信号传输给单片机,单片机发出命令使ISD4003-04MP芯片语音模块发出语音和通信模块发出信息,提醒工人倒垃圾。在垃圾装满的同时LED显示屏会出现提醒市民此垃圾通已满的标语。同时为了安全性,如果垃圾燃烧了,那么垃圾箱内的烟雾传感器模块产生反应,传送给单片机,继而发出命令到自动灭火装置(抽气装置)同时发出警报,并且此命令通过通信模块给工人发送信息。环保智能垃圾箱的吸尘功能是对丢在桶周围一定范围的垃圾自动回收分类,需要的此装置设置为吸尘器与感应器的双功能。电能的供应我们采用太阳能电池板为整个垃圾箱供电。智能垃圾箱采用单片机STC89C52为核心控制整个单元器件。 一 .垃圾分类功能: 1.箱体外上部红外感应:利用DYP-ME001A作为人体红外感应模块。 (1)全自动感应:当有人进入其感应范围则输入高电平,人离开感应范围则自动延时关闭高电平,输出低电平。 (2)两种触发方式:L不可重复,H可重复。可跳线选择,默认为H。 (3)具有感应封锁时间:感应模块在每一次感应输出后(高电平变为低电平),可以紧跟着设置一个封锁时间,在此时间段内感应器不接收任何感应信号。此功能可以实现(感应输出间和封锁时间)两者的间隔工作,同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。 (4)工作电压范围宽:默认工作电压DC4.5V至20V。  (5)微功耗:静态电流65微安,特别适合干电池供电的电器产品。  (6)输出高电平信号:可方便与各类电路实现对接。 2.箱体内金属检测感应:金属检测模块采用电容式接近开关。 电容式传感器的感应面由两个同轴金属电极构成,很象“打开的”电容器电极,该两个电极构成一个电容,串接在RC振荡回路内。电源接通时,RC振荡器不振荡,当一目标朝着传感器感应面靠近时,电容容量增加,振荡器开始振荡。通过后级电路的处理,将振和振荡两种信号转换成开关信号,从而起到了检测有无物体存在的目的。该传感器能检测金属物体,也能检测非金属物体,对金属物体可以获得最大的动作距离,对非金属物体动作距离决定于材料的介电常数,材料的介电常数越大,可获得的动作距离越大。 3. 电机驱动模块:L298N为电机驱动模块。 L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是:工作电压高,最高工作电压可达46V;输出电流大,瞬间峰值电流可达3A,持续工作电流为2A;额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器,可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载;采用标准逻辑电平信号控制;具有两个使能控制端,在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端,使内部逻辑电路部分在低电压下工作;可以外接检测电阻,将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机,该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机,也可以驱动两台直流电机。 二 .垃圾装满提示功能: 1.红外对射感应模块:外对射模块专用来与对管940nm红外线发光管做为移动 物体检测或安装于可运动的装置上检测是否到达预设位置的一种传感器模块。 2.无线通信模块:无线模块CC1101。 此模块是SM46型号的无线通信,工作频率400~470MHz,信道数是160信道。数据传输格式8E1/8N1,用户接口方式为TTL接口/UART,模拟RS232接口,模拟RS485接口。调频方式GFSK,功能是双向发射/接收。 3. 语音模块: ISD4003系列语音录放芯片是美国ISD公司的新一代产品,适用于蜂窝电话及其他便携式语音产品。这个基于CMOS的芯片由片内晶振、抗混叠滤波器、自动静音功能、音频放大器和高密度的多层闪烁存储阵列等部分组成。它采用了ISD公司的专利技术:多级存储技术,不需A/D转换、D/A转换,直接把语音信号以接近原始模拟语音的形式存储在片内存储器中,较好地保持了语音信号中的有效成分,从而具有很高的录放音质量。同时,由于采用了不挥发的EPROM来存储录音信号,使得此芯片具有抗断电,可反复改写内容,耗电小等特点。ISD4003系列语音芯片采用了3V单电源供电,其工作电流的典型值为:录音时,ICC=25mA;放音时,ICC=15mA;节电状态下,ICC=1μA。存储录音信息可保持100年,可重复录音10万次。具有安静(无信号输入)时背景噪音衰减的自动静音功能。通过串行外设接口SPI或微传输线控制接口与外部微处理器或微控制器连接,可实现对语音芯片的更加灵活的控制,同时也减少了芯片的引出端数量,提高了芯片使用的灵活性和通用性。 三 .垃圾燃烧提示与灭火功能: 1.LED屏幕提示功能:点阵显示屏。 LED发光部分由LED(即发光二极管)拼装组成,优点是耗电量少,亮度高,工作电压低,驱动简单,寿命长,性能稳定。本系统LED屏控制采用矩阵键盘的人机互方式对LED屏的显示内容进行控制。系统用STC12C5A60S2单片机和控制卡,对其显示内容和显示方式进行控制。具体实现方式是,使用者先将显示内容存入SD卡内,再由矩阵键盘选择LED屏显示的时间和方式,最后STC12C5A60S2单片机调用控制卡读出SD卡中的显示内容并送至LED屏上按照设定好的方式显示出来。 2.换气装置模块灭火功能: 原理碳酸氢钠受热分解为水,二氧化碳,碳酸钠有利于灭火。由于换气装置将存储的碳酸氢钠吹散,充分使其受热更好的分解达到高效的灭火效果,风扇的转向不同呈现的效果不同吸/吹。 3. 烟雾感应模块:MQ-2烟雾传感器模块。 MQ-2烟雾传感器,在可燃气体或烟雾中MQ-2烟雾传感器的电阻会有相的变化。MQ-2、气敏元件由微型AL2O3、陶瓷管、SnO2、敏感层,测量电极和加热器构的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内,加热器为气敏元件提供了必要的工作条。封装好的气敏元件有6只针状管脚,其中4个用于信号取出,2个用于提供加热电。 四 .电能的提供: 1.电源模块: 电源电路是DC-DC升降压模块 3.5-28转1.25-26V 适配太阳能电池板 自动升降压。 2.太阳能电池板:蓄电池的作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来,到需要的时候再释放出来。太阳能蓄电池是‘蓄电池’在太阳能光伏发电中的应用。太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能,需要将家用太阳能发电所发出的直流电能转换成交流电能,因此需要使用DC-AC逆变器。 3.太阳电池板跟踪太阳最强光照系统:在白天时,太阳能电池板可以全天候的跟踪太阳的最强光照,达到对太阳能的充分利用。夜晚自动收起电池板,早上自动开启,完全自动。其中需要热感应装置,对太阳的热量进行感应。TC77是串联可访问数字温度传感器,特别适合于低成本、小尺寸应用。温度数据内部温度敏感元件转换得到,随时都可以转化成13位的二进制补码数字。和TC77之间的通信通过SPI和MICROWIRE可兼容接口完成。TC77有一个±12位的ADC,温分辨率为0.0625℃每最低有效位(LSB)(℃/LSB)。在+25℃到+65℃温度范围范围内,TC77可以精确到±1.0℃(最大值)。工作电流仅250μA(典型值)。可采用TC77的配置寄存器来激活低功耗的关断(Shutdown)模式,电流消耗仅为0.1μA(典型值)。由于尺寸小、成本低、使用方便,TC77是多种系统中温度管理的理想选择。自动调节角度装置,采用基部电机驱动齿轮旋转和上下伸缩压杆机构。 五、项目预期成果及说明 预期目标:在环保智能垃圾桶实现垃圾分类、垃圾装满通信提醒、垃圾桶灭火通信报警、垃圾桶吸尘、LED显示屏、太阳能电池板供电的功能的基础上增加垃圾压缩功能,此功能可以提高垃圾桶的利用率,减少环卫工人的数量,有效利用劳动力。 六、项目经费使用情况: 支出科目 金 额 备 注 合计: 七、审批意见: 指导教师 意见 指导教师签字: 年  月  日 学校专家组 意见 专家组长签字: 年  月  日 学校审核 意见 学校负责人签字: 盖 章: 年 月 日 教育厅 审核意见 盖 章: 年 月 日

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