一、項目概述

　　1.1 引言

　　隨著科技發展的日新月異，生活垃圾已經成為影響環境，影響人類生活，甚至影響人類生存環境的重要因素。大街小巷，旅游景點，校園內部到處充斥著人類的生活垃圾，垃圾桶已經成為人們日常生活中常見的必備用品，每天長千上萬個環衛工人，垃圾回收車輛忙碌在回收處理垃圾的第一線。回收處理垃圾是一件費時費力的工作，每天需耗費大量的人力物力，然而有些垃圾桶卻不一定裝滿，卻也被回收，由此造成了對車輛人員油料的極大浪費。尤其是旅游景點，山路之上的垃圾桶，準確掌握這些垃圾桶的存儲狀況，對于節省人力物力將具有明顯的效果。

　　在這種需求之下，智能垃圾桶監測報警系統應運而生。智能垃圾桶報警系統采用傳感器檢測垃圾桶存儲狀況，并將之傳送到垃圾處理中心，及時掌握垃圾桶存儲狀況，準確處理垃圾。首先，垃圾桶中的智能傳感器將檢測垃圾桶的存儲狀況，如果垃圾桶已經裝滿，將通過無線智能模塊將垃圾桶的存儲狀況發送到垃圾回收處理中心，垃圾處理中心再根據情況及時派出人員處理垃圾，做到實時準確，節省人力物力。

　　1.2 創新點

　　（1）利用可再生資源-太陽能作為系統的供電系統，既節能又可靠。

　　（2）將語音直接下載到語音儲存電路內方便快捷；

　　（3）將Zigbee技術應用于垃圾桶遠程報警系統，它可以自組網絡。

　　（4）利用GPRS網絡遠程傳送信息，可靠快速。

　　二、需求分析

　　2.1 功能要求

　　智能垃圾桶遠程報警系統主要由RFD（簡易功能設備）和FFD（全功能設備）

　　RFD主要由電源模塊、語音模塊、系統主控模塊、Zigbee模塊、傳感器模塊五大部分組成。

　　（1）電源模塊

　　系統電源模塊有兩塊蓄電池，一塊太陽能接收板，有陽光時，太陽能接收板向蓄電池充電，同時為整個電路提供電源，陰天或光線不好時，蓄電池為整個電路提供電源。

　　（2）語音模塊

　　語音模塊主要由音頻下載電路、語音存儲電路以及音頻功放電路三部分組成。語音模塊主要完成以下三種功能：

　　①能夠將語音通過USB下載入存儲模塊；

　　②當有人靠近一定距離時，語音模塊自動提示；

　　③當人離開一定距離時，語音模塊再次啟動提示。

　　本裝置通過USB接口將MP3格式的提示音頻信息下載至語音存儲電路中。通過外放模塊進行播報。基于本模塊的應用需要，設計選用了側重于音頻信號處理的基于AT32UC3A的EVK110開發板作為開發平臺。

　　（3）系統主控電路

　　系統主控電路及按鍵顯示模塊主要完成系統頂層的綜合管理、功耗控制和信息存儲等功能，提高系統整體的自動化及智能化水平。

　　本項目采用高性能、低功耗的32位的AVR的AT32UC3A芯片作為系統微控制器，以實現對語音模塊﹑zigbee模塊﹑gprs模塊﹑傳感器模塊電路的控制。

　　（4）zigbee模塊

　　zigbee模塊主要完成以下兩個功能：

　　①自動搜索其他的RFD（簡易功能設備），組成星型網絡。

　　②把RFD信息傳送到FFD（全功能設備）。

　　利用zigbee技術可以快速，準確的把信息傳送，節省了設備間的連線。

　　（5）傳感器模塊

　　①檢測人扔垃圾的紅外傳感器用紅外壁障傳感器，此傳感器對環境光線抗干擾能力很強、是用一對紅外發射管與接收管完成探測距離，發射管發射出高頻的紅外線信號，當檢測到前方有障礙物（反射面）時，紅外線反射回來被接收管接收，此時指示燈亮起，經過電路處理后，輸出低電平信號，從而觸發語音提示系統，提醒人們將垃圾分類，人道正確的垃圾箱中。通過調節傳感器的VR1電位器可以調節檢測的距離。此傳感器的主要性能指標如下：

　　輸入電壓：4.0V -6.0V

　　輸入電流：小于15mA

　　輸出方式：數字量；（有紅外反射信號反饋時，輸出低平。）

　　可調距離：5cm~40cm、靈敏度高。

　　可調發射頻率：各個模塊調節在不同的發射頻率，可以同時使用多個模塊一起工作，相互不干擾。此傳感器性能穩定，工作模式簡單，是首選選擇。

　　②垃圾桶內用傳感器

　　采用OS806對射式紅外傳感器。OS806傳感器有原裝進口高發射的砷化鎵紅外發射管和高靈敏度的光敏晶體管組成，它是利用被檢測物對光束的遮擋，由同步回路選通電路，從而檢測物體的有無。而且這種傳感器價格便宜，對環境適應性強，非常適合在此系統中應用。

　　特點：

　　1、高可靠性，

　　2、響應速度快，光縫0.5mm，槽寬4mm，腳距9mm.

　　Ⅱ FFD主要由電源模塊、zigbee模塊、控制系統模塊、GPRS模塊四大部分組成

　　GPRS通信模塊

　　傳送距離遠

　　信息傳輸穩定

　　利用移動平臺把區域內垃圾箱的信息傳送到垃圾站。

　　本項目系統架構如圖1所示：

　　圖1 系統架構圖

　　其中RFD的構架圖如圖2所示：

　　圖2 RFD架構圖

　　其中FFD的構架圖如圖3所示：

　　圖3 FFD機構架構圖

　　2.2 性能要求

　　本項目要達到的性能指標：

　　（1）在光線充足的情況下，太陽能電池板可在12小時內將兩塊蓄電池充滿電同時對整個電路供電。已充滿電的蓄電池可在無光線時，確保垃圾桶檢測報警裝置至少正常工作72小時；

　　（2）經音頻功放電路處理，系統可播報符合實際要求的語音效果，雜音干擾少；

　　（3）zigbee模塊功耗低，反應靈敏激活發送僅15ms.能夠自組網絡，能容納200個以上的節點，廣播的形式發送信息避免交互應答，并且能夠避免信息碰撞。

　　（4）系統語音存儲電路容量大，具備至少存儲200多個節點地址信息和200多個垃圾箱的信息。

　　三、方案設計

　　3.1 系統功能實現原理

　　本設計以AVR的AT32UC3A芯片作為微控制器在此基礎上建立FFD和RFD，RFD利用太陽能電池板為整個裝置提供電源，在此基礎上搭建語音模塊、zigbee模塊、傳感器模塊等外圍電路，構成了基于太陽能垃圾箱信息系統。當有人丟垃圾時提供語音提示，并把垃圾箱內的信息傳送給FFD.實現垃圾箱的無人監管。FFD利用太陽能電池為整個裝置提供電源在此基礎上搭建zigbee模塊 GPRS模塊等構建起外圍電路。進行網絡管理，接收RFF傳送來的垃圾箱信息，并對信息加以分析，并把分析好的信息傳送到接收終端設備（手機）。

　　該系統不僅可以節省不可再生資源的使用量，更保護了環境，同時語音提示提高了垃圾的分類率，間接的提高了垃圾的回收利用。并且不必要線路連接節省了設備開支。該系統把信息及時的傳送給垃圾站，不必要派人專門監管，節省了大量的物理人力，并能保證垃圾箱隨時處理。

　　3.2 硬件平臺選用及資源配置

　　本系統選用基于高性能、低功耗AT32UC3A芯片的EVK110硬件平臺，主要選用了開發板的USB數據傳輸、AT32UC3A控制處理、MP3播放器等功能部分。利用其USB接口下載MP3格式的語音報站文件至語音存儲模塊，并利用MP3播放器播放信息內容，MCU則負責控制整個系統的工作過程。利用支持zigbee技術和GPRS進行信息的無線傳輸

　　3.3 系統軟件流程

　　系統軟件流程主要分為FFD主程序流程圖和RFD流程圖兩部分，RFD系統主程序流程圖主要完成語傳感器信號的接收、信號分析、 音文件的傳輸與保存、語音提示和zigbee模塊的激發。FFD主程序流程圖主要完成網絡管理、信息接收、信息分析和GPRS模塊的激發。

　　RFD系統的主流程圖如圖4所示：

　　圖4 系統主程序流程圖

　　FFD的程序流程圖如圖5所示：

　　圖5 FFD模塊流程圖

　　3.4 系統預計實現結果

　　基于Zigbee的垃圾桶遠程監控報警系統主要具有以下功能：

　　（1）系統電源模塊有兩塊蓄電池，一塊太陽能接收板，有陽光時，太陽能接收板向蓄電池充電，同時供整個電路用電，陰天或光線不好時，蓄電池為整個電路電源

　　（2） 當有人靠近扔垃圾時，雙語語音播報提示信息；

　　（3）當垃圾桶內垃圾已滿時，檢測發送模塊向信息收集模塊發送信息；

　　（4）Zigbee網絡收集各個垃圾桶的存儲狀況，將信息匯總，經過AVR模塊處理，將信息通過GPRS發送出去。

　　（5）信息處理中心接受發送的信息，掌握垃圾桶存儲狀況并作出精確處理。