一種基于NB—IOT的智能垃圾桶

潘鵬 胡運(yùn)峰 秦金志 陳天宇 張文文

摘 要：為了滿足現(xiàn)代城市發(fā)展的基本需要，且基于習(xí)總書記關(guān)于“綠水青山就是金山銀山”一些系列重要講話，由此提出基于NB-IOT技術(shù)的智能垃圾桶。本項(xiàng)目采用NB-IOT的通信方式，它屬于aa低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，具有廣覆蓋、低功耗、支持海量連接的特點(diǎn)。所以在其垃圾桶內(nèi)部增添一個物聯(lián)網(wǎng)感知系統(tǒng)，采用太陽能電池板供電，用單片機(jī)來控制紅外傳感器和氣味傳感器來實(shí)現(xiàn)功能，并用NB-IOT模塊將其信息發(fā)送給環(huán)衛(wèi)工人，收到信息后，由垃圾桶里的垃圾多少依次收取垃圾，提高環(huán)衛(wèi)工人的工作效率。

關(guān)鍵詞：NB-IOT；紅外傳感器；低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)；氣味傳感器

1 緒論

隨著中國城鎮(zhèn)化建設(shè)的高速發(fā)展，越來越多的高樓大廈正拔地而起，人們也更加重視城市的清潔衛(wèi)生。在城市的街道上，各式各樣的垃圾桶隨處可見，這方便了過往的行人，卻辛苦了環(huán)衛(wèi)工人。由于垃圾桶實(shí)在是太多了，很多時候當(dāng)環(huán)衛(wèi)工人挨個檢查遍布在大街小巷的垃圾桶時，卻發(fā)現(xiàn)有些垃圾桶的垃圾還未過半甚至僅有極少量垃圾，而一些早就被塞滿了的垃圾桶卻未能得到及時清理，這就造成了一些不必要的人力物力浪費(fèi)。與此同時，不正確的垃圾分類也會影響后續(xù)垃圾的處理方式，造成可回收垃圾的資源浪費(fèi)。因此，研發(fā)一個更加新型、環(huán)保的垃圾桶已成為一個重要研究課題，這對于更好地服務(wù)民眾具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 總體設(shè)計(jì)

一種基于NB-IOT的智能垃圾桶設(shè)置有：單片機(jī)[1]；氣味傳感器[2]與單片機(jī)電連接，單片機(jī)與窄帶物聯(lián)網(wǎng)通信模塊[3]電連接；窄帶物聯(lián)網(wǎng)通信模塊通過無線信號與云端服務(wù)器連接，云端服務(wù)器通過無線信號與移動終端連接；太陽能電池板通過導(dǎo)線與蓄電池連接，蓄電池通過導(dǎo)線與單片機(jī)、紅外傳感器、空氣質(zhì)量檢測器、異味傳感器、窄帶物聯(lián)網(wǎng)通信模塊電連接。

3 具體實(shí)施

本項(xiàng)目基于NB-IOT的智能垃圾桶如下圖所示，包括：1、單片機(jī)2、紅外傳感器3、空氣質(zhì)量檢測器4、異味傳感器5、窄帶物聯(lián)網(wǎng)通信模塊[4]6、太陽能電池板7、云端服務(wù)器8、移動終端9、垃圾箱頂蓋10、頂蓋的支撐柱11、垃圾箱。

太陽能電池板通過螺栓固定在垃圾箱頂蓋，垃圾箱頂蓋與頂蓋的支撐柱焊接固定，頂蓋的支撐柱與垃圾箱焊接固定。垃圾箱頂蓋通過螺栓固定有紅外傳感器、單片機(jī)、窄帶物聯(lián)網(wǎng)通信模塊?？諝赓|(zhì)量檢測器、異味傳感器與單片機(jī)電連接，單片機(jī)與窄帶物聯(lián)網(wǎng)通信模塊電連接，窄帶物聯(lián)網(wǎng)通信模塊通過無線信號與云端服務(wù)器連接，云端服務(wù)器通過無線信號與移動終端連接。太陽能電池板通過導(dǎo)線與蓄電池連接，蓄電池通過導(dǎo)線與單片機(jī)、紅外傳感器、空氣質(zhì)量檢測器、異味傳感器、窄帶物聯(lián)網(wǎng)通信模塊電連接。

作為優(yōu)選實(shí)施例，紅外傳感器采用 HC-SR501，空氣質(zhì)量檢測器采用TGS2600，異味傳感器[5]采用QS-01，窄帶物聯(lián)網(wǎng)通信模塊采用NB-IOT/GSM通訊模塊；窄帶物聯(lián)網(wǎng)通信模塊是基于華為Boudica芯片的系列NB-IoT模塊WH-NB71（高性能、低功耗的NB-IoT通訊模組WH-NB71。[4]產(chǎn)品支持B1/B3/B5/B8/B20頻段，超小尺寸封裝，全網(wǎng)通、全球范圍通用；支持CoAP透傳功能，支持TCP/UDP；可接入透傳云、電信云等云平臺，方便用戶設(shè)備更好傳輸。

4 項(xiàng)目優(yōu)點(diǎn)

傳統(tǒng)的垃圾桶需要環(huán)衛(wèi)工人一個一個的檢查是否裝滿，是否需要清理，而且在進(jìn)行垃圾回收時，還需要人工查看垃圾桶內(nèi)的垃圾種類，大大地增加了環(huán)衛(wèi)工人的工作負(fù)擔(dān)，當(dāng)人的手或物體接近投物口15cm時，垃圾桶自動開蓋，功能實(shí)現(xiàn)單一，并且開關(guān)蓋這一功能機(jī)械損耗程度很高，所以并不適實(shí)用。此項(xiàng)目在其缺點(diǎn)上進(jìn)行改進(jìn)：直接采用投物口未關(guān)閉的垃圾箱，減少垃圾箱的機(jī)械損耗，并且增加了一個垃圾檢測分類的物聯(lián)網(wǎng)感知系統(tǒng)，比如檢測垃圾是否裝滿，垃圾的氣味檢測等，對垃圾桶的后續(xù)開發(fā)奠定了很好的基礎(chǔ)。同時本項(xiàng)目具有模式創(chuàng)新和科技創(chuàng)新，可以很好的改變現(xiàn)有城市環(huán)衛(wèi)工作方式并為未來城市規(guī)劃、領(lǐng)導(dǎo)決策提供大數(shù)據(jù)支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1]李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ).北京：北京航航空大學(xué)出版社，2001.

[2]趙負(fù)圖.傳感器集成電路手冊，第一版.化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[3]趙艷薇.3GPP通過NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)蓄勢待發(fā)[J].通信世界，2016（17）：67.

[4]紀(jì)偉.NB-IOT 的發(fā)展現(xiàn)狀及運(yùn)營商發(fā)展策略[J].通訊世界，2016（21）：71-72.

[5]邊翠華，孫以材，潘國鋒.一種新型氣敏傳感器測量裝置.研究與開發(fā)，2009，04：14-17.

基金項(xiàng)目：重慶科技學(xué)院國家級大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目（編號：201811551004）

作者簡介：第一作者潘鵬，第二作者胡運(yùn)峰、秦金志、陳天宇、張文文。