基于物联网技术的垃圾桶智能管理系统设计与实现

1.5 显示模块、GPRS发送模块、监控中心 

用于实时显示垃圾桶现状、对检测中心信息进行发送、 实时监控垃圾桶各属性并做出相应处理。 

2 系统硬件结构设计 

系统硬件包括垃圾桶体机械结构和硬件控制电路两个部 分 [1,13-17]。其中桶体机械结构为一单一垃圾桶，能按照桶内不 同模块的设置作出相应的反应。系统硬件电路总体结构框图如 图 1 所示，包括电源模块、单片机最小系统、高度检测模块、 重力测量模块、温度监测模块、各检测中心控制模块、GPRS 报警短信发送模块、信息显示模块及处理模块。 

本系统的工作原理是 ：首先通过检测中心控制模块控 制各检测模块检测出桶内垃圾状态，同时通过信息处理模块 将垃圾信息进行计算、处理、整合为一条有用信息，再通过 GPRS 发送模块将信息发送到各种手持终端及控制中心终端 上，并将传送的信息利用显示模块进行显示。

3 系统功能的实现 

3.1 温度检测模块的实现 

模 块由多 个型 号为 DS18B20 的 温 度传感 器 连 接 到 AT89C51 单片机相应 I/O 口组成。在垃圾桶内部表面均匀安 装有多个型号为 DS18B20 的温度传感器，每个温度传感器负 责监测一定范围内温度变化的情况，当某个传感器检测到所 负责的范围温度大于或等于事先预设的温度，则触发单片机 最小系统动作，从而触发信息处理模块等一连串的动作，从而 实现温度检测。 

3.2 高度检测模块的实现 

模块由多个测距传感器 HC-SR4 与单片机最小系统连 接组成。在垃圾桶桶盖内侧均匀安装有多个测距传感器 HC- SR4，每个测距传感器负责一定的范围，当有 1/2 传感器检测 到所负责的范围垃圾高度大于或等于垃圾桶高度的 19/20，则 触发单片机最小系统动作，从而触发信息处理模块等一连串 的动作，进而实现对垃圾高度的检测。 

3.3 重力检测模块的实现 

该模块由多个小尺寸纽扣式微型称重传感器及单片机最 小系统连接组成。在垃圾桶桶底安装有 1 个压力传感器，当 该传感器检测到桶内垃圾的重量大于或等于事先预设的某一 重量时，则触发单片机最小系统动作，从而触发信息处理模 块等一连串的动作，进而实现对垃圾重量的检测。 

3.4 检测中心控制模块的实现 

该模块主要由型号为 AT89C51 的单片机及短信收发模块 GTM900C 组成，主要对本系统所包含的三大检测模块进行控 制，对检测到的数据进行收集并统计分析，形成文字信息存 储并交由华为出品的 GTM900C 开发板信息发送模块发送。 

3.5 自动报警模块的实现 

由 GTM900C 短信发送模块与 AT89C51 单片机相应 I/ O 口连接组成，主要是将上述检测中心通过三大检测模块得 到的文字信息传送到监控中心终端机及环卫工人手持终端上， 达到报警的目的。 

3.6 本系统主程序流程图 

图 2 所示为本系统主程序流程图。高度检测模块检测智 能垃圾桶内的垃圾高度，温度检测模块检测桶内垃圾温度， 重力检测模块检测桶内垃圾重量并将智能垃圾桶内的垃圾信 息传输给检测中心控制模块，如果垃圾桶的主控中心对垃圾信 息的处理结果显示该垃圾桶未满或未超重或温度未过高，则 说明垃圾桶正常工作 ；如果智能垃圾桶的垃圾信息表示该智 能垃圾桶已满、温度过高或超重，则检测中心控制模块通过 GPRS 发送装置将该智能垃圾桶已满、温度过高或超重的信息 传输给清洁人员携带的无线手持终端和终端机。相关人员对 垃圾桶状态进行处理和更新。主要程序指令有：

3.7 软件设计流程分析 

本系统采用结构化模块程序设计，所谓“模块”，其实质 就是指具有一定功能、相对独立的程序段。首先在编程过程中将所要完成的各个功能分别按模块编写和调试，当所有模 块调试成功以后，再将各个模块连接在一起整合形成系统。 

结构化模块程序设计的主要特点 ： 

（1）一个单独模块的程序编写、查错等比一个完整系统 的程序更容易 ； 

（2）模块化程序可以实现共享，一个模块化程序可被多 个任务在不同的条件下调用； 

（3）把输入和输出进行封装，可以减少程序不必要的重 复修改 ； 

（4）这样的设计不但有利于程序代码的优化和共享，而 且便于设计、调试和维护，同时也可以增强系统的可靠性。 

图 3 所示为主控制器的程序流程图。

4 结 语

本系统所设计的智能垃圾桶是智能家居的其中之一，本 设计不仅实现了非常环保的智能垃圾桶，同时也实现了对特定 区域垃圾桶的实时监控，这为公众的健康提供了保障，同时 也为减轻管理人员及环卫工人的工作负担发挥了积极的作用， 由于基于 AT89S51 单片机实现的垃圾桶智能管理系统成本低、 实用性强且功能完善，因此本系统具有良好的社会效益和经 济效益。