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摘 要：基于STM32单片机，利用 AI图像识别技术，语音播报模块、红外接近传感器、舵机、 GPS、ESP8266 WIFI模块通信等对垃圾桶进行控制，快速判断垃圾桶是否满载和垃圾具体位置。通过硬件装配和软件的结合实现实时检测、垃圾分类、开闭、满载提示以及消毒处理等功能。

关键词：STM32；ESP8266WIFI模块；GPS；AI图像识别控制模块

前 言

我国正处于科技水平发展阶段，智能设备不断普及。如今人们工作繁忙，会忽视垃圾的分类，获取垃圾分类的知识途径有限。对大量垃圾进行处理既繁琐，还存在很多安全隐患。区别于普通垃圾桶，只能提供简单的装载功能，本文设计了一款基于STM32单片机的智能垃圾桶，利用ESP8266 WIFI、GPS模块、 AI图像识别控制模块实现无线测距和定位等，实现垃圾分类、解决垃圾溢出等问题。建立一个智能系统，使软硬件交流，实现功能。

1 智能垃圾桶设计方案

本项目以STM32F103为智能垃圾桶系统的主控CPU，通过GPS定位系统、Pixy（CMUCAM5）图像识别模块对垃圾进行分类。红外传感器、舵机自动驱动垃圾桶的投递口，ESP8266 WIFI模块实现软件和硬件设备的互联互通[1]，实现软硬件数据连通。该垃圾桶内部被分为两部分，便于两个舵机旋转分类。Pixy图像识别模块进行垃圾识别，由单片机对Pixy图像识别模块识别出的数据进行分析，通过主控制器CPU进行处理识别出可回收垃圾，从而控制舵机进行驱动。垃圾投递口安装红外识别传感器，当投递者或所投物在距投递口10-20cm范围，投递口自动打开，垃圾桶自动识别垃圾的位置并分类。垃圾投入5秒后，自动关闭投递口。垃圾桶顶部安装超声波传感器和温度传感器，当垃圾桶满载时，超声波探测距小于0.3 m，通过ESP8266 WIFI模块提示工作人员进行处理；温度过高时易滋生细菌，智能垃圾桶直接进行消毒或通知相关人员处理。

2 智能垃圾桶各个功能模块设计

2.1 主控芯片。本本设计以单片机STM32F103为核心。STM32以ARM核心32位MCU系列为核心，采用标准ARM架构的Cortex-M内核。其主要优势在于能够运行实时操作系统，具有高性能、低电压、低功耗、创新内核和外设等特点[2]。

2.2 图像识别模块。图像识别使用特征算法，Pixy基于色调过滤算法来识别物体[3]。当感应到LED颜色与对象颜色非常接近时，保存对象的颜色状态。也可通过云服务器把相应的图片放入服务器，通过ESP8266 WIFI模块进行数据传输。当Pixy “学会”了物体，便可追踪具有相同颜色的物体，从而提高垃圾识别速度。

2.3 传感器模块。1.红外传感器。红外探测模块用于开启垃圾桶投递口，发射管发射一定频率的红外线，当距桶口10-20cm有物体时，接收管接收，驱动舵机开启投递口。通过单片机计算，5秒内无物体进入，自动关闭。红外传感器具有低压工作、低干扰、高灵敏度等优点。2.温湿度传感器。利用温湿度传感器对垃圾桶内部的温度和湿度进行检测，避免湿度过高导致细菌繁殖，温度过高引起燃烧。监测圾桶内部湿度过高，将自动清洁并通过消毒装置自动消毒。3. VOC气体传感器。VOC气体传感器能检测有机物的气味，结合图像识别，通过STM32单片机对数据进行分析，实现垃圾分类。

3 智能垃圾桶的硬件原理图

智能垃圾桶硬件以STM32为主控芯片驱动整个电路和各传感器模块，包括电源、AI图像识别模块、舵机控制接口、紫外线消毒接口、传感器接插等。

4 整体外观设计构造

舵机模块是打开和关闭模式，用于垃圾投递区和内部垃圾分类。垃圾桶分为可回收和不可回收两部分。顶部的投递口由红外线感应器感应，舵机开合时有一块显示屏，显示并播报所投物品。投递口的驱动装置采用不锈钢滑板。分类口舵机使用两个方向舵，分别打开可回收和不可回收垃圾部分。垃圾投放区呈扇形，两侧设橡胶条，方便处理粘到垃圾区的垃圾，使垃圾全部进入相应的储存区。

5 ESP8266WIFI模块和GPS定位

ESP8266是一款独立完整运行的WiFi网络解决方案，利用ESP8266实现灵活的组网方式和网络拓扑结构。ESP8266还具有透传功能，Host通过uart向ESP8266发送数据，ESP8266再通过无线网络传输由无线网络接收的ESP8266数据。在公共区域使用GPS，可实时知道相应的位置，方便相关人员准确处理垃圾。

6 智能垃圾桶软件设计

智能垃圾桶Android Studio软件开发基于手机，电脑等终端开发。它的主要功能有：1.实现垃圾桶内部的容量检测，避免垃圾溢出。2.利用GPS检测垃圾位置，当原定位置出现偏差时可及时修正。3.检测垃圾桶的各个功能模块是否正常工作，当发现异常时，APP提示相应模块故障。4.智能垃圾桶控制界面，可开启和关闭垃圾桶，也可控制垃圾桶内部的消毒处理等。5.图像识别系统，若存在无法识别的物体，系统向软件提示，由工作人员通过APP更新垃圾信息。

结 语

本文以STM32单片机为核心，设计一款面向公共区域的智能垃圾桶，以更智能的方式处理垃圾并提高垃圾的分类和回收效率。通过智能化方式，普及垃圾分类知识、提高环保意识。该智能垃圾桶的推广，使公共区域垃圾管理更便捷。

参考文献

[1] 朱松林，崔忠伟，帅莽莽，盛升.基于物联网技术的垃圾桶智能管理系统设计与实现[J].物联网技术，2015，5（12）：53-55.

[2] 王晓彦.STM32单片机原理及硬件电路设计[J].南方农机，2020，51（14）：163-164.

[3] 张桂红.基于Pixy Cmucam5图像识别传感器的物品分拣装置[J].电子制作，2016（20）：7.

作者简介：杨翔伟（2001年- ），男，汉族，四川南充人，本科，研究方向：单片机开发、PCB版图制作。

周琦宾（1995年- ），男，汉族，四川宜宾人，硕士研究生，助教，研究方向：电路分析、数据分析。

杜婷婷（2004年- ），女，汉族，四川凉山人，本科，研究方向：嵌入式技术与应用。

基金项目：2022年省级大学生创新创业训练计划项目，物联网公共智能垃圾桶，项目编号：S202214037049。