CN105151595A - 一种基于微波感应技术的可移动侧滑式自动开盖垃圾桶 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于微波感应技术的可移动侧滑式自动开盖垃圾桶，包括滑盖，桶体和带四轮的底盘，桶体安装在带四轮的底盘上，桶体上安装有滑盖，滑盖包括两层固定支架和可滑动盖面，可滑动盖面夹在两层固定支架之间，滑盖上安装有微波定位装置和电磁机械控制装置，带四轮的底盘内安装有微处理器、电源装置、移动装置，桶体内安装有射频识别装置、蓝牙装置和智能提醒装置，微波定位装置、电磁机械控制装置、电源装置、移动装置、射频识别装置、蓝牙装置、智能提醒装置分别与微处理器相连。该垃圾桶无需人力开盖，卫生清洁；也无需人来示意开盖，智能化程度高，可以自动调整小范围偏差，使用起来更加自如随意。

Description

一种基于微波感应技术的可移动侧滑式自动开盖垃圾桶

技术领域

本发明涉及环保卫生设备，具体涉及一种基于微波感应技术的可移动侧滑式自动开盖垃圾桶。

背景技术

垃圾桶是人们生产生活中必不可少的东西，它对于人类自我生活环境的整理，废弃物的分类存放，处理和再利用都有着不可或缺的作用。在如今的信息化时代，电子信息技术的应用早已渗入到人们生活的方方面面，未来必将是一个信息化的物联网时代，传统的垃圾桶也必将向着自动化转变。

目前，市面上出现了不少自动开盖垃圾桶，比较先进的大致可以分为这样几类：

1、按钮电动式。

通常在垃圾桶上有几个按钮，其中一个按下后垃圾桶盖会电动打开，将垃圾放入垃圾桶内之后，一种是过几秒自动关闭桶盖，另一种则是需要再按下按钮桶盖关闭。

这种垃圾桶存在的弊端是，它其实还是需要手动接触的，只是不像传统意义上的以人力靠机械力矩通过力将桶盖打开，而是以电能通过机械力将桶盖打开；这一设计仅仅节省了人力，而开盖所需的人力本身就是微不足道的。

2、红外传感翻盖式。

这种垃圾桶通常不需要人接触，在卫生上得到了很好的保障。通常在垃圾桶顶部装有一个红外传感器，人通过在其上部挥动手臂或停留一段时间，使传感器采集到信号传到中央处理器，然后机械结构响应，打开桶盖。再将垃圾丢入，几秒后自动关闭。

这一种垃圾桶可能很少有人注意到这样一个细节，那就是翻盖式的垃圾桶的桶盖通常翻起后翻起角(翻起后盖面与关闭时盖面所成的夹角)大概在60°到80°之间，没办法到90°和大于90°，因为它是利用机械结构用杆将其拉起或顶起的，若翻起角过大，盖上盖子的时候还需要施加力将其拉回来，这样会使机械结构更加复杂，设计的时候为了省电，采用小于90°的翻起角，这样可以在关闭盖子时，通过掉电也就是停止施力的方式使其利用自身重力轻松盖上。当然，随即也带来三个弊端。其一，比较浪费电，一旦桶盖拉起，就一直在不断用电能维持桶盖的平衡使其维持在开盖角度上直到完成丢垃圾的动作；其二，垃圾桶作为家用办公用必需品本身就需要小巧实用，一般私用垃圾桶的进入面的截面积也不会很大，生活中经常有人丢垃圾丢不进去，还要弯腰捡起丢好几次。翻盖式垃圾桶，其盖面翻起后有夹角使其一部分投影在桶面内，其结构上减小了垃圾桶实际的有效入桶面积，给一些丢垃圾比较随意的人增加了难度；其三，翻盖式垃圾桶的桶盖运动轨迹或者说扫过的区域和垃圾扔进垃圾桶的区域有大部分重叠，而且还与红外感应区域有大部分重叠。也就是说，桶盖在打开时本身会一直停留在红外感应区，因此，其关闭桶盖的判断一定无法从是否还有感应信号来判断。而是通过设定一个预期人们丢垃圾的时间，到时自动关闭。如果使用者需要在同一时间段内多次丢垃圾，就会造成，要么被垃圾桶盖拒之门外，要么就得等它关上后，再重复之前的挥手示意之后，重新开盖。即使感应器能区分桶盖和垃圾的区别，要想在桶盖以一定角加速度和角速度下落的时候重新施力使其快速撑起也不是件容易的事。而像扇子一样一开一合，对于连续又不是不间断的接连而来的垃圾，有可能垃圾被盖子扇飞。

3、红外传感侧拉式。

这一类侧拉式开盖垃圾桶避免了翻盖式的区域重叠遮盖的问题，但是其感应灵敏度不高，响应速度慢。最大的问题是，该产品的使用还是对人有着这样那样的要求，不能做到足够的便捷。

以一个普通成人的平均身高来看，双臂自然下垂手指尖距地大概80-90cm，当双臂向身体四周任意方向摆起一定角度后，指尖离地大概有1m。一个家用普通小型垃圾桶高度也就在30-50cm之间，而垃圾桶上红外传感器的最大感应距离通常也就只有15-20cm。也就是说，大部分人使用这样的垃圾桶之前都是需要对其”点头哈腰伸手示意”的。

总之，现有技术的自动垃圾桶采用的红外传感技术离不开人，就是说无论它多么自动化多么智能，都需要人来影响它，感应到人才能工作，而垃圾桶的主要任务是装垃圾，有垃圾就应该工作这样才能脱离人而智能，红外传感完全考验的是人的反应和感觉，先要凑过去把盖子召唤开，再把握好时机丢垃圾。其实对人的体力脑力都有一定的消耗，并没有想象中那么的舒适；有时候反应慢了还要多挥几下手，等着它开盖，工作流程如图1所示。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中自动垃圾桶存在的问题，提供一种使人们生活更加方便省心的垃圾桶，具有感应功能、可移动的自动开、关桶盖的智能型垃圾桶。

本发明是这样实现的，一种基于微波感应技术的可移动侧滑式自动开盖垃圾桶，包括滑盖，桶体和带四轮的底盘，所述桶体安装在所述带四轮的底盘上，所述桶体上安装有滑盖，所述滑盖包括两层固定支架和可滑动盖面，所述可滑动盖面夹在两层固定支架之间，所述滑盖上安装有微波定位装置和电磁机械控制装置，所述带四轮的底盘内安装有微处理器、电源装置、移动装置，所述桶体内安装有射频识别装置、蓝牙装置和智能提醒装置，所述微波定位装置、电磁机械控制装置、电源装置、移动装置、射频识别装置、蓝牙装置、智能提醒装置分别与所述微处理器相连。

进一步地，所述可滑动盖面由根据所述桶体横截面形状划分的若干滑片组成，且所述滑片可以按照各自对应方向滑动，所述可滑动盖面为磁性材料。

进一步地，所述两层固定支架由上、下两层连体合金钢架组成。

进一步地，所述上、下两层连体合金钢架为圆环框架，所述可滑动盖面由等分的三个扇形滑片组成，夹在所述两层圆环框架之间。

进一步地，所述桶体由内桶、外桶组成，内桶设置在外桶中间，所述射频识别装置、蓝牙装置和智能提醒装置安装于所述内、外桶形成的夹层间，所述外桶的内侧通过PCB制版蚀刻有导线。

进一步地，所述微处理器选用MSP430。

进一步地，所述微波定位装置由三个微波传感器组成，安装在所述滑盖顶部边缘处。

进一步地，所述移动装置由舵机和直流电机驱动模块组成，所述舵机连接所述带四轮的底盘的两前轮作为转向轮，所述直流电机驱动模块连接所述带四轮的底盘的两后轮作为驱动轮。

进一步地，所述智能提醒装置是在所述内桶内侧一端的不同高度分别安装红外发射管，在另一端的对应高度分别安装红外接收管。

更进一步地，所述电磁机械控制装置由所述微处理器、所述可滑动盖面和所述上、下两层金属框架组成，所述微处理器控制所述上、下两层金属框架电流的变化。

本发明的工作流程如下：垃圾桶静止状态下，当有垃圾丢向垃圾桶，安装在垃圾桶滑盖顶部边缘的微波传感器会组网在垃圾桶上方一定空间内形成感应区域，垃圾进入感应区域，便能够收集到感应信号，微处理器接收到感应信号对其作出定位，同时作出应答反应，通过控制滑盖两层支架电流大小和方向变化产生磁场，使带磁性的可滑动盖面按预定方式快速作出滑开响应，垃圾进入桶内；在没有垃圾重复进入感应区域触发响应时，微处理器控制滑盖两层支架电流大小和方向致使磁场变化，导致滑盖的可滑动盖面快速地滑动关闭，实现垃圾桶自动开、关盖的功能；垃圾桶可移动状态下，当有垃圾要处理，可以用手机、平板等带蓝牙的电子产品与蓝牙模块配对连接，成功后弹出操作界面，可以进行远程遥控，由射频识别装置对垃圾桶进行室内定位，帮助垃圾桶移动到指定地点，实现定点召唤功能；如果扔来的垃圾有小偏差，则可以利用滑盖顶部边缘的微波传感器组网对扔来的垃圾实施雷达定位，并将信号传递给微处理器，微处理器作出反应控制直流电机驱动模块和舵机让带四轮的底盘进行移动，调整垃圾桶的位置，以保证顺利接住偏离的垃圾，实现自动修复偏差的功能，如图2所示。垃圾桶内垃圾装入量，可由在内桶不同高度处安置的红外对管进行实时监测，并通过屏幕显示出来，达到最大容量的90％会报警提示。

工作原理：利用多普勒微波感应及雷达定位测定垃圾的距离和速度，多个传感器组网测定其具体空间位置，实现定点召唤和自动修复偏离误差，通过微处理器对数据进行处理，做出应答反应，利用电磁感应及磁力机械控制实现磁性可滑动盖面的快速开合；利用红外对管技术检测桶内垃圾容量，及时报警；利用射频识别技术在移动中躲避障碍物，避免误判，以便成功到达指定地点；利用蓝牙技术实现远程遥控。

本发明的有益效果：

利用微波感应技术和微处理器对垃圾进行检测，垃圾桶可以主动帮人来“吃掉”垃圾，只需要随意往它上方丢就可以了，大大地方便了使用的主体人。

利用磁力机械控制技术以及微处理器来控制垃圾桶盖的开关，相对于纯机械控制而言，其能耗低，机械损耗小，机械应答快。

利用微波传感器组网实施雷达定位，定位范围稍大于垃圾桶自身面积，在一定的误差范围内，微处理器可以控制四轮调整垃圾桶的位置，保证顺利接住偏离的垃圾，自动修复小偏差。

四轮可自由移动的垃圾桶，除了确保误差范围内的垃圾能够准确入桶，还可以实现定点召唤的人性化操作。

利用射频识别技术对垃圾桶进行室内定位，以运动物体为唯一判据，可使其移动到指定地点，且避免误判和产生不断响应的死循环，

利用微波感应定位和微处理器控制，无需人力开盖，卫生清洁；也无需人来示意开盖，而是在有垃圾飞入趋势时才自动开盖，智能化程度高，使用起来更加自如随意。

利用安装红外对管和微处理器控制，可实现实时显示垃圾的容量，达到容量的90％会报警。

利用蓝牙控制和微处理器可实现多模式切换和远程遥控。

附图说明

图1为现有技术自动垃圾桶的基本使用流程图。

图2为本发明基本功能使用流程图。

图3为本发明的主要模块示意图。

图4为本发明整个***的基本结构关系图。

图5为本发明的微波和射频技术中关于雷达定位基本原理图。

图6为本发明的滑盖基本结构俯视图。

图7为本发明的电磁机械控制技术基本原理图。

图8为本发明的红外对管原理图。

其中：图5中1表示垃圾，A、B、C分别表示三个微波传感器。

具体实施方式

通过以下详细说明结合附图可以进一步理解本发明的特点和优点。所提供的实施例仅是对本发明方法的说明，而不以任何方式限制本发明揭示的其余内容。

如图2所示，本发明可以有两种使用状态，一是将垃圾桶固定放置在某个地方，此时轮子是锁死的；二是垃圾桶可自由移动，这时轮子是活动的。

实施例1、本实施例以圆柱形垃圾桶为例，如图3所示，一种基于微波感应技术的可移动侧滑式自动开盖垃圾桶，包括滑盖，桶体和带四轮的底盘，所述桶体安装在所述带四轮的底盘上，所述桶体上安装有滑盖，所述滑盖包括两层固定支架和可滑动盖面，所述可滑动盖面夹在两层固定支架之间，所述滑盖上安装有微波定位装置和电磁机械控制装置，所述带四轮的底盘内安装有微处理器、电源装置、移动装置，所述桶体内安装有射频识别装置、蓝牙装置和智能提醒装置，所述微波定位装置、电磁机械控制装置、电源装置、移动装置、射频识别装置、蓝牙装置、智能提醒装置分别与所述微处理器相连。

本发明微处理器采用的是TI公司生产的一款MSP430，其特点是：处理能力强、运算速度快、超低功耗、片内资源丰富、具有方便高效的开发环境。

本发明的电源装置使用的是Li电池，使用年限长、安全性高、节能、环保、无污染。

本发明的移动装置采用控制带四轮的底盘，其中两个轮子通过舵机控制方向作为转向轮，另两个轮子通过直流电机驱动作为驱动轮。电机驱动还自带唤醒功能，不移动的时候会自动休眠锁死，需要移动的时候可以进行唤醒，可供用户进行自由的工作模式切换。

本发明的微波定位装置和射频识别装置都是用于定位的，只是定位的主体不同，微波感应定位是对垃圾进行定位，而射频识别是用于对垃圾桶在房屋中的位置进行定位，其基本原理类似雷达定位。对垃圾的定位是为了快速反应打开桶盖，以及确保在一定误差范围内，垃圾能够准确入桶；对垃圾桶的定位是为了其之后的定点召唤等人性化功能服务。

本发明的蓝牙装置用于远程遥控，手机、平板、电脑任何一款带蓝牙的电子产品都可以与其配对连接，成功连接后会弹出操作界面，可以查看当前容纳量，选择运动模式，切换手动或者自动模式等。

本发明的电磁机械控制装置利用了同性相斥异性相吸的原理。

本发明的智能提醒装置带有定点召唤功能，并且通过红外传感能够实时显示当前容纳量，达到最大容量的90％时还会有警报灯提示。

如图4所示，三个组网的微波传感器将信号传递给微处理器，微处理器通过其运算单元对信号进行处理、运算、分析和建模，以最快的速度控制机械结构做出相应的响应。微波传感器的数据和射频识别定位的结果，运算单元建模后的数据信息一并通过蓝牙与用户进行共享，通过这些数据的共享，用户根据自己的需求进行一定的操作，这些指令也能通过蓝牙传到微处理器，进行下一步的控制与执行。

以下的推导给出微波传感器如何实现实位功能，图5所示，图中1为垃圾，其待求坐标设为(x,y,z)，图中A、B、C三个点代表三个分布于桶盖顶部边缘处的传感器，其坐标一次设为A(x1,y1,z1)、B(x2,y2,z2)、C(x3,y3,z3)，根据传感器采集到的信号，得到了物体到各个传感器的距离，依次设为s1、s2、s3；因为A、B、C三点都在X-Y平面也就是桶盖面上，所以有z1＝z2＝z3＝0。

可列出以下方程组：

$\left\{\begin{array}{c}\sqrt{{(x-x1)}^2+{(y-y1)}^2+z^2}=s1\\ \sqrt{{(x-x2)}^2+{(y-y2)}^2+z^2}=s2\\ \sqrt{{(x-x3)}^2+{(y-y3)}^2+z^2}=s3\end{array}\right.$

根据实际情况(z>0)可解得唯一一组解。即确定了物体的空间位置。

本发明的机械部分主要由两部分组成。一部分是移动装置，它类似于四轮小车，两前轮转向，两后轮驱动。

另一部分就是滑盖，如图6所示，滑盖基本结构俯视图，上、下两层连体合金钢架为圆环框架，可滑动盖面由等分的三个扇形滑片组成，夹在两层圆环框架之间，可按照各自对应方向滑动，向内滑动，桶盖闭合；向外滑动，桶盖打开。

如图7所示，电磁机械控制技术基本原理图，夹在两层圆环框架之间的可滑动盖面为磁性材料，外部电流大小和方向不同，上、下两层合金钢架的磁学极性也不同，如图上半部分，合金钢架上下层的极性为N，此时正好与可滑动盖面外侧部分的S极相吸引，可滑动盖面闭合；如图下半部分，合金钢架上下层的极性为S，此时正好与可滑动盖面内侧部分的N极相吸引，可滑动盖面打开；微处理器通过控制电流方向的改变，导致上、下层极性的改变，从而达到控制可滑动盖面快速开闭的目的。

如图8所示，垃圾桶的内桶剖面图，主要反映红外传感监测原理。

在内桶内侧一端的不同高度安装一系列红外发射管，发射方向指向同平面的圆心方向，在内桶内侧对面的另一端对应安装一系列红外接收管，当接收管能够收到发射管所发出的信号时，说明路径上无遮挡物，此时桶内垃圾未超过该红外对管所在高度；当接收管无法接收到发射管所发出的信号时，说明该路径上有物体遮挡，此时桶内垃圾已经达到了该红外对管所在的高度。

本发明的工作流程如下：垃圾桶静止状态下，当有垃圾丢向垃圾桶，安装在垃圾桶滑盖顶部边缘的微波传感器会组网在垃圾桶上方一定空间内形成感应区域，垃圾进入感应区域，便能够收集到感应信号，微处理器接收到感应信号对其作出定位，同时作出应答反应，通过控制滑盖两层支架电流大小和方向变化产生磁场，使带磁性的可滑动盖面按预定方式快速作出滑开响应，垃圾进入桶内；在没有垃圾重复进入感应区域触发响应时，微处理器控制滑盖两层支架电流大小和方向致使磁场变化，导致滑盖的可滑动盖面快速地滑动关闭，实现垃圾桶自动开、关盖的功能；垃圾桶可移动状态下，当有垃圾要处理，可以用手机、平板等带蓝牙的电子产品与蓝牙模块配对连接，成功后弹出操作界面，可以进行远程遥控，由射频识别装置对垃圾桶进行室内定位，帮助垃圾桶移动到指定地点，实现定点召唤功能；如果扔来的垃圾有小偏差，则可以利用滑盖顶部边缘的微波传感器组网对扔来的垃圾实施雷达定位，并将信号传递给微处理器，微处理器作出反应控制直流电机驱动模块和舵机让带四轮的底盘进行移动，调整垃圾桶的位置，以保证顺利接住偏离的垃圾，实现自动修复偏差的功能，如图2所示。垃圾桶内垃圾装入量，可由在内桶不同高度处安置的红外对管进行实时监测，并通过屏幕显示出来，达到最大容量的90％会报警提示。

Claims (10)

1.一种基于微波感应技术的可移动侧滑式自动开盖垃圾桶，包括滑盖，桶体和带四轮的底盘，所述桶体安装在所述带四轮的底盘上，所述桶体上安装有滑盖，其特征在于：所述滑盖包括两层固定支架和可滑动盖面，所述可滑动盖面夹在两层固定支架之间，所述滑盖上安装有微波定位装置和电磁机械控制装置，所述带四轮的底盘内安装有微处理器、电源装置、移动装置，所述桶体内安装有射频识别装置、蓝牙装置和智能提醒装置，所述微波定位装置、电磁机械控制装置、电源装置、移动装置、射频识别装置、蓝牙装置、智能提醒装置分别与所述微处理器相连。

2.根据权利要求1所述的基于微波感应技术的可移动侧滑式自动开盖垃圾桶，其特征在于：所述可滑动盖面由根据所述桶体横截面形状划分的若干滑片组成，且所述滑片可以按照各自对应方向滑动，所述可滑动盖面为磁性材料。

3.根据权利要求1所述的基于微波感应技术的可移动侧滑式自动开盖垃圾桶，其特征在于：所述两层固定支架由上、下两层连体合金钢架组成。

4.根据权利要求2和3所述的基于微波感应技术的可移动侧滑式自动开盖垃圾桶，其特征在于：所述上、下两层连体合金钢架为圆环框架，所述可滑动盖面由等分的三个扇形滑片组成，夹在所述两层圆环框架之间。

5.根据权利要求1所述的基于微波感应技术的可移动侧滑式自动开盖垃圾桶，其特征在于：所述桶体由内桶、外桶组成，内桶设置在外桶中间，所述射频识别装置、蓝牙装置和智能提醒装置安装于所述内、外桶形成的夹层间，所述外桶的内侧通过PCB制版蚀刻有导线。

6.根据权利要求1所述的基于微波感应技术的可移动侧滑式自动开盖垃圾桶，其特征在于：所述微处理器选用MSP430。

7.根据权利要求1所述的基于微波感应技术的可移动侧滑式自动开盖垃圾桶，其特征在于：所述微波定位装置由三个微波传感器组成，分别安装在所述滑盖顶部边缘处。

8.根据权利要求1所述的基于微波感应技术的可移动侧滑式自动开盖垃圾桶，其特征在于：所述移动装置由舵机和直流电机驱动模块组成，所述舵机连接所述带四轮的底盘的两前轮作为转向轮，所述直流电机驱动模块连接所述带四轮的底盘的两后轮作为驱动轮。

9.根据权利要求1和5所述的基于微波感应技术的可移动侧滑式自动开盖垃圾桶，其特征在于：所述智能提醒装置是在所述内桶内侧一端的不同高度分别安装红外发射管，在另一端的对应高度分别安装红外接收管。

10.根据权利要求1、2和3所述的基于微波感应技术的可移动侧滑式自动开盖垃圾桶，其特征在于：所述电磁机械控制装置由所述微处理器、所述可滑动盖面和所述上、下两层金属框架组成，所述微处理器控制所述上、下两层金属框架电流的变化。