绿色智能垃圾桶 李威.doc

绿色智能垃圾桶1. 设计目的 垃圾桶是校园生活中的必需品，然而现在校园里的垃圾桶多为简单的桶状容器，必须手动套袋，手动打包，极不卫生，特别是一些很脏、有毒、有异味的垃圾，对校园环境和环卫人员的身体健康有一定影响。 绿色智能垃圾桶集微电脑控制、红外传感、机电一体化等先进技术于一体，以机械的方式实现自动感应开盖、自动打包、自动换袋的全自动化操作，真正达到了保护校园环境、杜绝对使用者存在卫生感染隐患的目的。2. 工作原理 （1）开盖机构开盖部分采用曲柄摇杆机构，如图1所示。曲柄转过一定角度，摇杆刚好转过90，从而实现盖子的开合。可采用红外传感器来感应是否有人接近，然后通过单片机来控制直流电动机的正、反转，达到自动感应开盖的目的。 图1 开盖机构（2） 夹持袋子机构为了用夹子将垃圾袋张开，将四个夹子分成两组，要求每组的两个夹子实现基本同步运动。经综合考虑，决定采用双曲柄联动摇杆机构。（3）同步带传动机构为了实现大行程的水平竖直传动，采用同步带传动机构。同步带传动具有传动平稳、造价低、零件标准化等特点，适合选用。（4） 推袋门自动开合机构推袋部分采用曲柄滑块机构，用同步带轮带动滑块沿水平导轨滑动，滑块反过来驱动曲柄左右旋转，从而实现门的自动开合，方向的改变通过控制步进电机的转向来实现。整个滑块作为支撑垃圾袋的载体滑出，达到推袋、开门的双重作用。（5） 割袋机构将袋子用水平模块和竖直模块压紧，通过同步带轮带动刀片从袋子的一边割到袋子的另一边，以实现割袋功能。（6） 封口机构 封口机构采用电热丝熔合封口装置。由一条热熔电阻丝和一条橡胶压条组成。电热丝安装在竖直模块上，随水平模块作直线切割运动。橡胶压条安装在水平模块上，需要封口时，将水平模块和竖直模块靠紧（将袋子夹在橡胶压条和电热丝之间），电热丝迅速加热，实现塑料的熔合封口。（7）控制部分本设计的控制方案：水平模块、竖直模块和推袋底板分别用一个步进电机来精确控制其运动时间和行程；夹子用直流电动机来带动，用行程开关来控制其转动的角度；用红外对管来感应推出去的垃圾是否被取走，用超声波传感器来测量垃圾与盖子之间的距离以确定垃圾是否已满。控制部分以8051单片机作为系统控制核心来对各机构进行控制，使所有机构按一定的流程进行工作。3. 设计计算（1）同步带轮及同步带参数的确定水平模块最大行程为0.3m，要在5s内完成移动过程，那么水平模块的移动速度为 V1=0.3m/5s=0.06m/s所需功率 P=N1*v1=50*0.06W=3W为了使结构紧凑，同步带轮的节圆的直径初步选为35mm，同步带轮的转速初步设定为32.75r/min。根据同步带轮的功率及转速，选择M系列同步带轮。考虑空间的限制及水平模块的行程，同步带轮的中心距为380393mm，查看5M系列同步带参数表后发现，同步带轮5M-23-12AF和同步带5M-890组合可满足条件，中心距a1=385mm。根据以上的参数得到同步带轮的转速n1=30r/min。（2） 夹持、封装、割袋部分设计 1）垃圾袋的设计为了能够自动连续地将垃圾袋张开和安放，综合考虑垃圾袋结构和执行机构的实现形式后选用直通的垃圾袋，如图2所示，图2a为垃圾袋微张状态，图2b为垃圾袋张开状态。 （a）微张状态 （b）张开状态 图2 垃圾袋2）夹子的设计用四个夹子夹住垃圾袋的四个角，四个夹子的位置及运动路线如图3所示。 图3 夹子的设计机构设计目标：夹子应该先进入M形口袋的夹缝之中，然后再进行夹紧，从而实现对口袋角的自动夹持。夹子采用平行四边形机构（图4）应满足以下四个条件：AB1(B2)=C1(C2)D=30mm，AD=B1(B2)C1(C2)=38mm，以基座AD为夹子的第一个臂，以连杆B1(B2)C1(C2)为夹子的第二个臂，两臂始终平行，实现夹子的平动夹持。当AB1(B2)垂直于AD时，夹子张开到最大位置，开口大小为30mm。当AB1(B2)与AD共线时，夹子夹紧，夹子的夹持长度为30mm。夹子完成一个夹持过程，输入角度为90。 图4 平行四边形机构3） 夹袋传动机构双曲柄联动摇杆机构的设计为了使用夹子将垃圾袋张开，将四个夹子分成两组，每组内的两个夹子应实现基本同步运动。本设计采用双曲柄联动摇杆机构，如图4所示。 图5 双曲柄联动摇杆机构机构设计目标：机构的终止位置应为机构的死点位置，实现夹紧状态的自锁，即C1D1与EF的平行；在终止位置，两个夹子的夹紧状态一致，即要求1=2；初始位置时，两个夹子的张开角度应保持一致，即要求摇臂AE与BF相等，连杆AC与BD相等，尽量等于；考虑夹子的执行机构平行四边形机构输入角度的需要，再加上预留用来提供弹簧夹持力的角度，修正后要求、105；考虑中心曲柄不适宜转整圈的原因，其输入角度应小于155；由于尺寸限制，中心曲柄CD的长度不大于22mm，摇杆AE和BF的长度相等且不大于25mm，固定点E、F之间的距离为385mm。（3） 开盖部分的设计盖子的材料选用铝板。考虑空间有限，起到扭矩较大，且电动机要具备一定的过载能力，因此选用永磁式直流电动机作为驱动电动机。本设计选用了四杆机构，具有造价低、传动准确、结构简单、易控制等优点。（4）超声波模块专门利用一个单片机（副单片机）来对超声波进行控制，从主单片机的I/O口输出触发脉冲到超声波模块，超声波的输出脉冲通过单片机的两个中断测出输出脉冲高电平的时间，即为超声波传感器从发射到接收所经历的时间，以此便可进行测距。将超声波传感器安装在盖子的顶部，用来测量盖子顶部到垃圾的距离。根据垃圾桶的整体机构尺寸，设定从盖子到垃圾袋顶部的距离L=300mm时为满。当距离持续1s小于300mm时，副单片机才会给主单片机信号，这就是超声波的抗干扰功能，可防止垃圾在扔进去的过程中被检测到而认为垃圾袋已满。（5） 单片机的工作流程 主、副单片机的工作流程图分别如图6、图7所示。NYYNYUNSTART袋满信号输入初始化端口袋满指示亮，开盖不响应换袋按钮按下调用打包子程序关门调用换袋子程序打包按钮按下有红外输入NYYYNYUNYNN初始化端口调用换袋子程序标志量清1START计时计时结束有反相中断有下降沿中断标志量=100标志量加1计时时间 4. 功能特点可自动打包。减少了环卫人员的工作量，改善了校园环境。可自动换袋。可感应开桶。当没有人扔垃圾时垃圾桶关上，无垃圾异味溢出，确保校园空气清新；有人扔垃圾时，则可自动打