摘   要： 城市生活垃圾分類計(jì)量收費(fèi)是解決城市垃圾問(wèn)題的有效手段。設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的垃圾分類計(jì)量控制裝置,具備體積小巧,、易于安裝和成本低廉等優(yōu)勢(shì),，可推廣使用。
關(guān)鍵詞： 垃圾分類計(jì)量; 控制裝置; 單片機(jī)

    我國(guó)現(xiàn)有的垃圾收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)偏低,，政府每年都要投入很大一部分資金來(lái)貼補(bǔ)垃圾處理企業(yè),。垃圾收費(fèi)制度改革后，不但可以彌補(bǔ)政府和企業(yè)投入,，還能督促居民加強(qiáng)垃圾的減量和資源化意識(shí),，促進(jìn)垃圾減量化、資源化,、無(wú)害化,。
    許多發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)實(shí)行了垃圾計(jì)量收費(fèi)，日本,、韓國(guó)以及美國(guó)的經(jīng)驗(yàn)是按照垃圾袋計(jì)算費(fèi)用,，居民多扔垃圾多買袋就多花錢；另外的形式是直接按照垃圾重量計(jì)費(fèi),，多傾倒一桶垃圾就多花一定的費(fèi)用,，可以避免按戶或按人頭收費(fèi)的“一刀切”做法。
    本文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的垃圾稱重計(jì)費(fèi)控制系統(tǒng),。與其他控制系統(tǒng)相比,，單片機(jī)系統(tǒng)具有體積小巧、成本低廉等優(yōu)勢(shì),。
1 系統(tǒng)要求和主控制器的選擇
    系統(tǒng)工作原理如下:垃圾箱由3個(gè)不同的箱體組成,，分別收集廚余垃圾（箱1）、紙張和塑料等可回收垃圾（箱2）以及其他不可回收垃圾（箱3）,。每個(gè)箱體頂部安裝大小合適的投入門,，底部安裝一個(gè)稱重臺(tái)。住戶準(zhǔn)備投放垃圾時(shí),，拿出充值卡,，當(dāng)卡內(nèi)余額充足時(shí)，可以打開箱1,、箱2或箱3,，進(jìn)行垃圾投放。其中箱1和箱3按照稱重減費(fèi),，箱2按照稱重加費(fèi),。為防止不同類別的垃圾投錯(cuò)，可以將各個(gè)箱的投入門做得各不相同,，例如紙張投入箱控制門應(yīng)當(dāng)做成扁平口,，只允許紙張或報(bào)紙雜志投入,。控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示,。

    與其他控制器相比,，單片機(jī)具有體積小巧、價(jià)格低廉以及性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn),，因此本控制系統(tǒng)選用目前應(yīng)用最多的AT89    S51單片機(jī)做為主控制器,，可以方便地與射頻電路,、顯示電路,、通信電路、A/D轉(zhuǎn)換電路接口連接,，構(gòu)成完整的控制系統(tǒng),。
2 IC卡及讀卡電路
    非接觸式IC卡又稱射頻卡，與接觸式IC卡相比,，解決了無(wú)源和免接觸的問(wèn)題,，具有可靠性高、操作方便的優(yōu)點(diǎn),，本設(shè)計(jì)中選用目前流行的Mifare1卡,， 控制器內(nèi)的專用讀卡芯片連接的天線線圈不斷向外發(fā)射一組13.56 MHz固定頻率的電磁波， Mifare1卡靠近時(shí),，卡內(nèi)的LC串聯(lián)諧振電路產(chǎn)生共振,，使電容充電產(chǎn)生電荷，當(dāng)電容充電達(dá)到2 V時(shí),，該電容作為電源為卡上的電路提供工作電壓,，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收控制器內(nèi)的數(shù)據(jù)并予以保存[1]。
    MFRC500是應(yīng)用于13.56 MHz的非接觸式通信高集成度讀卡芯片,，集成了13.56 MHz下所有類型的被動(dòng)非接觸通信方式和協(xié)議,，支持Mifare1卡，與AT89S51的接口電路如圖2所示,。根據(jù)系統(tǒng)要求,，相應(yīng)部分的控制程序需要實(shí)現(xiàn)的功能如下[2]：

    (1)無(wú)刷卡時(shí)，系統(tǒng)處于等待狀態(tài),；當(dāng)有刷卡時(shí),，識(shí)別卡內(nèi)信息，包括用戶信息,、卡內(nèi)余額以及系統(tǒng)內(nèi)部的存儲(chǔ)區(qū)域,，并調(diào)用顯示程序。
    (2)支付方式可選充值和記賬,。本設(shè)計(jì)采用充值方式,，對(duì)廚余垃圾和不可回收垃圾進(jìn)行扣費(fèi),，而紙張、塑料垃圾可以向卡內(nèi)充值,。
3 稱重模塊和顯示模塊的設(shè)計(jì)
    (1)稱重傳感器的選擇
    電子計(jì)價(jià)秤,、平臺(tái)稱等場(chǎng)合適合選用鋁合金懸臂梁式傳感器，由彎曲引起的形變,在彎曲面集中的區(qū)域上下兩面粘貼應(yīng)變計(jì),形成全橋的測(cè)量電路,。圖3為CYT-204系列懸臂梁稱重傳感器,，選擇量程為0~0.1 T，精度高,，漂移低,；選擇輸出0~5 V， 易于和單片機(jī)接口,； 尺寸為130 mm×32 mm×32 mm,，安裝方便[3]。

    (2)A/D轉(zhuǎn)換電路和顯示電路的設(shè)計(jì)
    TLC2543是TI公司的12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器,，使用開關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程,。采用串行輸入結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)省單片機(jī)I/O資源,，且具有接口簡(jiǎn)單,、價(jià)格適中、分辨率較高等特點(diǎn),，在儀器儀表中有較為廣泛的應(yīng)用,，因此在本系統(tǒng)中采用TLC2543作A/D轉(zhuǎn)換元件。
    控制系統(tǒng)常用的顯示器件有LED顯示器和LCD顯示器,，其中LCD除了可以顯示數(shù)字之外還可以顯示字符,，因此本設(shè)計(jì)選用目前非常通用的LCD1602顯示模塊進(jìn)行稱重結(jié)果的顯示。
    顯示控制程序?qū)崿F(xiàn)用戶信息的顯示,，包括姓名,、門牌號(hào)碼和卡內(nèi)余額。當(dāng)用戶按下箱體選擇按鈕,，垃圾重量計(jì)費(fèi)裝置打開相應(yīng)的投入門,，用戶投放垃圾完畢后，根據(jù)投放垃圾的種類和重量,，卡內(nèi)余額可以增加或扣減并進(jìn)行顯示,。
4 存儲(chǔ)模塊和通信模塊的設(shè)計(jì)
    AT24C08是ATMEL公司的EEPROM存儲(chǔ)器，它的接線極為簡(jiǎn)單,，只需要2根信號(hào)線;其存儲(chǔ)容量為1 KB,， 1個(gè)存儲(chǔ)模塊可以儲(chǔ)存幾百個(gè)用戶的信息，與單片機(jī)的接口電路如圖4所示。

   對(duì)每個(gè)住戶的垃圾投放情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì),，需要將系統(tǒng)內(nèi)存儲(chǔ)的住戶垃圾投放信息讀出,。單片機(jī)的串行通信接口可以擴(kuò)展為USB接口、RS232接口和GPRS接口等,。本系統(tǒng)內(nèi)AT89S51的串行接口只有1個(gè),，考慮到系統(tǒng)的方便性，在本設(shè)計(jì)中采用USB口擴(kuò)展,。
5 投入門控制模塊的設(shè)計(jì)
    ZYT系列永磁直流電動(dòng)機(jī)采用鐵氧體永久磁鐵激磁系封閉自冷式,。作為小功率直流電動(dòng)機(jī)，可在各種裝置中用作驅(qū)動(dòng)元件,。本系統(tǒng)中采用ZYT系列永磁直流電動(dòng)機(jī)控制垃圾箱投入門的打開和關(guān)閉,。
    L298N芯片是步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片，很容易實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn),，本設(shè)計(jì)中選擇Multiwatt15封裝,，易于實(shí)驗(yàn)室焊接,。L298N芯片的引角圖如圖5所示,。該芯片可接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)VSS， VSS可接4.5 V～7 V電壓,； 4腳VS接電源電壓,， VS電壓范圍VIH為2.5 V～46 V。輸出電流可達(dá)2.5 A,，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載,；1腳和15腳下發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào),。L298可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電動(dòng)機(jī),，OUT1和OUT2以及OUT3和OUT4之間可分別接電動(dòng)機(jī)。輸入信號(hào)端IN1接高電平,、IN2接低電平,，電機(jī)1正轉(zhuǎn)；反之,，電機(jī)1反轉(zhuǎn),。輸入信號(hào)端IN3接高電平、IN4接低電平,，電機(jī)2正轉(zhuǎn),；反之，電機(jī)2反轉(zhuǎn),。因?yàn)椴恍枰{(diào)速,，調(diào)速端A、B可以直接接+5 V。本裝置中,，有3個(gè)投入門需要控制,，因此需要2片L298N，占用單片機(jī)6個(gè)I/O口,。另外L298N對(duì)每個(gè)電動(dòng)機(jī)都有使能控制端EnA和EnB,，3個(gè)投入門需要3根單片機(jī)I/O口線，如果它們?yōu)榈碗娖?，則電機(jī)不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng),。

    考慮到一片AT89S51的I/O口有限，且本系統(tǒng)需要的I/O口線較多,，所以選用1片AT89C2051來(lái)控制投入門電動(dòng)機(jī)動(dòng)作的正反轉(zhuǎn),。AT89C2051可以接收選擇投入門的按鍵的信號(hào)；它是24引腳的CPU芯片,，體積小,節(jié)省空間,。投入門是否動(dòng)作由系統(tǒng)中的主CPU AT89S51的一根口線和這片AT89C2051一根I/O口線相連作為信號(hào)線來(lái)決定。如果用戶卡余額不足,，則AT89S51的這根I/O口線輸出高電平,，與AT89C2051相連的I/O口線也為高電平,禁止所有投入門動(dòng)作，AT89S51的芯片如圖6所示,。

6 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)
    根據(jù)系統(tǒng)功能要求,，AT89S51系統(tǒng)主程序框如圖7所示。AT892051系統(tǒng)程序框圖較為簡(jiǎn)單,，主要是根據(jù)用戶選卡內(nèi)余額是否充足,，由主AT89S51芯片發(fā)送信號(hào)決定是否開門，再根據(jù)用戶選擇的投入門按鍵打開相應(yīng)的投入門,，等待用戶投放垃圾完畢后再關(guān)閉投入門,。
    利用單片機(jī)來(lái)構(gòu)建垃圾分類計(jì)量設(shè)備的控制系統(tǒng)，其成本低廉,、體積小巧,、易于安裝，可以大規(guī)模推廣使用,。
參考文獻(xiàn)
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