隨著我國環(huán)境治理體系的不斷完善和環(huán)境治理能力現(xiàn)代化的不斷推進，“創(chuàng)新、協(xié)調、綠色、開放、共享”的發(fā)展理念逐漸扎根，國民追求更高的生活質量，新型智慧城市也隨之孕育而生，城市發(fā)展被賦予了新的內涵和新的要求[1]。根據國家統(tǒng)計局和OECD公布的我國垃圾增長曲線，全國垃圾年總量即將突破3億噸。垃圾成為破壞城市環(huán)境、降低人們生活質量的禍首之一。城市垃圾問題也逐漸引起了社會各界的廣泛關注，垃圾的積累會造成細菌和病毒的滋生，對人們的正常生活有著不可忽視的威脅[2]。

隨著我國城市化快速發(fā)展，解決城市垃圾問題成了重中之重的任務，想要創(chuàng)造出和諧美好的城市環(huán)境，改革垃圾箱是關鍵的一步，傳統(tǒng)的垃圾箱存在著種種問題，導致資源負載過大和資源浪費的情況。本文提出的垃圾箱控制系統(tǒng)，以順應時代發(fā)展為主題，提高人們生活質量為目的，通過手機的控制實現(xiàn)垃圾箱定位、垃圾箱容量檢測、垃圾箱內垃圾壓縮和垃圾箱已滿提醒等功能。

可壓縮式垃圾箱的發(fā)明和研究對創(chuàng)造和諧美好的城市環(huán)境、推動社會發(fā)展具有重要意義。與傳統(tǒng)垃圾箱比較，可壓縮式垃圾箱利用先進的集成電路、傳感器等技術實現(xiàn)垃圾的智能壓縮，能夠快速、科學、及時地壓縮垃圾，與現(xiàn)代社會垃圾的產生效率較為匹配[3]。在人力成本急劇提升的今天，可壓縮式垃圾箱能夠更高效地收集垃圾，滿可發(fā)送提醒，使環(huán)衛(wèi)工人資源分配更加合理，實現(xiàn)資源的分配利用[4]。

1 基本概念

本文中主要用到的技術為超聲波測距和壓縮系統(tǒng)裝置。

1.1 超聲波測距

超聲波測距的工作原理是利用超聲波發(fā)射探頭不斷地發(fā)射出聲波信號，遇到障礙物后反射回反射波，接收探頭接收到反射波信號，并將其轉變?yōu)殡娪嵦?/span>[5]。本文利用返回的聲波信號來判斷垃圾箱的容量是否達到所設置的一個臨界狀態(tài)。單片機發(fā)出超聲波通過不斷地檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發(fā)射和接收回波的時間差T，然后求出距離S=C×T/2，式子中的C為超聲波在空氣介質中的波速。

本次設計是由控制定時器產生超聲波脈沖并啟動內部的計數(shù)器開始計時，將電信號轉化為超聲波信號。通過計算超聲波自發(fā)射至接收的往返時間差，從而得到實測距離，并用液晶顯示器顯示距離，從而達到測量距離的目的，當距離小于接收信號時，電路工作發(fā)出可以壓縮的信號，傳遞給壓縮系統(tǒng)，完成本文目的。

1.2 壓縮系統(tǒng)
壓縮系統(tǒng)裝置通過接收超聲波測距系統(tǒng)傳輸過來的信號，對垃圾箱內的垃圾進行壓縮處理，以提高垃圾箱的空間利用率。壓縮系統(tǒng)采用連桿機構，通過對機構的運動及動力進行分析，進行相關的結構設計及強度變形分析達到本文所設計的目標[6]。通過連接超聲波傳感器檢測垃圾桶內垃圾高度，獲取反饋信號，進而控制電動伸縮桿來回運動，同時實現(xiàn)壓縮板對垃圾體積的壓縮。

本文壓縮結構的設計理念是為了節(jié)省空間，壓縮面積大，采用可控制電動伸縮桿來進行壓縮垃圾的工作。對伸縮機的具體要求為：

（1）電機提供能量。
（2）最終運動形式呈現(xiàn)出垂直方向上的直線運動。
（3）轉換的直線運動要勻速，速度不宜過大。
（4）總體結構在停止壓縮時，占用空間要小[7]。
2 可壓縮式垃圾箱的設計結構
2.1 垃圾壓縮裝置結構
垃圾壓縮裝置是可壓縮式垃圾箱的執(zhí)行裝置，接收超聲波傳感器傳輸過來的信號進行反饋，從而對垃圾箱內物體進行一定程度上的壓縮，主要的裝置結構為結構框架、感應系統(tǒng)、壓縮系統(tǒng)[8]。

結構框架中，本文采用了一根立柱作為超聲波傳感器與壓縮裝置傳感器的渠道，內含線路進行信息傳遞；在垃圾箱頂部，采用一塊幾乎等同垃圾箱口面積的壓料板作為壓縮垃圾的壓縮板來進行壓縮垃圾，具體的壓縮長度視不同的垃圾箱型號所定。

裝置的接收系統(tǒng)采用機器語言，接收傳感器傳輸?shù)男盘栠M行編譯，然后反饋給壓縮系統(tǒng)，達到本文壓縮垃圾節(jié)省空間的目的。本文初步設計壓縮機能夠達到75 kN的巨大壓力，能夠應付大部分可壓縮的垃圾并且不會對垃圾箱造成損壞，如圖1所示，在垃圾箱的底部添加感應裝置，在達到垃圾箱的承重點時立刻停止壓縮，并呼叫環(huán)衛(wèi)工人對垃圾箱進行清理檢查。

圖1 可壓縮式智能垃圾箱的系統(tǒng)結構組成

2.2 超聲波測距傳感器結構

可壓縮式垃圾箱融入了超聲波測距感應裝置。超聲波測距裝置安放在垃圾箱的立桿處，保證垃圾箱在未達到75%容量時，超聲波傳回來的信號時間是一致的。

一旦時間發(fā)生變化，即可檢測出垃圾箱容量已經超過75%，需要向壓縮系統(tǒng)發(fā)出信號，電機下拉壓縮板壓縮到垃圾箱容量的50%；當垃圾箱達到90%容量時，再次啟動電機，壓縮至75%。

由于超聲波測距模塊較為簡單，因此在實施的過程中較為方便。如圖2所示，此外超聲波模塊采用C++語言程序進行編寫，利用51單片機進行程序的實施

圖2 超聲波測距系統(tǒng)的構成

3 微信小程序的設計
新型垃圾箱小程序的主要功能包括：識別垃圾箱型號、垃圾箱投放地點顯示、垃圾箱動態(tài)容量檢測、壓縮垃圾的執(zhí)行請求、垃圾箱其他數(shù)據顯示。

用戶啟動小程序后，即可進入主頁面，該頁面有識別和容量兩個界面選擇。

在識別的界面中，用戶可以輸入垃圾箱型號或自動識別查詢設備信息。如圖3所示，點擊垃圾箱型號大全，可了解不同型號垃圾箱的詳細資料。

在容量界面中，有“垃圾滿了先壓縮”的提示語，下方可輸入垃圾箱的編號，如圖4所示。

（1）點擊定位，查看垃圾箱的投放地點。

（2）點擊箱體，顯示垃圾箱內部的容量數(shù)據。
（3）點擊壓縮垃圾，便能執(zhí)行壓縮命令，增大垃圾箱的容量。
（4）點擊數(shù)據，便能檢測到超聲波傳感器、壓縮結構、藍牙模塊、歷史清理垃圾箱次數(shù)等的數(shù)據信息。

圖3 識別界面圖4 容量界面
4 檢測系統(tǒng)的測試
在社區(qū)投放可壓縮式垃圾箱，通過投放時間的增長、垃圾數(shù)量的增多，測定不同時間段的可壓縮式垃圾箱的容量，測得結果如表1所示。經過測試結果可知，超聲波測距感應裝置系統(tǒng)中獲取的垃圾箱容量測量數(shù)據與垃圾箱實際儲存量據的誤差在合理范圍內，滿足實驗和應用的需求。

表1 新型垃圾箱1號試投放的測試數(shù)據
5 結語
本文提出了一種基于超聲波傳感器的可壓縮式垃圾箱容量檢測系統(tǒng)，其目的是讓監(jiān)管人員能夠直接獲取到垃圾箱動態(tài)容量數(shù)據，便于執(zhí)行壓縮垃圾的操作。智能垃圾箱采用可壓縮系統(tǒng)，超聲波測距系統(tǒng)，是機、電一體的科技新產品，提高了垃圾箱的利用率，更加人性化的微信小程序讓人們更好地使用智能垃圾箱。在人力成本和智能化逐漸提高的今天，該系統(tǒng)合理分配環(huán)衛(wèi)工人清理垃圾，提高環(huán)衛(wèi)人員的利用率，實現(xiàn)人員以及公共資源的合理化配置，在一定程度上可壓縮式垃圾箱的設計彌補了傳統(tǒng)垃圾箱的不足，相信可壓縮式垃圾箱能提高城市垃圾處理的效率，進一步提高城市服務水平，從而建設和諧美麗的城市。

[參考文獻]
[1]臧維明，李月芳，魏光明.新型智慧城市標準體系框架及評估指標初探[J].中國電子科學研究院學報， 2018（1）： 1-7.
[2]陳佑鋼，王憲周.城市生活垃圾處理技術綜述[J].一重技術， 2010（1）： 1-4.
[3]楊磊.移動式垃圾壓縮機的設計與研究[D].青島：山東科技大學， 2017.
[4]王雨欣，劉紅，要軍豪，等.基于STM32F103zet6控制的“智慧城市”垃圾箱設計[J].電子世界， 2019（ 2）： 136-137.
[5]宋蘇陽，張文遠，張捷，等.基于單片機控制的智能超聲測距系統(tǒng)的設計[J].集成電路應用， 2019（5）： 113-114.
[6]林琳，管鋒，張飛，等.自翻蓋壓縮式多功能智能垃圾桶結構設計及機構分析[J].機械工程師， 2016（4）： 98-100.
[7]趙天菲，王鴻翔.自動壓縮垃圾的垃圾桶[J].中國科技信息， 2013（12）： 170-172.
[8]童聰，李雙躍，李庭婷，等.生活垃圾箱內壓縮變形特性實驗平臺設計[J].機械設計與制造， 2012（ 3）： 31-33.