论文总字数：30446字

摘 要

城市生活垃圾的高效率回收对于城市环境的优化以及城市经济的发展都有着十分重要的意义，因此，面对当下随着经济发展以及城市人口增加而不断严重的城市垃圾问题，研究一种高效的清运垃圾方法显得十分关键，为此，本文重点对城市垃圾的智能清运系统进行研究。

首先，本文通过对比各种类型称重传感器的不同特性，对各种类型称重传感器的性价比、实用性以及适应性进行分析，选出最适合本系统的称重传感器作为称重传感单元，最终分析得出电阻应变式称重传感器适合作为本系统的称重模块。

其次，运用RFID理论进行RFID局域网的组建，通过电子标签以及阅读器之间的无线通信来实现整个系统的信息传输，通过电子标签将称重传感器检测得到的满箱状态信号传递至电脑终端。

最后，进行单片机的开发与应用，通过利用单片机作为中央控制模块，从而将称重传感器检测得到的信息进行接受和转换，然后唤醒电子标签进行RFID局域网的无线通信，最终实现整个系统的信息传输。

本文所提出的分类生活垃圾清运智能系统，对于城市垃圾的及时清运以及城市环境的优化具有理论指导和实践应用价值。

关键词：称重传感器，RFID，单片机

Abstract

The efficient recycling of municipal solid waste is of great significance to the optimization of the urban environment and the development of the urban economy. Therefore, in the face of the current serious urban waste problem with economic development and urban population growth, study an efficient garbage removal method is very critical. Therefore, this article focuses on the research of the intelligent garbage removal system for urban garbage.

First, by comparing the different characteristics of various types of load cells, this article analyzes the cost performance, practicability and adaptability of various types of load cells, and selects the load cell most suitable for this system as the load cell. The final analysis shows that the resistance strain load cell is suitable as the weighing module of this system.

Secondly, the use of RFID theory for the establishment of RFID local area network, through the wireless communication between electronic tags and readers to achieve information transmission of the entire system, through the electronic tags to the full-box state signal detected by the weighing sensor to the computer terminal.

Afterwards, the development and application of the single chip microcomputer are carried out. By using the single chip microcomputer as the central control module, the information detected by the load cell is accepted and converted, and then the electronic tag is awakened for wireless communication of the RFID local area network, and finally the information transmission of the entire system is realized.

The intelligent system for the classification and removal of domestic garbage proposed in this paper has theoretical guidance and practical application value for the timely removal of urban garbage and the optimization of the urban environment.

Keywords: load cell, RFID, single chip microcomputer

目 录

摘 要

Abstract

目 录

第1章 引言 1

1.1 研究的背景与目的 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 研究目的 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 国内研究现状 2

1.2.2 国外研究现状 3

1.3 研究内容及方法 4

1.3.1 研究内容 4

1.3.2 研究方法 4

1.3.3 技术路线 4

第2章 垃圾桶满箱检测技术方案 6

2.1 垃圾桶满箱检测概述 6

2.2 垃圾桶满箱检测方案对比 7

2.2.1 电容式传感器 7

2.2.2 压电陶瓷式传感器 9

2.2.3 电阻应变式传感器 11

2.2.4 光电式传感器 13

2.2.5 振动式传感器 14

2.3 垃圾桶满箱检测方案选定与分析 15

2.3.1 检测方案的选定 15

2.3.2 检测方案的分析 16

2.4 本章小结 17

第3章 RFID局域网的组建 18

3.1 RFID局域网的现状 18

3.1.1 RFID局域网的组成 18

3.1.2 RFID局域网的工作原理 19

3.2 RFID局域网的应用方案 20

3.2.1 垃圾箱终端子系统 20

3.2.2 RFID射频子系统 23

3.3 本章小结 24

第4章 STM单片机的开发与应用 25

4.1 STM单片机简介 25

4.2 STM单片机开发流程 26

4.3 本章小结 29

第5章 总结与展望 30

5.1 全文总结 30

5.2 研究展望 30

致谢 32

参考文献 33

第1章 引言

1.1 研究的背景与目的

1.1.1 研究背景

由于中国各大城市的迅速崛起以及我国城市人口数量的不断增加，人们在日常生活以及工业生产中所产生的垃圾数量急剧增加。因此，当前中国的各大城市都面临着大量生活与生产垃圾的堆积问题。如何有效地将这些垃圾进行收集并集中处理成为了各大城市所需要面临的严重问题。中国的各大城市目前所采取的垃圾处理方式都是传统的工作模式，即统一由垃圾清洁人员对各个垃圾聚集点进行人工垃圾收集与打扫，然后统一交付于垃圾车进行整体的固定化的垃圾清运。当前普遍应用的这种工作模式存在很大的问题与弊端，如一方面各个垃圾聚集点垃圾桶中的满箱状态是未知的，固定化的人工清理可能会导致过分频繁清理带来的效率低下或清理不及时带来的垃圾外溢和二次污染；另一方面，由于时间安排以及清运路线的统一化，会导致垃圾清运车辆存在工作历程长、工作时间久以及工作能耗高等问题。目前模式的种种问题和弊端表明目前的城市垃圾管理问题对国家城市化发展进程提出了严峻挑战。因此，分类生活垃圾清运智能系统的研究需求于各大城市的发展以及社会的进步而言十分迫切，且具有极为重要的意义。

1.1.2 研究目的

目前传统的垃圾收集与清运模式存在的问题与弊端给国家的城市发展带来了很大的挑战，另外随着城市生活垃圾分类政策的实施，各大城市对于垃圾的集中化收集与清运都有着很大的需求，因此，研究一种新的、可以跟上时代变化、满足更高需求的垃圾收集与清运智能管理系统显得尤为重要。

随着垃圾清运智能系统越来越引起各界的高度重视，国内许多学者对垃圾的及时处理及有效清运做了大量的研究。其中，大部分学者的研究主要集中在以下两个方面：①如何准确的进行垃圾桶的满箱状态检测；②如何将满箱信号通过射频识别及GPRS传递至中间基站。本文通过资料的收集整理，主要的研究目的就是要对垃圾桶的满箱状态检测、垃圾桶控制模块的信息传递以及RFID标签与阅读器之间的信息传递进行合理的设计与安排，以期为垃圾清运智能化处理提供一定的理论基础和模型框架。整体来说本文的研究意义如下：

本文选用射频识别技术作为信息传递的载体，并运用单片机作为整个系统信息处理以及流程把控的中心，此工作模型对于垃圾清运智能系统而言，在理论上具有一定的创新意义。通过称重传感器技术、射频识别技术以及单片机的控制，系统最终可以实现垃圾桶的满箱检测以及后续的信号传输功能，这对于垃圾的智能清运实践应用也具有很大的意义。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

全国范围内对智能汽车技术的研究始于1980年代后期,起步相对较晚，在研究方面，国内目前的水平仍落后于欧美国家较多，技术方面，国内目前仍有许多尚未攻克的技术难题等待解决，但随着科技教育事业的发展以及国家的不断重视，

国内也取得了一系列成果。特别是：①2003年，国内成功开发了第一款自动驾驶汽车。②国内多所科研院校紧密合作，联合开发了自动驾驶军事车辆7B.8。国内经济的飞速发展无疑为智能汽车的发展提供了更多的空间。但在国内，智能汽车的应用仍然非常有限，并且还未被推广用于垃圾废物处理上。近年来，牺牲环境以振兴经济的国家战略已导致大量工业垃圾的产生，城市化的进程加剧也随之给城市带来了大量的生活垃圾。手动清理垃圾给人们带来了负担且无法满足当前的需求。另外，大量的垃圾堆积对人类的健康也有巨大的危害。如果智能汽车能够应用于垃圾处理和运输，那么垃圾处理行业将踏入一个新的纪元。

传感器方面，国内对外贸易的快速发展，对于国家口岸计量装置的升级与改进产生了迫切的需求。同时，工业和商业测量也需要精密的电子称重设备。为了提高称重系统的精度，首要的工作便是提供高精度的称重传感器。因此，近年来，称重传感器的设计与开发已成为国家重要的科研项目。与之相关的部门已经做了很多工作，并通过大量的实验与研发将传感器的精度从±0.05％提高到了±0.10％。 除此之外，相关工厂和实验室还在开发和研制具有较高的侧向阻力以及较高的精度的剪切力传感器，该类型传感器除以上优点外，还可以保证精度不受作用力点移动的影响。

RFID技术方面，随着国内ERP系统的引入，国内企业为了提高自身的核心竞争力以及促进企业的快速发展，普遍接受实施ERP系统。近些年来，随着射频识别技术的不断兴起，以其为核心并不断发展的物联网技术和视觉网络技术也在各行各业得到了广泛的应用，如销售行业、物流配送行业、业务管理行业、仓储行业和生产行业等。伴随着RFID系统的发展所带来的各种好处，国内外各公司也开始慢慢使用RFID系统进行主要是物流配送环节的管理，此外，也有一些公司将RFID系统应用于商品生产过程中的流程监控，皆都取得了不错的效果，并且提升了其在零售商店的客户体验以及整个物流配送过程中的效率，最终为公司带来了大量的回馈与收益。但是由于RFID技术正处在一个不断发展的过程中，因此在使用过程中仍然会出现一些需要克服的难题，如物流配送过程中信息传递的一致性受限、RFID设备的操作灵敏度以及维修受限等，这些也为使用者带来了很大的挑战。

1.2.2 国外研究现状

国外的许多大学和科研机构都很早便开始研究智能汽车，并且有了许多技术方面较为成熟的产品。1950年代初期，一家美国公司开发研制了世界上第一个AGVS，即自动导引车辆系统。从那时起，许多西欧国家（例如瑞典和德国）也陆续开始研究自动驾驶汽车，并相继都取得了较为优异的成绩。之后不久，FMC公司成功开发了一款具有任务和轨迹规划能力的智能避障车辆。美国马里兰大学之后也开发了一种智能军事侦察车，该类型的军事侦察车可以基于视觉进行智能导航。MartinMarietta公司也曾进行过这方面的研究，并开发了一种具有路径跟踪、智能避障、自动确认3D地形以及图像创建等功能的智能汽车。从那时起，智能汽车的研究开始达到了一个全新的高度。

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