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废旧电池智能回收箱的设计制作

时间:2016-11-28来源: 作者: 点击: 85次

吕波漾 罗英昆

(德州学院机电工程系,山东德州,253023)

    摘要:我国是电池生产使用大国,但目前对废旧电池的回收管理基本上是处于空白状态,尤其是在绝大多数的中小城市、农村,因此每年报废的上亿只电池大多数随意丢弃,对生态环境和公共健康构成威胁。废旧电池有偿智能回收箱能像普通生活垃圾箱那样随处安放,便于人们对废旧电池的环保处置,从而改变废旧电池回收力度不足的现状。

关键词:智能;回收

Abstract: China is the country whose battery production and using are large, but the management of recycling of waste batteries is basically in a blank state, especially in small and medium-sized city, the vast majority of the rural areas, so every scrap million batteries most discarded, pose a threat to the ecological environment and public health. Paid intelligent recycling bins of waste batteries can be placed everywhere, such as ordinary living garbage bins, to facilitate the people's environmental disposal of waste batteries, so as to change the current situation of waste battery recycling efforts.

Key words: intelligent; recycling

0 引言

废旧电池智能回收箱是利用太阳能为系统提供工作电能,实现废旧电池回收的智能化管理装置。白天,废旧电池智能回收箱上的太阳能电池板将太阳能转换成系统工作所需的电能。当安装在投放口的红外检测装置检测到人靠近回收箱时,单片机开始工作:首先将控制电池投放口的挡板打开;投放废旧电池;金属检测装置对投放物品进行金属检测(如果是非金属物质,如生活垃圾等,蜂鸣器报警提示,并自动关闭投放口);投放结束,投放者离开,投放口挡板自行关闭。

1 研制背景及意义

废旧电池对环境的污染是巨大的。但我国目前对废旧电池的回收管理基本上是处于空白状态。虽然大城市设有回收站,但由于交通、时间等原因不方便人们的投放。在绝大多数的中小城市、农村连回收站的条件都不具备。因此每年报废的上亿只电池大多数随意丢弃,对生态环境和公共健康构成威胁。

    本装置可以安置在商店门口、居民区、街道路等人群较为密集的地方,方便了人们对废旧电池的处理,解决了废旧电池随随意丢弃的尴尬,扩大了回收的范围,体现了合理处理废旧电池的环保效益和经济效益;作品的系统工作所需的电能全部来源于太阳能,电路采用省电模式,减低能耗,不需人员管理的全自动控制系统,体现绿色、节能、环保、智能的设计理念。

2 设计方案

2.1机械设计

2.1.1箱体的整体结构设计

箱体的整体结构为房子形状,目的是防止雨水漏入垃圾箱内部;同时在电池投放窗口设计了一个可以自动开关的挡板,防止雨水渗漏造成废旧电池的二次污染。投放口的另一面放置太阳能电池板,白天利用太阳能发电,为系统提供电能。其整体结构如图1所示:

 

                 1 箱体的整体结构

2.1.2防漏水的机械设计

当有水漏入箱体内的时候,通过挡板将水汇集到水槽内,通过出水孔将水排出,防止造成电池的二次污染。如图2所示:

2  出水孔

3 电路设计

整体控制设计(控制部分采用STC12C5A60S2芯片),如图3所示:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                  3  整体控制设计

3.1系统工作电源

电池板将太阳能转化成电能并存储到回收箱内部的12V铅蓄电池内,电机工作的12V电压可以经过滤波后使用。同时利用L7809稳压模块得到9V电压为红外发射电路供电,利用L7805 5V稳压模块得到5V 的电压为单片机供电。

3.2 人体红外检测

  信号放大电路如图4所示,热释电红外传感器PIS-209S将输出电压信号,使之先通过一个由电阻、电容组成的上限截止频率为16Hz,下限截止频率为0.16Hz的带通滤波器,由于热释电红外传感器输出的探测信号电压十分微弱(通常仅有1mV左右),且是一个变化的信号,同时菲涅尔透镜的作用又使输出信号电压呈脉冲形式(脉冲电压的频率由被测物体的移动速度决定,通常为0.1~10Hz左右),所以应对热释红外传感器输出的电压信号进行放大。经过通用集成运算放大器LM324两级放大后获得足够的增益,输出VO1信号给信号采集与处理单元电路。

 

4 信号放大电路

信号放大器传出的信号VO1经红外传感信号处理器BISS0001中的运算放大器OP1前置放大后,由电容耦合给运算放大器OP2进行二级放大,再经由电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器处理后,检出有效触发信号去启动延迟时间定时器。输出信号经晶体管VT1后接单片机,输出信号VO2供其读取。BISS0001是由运算放大器、电压比较器和状态控制器、延迟时间定时器、封锁时间定时器及参考电压源等构成的CMOS数模混合专用集成电路。它内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰,同时内设时间定时器和封锁时间定时器,有可重复触发和不可重复触发两种工作方式。电路引脚A与电源相连,使电路处于重复触发工作方式。在定时周期TX内,BISS0001的输出为高电位,则晶体管VT1饱和导通,其集电极为低电位,将这一信号送到单片机;在Tx结束时BISS0001进入封锁周期Ti,其输出端变为低电平,晶体管截止,其集电极为高电平。TX定时间隔可由BISS0001的3脚和4脚上所接的电阻和电容来确定。人靠近回收箱时红外检测电路开始工作,此时检测电路向单片机发出请求,单片机在响应请求后控制电池投放口的电机,将挡板打开。信号处理电路如图5所示:

 

5  信号处理电路

3.3 金属检测

为了防止非金属物体(如生活垃圾)投进箱子,在投放口处安装了金属检测装置:如投入的是金属,光电计数器将正常计数,如果投入的是非金属物质则计数器不计数,并且蜂鸣器报警提示。金属检测电路如图6所示:

 

6  金属检测电路

电路中使用的是一块CMOS六反相器数字集成电路TC4069。金属探测器的探头是一只高Q值的电感L,它与反相器U1及电容器c2、c3、c4构成了一个电容三点式振荡器,其振荡频率约为27kHz。调节电位器RP可使电路处在刚刚起振的状态下。微弱的振荡信号通过由反相器U2和电阻R1组成的放大电路进行放大,再由二极管D1进行整流,整流后的信号由反相器U3和U4进行放大。作为探头的电感L在没有接近金属物体时,电路正常起振。振荡信号控制音频振荡器停止工作,P1为低电平。当有金属物体接近电感时(电感线圈的轴向方向),电感L的Q值下降.电路停振,没有信号去振荡器。所以振荡器工作P1接受一个高电平。此时单片机进行处理,认为此物体为金属物体。

3.4 接收电路

接收电路中红外接收管Q2接收红外信号,再经C4耦合后加到U3B的5脚,由运放U3B放大后从7脚输出。R6,R7决定U3B的5脚直流电平,R8,R9为这一级的负反馈电阻,同时又和C5构成高通滤波器,以有效滤除杂散光干扰。这一级主要起电流放大作用。U3B的7脚输出5KHz间歇信号经过由C6,D5,D6构成的二倍压整流电路倍压整流,在C7两端得到双倍于信号峰值的电压。这个电压使U3A同相端3脚电压超过2脚,U3A的1脚输出高电平,加在四位BCD计数器SN74160N的时钟端,同时,经R11使发光二极管DS1发光。电路将接收到的脉冲信号给单片机,单片机进行计数,利用74HC595驱动数码管进行数字显示。电路如图7所示:

 

   7  信号接收电路

3.5 电机驱动电路

在整个回收箱中分布了3个电机,两个步进电机、一个直流电机。三个电机统一采用L297的电机驱动模块。芯片是L297与L298结合使用,优点是所需要的元件很少,装配成本低,可靠性好,占空间少。 步进电机对传送的物体进行精确的控制,带动传送带转动,在10厘米的行程中将礼物放下;对于纸带的传送我们采用打印机送的机械结构。利用步进电机将纸条弹出。直流电机用于带动挡板的开关。电机驱动电路如图8所示:

 

8 电机驱动电路

3 程序设计

    太阳能废旧电池智能回收箱的程序设计如图9所示:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9 程序流程图

4 创新点及应用

系统工作的电能来自太阳能,因此不受电源的限制,可以在居民区、街道等可能产生废旧电池的地点安放;可以提高人们环境保护的积极性;箱体的外观设计具有的教育意义深远;自动控制系统体现了智能化无人管理的设计理念。绿色、环保、节能、智能必将是社会的选择。废旧电池智能回收箱的设置有利于我国展开对废旧电池回收治理的普及行动。

参考文献:

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[3]张曾科.模糊数学在自动化技术中的应用[M].北京:清华大学出版社,1997.

[4]张勇.电机拖动与控制[M].北京:机械工业出版社,2001.

[5]李先允.自动控制系统[M].北京:高等教育出版社,2003.

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