固废处理中的传感器技术

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传感器是指能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。 我国国家标准（GB7665-2005）对传感器的定义是：“能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置”。

传感器技术是物联网技术的基础，是数据采集的入口，是所有系统获取数据信息的唯一方式和手段，也是实现大数据分析的基础与核心。在物联网领域，如果把相连的物体看成我们人体一样的整体协作系统，传感器如同我们的眼睛、鼻子、耳朵等，能够感知到颜色、气味、声音等信息，并将感知的信息迅速传送到指挥中心——大脑神经系统，再由指挥中心做出反馈命令。

传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种，一种是按被测物理量来分；另一种是按传感器的工作原理来分。

按被测物理量划分的传感器，常见的有：温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。

按工作原理可划分为：电学式传感器、磁学式传感器、光电式传感器、电荷传感器、半导体传感器、谐振式传感器、电化学式传感器等。

在前面的文章中，我们介绍了固体废弃物 “产生—收集—储运—处置” 的总体架构，在这过程中，实现固体废弃物处理的智能化需要传感器技术做支撑，在本篇文章中，我们将对不同类型的传感器应用及期望实现的功能进行探讨。

实现自动开启功能

1. 红外线传感器

红外线传感器是利用红外线来进行数据处理的一种传感器，有灵敏度高等优点,可以控制驱动装置的运行。

红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。任何物质，只要它本身具有一定的温度（高于绝对零度），都能辐射红外线。红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，反应快等优点。

红外测距传感器利用红外信号遇到障碍物距离的不同反射的强度也不同的原理，进行行人远近的检测。红外测距传感器具有一对红外信号发射与接收二极管，发射管发射特定频率的红外信号，接收管接收这种频率的红外信号，当红外的检测方向遇到行人靠近时，红外信号反射回来被接收管接收，经过处理之后，通过数字传感器接口返回到中央处理器主机，中央处理器即可利用红外的返回信号来识别周围环境的变化，从而做出开启垃圾箱或关闭垃圾箱的动作。

2. 超声波测距离传感器

超声波测距离传感器，采用超声波回波测距原理，运用精确的时差测量技术，检测传感器与目标物之间的距离，采用小角度，小盲区超声波传感器，具有测量准确，无接触，防水，防腐蚀，低成本等优点。

在智能垃圾桶的设计中，可以在桶沿设置超声波传感器以及舵机，超声波是振动频率高于20kHz的机械波。它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。 超声波传感器通过测量箱沿向上的距离来反映行人投放需求， 从而产生“开盖”信号，并将信号送给控制模块以实现舵机转90° 带动箱盖从而实现自动开盖功能。在该过程中控制模块收到“开盖”信号后产生占空比70%的PWM波，维持两秒后停止，从而使舵机恢复至初始位置已达到箱盖自动关闭的效果。

实现箱满提醒功能

城市中的垃圾桶虽然有着非常重要的作用，但是由于垃圾桶本身存在着一定的问题，很容易让自身的功效大打折扣。最明显的就是，垃圾桶明明已经满了，却依然有人会在附近丢垃圾，久而久之恶性循环，垃圾桶不仅没有起到装垃圾的作用，反而还加速了环境的污染，因此，在智能垃圾桶的设计中，箱满提醒是十分必要的。

1. 超声波测距离传感器

超声波传感器有敏感范围大，无视觉盲区，不受障碍物干扰等特点。在垃圾桶桶沿设置超声波传感器，当垃圾桶桶盖经历一套“打开关闭”期时，超声波模块进行一次测量。超声波测距模块接收触发信号后发射超声波，当超声波投射到物体而反射回来时，模块输出回响信号，以触发信号和回响信号间的时间差，来判定物体的距离，从而判断箱内垃圾是否装满，如果将满或已满，就发出信号提醒相应人员及时进行清理。

2. 称重传感器

称重传感器是一种能够将重力转变为电信号的力→电转换装置，是电子衡器的一个关键部件。能够实现力→电转换的传感器有多种，常见的有电阻应变式、电磁力式和电容式等。电磁力式主要用于电子天平，电容式用于部分电子吊秤，而绝大多数衡器产品所用的还是电阻应变式称重传感器。

电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片引变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。电阻应变式称重传感器结构较简单，准确度高，适用面广，且能够在相对比较差的环境下使用。因此我们可以考虑，在智能垃圾桶的底部放置一个称重传感器，根据测量箱体内垃圾的重量判断其是否箱满，以此传递信号，及时清理。

与此同时，称重传感器的制造和维修成本较高。

实现运输定位及优化功能

▽ GPS传感器
GPS卫星定位系统，即全球定位系统（Global Positioning System）。简单地说，这是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。这个系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。

GIS,即地理信息系统（Geographic Information System或 Geo－Information system，GIS）有时又称为“地学信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。可以在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述。

一方面，采用GPS技术可以便于对智能垃圾桶进行管理，了解其分布情况以及非正常的移动。

另一方面，在运输车辆安装 GPS 监控设备和视频监控设备，系统可将 GPS 定位数据、运输轨迹数据、视频数据接入后台 GPS 监控管理，将固体废物运输过程中的情况在屏幕上进行显示，同时系统提供运输车辆、运输人员信息的实时查询。将 GPS与GIS 技术相结合，更好的为固体废物运输车规划线路，避开人流拥挤处以免造成污染，或选择最优路线，节约运输成本。

温度检测功能

▽ 温度传感器
温度传感器（temperature transducer）是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。

热电偶是温度测量中最常用的温度传感器。其主要好处是宽温度范围和适应各种大气环境，而且结实、价低，无需供电，也是最便宜的。但热电偶并不适合高精度的的测量和应用。

热敏电阻是用半导体材料， 大多为负温度系数，即阻值随温度增加而降低。温度变化会造成大的阻值改变，因此它是最灵敏的温度传感器。热敏电阻体积小是优点，它能很快稳定，不会造成热负载。不过也因此很不结实，大电流会造成自热。同时它比热偶贵， 可测温度范围也小于热偶。

利用温度传感器，在箱体内设置温度感应探头，温度即时通讯检测，并当温度大于70°C时通过手机APP推送或打开短信自动发送功能，可提前预知箱体内是否存在火源，大大提高了公共设施的安全性能。

本文给出的只是一些在固废处理过程中应用传感器技术的设想，传感器作为物联网的基础，拥有着广阔的发展空间和利用潜力，未来的物联网就是许许多多物体构成的互通互联的协调的整体网络系统。因此，物联网发展的根基是传感器。传感器作为信息时代的标志性产品，在物联网建设中不可或缺，已经成为了信息产业发展的核心和关键技术。

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