《基于51单片机的自动垃圾桶设计》10000字（论文）

基于51单片机的自动垃圾桶设计目录TOC\o"1-3"\u1绪论 11.1研究背景与意义 11.2选题的研究现状 21.3选题研究内容 32系统整体实现 42.1总体方案设计 42.1.1主控制器方案 52.1.2距离检测方案 52.1.3桶盖控制方案 62.1.4溢满检测方案 62.1.5溢满报警方案 62.2系统硬件设计 62.2.1超声波测距传感器模块 62.2.2舵机及其驱动模块 72.2.3红外避障传感器模块 82.2.4蜂鸣器报警模块 92.2.5单片机最小系统设计 92.3系统软件设计 102.3.1主程序设计 102.3.2自动翻盖程序设计 11 122.3.3溢出检测电路程序设计 133系统调试 143.1系统软件调试 143.2系统硬件调试 153.3调试结果及分析 153.4实验结果 154总结与展望 16结论 17参考文献 18附录 191绪论现如今，我国综合国力有了显著提高，人口也同样增长迅速，城市里囤积的各式各样的垃圾每年都会增长5%~10%，这种现象对人们的日常生活环境和城市的形象造成了很严重的影响。据报道，我国每年的垃圾囤积量能够高达60多亿吨,各类生活垃圾所占用的城市土地面积就超过了5亿平方米，每年的城市垃圾都会产生约1.5亿吨，共有将近200座城市并没有合适的垃圾堆放场所。尽管近年来出现了垃圾回收利用、垃圾发电、垃圾制沼气等垃圾处理技术，但在保证垃圾无害处理以前，首要解决的就是垃圾回收利用以及初步杀菌消毒的问题。目前我国对日益增长的城市垃圾这一现象进行了大量研究调查，并陆陆续续建设了一批大型、中型生活垃圾处理回收设施，各类生活垃圾处理率得到了飞速提升，在一些城市垃圾堆积严重的地区已经开始采用垃圾发电的方式来处理垃圾。为了响应习近平主席的“金山银山，不如绿水青山”以及“五位一体”的总体布局，营造一个干净卫生健康舒适的生活环境，因此，解决垃圾刻不容缓。1.1研究背景与意义中国环保部数据库显示，在2017年我国大型中型城市产生的生活垃圾约为1.856亿吨，数量之多无法计数，假设用卡车来装载这些垃圾，每辆卡车装载2.5吨，1.856亿吨垃圾所装载的卡车长度连起来近51.6万公里，大约能绕地球赤道十二圈。全国每年垃圾囤积量已高达60亿吨，占用了5亿平方米的耕地面积，全国660个城市中共有200个城市陷入了垃圾包围圈。在一般场合下，公共场所的垃圾桶中大部分是饮料瓶塑料袋或者纸类杂物，这些垃圾较容易回收和分类。但像社区这种公共场所，垃圾桶收容的垃圾五花八门，多半还会由于生活垃圾种类的多样性，引起腐烂臭味和蚊蝇等问题，非常影响公共卫生。由于公共场合下人员的流动量非常大，因此更应该及时的清理垃圾。垃圾桶是城市中不可替代的一部分，它代表了城市形象。虽然我国长期以来一直强调保护环境人人有责、垃圾不乱扔乱放、垃圾分类回收再利用等，但是城市中仍有不计其数的垃圾乱扔现象。主要还是因为垃圾桶不够干净，一般人都想远离脏东西，所以有些人就会随手将垃圾扔在垃圾桶盖上或垃圾桶附近，甚至造成垃圾桶内没有垃圾桶外却垃圾满地的现象，这些行为给垃圾处理人员带来了沉重的负担，增加了他们分类垃圾资源回收再利用的难度，使得一个城市中最需要清理的卫生死角变成了垃圾桶周围，这严重的阻碍了城市的飞速发展城和整体环境优化，对城市形象造成了恶劣影响。由于目前作为存放垃圾的垃圾桶基本上都留出专门的投物口，垃圾桶内壁附着了大量污染物且无法清洗干净，这些污染物滋生了大量的细菌真菌，导致恶臭溢散，十分难以忍受。且这些物质散播到空气中被人们呼吸进入身体，极易引发肺结核、白喉、流感、腹泻等多种疾病。传统老旧垃圾桶往往需要清洁人员手动检查垃圾桶并逐一清理垃圾，但仍然经常会有垃圾溢出的现象，这种处理方式非常消耗人力且效率很低。目前，垃圾桶结构单一化，使得细菌滋生、恶臭溢散、污水四溢、蚊蝇疾病等弊端暴露无异，因此设计智能环保垃圾桶具有重要意义。垃圾是细菌以及各类真菌和蚊虫的温床，只有不定时清理垃圾避免垃圾囤积的情况和乱扔乱丢现象，生活的环境才能更加健康舒适。现如今市面上大多是带桶盖的传统垃圾桶，操作方式也不外乎是手动翻盖或脚踏式，正是这些传统垃圾桶的不人性化导致了上述情况和问题的产生。为了跟上社会发展的脚步，适应科技生产的潮流，本设计打造了一种以传感器和单片机为核心使垃圾桶具有自动翻盖和溢出报警功能的智能垃圾桶，以解决上述问题。1.2选题的研究现状垃圾桶是一种无法替代的生活用品，按功能定位可分为家用垃圾桶和公用垃圾桶，按操作方式可分为手动垃圾桶和脚踏垃圾桶，按材质可分为环保垃圾桶和塑料垃圾桶。如今还出现了一种桶身透明用来分辨桶内是否有爆裂物或危险物以及有毒物质的特殊垃圾桶，又称为"反恐垃圾桶”。国外的新型垃圾桶在功能上有所创新之处主要有这样几种：①垃圾桶的可伸缩性。是指能够根据需要在规定范围内调整垃圾桶的尺寸容积，以此让垃圾桶方便携带。②厨余垃圾和厕所垃圾异味防逸出。一方面采用密封圈密封垃圾桶，另一方面使用低温保鲜垃圾；但是这种方式不但会降低机械结构的本身使用寿命，还会产生大量的电能消耗。③垃圾的分类与回收。对垃圾进行分类是一项非常麻烦且复杂的项目，一般适用于公用垃圾桶，研究起来十分复杂且成本极高。而我国目前来说，大部分的智能垃圾桶所设计的控制驱动系统都很简单，导致这些垃圾桶的功能作用十分单一，基本能够分成三类：①脚踏式：脚踏式垃圾桶采用杠杆原理结构。垃圾桶盖的支架同踏杆和连杆互相连接，利用杠杆原理控制支架使垃圾桶盖沿桶口边缘平滑地移动到桶身侧边使桶盖完全打开，这种操作方式的弊端就是使用不便捷。②按钮翻盖式：一般在垃圾桶上桶盖关闭置有几个按钮，上方按钮按下后垃圾桶盖会自动打开，当垃圾放入垃圾桶内后，一种是过两三秒自动关闭桶盖，另一种则需要人手动按下桶盖关闭按钮。实际上，这种垃圾桶仍然需要手动接触，只是不像传统意义上的以人力利用杠杆原理将桶盖打开，而是以电能通过机械力将桶盖打开。这一设计仅仅节省了一点微不足道的人力，并没有解决直接接触的弊端。③红外传感侧拉式：这种新型侧拉式垃圾桶，它的操作方式非常便捷，开盖也避免了与翻盖垃圾桶的桶口区域重叠问题，但由于其传感感应灵敏度不高且响应速度慢，效率低下，容易使人们产生乱丢现象，无法做到足够的便捷。经过调研，目前生产的垃圾桶主要有下列有待改进的地方：1、垃圾桶封闭性不佳或直接没有盖，既会向周围散发恶臭，又容易滋长细菌和蚊蝇，对环境和人类的影响巨大。2、无法处理垃圾溢满的情况，也就是垃圾桶缺少溢出报警功能，无法及时清理垃圾，不但会容易产生垃圾乱丢现象还会由于不及时清理导致垃圾掉落在周围引发恶臭逸散，既影响城市形象又会导致卫生隐患。目前市面上各类垃圾桶功能多样外形各异，但操作方式却不外乎是用脚踩或手动翻盖。在如今这个传感器技术飞速发展的时期，各类传感器和机械装置与公众生活飞速融合在一起。各种智能设备节省了大量人力财力，在可见的将来，人工智能和自动化技术必将得到更为广泛的应用，以此看来，新型智能垃圾桶也将会是一个良好的发展趋势。垃圾桶作为人类生活中不可或缺无法替代的重要装置，也必然会跟随时代的发展和需要向着精巧和智能的方向改进。尽管目前的垃圾桶已经在智能化人性化方向初步发展，但仍然距离理想形态差之甚远。1.3选题研究内容本设计研究主要通过Arduino单片机来实现对垃圾桶的自动开盖控制以及垃圾装满报警功能，主要包括超声波测距模块、舵机模块、红外避障传感器以及蜂鸣器模块。方案主要以Arduino单片机为控制核心，通过HC-SR04超声波传感器检测测距范围内是否有人或物靠近，若有，则经Arduino控制启动SG90舵机，控制中心产生的PWM信号通过信号线进入舵机产生直流偏置电压并传输电压差给电机驱动芯片，以控制电机正转打开桶盖，4~5秒后舵机内部利用减速齿轮带动电位器旋转，产生的电压差为零，此时伺服电机停止转动并自动关闭垃圾桶盖。垃圾装入后再通过LM393红外传感器模块检测垃圾桶内的垃圾高度是否超过了限定高度，如若超出高度则表示装满，此时Arduino单片机将控制蜂鸣器报警，以提示人们处理垃圾。主要内容包括：1.人或物测距功能。2.单片机驱动电路的设计。3.垃圾溢出检测功能。4.蜂鸣器报警功能。2系统整体实现2.1总体方案设计本系统主要包括溢满报警、溢满检测、距离检测、桶盖控制以及主控制器。每个模块方案皆需要选择，为实现智能垃圾桶系统的各个功能选择适合的器件方案，其电路设计也同样重要，因此，各个模块之间的连接关系、硬件设计以及软件编写都必须严格选择。由于本方案设计的多功能垃圾箱控制系统包括垃圾箱自动翻盖以及箱满自动报警功能，因此，本方案选择Adurino单片机系统、LM393红外避障传感器模块、SG90舵机驱动模块以及蜂鸣器报警模块来完成整个智能垃圾桶的设计。利用HC-SR04超声波测距传感器模块和LM393红外避障传感器模块作为单片机主要的输入信号来源，当Arduino单片机处理完输入的信号后，将PWM信号传输给舵机模块和蜂鸣器报警模块，以此完成智能垃圾桶系统的目标功能。系统整体结构流程图如图2.1所示。 超声波测距模块 Adurino 舵机驱动模块单片机系 红外避障模块 统 蜂鸣器警报模块图2.1结构框图2.1.1主控制器方案Arduino单片机作为系统的控制器核心，是各种功能模块的连接枢纽，因此系统选用ArduinoUNO单片机，ArduinoUNO单片机是整个ArduinoAVR单片机开发板系列的标准模板，它的内部存储模块具有超强的存储能力，这款单片机的能耗也很小，在低功耗方面表现优异，单片机处理器核心是ATmega328，在开发设计上比较简单且成本低廉，满足所有设计需要。单片机在设计出厂后做了加密处理，后期产品中使用后，加密的信息无法通过任何手段解密，因此不会被盗取文件。ArduinoUNO单片机的执行速度也很快，搭配了一个16MHz晶体振荡器，稳定性很强，在很多复杂场景下都可以稳定运行。2.1.2距离检测方案距离检测方案选用超声波测距传感器。因为超声波虽然方向性极强，但反而损耗很少的能量，能够在各种媒介中传播较远，所以经常性的用于测距方面的工作，例如超声检测仪器和探伤仪都是通过超声波来工作的。通过超声波检测距离与其它方式相比较而言十分方便、结果精准、计算简单、响应迅速、便于控制，而且在测量准确度上能够达到实际应用的标准，所以超声波在许多工业领域都有非常普遍的应用。超声波传感器的工作原理是通过速度的传播来测量距离远近的，首先需要发射一束超声波并测量其接收到反射波的时间，其次通过发射波和反射波的时间差利用公式计算出发射点到障碍物的实际距离。因为超声波的特点是容易定向发射、发射方向精准、强度易于掌控且无需与被测物体直接接触，所以利用超声波测距是本设计方案距离测量这部分的理想手段。2.1.3桶盖控制方案桶盖控制方案选用舵机驱动模块控制。舵机是一种能够精准操控转动速度和角度的电机，一般适用于如本设计这种需要调控角度变化并可以精准保持的控制系统。实际上，舵机带有反馈环节，因此能够利用舵机进行位置的精准控制以及输出较高的扭矩，一般通过单片机核心控制器向舵机的信号线发送PWM信号以此控制舵机的输出量。2.1.4溢满检测方案垃圾溢满检测方案选择红外避障传感器模块。红外避障传感器可以对障碍物进行检测，发射管发出的红外光如果有障碍物，则红外光遇到障碍物反射回红外接受关，检测到信号，这样实现检测垃圾桶溢满功能。2.1.5溢满报警方案溢满报警方案要求拥有一个报警功能，我们选择利用蜂鸣器来实现报警功能。蜂鸣器能够进行蜂鸣，完全可以满足报警功能的需要。单片机通过一个接口就可以对蜂鸣器进控制，非常简便且成本低廉，单片机通过PWM波就可以对蜂鸣器进行控制，实现报警功能。2.2系统硬件设计2.2.1超声波测距传感器模块日常生活中经常使用且专用于检测移动物体距离的传感器除了有超声波传感器之外还有红外避障传感器以及热释电传感器。热释电传感器普遍适用于针对人体的检测，例如走廊自动感应灯，弊端是对人体的移动偏向有要求，只有与传感器方向平行才能精准感应。相比于热释电红外传感器，超声波传感器能够检测相对较短的距离，且精度和灵敏度高、方向性好易于控制、抗干扰能力强不易受到因素影响。本设计使用HC-SR04超声波测距传感器模块，额定工作电压3.3V~5V，整个非接触式距离检测范围高达2cm~400cm，测距精确度也可达3mm，整个测距模块包括核心控制器、超声波发射器以及接受器，如图2.2.1所示。图2.2.1HC-SR04超声波测距传感器模块基本工作原理：(1)超声波测距传感器采用IO口TRIG触发来测量距离，所以至少要给10微秒的高电平信号。(2)超声波测距传感器模块需自动发送8个40khz的方波，作用是用于检测有无信号折返，以此判断反射波接收时间；(3)如若反射波有信号折返，则通过引脚端输出一个高电平，利用波段折返的时间等于电平持续时间来推算障碍物距离。该传感器拥有测距方便快捷且易于操控、噪声干扰小、精准度高方向性好且易于使用等优点，广泛应用于智能设备循迹以及装配线计数等众多场景。2.2.2舵机及其驱动模块由于本设计方案需要操控垃圾桶的开盖方式以及开盖角度，因此无法选用传统的直流电机，因为影响直流电机工作的因素只有通电时间和引脚极性，并不适合与本设计方案搭配使用，而舵机的旋转角度可操控性则是本方案的最佳选择，利用舵机就能够方便精准地操控旋转角度和输出量。本次设计所选用的是SG90舵机，它是利用PWM脉宽调制信号充当控制信号，其周期为20ms、脉冲宽度为0.5ms~2.5ms、舵盘位置为0-180度且呈线性变化。实际上当供给舵机一定脉宽时，不论外界扭矩如何改变，它的输出轴都会在一个固定角度上保持不变，直到另一个宽度的脉冲信号到来才会改变相应角度到新的位置上固定不变，如图2.2.2所示。图2.2.2舵机驱动模块基本工作原理：(1)单片机接收来自信号线的PWM脉冲调制信号以此操控电机转动相应角度，同时伺服电机带动一系列齿轮组转动，利用摩擦减速后输出给舵盘。(2)舵机的位置反馈电位计与输出轴之间相互连接，当舵盘转动时输出轴会带动位置反馈电位计将电压信号输出到单片机电路板以此进行反馈，之后控制核心会以位置反馈电位计反映的位置决定电机的转速和方向，从而达到自动控制的目的。利用Arduino单片机来驱动舵机，充分展示了舵机优秀的可操控性，且单片机可以自由扩展和切换各种模块和操控方式，例如利用键盘或串口输入信息来操控舵机转动，后手动控制舵机转速和串口极性。2.2.3红外避障传感器模块红外避障传感器也叫红外对管传感器，对管指的是红外避障传感器拥有一对红外发射管和接收管。本设计采用了红外避障传感器模块，其工作原理是利用反射回来的红外线探测目标，因此影响探测距离和精准度的两个重要因素就是被测物体的反射率和外形。红外避障传感器在检测条件下对外部环境的抗干扰能力强，由于红外避障传感器是拥有发射和接收两对管的，若发射管发射出一定频率的一束红外线，且在检测方向遇到了障碍物并将红外线反射回接收管，此时，经过红外避障传感器中的LM393比较器处理之后，指示灯亮起且引脚将输出低电平信号。红外避障传感器的有效检测工作范围是2cm～30cm，其工作电压为3.3V-5V，且可通过电位器旋钮调节检测距离，十分适合本方案。由于该传感器无需与待测量物体有直接接触的的工作原理，因此该传感器在检测时响应速度快且精确度高；由于其可以利用内部电位器来调节测距范围，因此在工作时抗干扰能力强、易于操作便于装配。本设计所使用的红外避障传感器模块比较器是LM393型号，其性能稳定可靠，可以普遍应用于各种工业范围的避障、计数或者循迹等众多情况，如图2.2.3所示。图2.2.3红外避障传感器模块2.2.4蜂鸣器报警模块蜂鸣器是一种会发出声音的电子器件，原理与继电器相似，常常用于报警、提示、警示等场合，广泛应用于各类不同工业领域的电子产品中作发声器件。蜂鸣器的种类也十分丰富，这里主要选用有源蜂鸣器实现警报功能。实际上，蜂鸣器在用法和作用上和喇叭也非常相似。一般工作情况下电路中电流比较大，电路上的普通电平不够驱动蜂鸣器，仅仅一个管脚难以使蜂鸣器运行并使其工作，因此必须添加电流拓宽电路，多加一个三极管来增大流经蜂鸣器的电流，其引脚结构如图2.2.4所示。图2.2.4蜂鸣器报警模块2.2.5单片机最小系统设计在需要迅速处理大量信号或数据的一般情况下，我们会利用DSP来处理，但是DSP的芯片价格略贵，且必须要利用其专用的开发环境和程序语法，相对使用单片机来说比较困难。单片机的低成本高能耗和易于操作的特点使得它非常适用于本智能垃圾桶设计方案。本设计采用的ArduinoUNO单片机开发板，其控制核心微处理器是ATmega328P。Arduino单片机集成了6个模拟输入管脚，14个数字输入、输出管脚，其中还有6个管脚可用于输出PWM信号。它拥有16MHz的晶振时钟，提供电源插孔、复位按钮以及ICSP接头，并通过USB连接上位机烧录代码。一般情况下只需要将USB数据线与电脑相连接就能供电并下载烧录程序，实现数据通讯，抗干扰性非常强。该单片机在同系列中较为经典，拥有较为丰富的相关资料手册，可以在三大主流操作系统上运行，利用Arduino来设计本系统的核心控制器方案性能非常稳定，且烧录程序步骤和代码简单方便，是理想的单片机选择，如图2.2.4所示为本设计电路图。2.2.5设计完整电路图2.3系统软件设计2.3.1主程序设计主程序设计思路如下：首先将自动垃圾桶系统启动后开始进入初始化，由超声波测距传感器模块探测设定距离内是否有人或物靠近，若超声波传感器检测到人或物品与垃圾箱的距离小于设定距离，则电压差控制舵机正转使得垃圾箱自动翻盖开启，待垃圾投入4~5秒后桶盖又会自动恢复原位，特别的，垃圾桶盖将会保持开启状态直到扔垃圾的人离去。当垃圾桶装满时，红外避障传感器检测垃圾高度，若超出规定高度感应到垃圾箱已满，再经单片机判断控制溢出报警电路，通过蜂鸣器进行警报提示防止溢出。实际上，溢满报警并不会时时刻刻都开启，此功能只会在垃圾桶开盖后才会发出溢满警报，用于提醒人们及时清理垃圾防止继续投入。主程序流程框图如图2.3.1所示：开始开始初始化否初始化否检测到有人？检测到有人？是蜂鸣器报警是蜂鸣器报警检测到溢满？是检测到溢满？是否否打开垃圾桶盖打开垃圾桶盖是是5秒内检测到有人？5秒内检测到有人？否否关闭垃圾桶盖关闭垃圾桶盖图2.3.1设计流程图2.3.2自动翻盖程序设计本设计使用的是可以精准控制角度的舵机，自动翻盖的控制信号输入为检测人体距离的超声波测距传感器，输出PWM信号至舵机驱动，由驱动直接控制伺服电机旋转。若传感器检测到有人或物接近设定距离，则输出信号控制电机正转开盖，等人离开后4~5秒，输出信号控制电机反方向旋转相同角度关盖。利用程序代码来控制舵机的旋转角度和速度从而使桶盖自动翻开合适的位置。垃圾桶自动开盖流程如图2.3.2所示。开始开始接收器收到反射波的接收器收到反射波的计时时间小于设定值是是桶盖为关？桶盖为关？否是否否是否电机正转电机正转反射波计时时间大于反射波计时时间大于设定值且桶盖为开是是否否电机反转电机反转返回返回图2.3.2自动翻盖流程图2.3.3溢出检测电路程序设计溢出检测电路设计部分通过检测红外避障传感器的输出来给设定的垃圾高度变量赋值，若大于设定值则判断为垃圾已满，控制单片机输出PWM信号控制蜂鸣器报警，用这样的方式实现检测溢出的目的。垃圾溢出监测流程图如图2.3.3所示。开始开始红外检测高度红外检测高度变量大于设定值是是蜂鸣器开始报警蜂鸣器开始报警否否红外检测高度红外检测高度变量小于设定值是是否否蜂鸣器停止报警蜂鸣器停止报警返回返回图2.3.3溢出检测电路流程图当红外检测变量值大于设定值时输出为1，及判断为垃圾溢出，此时蜂鸣器报警，当红外传感器检测到变量小于设定值时输出为0，及判断为垃圾以处理，此时蜂鸣器停止报警。3系统调试硬件系统和软件系统设计原来是相互分开的，所以在分别调试硬件和软件系统好后再把程序下载到单片机中查看系统的具体工作情况，出现问题及时调试。调试是为了检验整个系统的硬件电路和软件代码是否能够完整地运行成功，同时输出结果是否为预想中的目标。整个调试过程反映了编程的逻辑性问题以及硬件连接有缺陷等等问题。下述内容详细描述了每个模块调试过程以及相应问题的解决方法。3.1系统软件调试1.选择单片机型号。本设计使用的单片机是Arduino，这里使用ArduinoIDE专用开发环境。首先选择ArduinoUNO芯片，其次选择好正确的端口。如图3.1.1所示：图3.1.1端口调试2.编写好整个系统功能的代码后，左击箭头标志开始上传代码，上传成功后再点击对号标志，IDE菜单栏编译器会自动检测编写程序的格式和语法错误。若没有语句错误，则打开串口监视，选择9600波特率，等待一会儿开始显示数据代表上传成功。如图3.1.2所示：图3.1.2串口监视3.上传完成后，就会在目标文件夹烧录单片机所使用的文件。将下载连接器与单片机接口正确连接，在菜单栏中选取正确的串口，确认无误后点击下载按钮即可开始烧录，复位单片机后开始运作即代表烧录成功。3.2系统硬件调试在确保元器件没问题后，首先，电路的调试运行必须要监测是否有断开或者短路现象，PCB电路板是否有电路走线不对、电路引脚虚焊或者电烙铁焊锡用量过多过少导致的引脚接触不良等情况。检查完毕后将已经完全焊接好的电路板通上电，并使用万能表仔仔细细将所有引脚的电压检查清楚，看是否在规范值内。3.3调试结果及分析在开始独立进行模块和程序调试的时候，发现自己给自己挖了很多坑导致系统无法正确运行，因此想要解决问题只能每个模块分别检查，这也是模块化设计的优点所在。尽管过程中出现了一些问题，然而经过不断调整软件和硬件以达到完美适配效果，最终也达到本次设计的预期，以下记录了具体出现的问题情况。程序无法下载至单片机解决办法如下：1.检查芯片和连接器是否还能正常运转，重装芯片以排除驱动问题，重启电脑或IDE软件，检查端口是否接触好。2.检查是否是单片机自身问题，尝试更换单片机3.多按几次单片机的复位键尝试是否可以使用。舵机不运转解决办法如下：1.舵机的工作原理和过程要比普通电机繁杂，与电机相同的是都必须要使用电机驱动电路才能正常运转，添加电机驱动电路或检查驱动电路是否正常。2.若是因为电路中电压过低的情况导致电机无法正常运转，则必须将编译好的电机驱动程序中电机转动部分参数加以修改，使电机正常工作。3.单片机引脚输出电流较小，考虑添加上拉电阻。4.如若输入电压过低导致不能启动电机，尝试更换新电池。3.4实验结果本次毕业设计基本完成了预定的目标，设计成果满足下列要求：1.实时探测是否有人或物接近垃圾桶投掷垃圾，并自动开关盖；当人接近垃圾桶一定距离的时候，垃圾桶可在1秒内开盖；当人离开后可在4~5秒后自动关盖。2.实时检测垃圾的多少并溢出报警，当垃圾高度超过预设值时则电路控制蜂鸣器发出警报，当垃圾被清理到预设高度以下时关闭报警。图3.4智能垃圾桶外观4总结与展望在本次毕业设计过程中，我使用Adurino单片机作为核心控制芯片，达到了自动开盖和垃圾溢出报警的主要功能，完成了基于Adurino单片机的自动垃圾桶设计。首先利用超声波测距传感器感应是否有人要扔入垃圾，如果有人扔垃圾则输出信号到单片机，再经单片机处理后输出脉冲信号令伺服电机转动自动开盖，人离开~秒再自动关盖。利用舵机模块来驱动电机，利用伺服电机来自动控制开盖的原因是其旋转角度易于操控。当桶内垃圾的高度超出预设高度时，红外避障传感器会将PWM信号输出给单片机控制核心，待其处理数据后再驱动蜂鸣器发出溢出警报。在软硬件联合调试过程中一定会遇到一些困难问题，为了完成所有系统的设计步骤，则应该坚持完善和仔细的解决所遇到的困难。虽然整个设计成果已经符合毕业设计题目的预期完整需求，但由于时间问题使得本方案并没有做到十分完善和成熟，且并未达到理想目标，虽然本毕业设计所做的智能垃圾桶可以自动开盖且具有溢出报警功能，但距离心目中的智能化和人性化还有很长一段路要走，我认为还有以下几个方面可以提升：1.提升语音质量。现在使用的蜂鸣器智能发出滴滴声以此报警，音调单调容易使人烦躁。2.改变开盖部分机械装置结构。本设计由于有材料限制，因此使用简单的线拉方式来开桶盖。这种操作方式在使用舵机的情况下存在高延迟和低速度的巨大问题，因此以后可以用齿轮配合改进机械装置结构。3.更换超声波检测传感器：虽然超声波传感器可以完成本设计方案的测距功能，但超声波传感器易受到周围环境因素的影响而导致输出波动较大，所以可使用性能更加稳定的传感器来替换。结论经过努力查阅大量单片机、电机控制、各类传感器元件、测距仪器、红外与超声波工作原理、智能垃圾桶等方面的文献和参考资料。多次实践调试后自动翻盖垃圾桶的各个模块都已经完善，随着传统垃圾桶和现有智能垃圾桶的飞速发展以及当今科技的飞速发展，微机技术、人工智能等各种信息化技术在日常生活和工业生产中得到了更为普遍的应用，因此为了加速社会的智能化人性化，本设计研究出了自动翻盖垃圾桶。本设计通过将各种传感器和其他辅助功能应用在垃圾桶上，以此让垃圾桶变得更加智能化和人性化，更新了人们对智能垃圾桶的理解，使得生活中随意可见但又不可或缺的垃圾桶变得更加人性化。自动翻盖设计节省了大量的时间和人力资源。另一方面，垃圾箱上的溢出报警提示可以有效杜绝人们乱扔垃圾以及垃圾溢满等现象，提高人民对环境的保护意识，增强生态危机感，为人类生态文明建设、社会可持续发展做出必要的贡献。参考文献[1]侍倩，柳丽霞.生活垃圾卫生填埋场产气规律及污染[J].环境科学与技术，2005

[2]杜子秀，叶文法，朱传芳.推广使用分类垃圾箱充分利用“城市矿藏”资源[J].环境保护科学，2002[3]王邦超，姜勇，董铁有，苗娟.多功能环保垃圾桶设计简析[J].环境卫生工程,2008,16卷第5期[4]张益，我国生活垃圾处理技术的现状和展望.环境卫生工程，2000[5]张海宁，郑世帅，孙龙鹤.无线环保与火警监测智能垃圾箱[J].科技创新与应用,2013

[6]蒋晶，李琴.环保垃圾箱[J].科技展望,2006[7]梁小廷，单片机技术的发展及应用研究[J].

民营科技,2018[8][加]克拉伦斯.W.德席尔瓦,传感器系统基础及应用[M].机械工业出版社.2019[9]谢洪，用单片机控制红外编码探测障碍物[J].《单片机与嵌入式系统应用》2007[10]吴宗汉，林毓论，沈一伟，实用蜂鸣器研制技术[M].东南大学出版社.2017[11]周润景，李茂泉，常用传感器技术及应用[].电子工业出版社.2020[12]时玮，利用单片机PWM信号进行舵机控制.北京交通大学.2005[13]FelipGracia,JordiLiorens.EmilioGilperformanceofanUltrasonicRangingSensorinAppletreeCanopies[J].Sensors2011[14]Queirous,R;CorreaAlegria,F.SilvaGirao.Cross-CorrelationandSine-FittingTechniquesforHigh-ResolutionUltrasonicRanging[J].lEEETransactionsandMeasurement2021[15]Liuting.Analysisoftheapplicationofsinglechipmicrocomputertechnologyinsensordesign[J].Digitaldesign,2017附录/***@parCopyright(C):2019-2028,Shenzhen

Qinhe

Intelligent

Technology

Co.,Ltd.*@fileultrasonic_basic_test.c*@authorGeorge*@versionV1.0*@brief超声波自动感应垃圾桶代码*@details*@parHistory见如下*/#include<Servo.h>Servomyservo;//createservoobjecttocontrolaservo#defineSPEED5#defineCLOSETIME3000//关闭垃圾桶延时#defineMIN_ANGLE180#defineMAX_ANGLE100#defineOPEN_DIS15//引脚定义constintEchoPin=12;//超声波接受引脚constintTrigPin=13;//超声波触发引脚floatcm;//超声波直接检测到的距离floatcm_filter=0;//超声波滤波后得到的距离floatk=0.5;//滤波系数floatget_ultrasonic_dis();//距离读取并滤波/***Functionsetup*@authorGeorge*@date2017.07.25*@brief初始化配置*@param[in]void*@retvalvoid*@parHistory无*/voidsetup(){Serial.begin(9600);pinMode(TrigPin,OUTPUT);pinMode(EchoPin,INPUT);pinMode(A4,OUTPUT);pinMode(2,INPUT);digitalWrite(TrigPin,LOW);//低高低电平发一个短时间脉冲去TrigPindelayMicroseconds(2);digitalWrite(TrigPin,HIGH);delayMicroseconds(10);digitalWrite(TrigPin,LOW);cm=pulseIn(EchoPin,HIGH)/58.0;//将回波时间换算成cmcm_filter=cm;myservo.attach(9);//attachestheservoonpin9totheservoobjectfor(inti=MIN_ANGLE;i>MAX_ANGLE;i--){myservo.write(i);delay(50);}for(inti=MAX_ANGLE;i<MIN_ANGLE;i++){myservo.write(i);delay(50);}}/***Functionloop*@authorGeorge*@brief获取数据并打印*@param[in]void*@retvalvoid*@parHistory无*/charflag_open=0;voi