【《基于单片机的智能垃圾桶测控系统设计与实现》10000字（论文）】

基于单片机的智能垃圾桶测控系统设计与实现目录TOC\o"1-3"\h\u31255基于单片机的智能垃圾桶测控系统设计与实现 1166241引言 3264751.1前言 3189071.2研究背景与意义 330961.3国内外研究现状与趋势 418341.3.1国内发展现状 454481.3.2国外发展现状 5242901.4设计内容 541961.5本章小结 6210832总体方案的设计 6175872.1整体方案设计 6209612.2控制芯片的选择 758652.3温度检测模块的选择 8303442.4语音控制模块的选择 8118252.5溢满检测模块的选择 970642.6语音播报模块的选择 936962.7驱动模块的选择 9235962.8烟雾检测模块的选择 10148152.9元器件型号清单 10243182.10本章小结 10154023硬件电路设计 11270053.1单片机最小系统 11214203.1.1控制单元电路设计 11155143.1.2电源电路设计 12208763.1.3复位电路设计 1343363.1.4下载电路设计 14204223.2检测单元 14300013.2.1温度检测模块电路设计 1452133.2.2语音识别电路设计 14104953.2.3溢满检测电路设计 15295223.2.4烟雾检测电路设计 1680973.3执行单元 17197263.3.1语音播报电路设计 17289703.3.2驱动电路设计 17300483.3.3蜂鸣器报警电路设计 18302213.3.4显示电路设计 18284893.4本章小结 19266844控制程序设计 2031024.1系统主程序设计 20323144.2烟雾报警程序设计 21124924.3数码管显示程序 22224794.4本章小结 23231155软件与硬件调试 2344095.1PCB板绘制与实物制作 236325.2核心板程序设计 25146105.3实物运行与调试 28207195.4本章小结 281607总结 288101参考文献 29摘要：伴随当今社会的迅猛发展，人们生产生活制造的垃圾数量也骤增。虽然垃圾桶在日常生活中随处可见，却仍然存在随地扔垃圾的现象。为了垃圾资源的有效回收利用，减轻人们倒垃圾的负担，智能垃圾桶应允而生。目前市面上的智能垃圾桶型号多种多样，然而普遍价格较高，且功能较为单一。针对目前智能垃圾桶的现状，本文设计了一款以STM32单片机为核心且价格亲民、使用简单的测控系统。系统可以实现以下功能：语音唤醒开盖、溢满检测播报、烟雾浓度检测以及温度检测并显示。本系统以STM32单片机作为核心控制器，通过LD3320语音识别芯片识别语音来控制垃圾桶桶盖的开关。当投掷者说出唤醒词，以及关键性语句的时候，垃圾桶桶盖就会自动打开并且在三秒后自动关闭。垃圾桶桶内放置红外传感器用于检测垃圾是否溢满，如果溢满，语音播报传感器JQ8400会播报语音提醒人们倒垃圾。考虑到如果垃圾桶内部温度过高，食物腐蚀速度加快就会产生较大的异味。本设计采用了DHT11传感器测量垃圾桶桶内温度，并且用数码管实时的显示桶内温度。为了预知火灾的发生并发出警告，设计使用了十分灵敏的MQ-2烟雾传感器测量垃圾桶内的气体浓度。当垃圾桶内气体浓度超过预先设定的浓度阈值，蜂鸣器就会报警警示火灾发生。本智能垃圾桶测控系统使用简单、价格亲民，因此可以投入到实际的生产应用中。关键词：单片机；红外；烟雾；语音识别；语音播报；智能垃圾桶1引言前言据数据统计显示，我国每年会产生数以亿计的垃圾。不仅日常生活会产生大量的生活垃圾，工业生产还会产生大量的有毒有害垃圾。如此大量的垃圾如果不妥善处理，会给环境带来很多不可逆转的危害。例如，不易降解的塑料袋会造成土地侵蚀，乱扔废弃旧电池会污染地下水给人类的生命健康带来严重的威胁。现实生活中曾经有很多因为废旧电池乱扔污染地下水，从而导致人们患癌的悲惨事例。垃圾桶在我们日常生活中随处可见，它不但方便了我们的生活，还在保护环境方面有一定的贡献。但是由于人们物质生活水平的提高，现在的人们更加倾向于选择使用智能垃圾桶减轻倒垃圾的负担。研究背景与意义在高度智能化和数字化的今天，如何让产品用的舒心省心往往是产品制造的出发点。智能垃圾桶相较于传统垃圾桶有着非常多的优点，更高的效率以及更少的人力使其备受欢迎。智能垃圾桶的推出一方面能够推动垃圾处理行业向智能化方向发展，另一方面还能带动产业发展。相比较而言，它更加符合当今社会人们对于精致生活的追求，未来在这种趋势下智能垃圾桶会逐渐取代传统垃圾桶成为主流产品。针对目前传统垃圾桶的现状和缺陷，本文设计了一种以STM32为核心的智能垃圾桶测控系统，主要实现溢满检测、语音提示、语音开关盖、烟雾检测与报警和温度检测与显示等功能。相比于当今市面上的大多数智能垃圾桶，该智能垃圾桶将众多功能融合在一起，做到实用性与便捷性兼容。该款智能垃圾箱使用语音开盖的方法，将传统的人工投掷垃圾转变得更加智能化。这样的做法将大大地减少人工开盖所需要的人力，减少了人们倒垃圾的负担。现如今，无论是国内还是国外对智能垃圾桶的研究都愈发成熟，甚至偏向人工智能。但是其一般成本都偏高，然而本设计中的垃圾桶可以兼顾功能的实用性和价格的亲民性。1.3国内外研究现状与趋势1.3.1国内发展现状国内智能垃圾桶发展历程相较于国外稍晚，近几年国内市场上出现了不少自动开盖智能垃圾桶，目前主流的自动开盖智能垃圾桶大致可以分为以下几类：①利用按键控制桶盖的开关:这类智能垃圾桶一般可以分为两大分类，区别在于垃圾桶桶盖的闭合方式。垃圾桶桶体上设置有按键，当投掷者按下按钮后，桶盖在电机的驱动下会慢慢开启。在垃圾扔入桶内之后，则会出现两种情况：一、垃圾桶桶盖会保持开启状态维持较短的时间，之后垃圾桶桶盖则会在电机的驱动下关闭；二、垃圾桶桶盖并不会关闭，这时需要手动再按一次按键。这种利用按键来控制开关存在着较大的缺点，它需要手动按下按钮开盖。与最原始的垃圾桶相比较，利用按键控制开关的垃圾桶已经慢慢向着智能垃圾桶靠近了。它不是单纯意义上的使用手或者脚踩来打开或者关闭桶盖垃圾桶桶盖，而是通过电能驱动电机做工来控制垃圾桶桶盖的开关。从驱动的角度而言，这种按钮电动式智能垃圾桶仅仅是在节省人力的角度做出了创新，但是有比较大的瑕疵。②利用红外检测控制桶盖的开关:红外检测式智能垃圾桶不需要人们直接用手触碰垃圾桶桶体，在便捷性与卫生性上相较于按键式智能垃圾桶有较大的提升。这类垃圾桶会在垃圾桶外面安装红外模块，一个发射一个接收构成完整的闭环。当投掷者出现在距离垃圾桶一定范围内并且等待一小会，红外模块无法接收到发出的红外线就会判定为有人倒垃圾。通过判断，垃圾桶电机启动驱动桶盖打开。垃圾扔入桶后，等待电机反应时间后桶盖关闭。③利用红外检测侧方打开：这种智能垃圾桶避免了上面那种垃圾桶红外检测区域重复的现象，但是这种垃圾桶反应速度比较慢。另外最大的问题是，该产品的使用方法较为复杂，日常生活中不是很推荐使用。1.3.2国外发展现状国外智能垃圾桶发展相较于国外稍早，研究方向与国内稍有不同并且在功能上有所创新之处，目前主要有以下几类：①可以自由伸缩的智能垃圾桶：这种智能垃圾桶可以根据用户需求使用遥控器任意调节垃圾桶体积大小，不会占用过多的场地。由于垃圾桶本身的特性，这使得它几乎适用于所有场景。②可以防止臭味逃逸的智能垃圾桶：这种智能垃圾桶使用了目前市面上比较先进的密封材料，可以最大限度的防止臭味逃逸。防臭味智能垃圾桶的密封材料可以极大限度的保证卫生干净，不过这样会导致垃圾桶的使用时长会大打折扣。另外使用电能制冷保鲜垃圾虽然可以降低食物腐蚀的速度，但是比较消耗电能目前无法做到足够的节能。③智能分类垃圾桶：对垃圾进行人工智能分类是一个技术难度较大的研究方向，现如今市面上还未出现较为成熟的产品，能够独立完成垃圾的智能分类与回收工作。1.4设计内容硬件方面：本智能垃圾桶测控系统主控制器选用了STM32F103C8T6单片机为核心控制器，其具有程序储存容量大、运算效率高等优点，并且内置了A/D转换电路。同时，STM32单片机因为封装体积小、性价比高，在市场上备受消费者欢迎。本测控系统主要实现功能有语音控制开关盖、溢满检测、语音播报、温度检测、烟雾报警等功能。温度传感器具有较大范围的量程，检测精度高、误差范围小、响应时间短，能较为可靠地获取温度数值，完全可以满足家用垃圾桶的日常使用。为了完善温度检测功能的使用，本系统采用了数码管，可以更加直观精确地显示温度。软件部分：为了保证智能垃圾桶测控系统硬件部分各种功能的正常运作，需要编写程序代码并下载到板子上给予硬件电路指令。综合考虑编写语言选择C语言，其编写和调试都较为简单。编写时先编写出主程序再编写子程序，工作时调用子程序实现各个模块功能运行。程序编写完成后还设计了程序流程图，直观地呈现系统工作流程以及各项功能执行顺序。1.5本章小结本章节介绍了智能垃圾桶测控系统的研究背景与意义，分析了智能垃圾桶国内市场与国外市场的研究现状，列举了国内外几款智能垃圾桶发展趋势以及创新之处，并且对本文的主要设计内容进行了大体上的阐述。2总体方案的设计2.1整体方案设计智能垃圾桶测控系统选取程序储存容量大且运算效率高的STM32单片机作为核心控制器。系统采用专用语音识别芯片控制垃圾桶桶盖开关，当投掷者说出唤醒词后，再说出事先设定好的语句，垃圾桶桶盖在舵机的驱动下打开，并且在三秒后自动关闭。垃圾桶内装满垃圾的时候，红外模块会检测并且语音播报芯片会自动播报提醒。系统使用温度传感器测量垃圾桶内部环境温度，测量完毕后数码管上实时显示温度值。为了预防火灾的发生，系统采用了十分灵敏且检测准确的烟雾检测传感器。当气体浓度超过程序设置的最大值时，蜂鸣器会发出鸣叫的响声提醒火灾的发生。系统总体结构框图如图2-1所示。

图2-1系统总体结构框图2.2控制芯片的选择单片机作为信息处理中心，对采集到的数据进行处理分析，并将指令发送到各个模块执行相应功能。单片机诞生以来经历了几个重要的发展历程，目前其技术愈发成熟。如今几乎所有32位单片机主频频率已经达到几百兆赫兹。依据价格与功能综合考虑，可供选择的单片机有C51系列和STM32系列。下面介绍两种单片机的基本信息并进行优劣势对比，详细方案对比选择过程如下所示：方案一：可选择STC89C51作为智能垃圾桶测控系统的主控制器。STC89C51单片机是STC公司早期制造生产面向市场的单片机。STC89C51单片机芯片内部模块有着8位的CPU，正常运行频率为32MHz。并且因为结构比较简单，使用方便易于实现模块化，因此被广泛应用。方案二：可选择STM32作为智能垃圾桶测控系统的主控制器。STM32单片机是意法半导体设计研发投入市场的高性能单片机。基于STM32单片机芯片内部模块自带32位的CPU，单片机有着较强的运算能力且功耗比较低。STM32单片机基于其中央处理器强大的运算转换能力，可以轻松驾驭大部分使用场景。对上述两个方案进行比较后，由于本设计模块数量较多，对系统本身运算处理能力要求非常高，本设计可以使用TM32F103C8T6芯片作为整体电路的控制芯片。2.3温度检测模块的选择系统还对垃圾桶桶内的温度进行检测，并且通过数码管显示测量的温度值。市面上温度传感器的种类较多，较为常见的主要有三大类：数字式、集成式以及热电偶传感器。下面将进行热电偶传感器和DHT11温度传感器进行优缺点分析，并且选取最合适的温度测量设计方案：方案一：使用热电偶测量垃圾桶环境温度。热电偶通过直接暴露在被测环境下测量温度，需要额外转换无法直接得出结论。热电偶具有非常广的测量范围，从零下几百度到一千多度不等。热电偶传感器的测温原理是利用两种不同导体的导热差异性产生温度差值，温度差值的出现可以使得电路中有电流产生继而促进电动势的产生。热电偶传感器一般被应用于工业测温，如化工产业的自控系统、工业制冷等。方案二：使用DHT11测量垃圾桶环境温度。该元件设计结构比较简单，只有有四个引脚方便接线。DHT11能够对垃圾桶桶内的-20℃～60℃温度范围进行检测，精准度为±2℃。当其与单片机相接时，使用单总线的形式完成数据传输。对上述两个方案进行比较后，方案一的热电偶传感器检测的范围太大，使用方法较为复杂。热电偶测量温度方法比较复杂且需要场地大，还需要为其设置温度补偿电路。并且热电偶传感器实际价格比DHT11价格高出很多，因此不适合用于垃圾桶桶内测温。出于对成本以及实际应用难度的考虑，本课题将选用方案二的DHT11传感器对垃圾桶桶内的温度进行检测。2.4语音控制模块的选择方案一：使用NRK10语音识别芯片来实现语音识别功能。NRK10语音识别芯片是一款价格便宜、性能优越的离线语音识别芯片。NRK10不能直接储存语音与关键词，需要额外的Flash。由于它的性价比与功能性，芯片常被用于儿童玩具的语音互动上。方案二：使用LD3320语音识别芯片来实现语音识别功能。LD3320语音识别芯片是一款可以识别任意人语音，并且作出回应的语音识别芯片。芯片内部含有数字/模拟和模拟/数字转换器，不需要使用额外的模块对其进行数模转换。该芯片关键词可以随意编辑，使用前录入所需要的关键词或者语句。芯片接收到任意语音后，都会进行关键词匹配，匹配成功则会作出反应。并且识别之前需要给芯片一个指令，接收到指令后才会作出下一步反应。对上述两个方案进行比较后，NRK10语音识别芯片需要外挂SPI-Flash、存储词条，并且只支持离线语音识别，更改关键词较为复杂，不适合语音模块。出于对操作的便捷性考虑，本课题将选用方案二的LD3320语音识别芯片实现语音识别的功能。2.5溢满检测模块的选择溢满检测模块使用TCRT5000来检测垃圾是否堆满垃圾桶。TCRT5000是一种利用检测物体表面的反光程度来确定是否有物体遮挡，传感器主要构成材质是一个发射红外光的三极管和一个可阻挡可见光的三极管。工作时，发射端发射出的红外线波长约为950nm。传感器能检测物体的距离范围大概是0.2~15mm，。TCRT5000工作时电压和STM32的供电范围非常接近最低3.3v就可驱动，且三极管对电流的要求也非常低仅0.1mA。2.6语音播报模块的选择语音播报模块选择JQ8400芯片，芯片具有一个2.0版本的USB接口。输入电压范围十分线性，只要位于3.3v和5v之间就可以正常使用。芯片的睡眠电流及其微小，待机时十分节能。JQ8400芯片可以对多种格式的音频文件进行解码，24位的数模转换器使其可以进行内部输出，所使用的解码方式为DSP硬件解码。JQ8400芯片具有一线串口、两线串口、多线串口等三种控制模式。在更新语音词条时，可以像打开U盘一样添加或者删减语音。基于这个特点，本芯片避免了传统语音播报芯片需要另外的处理中心更新语音的麻烦。此外，JQ8400芯片易于掌握使用方法，调试过程简单明了，极大地方便了各种场景下对于语音模块的选择与使用，完全符合语音播报模块的选择要求。 2.7驱动模块的选择驱动模块选择了1个SG90舵机来控制垃圾桶桶盖的打开以及关闭，通过舵机与机械臂的配合就能够完成桶盖的开关。舵机和一个杠杆结构连接在一起，通过舵机的旋转，拉升杠杆，这样垃圾桶桶盖在杠杆的作用下就能够翘起来。舵机的接口只有三根线，非常方便连接。SG90舵机体积小、质量轻、反应迅速，并且驱动设计较为简单、成本较低，完美符合驱动模块的选择要求。2.8烟雾检测模块的选择烟雾检测模块选择MQ-2烟雾传感器完成对垃圾桶的内部是否发生火灾进行检测。MQ-2烟雾传感器是一种十分灵敏的金属半导体材料，传感器经过升温加热后在不同浓度中电导率不同。电导率与电路电压的关系是电导率越高电压越高，利用STM32单片机自带的模数转换模块将电导率的数值转换为电压值。当垃圾桶内气体浓度超出设置的最大值时，蜂鸣器会发出鸣叫警示火灾的发生。2.9元器件型号清单通过对以上各模块罗列的方案进行比较，本系统硬件电路需要用到的元器件型号有如下方案：单片机：STM32单片机；温传感器选择：DHT11温湿度传感器；显示器：三段八位数码管；语音识别芯片：LD3320语音识别芯片；红外传感器：TCRT5000传感器；语音播报传感器：JQ8400；烟雾传感器选择：MQ-2；驱动：SG90舵机；电源：5V；2.10本章小结本章在第一章首先确定了系统的主体框架以及研究思路，对功能执行流程作出了比较详细的解释。第二章到第八章对于各模块所需要的器件提供了两种方案，同时进行比较确定最优的方案。本章结尾部分罗列出用到的元器件清单列表，清晰明了。3硬件电路设计3.1单片机最小系统3.1.1控制单元电路设计系统使用STM32单片机作为信息处理控制中心，STM32是一款拥有32位中央处理器的单片机。STM32对工作环境要求并不严苛，工作电压很低仅仅为最低2V最高3.6V，并且可以在零下40℃到零下85℃的超低温下正常运行。STM32具有37个I/O口，512KB的ROM容量以及64KB的SRAM，其采用了LQFP封装。STM32芯片的架构设计图3-1所示。图3-1STM32架构设计图STM32内置3个AD转换电路，电路中不需要单独设计数模转换模块。STM32拥有37个I/O口，并且存储器速率也非常快，拥有512KB的ROM容量以及64KB的SRAM容量。STM32具有数个ADC和串口，模数转换方便效率高。此外其不仅支持USB2.0传输协议，还支持多种通信模式。本课题的主控电路设计见图3-2所示。图3-2主控电路3.1.2电源电路设计智能垃圾桶测控系统采用+5V电源为整个电路进行供电，保证电路的正常运转。当开关按下时，1脚与2脚接通，4脚与5脚相接。接口电路图如图3-3所示。STM32F单片机维持正常运作的电压值最低2V最高3.6V，本智能垃圾桶测控系统所使用的移动电源电压值为+5V。鉴于+5V电源不能保证单片机的正常工作，必须使用转换装置将+5V电压变为维持单片机正常运作时的电压值才可以。本设计所使用了LM1117-3.3来实现电压转换，这个芯片的输入端电压值为+5V，通过转换输出端电压值会变为+3.3V。LM1117是一种将高电压转换为低电压的稳压器，电容的作用是对电源进行滤波，滤除转换过程中的杂波，获得较为干净的+3.3V电压。电源转换电路如图3-4所示。图3-3电源接口电路图3-4电源转换电路3.1.3复位电路设计单片机的复位系统，定义是指让程序指令重新开始执行，将储存、寄存器都设置为初始化值，使电路恢复到初始状态。单片机复位方式有很多选择，比如重启电源后上电进行复位、通过电路中设计的按键模块进行复位等，其目的就是为了让计时器程序跳转到入口地址0000h中。本次设计中的外部电路是利用开发板来关闭电源再重启电源上电进行复位的，而低电平复位是利用STM32单片机的外部复位输入引脚NRST与复位电路的Rst引脚相接实现。当开关闭合时，电容被短路，复位引脚接地为低电平。当开关断开时，由于电容隔直通交的特性，复位引脚接在电源上为高电平。复位电路如图3-5所示。图3-5复位电路3.1.4下载电路设计STM32单片机可以使用很多不同下载方式来下载程序，如说SWD,串口。目前经常使用的方法是JTAG，其优点在于芯片可以实现内部调试。不过本系统选择SWD方式下载，最重要原因是接线简单、I/O少。且有官方的烧写器ST-link用于调试，完全可以满足日常开发需求。系统下载电路电路如图3-6所示。图3-6系统下载电路3.2检测单元3.2.1温度检测模块电路设计DHT11温湿度传感器是一款既可以测温度又可以测湿度的多用途传感器，其具有传输距离超远，使用寿命长等优点。该元件只有四个引脚，接线方便。DHT11能够对垃圾桶桶内的-20℃～60℃温度范围进行检测，精准度为±2℃。当其与单片机相接时，使用单总线完成与单片机之间的数据传输。DHT11完成通讯交换数据的时间极短，测量的数据也较为精确。温度检测电路见图3-7所示。图3-7温度检测电路3.2.2语音识别电路设计LD3320语音识别芯片是一款功能实用、性价比高的语音识别芯片，它支持所有的单片机包括最初的51系列单片机。语音识别芯片具有四个SPI接口,STM32单片机与LD3320芯片之间是主机与从机的关系，芯片接收单片机输出的数据并利用寄存器用以储存。LD3320芯片内部拥有精确度极高的数模以及模数转换接口，外部电路不用再接其他器件。芯片储存的语句可以随意编辑使用方便简单，且最多支持记忆编辑50条关键语句。语音识别电路如图3-8所示。图3-8语音识别电路3.2.3溢满检测电路设计当检测到反射率极低的物体时，红外接收管接收不到发射管发射的红外线，三极管处于截止状态输出低电平。反之，当检测到反射率较高的物体，三极管处于导通状态输出高电平。555定时器在电路中充当施密特触发器的作用，主要用以波形的整形以及滤除杂波防止干扰。溢满检测电路图如图3-9所示。TCRT5000红外模块电路如图3-10所示。图3-9溢满检测接口电路图3-10TCRT5000红外模块电路图3.2.4烟雾检测电路设计烟雾检测电路使用MQ-2传感器检查是否有灾情发生。MQ-2烟雾传感器是一款可靠性高且价格便宜的烟雾传感器，常用于家庭、工厂中对于气体泄漏以及火灾的检测。MQ-2烟雾传感器的原理是利用其气体敏感元件对于气体浓度的敏感性，浓度越大电路电导率越高。气体敏感元件将检测到的数据以模拟量的形式发送出来，模数转换模块将电导率转换为电压值且成正比，。烟雾检测检测电路如图3-12所示。图3-11烟雾检测接口电路MQ-2传感器的4引脚与6引脚的电压值是经过转换后需要的测量值，Rx是传感器本身存在的电阻。当检测环境中的气体浓度增大时，Rx电阻值变小。Rx电阻值变小，输出电压变大。由此当环境中的气体浓度与电压成正比，二者可以看做一同变化。MQ-2内部原理如图3-13所示。图3-12MQ-2内部结构图3.3执行单元3.3.1语音播报电路设计语音播报电路使用了JQ8400语音芯片，并且模块上有一个16位的微控制单元。MCU直接对芯片进行解码，使得播报获得更高的声音质量。芯片只有硬币大小的体积，这使得它可以被自由的安置在开发板上的任意位置。该语音芯片最方便的地方在于，其可以自由任意的更改语音内容。语音播报电路如图3-11所示。图3-13语音播报电路3.3.2驱动电路设计SG90舵机是一种模拟舵机，采用PWM技术控制舵机的运转。PWM是指调整波形，得到想要的波形。SG90舵机的使用方式是通过调节高电平或者低电平占比来调整舵机的旋转角度。SG90舵机控制起来十分简单、灵巧和动态响应好，这些优点也使得其被广泛应用。驱动电路如图3-14所示。图3-14驱动电路3.3.3蜂鸣器报警电路设计三极管在电子电路设计中往往承载着非常重要的作用，其基本作用是起放大作用以及开关作用。在蜂鸣器报警模块中，三极管承载着开关作用。PB4加在三极管集电极上的指令为低电平时,三极管有电流通过为导通状态。反之，PB4加在三极管上的指令为高电平时，三极管没有电流通过为截止状态。蜂鸣器开与关与单片机给予的指令有关。蜂鸣器报警电路如图3-15所示。图3-15蜂鸣器报警电路3.3.4显示电路设计74AHC573D是一款八进制的锁存器。由于STM32单片机工作电压较低，74AHC573D在这里起到驱动的作用。保证数码管正常刷新数据，同时减轻MCU的工作压力。数码管采用的是三位8段共阴极数码管，预设的刷新频率为6ms。显示电路如图3—16所示。图3-16显示电路3.4本章小结本章节首先对STM32核心控制器的参数进行详细地分析，展示了STM32的内部构造图以及主控电路图。针对整个系统分为了最小系统、检测单元以及执行单元，并且对每个单元模块进行了详细介绍。最小系统单元除了对核心控制器进行说明，还阐释了电源电路、复位电路和下载电路的原理与作用。检测单元对语音识别芯片LD3320、语音播报芯片JQ8400、温湿度传感器DHT11、红外原理进行解释并且设计了电路原理图。执行单元对舵机、蜂鸣器以及数码管等进行解释。

4控制程序设计4.1系统主程序设计系统的主流程图是对所用到的传感器的各项参数进行采集并进行阈值比较，完成温度检测、烟雾浓度检测和溢满检测。I/O中断子函数检测识别声音，控制舵机打开垃圾桶桶盖。流程如图4-1所示。图4-1系统主程序流程4.2烟雾报警程序设计烟雾检测程序主要分为两个部分，烟雾传感器检测和蜂鸣器报警。传感器检测到气体浓度超过程序设定的最大值后，蜂鸣器就会发出响声预警。图4-2烟雾报警程序流程4.3数码管显示程序数码管显示程序是显示检测到的温度，直观地展示给我们看。温度检测完毕后，数码管读取并显示。流程如图4-3所示 。图4-3数码管显示程序流程4.4本章小结本章节通过绘制程序框图，完整的还原出系统工作流程以及各项功能执行顺序。5软件与硬件调试5.1PCB板绘制与实物制作首先使用立创EDA绘制电路原理图，导出PCB。设计电路时，可以在立创EDA中导入常用的封装库。放置元器件的时候不能放置太过紧凑也不能太过松散，合理利用好开发板上的空间。元器件放置完毕后，就可以开始连线。布线时不仅要实现布线全部布通，还要尽量保证工整。PCB连线时有一些禁忌，如连线时一定不能出现直角的情况。为了增强电路板的抗干扰性能同时提升其散热能力，可以在PCB的表面进行覆铜。PCB覆铜正面视图如图5-3所示。PCB3D视角正面视图如图5-4所示。图5-1PCB覆铜正面视图图5-2PCB3D视角正面视图将立创EDA画好的PCB源文件发给生产厂家，进行PCB板的定制生产。拿到设计好的电路板后，准备好焊接用的电烙铁、焊台和松香等必要器件。焊接前，清点好所需的元器件，根据电路原理图导出的BOM表就可以开始焊接了。焊接时要遵循先小后大的原则，最后焊接好电源接口。焊接完成后，给系统上电并将程序烧录到单片机内。实物焊接图如图5-5所示。图5-3实物焊接图5.2核心板程序设计智能垃圾桶测控系统的控制单元芯片选用了STM32F103C8T6芯片。程序编写完成后，使用KEIL5软件将程序烧录下载到板子。下载操作流程如图5-4系列图所示。图5-4（a）烧录一图5-4（b）烧录二图5-4（c）烧录三图5-4（d）烧录四完成上述操作后，将串口线插到开发板上预留的接口上。根据引脚标识一一对应将线接好，最终点击下载按钮即可下载，下载成功时软件和实物的反应如图5-2所示。图5-5下载成功5.3实物运行与调试系统开机上电后首先进行烟雾报警检测，程序里面我设置的最大置是2300ppm。随后按住打火机对MQ-2喷射打火机内的可燃性气体，持续10秒钟左右。当检测到的气体浓度超过程序设定最大值时，蜂鸣器就会发出响声警告。如图5-6所示，数码管显示此时垃圾桶内部环境温度为25.6℃，LD3320和JQ8400语音模块指示灯都是亮的。对着单片机说出唤醒词小白我要倒垃圾，舵机就会工作打开垃圾桶。然后取一张餐巾纸塞满垃圾桶，语音模块会播报语音提醒垃圾桶已满准备倒垃圾。实物开机图如图5-6所示。图5-6实物开机图5.4本章小结本章使用KEIL5仿真烧录软件对程序进行了编写与烧录，并且将程序下载到板子上了。本章的前两节用图片的形式详细地介绍了下载烧录的具体操作，后两节展示了PCB的绘制及其3D视图。经过开机测试，语音识别、语音播报等各模块功能正常总结智能垃圾桶测控系统以STM32单片机为核心控制器，5V电源供电。投掷垃圾时可以通过呼出关键词控