基于单片机的多功能垃圾车系统

河北理工大学信息学院 摘要 ix图4.3处理子程序流程图5系统的测试5.1软硬件调试在智能垃圾车系统的开发过程中，进行了全面而系统的软硬件调试工作，以确保各功能模块协调配合、系统整体稳定可靠。调试工作首先从单元测试开始，分别对电源模块、传感器模块、执行器模块和通信模块进行独立验证。通过使用万用表和示波器检测电源系统的输出电压稳定性和纹波情况，确认各电压点符合设计要求；利用信号发生器和模拟负载测试电机驱动电路的响应特性和电流承载能力，验证了在不同负载条件下的稳定运行能力；对红外对管、超声波传感器、循迹模块等进行灵敏度测试和数据采集验证，通过多组实验数据确定了最佳工作参数和阈值设置；对舵机控制精度和重复定位能力进行测试，确保开盖和倾倒动作的可靠执行；检验4G通信模块的连接稳定性和数据传输性能，模拟各种网络条件下的通信情况。在单元测试通过后进行了模块集成测试，重点解决了电机启动对传感器干扰、多传感器数据融合处理、任务调度与优先级管理等问题，采用软件滤波算法和电源隔离技术有效降低了系统内部干扰。随后进行了功能集成测试，验证了人体检测-语音提示-自动开盖的联动响应时间，路径循迹导航的准确性，垃圾满载检测与自动倾倒流程的完整执行，以及远程监控与控制的可靠性。最后进行了系统级测试，包括长时间连续运行测试（24小时无间断工作）、环境适应性测试（不同光照条件、路面状况和温湿度环境）和异常处理测试（模拟传感器失效、通信中断、电机堵转等异常情况）。通过这些测试发现并解决了一系列潜在问题，如超声波在特定角度偶有误差、电机驱动在低速时存在不均匀现象、循迹传感器在强光下灵敏度降低、4G通信在网络信号弱时连接不稳定等，针对这些问题分别采取了多次测量取平均值、优化PWM频率和死区时间、增加传感器遮光罩、添加通信自动重连和数据缓存机制等解决方案。经过全面调试和优化，系统各项性能指标均满足设计要求，控制响应时间稳定在1秒以内，导航精度控制在±15mm以内，垃圾容量检测误差小于3%，通信可靠性达到99.5%以上，系统整体稳定性和可靠性得到显著提升，为后续实际应用奠定了坚实基础。5.2实物展示5.2.1人体检测功能人体检测功能通过FC-33红外对管模块实现，在实际测试中表现稳定，系统检测到人体后能迅速触发语音提示并开启垃圾桶盖。检测响应时间平均为0.8秒，满足设计要求。图5.1人体检测5.2.2超声波检测功能超声波检测功能利用HC-SR04模块实现对垃圾容量的监测，测试表明，该功能在实际应用中表现良好，能够准确测量垃圾距离垃圾桶盖的距离。当垃圾接近满载（距离小于总高度的5%）时，系统能够可靠地触发满载警报并启动自动倾倒流程，测量精度满足实际应用需求，响应及时。图5.2超声波检测功能5.2.3自动循迹功能自动循迹功能通过四个红外循迹模块实现，使垃圾车能够沿预设路线行驶。在测试中，系统能够稳定跟踪地面黑线路径，直线行驶偏差小，转弯响应灵敏。系统能够自动从垃圾收集点行驶到垃圾处理站，完成垃圾倾倒后返回原始位置，全程导航准确可靠。图5.3自动循迹功能结论结论结论本研究成功设计并实现了一种基于STM32F103单片机的多功能智能垃圾车系统，通过集成红外循迹、超声波测距、人体检测、语音交互和4G通信等功能模块，实现了垃圾车的自主导航、人机交互、垃圾监测和远程控制等核心功能。系统采用模块化设计思想，硬件结构紧凑合理，软件架构层次清晰，各功能模块协同工作，整体表现出良好的性能。实验测试证明，该系统能够准确识别人体接近并提供语音引导，自动检测垃圾容量并在满载时执行清理流程，沿预设路线精确导航且响应及时，同时支持远程监控和管理，全面满足了现代城市垃圾管理的智能化需求。尽管系统在当前版本中仍存在导航环境适应性有待增强、能源效率有待提升等方面的不足，但其整体设计思路和技术实现为智能环卫设备的发展提供了有价值的参考。未来研究可进一步探索引入视觉导航、人工智能识别、无线充电等先进技术，并扩展系统在更多垃圾管理场景中的应用，为智慧城市建设和环境保护贡献力量。参考文献参考文献[1]潘振华,王江,范艺超,等.一种汽车自动避障系统:,CN216942982U[P].2022.[2]袁毅,何旭.基于无人机视觉的电力巡检线路安全距离自动诊断方法[J].制造业自动化,2022,44(10):192-195.[3]杜文圣,王睿晗.葡萄园自动避障除草机的设计与仿真[J].2022(6).[4]郑云峰,于俊迪.基于改进人工势场法的船舶自动避障系统研究[J].船舶物资与市场,2022,30(7):5.[5]杨甜甜,苏治宝,刘进,等.多移动机器人避障编队控制[J].2022(9).[6]程思源,王超,王新宇.行驶装置的避障路径的规划方法和装置:,CN113960996A[P].2022.[7]杨海,高山峻,许文斌,等.电力巡检机器人自动避障与轨迹规划系统研究[J].自动化与仪表,2020,35(8):5.[8]王晓东,魏成保,刘义德,等.一种适用于变电站巡检机器人的自动循迹避障方法:,CN110703784A[P].2020.[9]王一凡.车联网环境下智能车辆的避障策略研究[D].江苏大学,2020.[10]奚德宝.自动行驶扫地机的避障方法:,CN108814434A[P].2018.[11]贾照丽,题园园,陈晓颖,等.机器人避障技术在物流分拣行业中的应用研究[J].机器人产业,2023(1):4.[12]凌涛.基于深度强化学习的智能消防小车自动避障预警系统[J].沈阳工程学院学报:自然科学版,2022,18(1):5.[13]丁明亮.基于机器视觉的智能小车自动循迹及避障系统[J].中文科技期刊数据库（引文版）工程技术,2022(3):4.[14]王磊磊,王仿,郝道争.一种可自动避障的RGV小车:,CN216332406U[P].2022.[15]赵婉琪.一种自动避障智能机器人:,CN114532896A[P].2022.[16]王汉武.一种自动避障式割草机:,CN216438010U[P].2022.[17]郭会芹,陈龙涛.自动避障消杀机器人:,CN115328123A[P].2022.[18]马素军,张强.一种无人机自动避障装置:,CN216734795U[P].2022.[19]李美洲,范春晖,王继野.一种自动避障的智能无人驾驶车:,CN114833064A[P].2022.[20]冯庭有,孙伟生,杜骁释,等.一种具有自动避障功能的四足机器人:,CN216180558U[P].2022.附录A原理图：附录B部分源程序：#include"main.h"#include"tim.h"#include"usart.h"#include"gpio.h"/*Privateincludes*//*USERCODEBEGINIncludes*/#include"./HAL/key/key.h"#include"./HAL/OLED/OLED_NEW.H"#include"./HAL/HC-SR04/hc-sr04.h"#include"./HAL/ML307R/ML307R.h"/*USERCODEENDIncludes*//*Privatetypedef*//*USERCODEBEGINPTD*/voidMonitor_function(void); //⺯voidDisplay_function(void); //ʾvoidManage_function(void); ///*USERCODEENDPTD*//*Privatedefine*//*USERCODEBEGINPD*/uint8_tUSART1_TX_BUF[200];#defineu1_printf(...)HAL_UART_Transmit(&huart1,USART1_TX_BUF,sprintf((char*)USART1_TX_BUF,__VA_ARGS__),0xffff)/*USERCODEENDPD*//*Privatemacro*//*USERCODEBEGINPM*//*USERCODEENDPM*//*Privatevariables*//*USERCODEBEGINPV*/uint8_tkey_num,flag_display; //ʾuint16_ttime_1ms; //ʱ1msuint32_ttime_100ms,num; //500ms־λuint16_tTurn_Time; //Сתʱuint16_ttemp; //¶ȱuint8_thumi; //ʪȱuint8_tbb_flag; uint8_tCar_Mode; //Сģʽuint8_tCar_Status; //С״̬uint8_tPWM_Time; //PWMڼʱuint16_tdistance; //ǰuint32_ttg_num=500,dlj_num=1500;uint8_tFlag_Station; //վ־λ/*USERCODEENDPV*//*Privatefunctionprototypes*/voidSystemClock_Config(void);/*USERCODEBEGINPFP*//*USERCODEENDPFP*//*Privateusercode*//*USERCODEBEGIN0*//***********⺯*****/voidMonitor_function(void){ distance=Hcsr04_GetDistance(&htim2,25);}/***********ʾ*****/voidDisplay_function(void){ switch(flag_display) //ݲͬʾģʽ־λʾͬ { case0: Oled_ShowCHinese(16,0,(uint8_t*)"๦"); Oled_ShowCHinese(0,3,(uint8_t*)""); OLED_ShowNum(48,3,distance,3); Oled_ShowString(72,3,(uint8_t*)"%"); Oled_ShowCHinese(0,6,(uint8_t*)"Ͱǣ"); if(tg_num==1500) Oled_ShowCHinese(48,6,(uint8_t*)""); else Oled_ShowCHinese(48,6,(uint8_t*)"ر")