【《基于单片机的智能垃圾桶的设计实现》7100字（论文）】

第一章引言1.1选题意义垃圾在我们的生活中随处可见，随手乱丢垃圾已经成为了一部分人的恶习，垃圾影响着我们生活中的各个方面，假如不能及时地处理垃圾就会造成很多不可以避免的问题。提到如何处理我们生活中的垃圾，解决的办法也是数不胜数，总体来说主要有两大方面，一方面从出厂商的角度出发，比如鼓励生产商采用遇到水可以分解或者可降解的塑料袋和外包装；另一方面是废弃物品回收处理，进一步来说将垃圾进行合理的垃圾分类回收就是一个很有效的办法。因此垃圾桶就顺其自然地成为了大家生活中不可或缺的一种产品，在每个人的家里不仅仅需要垃圾桶看起起来美观又实用，有些垃圾桶带有分类字眼就减少了倒垃圾时垃圾分类的困扰。就迄今为止，大家在丢垃圾的时候都是进行投篮式，技术不好就很容易没投进去，从而污染了环境，还给环卫工人带来很多麻烦。本次我所设计的智能垃圾桶的主要功能是：检测到有人时，垃圾桶的盖子自动打开,垃圾丢入，垃圾桶的盖子自动关闭。在垃圾桶开盖的状态下，检测不到物体遮挡，垃圾桶就会自动关闭。在丢垃圾过程中，再次检测到物体遮挡，会停止关盖进行开盖操作。防止夹到人。另外语音播报是在垃圾桶的垃圾装满时，垃圾桶会自动播报语音。垃圾桶还会进行定时消毒功能。1.2发展的现状和趋势市场上普遍的垃圾桶的款式主要有敞口式，脚踏式还有翻盖的，如今市场上已经出现了成熟的智能垃圾桶的产品，它使用了超声波或者红外线感知技术，可以在身体或者物体的任何一部分到达感知范围时自动打开垃圾桶。虽然这种产品已经不用在需要大家用手触摸垃圾桶，但是相对于全自动垃圾桶来说功能还是比较单一，只是适应于家里面或者是办公的地方，恰恰来说在这种地方的人们相对来说又比较倾向于普通的垃圾桶，智能垃圾桶对他们来说就比较多此一举。其中有一种垃圾桶它是利用吸收太阳的能量来给垃圾桶提供能量，这种垃圾桶配备有压缩机器件，一旦垃圾将要被放满时，压缩机就会在非常短的时间中将垃圾桶内的垃圾的体积进行压缩减小，由此来减少垃圾的体积从而实现可容纳更多的垃圾，这样一来极大的增加了对于垃圾桶的空间的利用率，这样一来这样的垃圾桶也还并不具备垃圾分类的功能，另一方面由于是因为使用太阳能来提供能量，这样一来这样的垃圾桶就只普遍适合于室外而且天气晴朗的天气，也就造成了它的局限性，可利用的价值相对而言就大打折扣，就现在而言，不管是国内外也都还没有研究出能够直接自己惊醒垃圾的分类的控制系统，如今大家对于垃圾的处理也还只是处于对垃圾进行简单的垃圾分类，就现如今的状况说如果想要真正的实现垃圾的分类还得需要我们自己动手来进行分类。对于垃圾桶自主分类达成现实还有很大的差距，今后的垃圾桶肯定也会往自主分类这方面发展，变得越来越智能化越来越人性化，使用起来会更加干净卫生，智能垃圾桶在不久的将来会普及到各家各户。系统理论零件基础2.1系统的总体框架图此次的智能垃圾桶的设计将要达成的目标有：能够检测物体靠近时可以自动打开和关闭垃圾桶的盖子、垃圾桶将要装满时会给我们进行语音的提示、垃圾桶自动的按时消毒等。这个设计不但可以使大家扔垃圾变得更加的方便和便捷、而且可以让人们对垃圾的分类的意识变得越来越难忘，使环境变得变得越来越干净整洁。本次对于智能垃圾桶的设计我选用STC89C51单片机来作为此次设计的核心。系统的总体框架图如下图所示。图2.1系统总体框架图2.2STC89C51单片机STC89C51运用的是以8051核的ISP在系统中做可编程芯片，它的最高工作时钟频率科大80MHz，片内含8KBytes的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，它的芯片内集成了通用的8位中央处理器和ISPFlash存储单元，它具有可以在系统中可编程的特性，同时配合PC端的控制系统这样的操作就可以将用户的程序代码下载到单片机的内部，这样一来就不必购买通用的编程器，而且工作时的速度更快。STC89C51系列的单片机是单时钟、机器周期的兼容内核单片机，是高速、低功耗的新一代8051单片机，全新的流水线和精简的指令集结构，内部都集成MAX810专用复位电路。图2.2STC89C51器件图当要进行的工作精度不高时，可以选择使用内部时钟，因为可能存在温度漂移，4MHz

~

8MHz可选，由两个16位定时器计数器组成;外部中断，下降边缘中断或低电压触发时，Power

Down模式可触发由低电平外部中断唤醒的中断模式;PWM也可以用STC89C51单片机实现4个定时器或4个外部中断，具有ADC功能，10位精度ADC，共8路;通用异步，串口;SP同步通信;内部经营；工作温度范围：0—75摄氏度或者-40—85摄氏度。2.3复位电路此次的毕业设计的复位电路能够起到的作用是让系统能够达到最原始的状态，这一点与计算机中的C键有着大同小异的作用。本次设计的单片机的复位键的功能相当于计算机的C键，可以一键复位，简单的复位电路可以将电阻和电容两者一起组合而成。我们一般会使用按钮复位或者是上电复位这两种方案，我这次的设计使用的是上电复位电路，如下图2.3复位电路图所示，上电自动复位是VCC给电容充电时加到RST上的高电平，设计中所使用的高电平会伴随着C1的充电逐渐降低，电容C1的充电时间决定了RST上所使用的高电平，由此说来电容相当于开路。图2.3复位电路图2.4传感器通常大家所用于检测判断移动物体的传感器有热释传感器和红外对管传感器还有超声波传感器。其中热释点传感器被广泛用于与人体的检测，比如楼梯道的感应灯，但是这一设计对人体的走动范围有严格的要求，在这些中平行于传感器的方向移动的灵敏度是最高的。和热释电传感器相对比，红外对管这类传感器可以检测到的最小的间隔相对来说就比较小，所以反应也就比较迅速灵敏，而且还不容易受到环境强弱光线的干扰从而导致错误的输入输出。在基于单片机的智能垃圾桶的设计系统中，我选择是光电传感器，光电传感器是一种通过红外线发射器和光电接收器来测量物体的距离以及速测量的物体是不是真正存在的一种设备。由于这个功能也因此光电传感器被广泛应用于工业的制造当中。通常来说光电传感器被分为三大类：透射型、反光型还有近距探测性。光电传感器一般采用光调制，这里所说的“调制”技术是把研究的对象所自身携带的信号通过载体传输出去。所以，进行光调试的过程就是把携带的信息添加在载波的光波中，完成这一过程的器件是调制器，调制器可以使载波的光波参数随外加的信号变化而产生变化，进一步由光电器件来实行检测。光电传感器的检测方式如下图2.4所示。图2.4光电传感器的检测方法光电传感器的组成部分如下图2.5所示，光电传感器由光源，光路，光电器件和测量电路四个部分组成。光电传感器既可以测量光信号，也能够测量出除了光信号之外的其他的信号，前提是这些信号都可以引起光电器件的光量的变化。根据感测时光的亮度的变化的方式和途径不一样，能够分成两种测量的方式：其一是被测量时直截了当的引起光源的变化，进而实现被测量物体的测量；另一种是测量的物体对光的通路产生的影响，从而影响到达光电器件的光的亮度的变化。图2.5光电传感器的组成2.5电机驱动本次所使用的电机驱动芯片的作用是用来开启和关闭垃圾桶的盖子，所以就需要很精确的定位控制系统，因此相比直流的电机芯片来说，步进电机芯片在定位的控制中比较出色。步进电机的工作原理是将电信号转化成角位移或直线位移的开环来控制电机，步进电机是现代数字控制程序元件其中较为主要的元件，步进电机能够通过控制脉冲的个数来实现角度的位移量，以此来达到准确的定位，同时还能够通过控制脉冲的频率来达到电机转动的速度和加速度的速度调速控制。步进电机是一种感应电机,步进电机的工作原理是通过电子电路将滞留电流变成组件供电,使用各种时序控制电流,用这种电流为步进电机的工作能量,使步进电机能稳定工作。图2.6步进电机实物图我们将步进电机当做是一个发动机，驱动信号看做是能够使步进电机正常运行的燃料，没有燃料的话，发动机就没有办法正常的工作，我这次毕业设计所使用的电机驱动器件是ULN2003芯片，具体的驱动电路如下图2.7所示。当ULN2003电流增强时，就会带动高负载的电流运行，这样的特点使它能够用在功率较大的驱动系统。图2.7电机驱动电路图第三章智能垃圾桶的功能设计3.1智能垃圾桶的系统组成及功能智能垃圾桶的系统结构图如图3.1图3.1智能垃圾桶的系统结构图一般的智能垃圾桶是由一种红外光和日照自动感应控制装置使用来自动实现的,它们已经成功实现了自动感应光照和使用开盖式的两种功能,但是如果考虑到现在当家庭主妇们在家庭厨房中帮忙做事的需要时候,还是可能会经常缓慢地走动。因此,若频繁地同时出入的普通垃圾桶没有被准确检测所达到的有效时钟区间大小范围就可能会直接影响导致整个普通垃圾桶时钟的开启或是时关闭,机械故障磨损的严重恶化程度明显就可能会大大加剧,造成整个普通垃圾桶的机械故障事件发生造成概率的大大增加或圾桶使用寿命期的缩短。这里,外设一个小型的无线遥控器,通过一个小的无线通讯控制子系统向桶内的各个无线接收器分别发送遥控信号,使得整个垃圾桶的各个翻盖固定位置就就像是一台家用空调般在一个相对稍微倾斜的一定角度上可以进行固定,就已经完全可以很好地解决以上的两个问题。与此同时,遥控器的实际功能应用也是为了能够实现自动控制诸如垃圾桶被完全移动至其他用户面前,自动关闭打开纸箱覆盖,垃圾被完全装满时自动关闭打开垃圾包裹和密封袋等一系列的控制动作。3.2超声波检测程序设计此次所设计的产品所使用到的超声波主要的原理是检测物体与垃圾桶的大体距离，经过一系列的计算和对单片机的自主控制生产拥有一系列接连不断的高电平并提供给电的超声波,单片的随机也同时给自己启动了方波计算器,当这个所测量的物体被超声波检测到时会产生自动复位并且当使用到方波接受时，超声波的控制板块就会随机自动开控制产生一个具有高低不一样的电平的方波跳变成将其信号传送后直达到整个计算机和单片机，本次设计所使用到的单片机所发出的信号统计处理后会自动传出一个方波把他的信号送到这个跳变。它的计算的公式如下：物体运动的距离大约相当于物体运动的时间和物体的升速速度的比值的系数相乘的一半，最后的结论就是这样得到的。所以此次设计的检测最重要的研究目标就是通过利用这种超声波运动传感器的技术来准确的检查被测物体的是否靠近和物体移动与否,以下是超声波的检测程序流程图。图3.2超声波的检测程序的流程图以下为超声波的检测程序：voidmain(){HC_SR04_Init();//超声波初始化while(1)}dis=getdis();//超声波测距把距离赋给disif(dis<20)//设置垃圾箱盖子打开时的距离{if(flg==1)//判断标志位}图3.3超声波测距模块电路3.3语音模块的程序设计我这次的设计采用的是WT588D语音模块，WT588D属于可以重复擦除重写的一种单片机的语音系统，这个模块的上位机对于动手操作的要求比较低，能够对随便的语音进行不断地组合。并且模块和单片机之间能够进行直接的交换，它的语音是通过发送码来引起播放的。语音模块的电路图如图3.4所示。图3.4语音模块电路图WT588D语音芯片程序如下：#include<STC89C51.H>#include<intrins.h>#include<stdio.h>#include"HC_SR04.h"#include"usart1.h"#include"WT588D.h"#include"StepMotor.h"{unsignedchari,j;i=90;j=163;do{while(--j);}}charxdatabuff[128];unsignedintdis=420;charflg=0,flg2=0,flg3=0;unsignedintcnt=0;while(getdis()<30)//如果上面的距离改了，这里也要改{Delay50ms();//屏幕前的你在丢垃圾}}}else//垃圾丢完，人走了{GoBackSM();//垃圾丢完了，垃圾盖归位if(P20==0)//检测垃圾桶满了没，满了进入if内执行任务{if(flg3==0){flg3=1;Send_threelines(1);//播报垃圾已满，该倒垃圾了}}else//垃圾箱没满flg3=0;//复位标志位if(flg2==0)//判断第二个标志位是否为0{当我们向垃圾桶中不断的投放垃圾时，当垃圾桶没满时，程序将会运行到N的分叉线路，若不满则一直重复；随着垃圾的不断增多，当达到垃圾桶的最大容量时，程序将会运行到Y的线路，这时垃圾桶会提示垃圾已满。如下图3.5语音的模块的控制时序图所示。图3.5语音的模块的控制时序图模式采用了三条线进行串行的控制模式，能够达到控制语音的停止和播放,而且可以实现控制声道中音量的大小和高低。能够向用户发送0~219段的地址位置，每一个地址都含有只想对应的语音段，极限最多含有220段语音段。所控制时序如下图3.6超声波的测距子程序图所示。图3.6超声波的测距子程序图3.4自动消毒的程序设计生活中大多使用的垃圾桶多数是金属或者塑料制作而成的，当我们使用前都会放入塑料袋，垃圾满时就直接扎起来丢掉。但是在垃圾堆积的过程中不可避免污染物会不断增多，而且还会滋生很多的细菌，所以需要进行消毒，加上最近的疫情，所以我这次的想法可以有很大的作用，避免细菌与病毒不断地传播。自动消毒灭菌剂的部分主要是由led进行模拟，当垃圾桶正在消毒时led灯亮，消完毒即灭。当消毒时系统自动计时，当时间不足200ms将会到达N的选项，否则到达Y的选项，当到达Y的选项时消毒时间累计，若时间不足300ms则到达N选项，否则为Y选项，当到达最后一个Y选项时消毒1秒，然后复位，为下一次的自动消毒灭菌做准备。自动消毒程序图如下图3.7所示。图3.7自动消毒程序的流程图以下为自动消毒系统的程序：cnt++;//开始计算消毒时间P25=0;//消毒开始,只有在垃圾箱盒子合上才会动作}if(cnt>=200)//消毒时间到{flg2=1;//置为第二个标志位If（cnt>=300）//置为第三个标志位elsereture//重新消毒P25=1;//关闭消毒指示}flg=1;//置为第一个标志位}Delay1500ms();//单次循环1500ms}}下图3.8为自动消毒程序的电路图：图3.8喷洒消毒剂电路图第四章系统调试4.1硬件调试此次我的设计因为设计工艺和过程的原因，我采用了一般的万能板而不是PCB板。之后依据原理图和元器件的位置按正确的位置固定之后，然后进行焊接。因为PCB属于万能板的一种，这样就会造成很多的线路需要进行跳线才可以完成，这样的话也直接影响了本次产品的美观。在本次调试的过程中,发现有任何错焊点的地方,元器件的焊点很靠近而且更多,一不小心不注意就很有可能会产生线路缠绕。这一问题我花费了大量的时间和精力去进行改正，首先我通过整个程序的执行情况进行了范围的不断缩小，进而确定了故障点，再进行逐步的修改，进而完成一个精确地编程。4.2软件调试解决了在程序编制过程中暴露的问题，软件调试的工作基本上是建立在对硬件的调试基础上才能开展。程序编写常见的第一个问题当然是代码出现问题，编写的部分结束之后搭配着和硬件的调试一起进行，当断定了硬件方面没问题时，调试的任务也就会变得更加的具有针对性，由此说来工作起来的效率也会极大的增加。接下来的主要问题是对于参数的改正和对应用程序的不断优化，对程序设备的优化可以极大地提高整个设计的整体运行起来的稳定性，可减少程序执行起来发生错乱的情况。结论本次设计是我从疫情其间得到的启发，可解决现如今面对的一个问题，病毒的传播，它可以使人们不用手就可以去打开垃圾桶的盖子这样一来就可以减少病毒的传播途径，当然我的设计还存在很多不足和可以改进的地方。通过此期间的认真精心组织准备和全力以赴突袭,不断更新翻阅获取相关学术资料于我顺利地撰写完成了自己的首篇论文研究报告。在我们开始仔细考虑自己的射频单片式主机和其他芯片的主机选择时又不是很清楚主机应该直接使用哪种,我在网上自行搜索了好多也都还是无法完全查到性价比可行,功能完全满足了并且符合日后的应用产品要求可以随时进行版本更新和功能升级等各种技术性能要求的新型自动化射频单片机,这个较为难点的技术问题已经基本解决了我的论文工程算是告一段落,克服了一个又一个的技术瓶颈后我终于跌跌撞撞