1、精選優質文檔-傾情為你奉上 單片機原理與接口技術課程設計題目：智能垃圾桶 院 系：工學院電氣與電子工程系 專 業：自動化 班 級：自動化1502 姓 名：姜宇鵬 學 號：0 指導教師：朱璐瑛 煙臺南山學院教務處二一七年九月專心-專注-專業智能垃圾桶摘 要垃圾桶作為人類生活中的必需品，伴隨著人類走過了每一個時代。隨著生活水平的提高，人們對生活品質更為關注，觸發智能垃圾桶應運而生。本作品主要由HT46F49E芯片控制中心模塊，信號檢測電路模塊、控制電路模塊與語音電路模塊四部份組成，是集機、光、音、電于一體的科技新產品。作品通過信號檢測電路模塊檢測到探測范圍內有人進入或者其他檢測信號時，經過芯片控制

2、中心模塊的分析處理后啟動控制電路模塊做出相開蓋、關蓋等應動作，語音電路模塊也隨之啟動并播放設定的語音，在增添氣氛的同時也提醒人們要保護環境。若在設定時間內無人進入探測范圍內或探測范圍內無信號觸發時，開始啟用HT46F49E芯片特有的休眠功能，自動的將除HN911以外的電路電源關閉，之后單片機進入休眠，從而大大減少能源的浪費，做到了節能環保。休眠過程中若有人走進探測范圍內，又通過HT46F49E芯片部分將單片機喚醒，并將以前關閉電源的電路重新通電進入正常工作狀態。關鍵詞 智能垃圾桶 HT46F49E芯片 單片機 觸發目錄 第1章 緒論1.1 項目設計背景及意義目前市面上銷售的帶蓋垃圾桶，開蓋時均

3、需采用手動或腳踩方式實現，這種開蓋方式主要的缺點是給使用者帶來既不衛生又不方便。在一些公共場合，雖然到處都有垃圾桶，但由于陳舊無新意，許多垃圾仍然沒有丟進桶內，導致遍地狼藉、臭氣沖天，嚴重污染環境這種衛生、自動、耗能低、有趣的新型智能垃圾桶是人類進入小康社會取代傳統垃圾桶的更新換代產品。 本項目所采用的技術在國際上受到廣泛關注，技術成熟穩定，經濟效益明顯，社會效益突出。這種衛生、自動、耗能低、有趣的新型智能垃圾桶是人類進入小康社會取代傳統垃圾桶的更新換代產品。 1.2 設計目的為了徹底解決了傳統垃圾桶對使用者存在衛生感染的隱患，能有效杜絕各種傳染性疾病通過垃圾進行傳播，本項目致力于設計出一種通

4、過檢測并自動打開垃圾桶蓋的一種智能系統。當人的手或物體接近投物口(應感窗)約1米時,垃圾桶蓋便會自動開啟,等垃圾投入完畢，在設定時間內垃圾桶蓋又會自動關閉，人、物不需接觸垃圾桶，在長時間不使用的情況下會自動進入休眠模式以便節能。使用的過程中，垃圾桶會根據不同的情況播放不同的語音。這種衛生、自動、耗能低、有趣的新型智能垃圾桶是人類進入小康社會取代傳統垃圾桶的更新換代產品。 1.3 設計內容及要求1.3.1 設計內容本作品節能環保，干凈衛生，具有一定的娛樂性，運用廣泛，可適用于各種中高級辦公樓等公共場合，其原理也可運用至其他領域，如防盜作用等，具有很強的市場競爭力。作品采用了HT46F49E作為主

5、控單片機，以紅外傳感器、震動傳感器、語音芯片為主要模塊，主要特點如下：（1）節能環保。本作品有休眠喚醒功能，在長時間沒有人來投垃圾，單片機自動的將除紅外感應以外的電路電源關閉，之后單片機進入休眠，從而大大減少能源的浪費；而且通過語音提示讓投垃圾者將垃圾分類投放，做到了節能環保。當有人來時，又通過該電路部分將單片機喚醒，單片機將以前關閉電源的電路從新通電進入正常工作狀態。（2）干凈衛生。智能垃圾桶順應了現代社會的追求，突破了傳統帶蓋垃圾桶用手或腳開蓋的思維屏障，感應開、關桶蓋讓人們在丟時少了份擔心，減少了生活中各種病菌交叉感染的機率。同時具有良好的密封性好，無垃圾異味溢出，確保四週空氣清新。（3

6、）娛樂性。本作品的語音系統會根據不同情況發出一些幽默詼諧的話語，娛樂大眾的同時也吸引人們有意識地將垃圾丟進桶內，更能吸引小孩去撿垃圾往里丟，從而使人們養成不亂扔垃圾的好習慣，讓我們周圍的環境更加美麗。（4）運用廣泛。本作品可有多種色彩、多種容量、多種材料選擇，提升了公共場合及居家檔次，滿足了人們崇尚人性和時尚，不斷塑造個性和魅力的生活品味；是辦公、家用、公用、會議、醫療等使用的理想選擇。1.3.2 要求（1）當有人投放垃圾時，垃圾桶打開，持續一段時間自動關閉；（2）當桶內垃圾過多時，不再開啟垃圾桶，此時垃圾桶上紅色指示燈亮；垃圾未滿時，綠色指示燈亮；（3）垃圾桶控制系統的電源有太陽能電池提供，

7、若遇到太陽能電池電量不足時，能夠利用自帶的5V備用直流電源供電。第2章 設計方案比較智能垃圾桶整體架構如圖2.1所示：電平為高電平高到低電平為高輸出放音地址輸出出控制電平提供+5v單片機HT46F49E電源熱釋紅外傳感器震動傳感器紅外光PT2262門控部分語音部分圖2.1 作品系統架構圖程序分為3大塊：主程序為等待延時、定時中斷，熱釋紅外傳感器中斷。工作原理：當人走到熱釋紅外傳感器的探測范圍內，傳感器熱釋電元件在接收到人體紅外輻射溫度發生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，經過hn911內部電路處理將此信號轉換成電平變換，當檢測到人時向單片機提供了一個低電平（下降沿），將此信號作為一個外部中

8、斷信號（在設計此方案的時候，我們還想到檢測的時候運用圖像處理法，他的優點就能夠容易區分垃圾種類和準確是否是人，但其缺點是處理信息大，受到環境影響大，所以放棄）；震動傳感器是將垃圾桶的震動（被物體撞擊）或者重量變化轉變成電平信號，通過I/O口單片機可以查詢到此信號；當PT2262/2272 是一對帶地址、數據編碼功能的紅外遙控發射/接收芯片，其中發射芯片PT2262-IR將載波振蕩器、編碼器和發射單元集成于一身，將垃圾的投入和垃圾桶是否滿轉變成電平信號，通過I/O口單片機可以查詢到此信號；單片機在進行初始化與設定定時時間后，就等待中斷信號，當外部中斷端有信號時，單片機進入處理中斷，認為此時有人來

9、，通過查詢I/O信號，判斷是否打開垃圾桶蓋，當垃圾桶未滿即PT2262/2272端無信號打開垃圾桶蓋（單片機控制電磁鐵通電，蓋打開），通過震動傳感器PT2262/2272信號的綜合判斷此人是否是投垃圾的，與此同時單片機控制語音芯片發出一些幽默的話語，提示大家愛護環境，也給大家帶來一些快樂。正因為盛群單片機有很方便休眠喚醒功能，在PA口加下降沿可是單片機喚醒，并且喚醒后執行喚醒的嚇一跳指令，所以在長時間沒有人來投垃圾，單片機自動的將除HN911以外的電路電源關閉，之后單片機進入休眠，從而大大減少能源的浪費。做到了節能環保。當有人來時，通過HN911電路部分將單片機喚醒，單片機將以前關閉電源的電路

10、從新通電進入正常工作狀態。第3章 硬件電路設計3.1 電源電路模塊電源電路是由變壓器、橋式整流電路、集成器7085及一些電容所組成。家用電器使用的220v交流電壓通過變壓器降壓、橋式整流電路整流后，再通過7805集成器將電壓穩定成為5v的直流電壓，給單片機HT46R23供電。為了解決電信號中的干擾問題，我們在集成器7085的兩邊并接電容用以濾波。電路圖如下圖3.1所示： 圖3.1 電源模塊電路圖3.2 芯片控制中心模塊圖3.2 HT46F49E單片機引腳功能表工作電壓：fSYS=4MHz：2.2V 5.5VfSYS=8MHz：3.3V5.5VfSYS=12MHz：4.5V5.5V 13 到23

11、 個雙向輸入/輸出口 與輸入/輸出口共用引腳的外部中斷輸入 8 位可編程定時/計數器，具有溢出中斷和7 級預分頻器 內置晶體和RC 振蕩驅動電路 看門狗定時器 具有PFD 功能，可以用來發聲 暫停和喚醒功能可降低功耗 在VDD =5V，系統頻率為8MHz 時，指令周期為0.5s3.3 信號檢測電路模塊信號檢測電路部分分為三大塊：熱式紅外傳感器、震動傳感器、紅外光傳感器。3.3.1 熱式紅外傳感器模塊這種探頭是以探測人體輻射為目標的。所以熱釋電元件對波長為10UM左右的紅外輻射必須非常敏感。為了僅僅對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲泥爾濾光片，使環境的干擾受到明顯的控制作用。

12、被動紅外探頭，其傳感器包含兩個互相串聯或并聯的熱釋電元。而且制成的兩個電極化方向正好相反，環境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產生釋電效應相互抵消，于是探測器無信號輸出。一旦人侵入探測區域內，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經信號處理而報警。菲泥爾濾光片根據性能要求不同，具有不同的焦距（感應距離），從而產生不同的監控視場，視場越多，控制越嚴密。 圖3.3 HN911型熱釋電紅外探頭模塊以及內部電路框圖 平時端輸出低電平，端輸出高電平。當有移動發熱體迸太監視范圍時，熱釋電紅外傳感器接收到紅外能量，并輸出檢測信

13、號。該信號經放大器放大后，由比較器進行比較判斷，再由信號處理電路處理后輸出控制信號。此時輸出端變為高電平，而輸出端變為低電平。在模塊的外部可接增益調節電位器，以調節放大器的增益。注：根據傳感器視場和靈敏度經過試驗確定傳感器放置角度來合理確定監控距離.人體發出的紅外線波長10um左右，將濾光片設置在窗口處，組成紅外線通過的窗口。濾光片。濾光片為6um多層膜干涉濾光片，這種對太陽光和熒光燈的短波（約為5um一下）具有高的反射作用，而對6um以上的人體發出的紅外熱源（10um）有高的穿透性，其光譜特性。放大電路為單片機提供一個中斷信號，單片機進入處理“是否丟垃圾程序流程圖”。3.3.2 震動傳感器此

14、模塊運用應變器對重量和形變非常敏感，加上一個差動橋，大大提高了靈敏度在經過A/D將其轉換為電平信號。下面介紹：這種應變片是利用真空沉積技術將半導體材料沉積在帶有絕緣層的試件上或藍寶石上制成的（上圖所示）。它通過改變真空沉積時襯底的溫度來控制沉積層電阻率的高低，從而控制電阻溫度系數和靈敏度系數。因而能制造出適于不同試件材料的溫度自補償薄膜應變片。薄膜型半導體應變片吸收了金屬應變片和半導體應變片的優點，并避免了它的缺點，是一種較理想的應變片。全橋電路時單臂靈敏度的四倍.為了提高其靈敏度采用全橋電路.將應變片貼在垃圾桶的內側面，利用全橋電路靈敏度高的特點測量垃圾桶震動幅度.并轉換成電壓接入單片機分析

15、。3.3.3 紅外光傳感器PT2262/2272 是一對帶地址、數據編碼功能的無線遙控發射/接收芯片。圖3.4紅外光傳感器 PT2262-IR 發射芯片地址編碼輸入有“1”、“0”和“開路”三種狀態，數據輸入有“1”和“0”兩種狀態。由各地址、數據的不同接腳狀態決定，編碼從輸出端Dout 輸出，通過紅外發射管發射出去。其編碼時序波形如圖2 所示。Dout 輸出的編碼信號是調制在38kHz載波上的，OSC1、OSC2 外接的電阻決定載頻頻率，一般電阻可在430k470k 之間選擇即可。PT2272 的暫存功能是指當發射信號消失時，PT2272 的對應數據輸出位即變為低電平。而鎖存功能是指，當發射

16、信號消失時，PT2272 的數據輸出端仍保持原來的狀態，直到下次接收到新的信號輸入。圖3 是紅外發射和接收的典型應用原理圖，為了能正確解調出調制的編碼信號，接收端需加一級前置放大級，保證輸入PT2272 的信號幅度足夠大。PT2272 各輸出端通過各種接口即可控制相應的負載。PT2262/2272 是一對帶地址、數據編碼功能的紅外遙控發射/接收芯片。其中發射芯片PT2262-IR將載波振蕩器、編碼器和發射單元集成于一身，使發射電路變得非常簡潔。接收芯片PT2272 的數據輸出位根據其后綴不同而不同，數據輸出具有“暫存”和“鎖存”兩種方式，方便用戶使用。后綴為“M”為“暫存型”，后綴為“L”為“

17、鎖存型”。 因此可以用這一對芯片外加輔助電路對垃圾進行檢測.將其輸出（電壓）放大調節接入單片機。3.4控制電路模塊與語音電路模塊（1）控制電路模塊此模塊主要采用電磁鐵來控制垃圾桶蓋的打開與關閉。本作品中選用拍合式電磁鐵。線圈1套在鐵心2上，兩者固定不動，銜鐵3是運動部分。當線圈部分通過一定值電流過后，在鐵心、銜鐵、氣隙中間就產生一定數量的磁通。圖中虛線所示為磁通流過的路徑。在磁通的作用下，產生一定大小的電磁吸力，將銜鐵吸向鐵心，企圖是氣隙4減到最小。圖中箭頭表示銜鐵吸引時運動的方向。當線圈中電流停止后，電磁吸力就消失。當電磁鐵通電后，產生電磁吸力，再運用杠桿原理使桶蓋打開；當電磁鐵斷電后，電磁

18、吸力消失，此時垃圾桶蓋由于重力作用關閉。（2）語音電路模塊ISD25120 有10 個地址輸入端A0A9，錄址能力可達1024 位，地址空間01023。其分配情況是：地址0299作為分段用，地址600767 未使用，址7681023 為工作模式選擇（即A8、A9 均為高）。ISD25120的地址線有兩用途，一是作為工作模式控制，二是作為分段錄放音的起始段地址。當最高位地址（MSB）A8、A9 都為高電平時（即地址7681023），地址端A0A6 就作為工作模式選擇端M0M6，對應7 種工作模式。當A8、A9 任一位為低或都為低時（即地址0599），只要在分段錄/放音操作前（不少于300ns）給

19、地址A0A9 賦值，操作就從該地址開始。AUX IN輔助輸入，VSSD、VSSA數字地和模擬地，SP+、SP-揚聲器輸出，VCCA模擬信號電源正極， MIC、MIC REF 麥克風輸入端和輸入參考端，AGC自動增益控制， ANA IN、ANA OUT 模擬信號輸入和輸出， OUF 溢出，CE 片選（低電平允許芯片工作），PD 芯片狀態控制， EOM 錄放音結束信號輸出結構圖和電路圖如圖5.7所示： 圖3.5語音電路模塊第4章 軟件設計程序流程圖：等待延時如圖4.1所示，定時中斷如圖4.2所示，熱釋紅外傳感器中斷如圖4.3所示。圖4.2 定時中斷（節能程序流程圖）關閉電磁鐵電源關閉語音芯片關閉震

20、動傳感器關閉紅外光傳感器單片機進入休眠中斷返回定時中斷入口圖4.1 主程序為等待延時（主程序流程圖）開始初始化等待中斷設定定時/計數器工作方式工作方式設定定時器初值YNYNYNNNY熱釋紅外傳感器中斷入口初始化啟用垃圾桶蓋（打開）PA.0=1?(垃圾是否投入)啟用語音段1延時PA.1=1?(判斷是否是丟垃圾的)PA.0=1? 檢測垃圾桶滿了嗎？啟動語音段5啟用語音段2延時延時啟用語段3延時計數AA=0?語音段4清A延時關閉桶蓋中斷返回圖4.3 熱釋紅外傳感器中斷（判斷是否為丟垃圾程序流程圖）開啟電磁鐵、語音芯片、震動傳感器、紅外光傳感器電源注：1、PA.0口為紅外光PT2262信號輸入口。2、

21、PA.1為震動傳感器信號輸入口。3、A是一個表示狀態的位，在垃圾被投入時置1。第5章 系統調試硬件系統和軟件系統設計原來是相互分開的，所以在分別調試好后應把程序下載到單片機中查看系統的工作情況，并進行調試來解決出現的問題。調試的目的是要檢查軟件是否能夠配合硬件正確運行，以及運行輸出是否滿足預定目標。在全部調試過程中反應出如下幾類問題，如編程中的邏輯上的錯誤，硬件連接不可靠等。以下詳細闡述了每個調試的過程，并詳細記錄了相應的問題和處理方法。軟件：用單片機測試版進行延時程序的測試1.選擇單片機型號如圖5.1所示。圖5.1 單片機型號2. 編寫好項目的軟件代碼，左擊Translate，編譯器會檢查程

22、序語法錯誤。若沒有語句錯誤，點擊單擊Option for Target選項的Output標簽，勾選Create HEX file按鈕，就會在目標文件夾系統調試譯出燒錄單片機所使用的.HEX文件。生成.HEX文件如圖5.2所示。圖5.2 生成.HEX文件測試結果：程序延時控制沒有問題在著手進行調試的時候，會發現自己留了很多坑導致系統無法工作，只能每個部分分別檢查，然后解決每個問題，這也是模塊化設計的優點所在。軟件和硬件最后完美融為一體，達到本設計的預定目標，但也遇到了一些問題，下面記錄了具體情況。程序無法下載至單片機解決辦法如下：1.檢查轉換芯片是否正常工作，嘗試重新安裝芯片驅動，重啟電腦或IS

23、P軟件，檢查RXD/TXD是否接觸好。2.單片機自身問題，嘗試更換單片機。3.選擇ISP軟件中的“低速下載”模式。結論本作品主要由HT46F49E芯片控制中心模塊，信號檢測電路模塊、控制電路模塊與語音電路模塊四部份組成，是集機、光、音、電于一體的科技新產品。作品通過信號檢測電路模塊檢測到探測范圍內有人進入或者其他檢測信號時，經過芯片控制中心模塊的分析處理后啟動控制電路模塊做出相開蓋、關蓋等應動作，語音電路模塊也隨之啟動并播放設定的語音，在增添氣氛的同時也提醒人們要保護環境。若在設定時間內無人進入探測范圍內或探測范圍內無信號觸發時，開始啟用HT46F49E芯片特有的休眠功能，自動的將除HN911

24、以外的電路電源關閉，之后單片機進入休眠，從而大大減少能源的浪費，做到了節能環保。休眠過程中若有人走進探測范圍內，又通過HT46F49E芯片部分將單片機喚醒，并將以前關閉電源的電路重新通電進入正常工作狀態。又通過HT46F49E芯片部分將單片機喚醒，并將以前關閉電源的電路重新通電進入正常工作狀態。雖然我們完成的還不夠完美，但我們已經盡力了，相信老師也看到了在本次的設計中，我們一起構思、設計、編程、調試，這不僅鞏固了我們的基礎知識，也進一步培養了我們親身實踐動手的能力，這對我們將來的工作和研究都是大有好處的。團隊合作真的很重要。最后還要感謝老師的耐心教導。致謝本研究及學位論文是在我的導師朱璐瑛的親切關懷和悉心指導下完成的。他嚴肅的科學態度，嚴謹的治學精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選取到項目的最終完成，朱璐瑛導師都始終給予我細心的指導和不懈的支持。兩年多來，不僅僅在學業上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關懷，在此謹向朱老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。在此，我還要感謝在一齊愉快的度過研究生生活的各位同門