基于單片機的智能垃圾桶設計目錄TOC\o"1-2"\h\u31640摘要 2282271緒論 2187451.1研究的目的及意義 2105331.2國內外研究的現狀 3230211.3本章小結 3115512總體方案設計 4157032.1設計方案 4327602.2系統組成及原理框圖 4276842.3各模塊方案選型 486092.3.1電源控制模塊 442492.3.2垃圾量檢測模塊 4238312.3.3語音播報與自動翻蓋模塊 552122.4本章小結 675513系統硬件設計 796513.1單片機控制模塊 7207223.1.1STC89C52RC單片機 7142253.1.2單片機代碼 7283713.1.3單片機外圍電路 8233303.2ULN2003驅動電路 996363.3蜂鳴器驅動電路 1017273.4紅外避障模塊 1153023.5元件清單 12157243.6本章小結 13225684系統軟件設計 14254184.1程序設計 1487214.2本章小結 14119455系統調試 15127465.1系統開發工具 15252455.2硬件調試 15170725.3整體調試 16100505.4實驗結果 1655956結果與展望 1713585（2）結合目前已經大力發展的5G技術實現數據的實時傳遞。 175784參考文獻 18摘要垃圾桶是人類日常生活中的不可缺少的物品，隨同著人類走過了一個又一個時代。隨著現代化一天天的發展，科學技術越來越先進，人民生活水平也有所提高，城市的發展也越來越快，人們對生活品質的追求也得到了很大的提升。與此同時，環境方面出現的問題也越來越多。基于此，本設計為了規避人們在垃圾投放過程中對垃圾桶的接觸，方便對垃圾進行投放，有效防止垃圾桶內細菌的滋生，便捷人們的生活，從而設計了此樣機。本設計由STC89C52單片機這幾制作而成。樣機主要由紅外避障模塊、ULN2003驅動電路、蜂鳴驅動電路模塊組成。整體過程是當有人丟垃圾時可以自動感應，然后蓋子自動打開和關閉；垃圾桶滿的時候，會啟動蜂鳴驅動電路模塊進行報警，此時，工作人員需要按下按鍵，垃圾桶蓋子打開。這樣在一系列操作下，垃圾桶不會產生溢出，有效減少城市垃圾污染。本設計制作的樣機可以正常工作，操作簡單，極大地方便了生活垃圾的清理。雖然沒有完全自動，但可以地有效避免垃圾桶滿溢出的現象。關鍵詞:步進電機;STC89C52RC單片機;蜂鳴器;紅外避障1緒論1.1研究的目的及意義國家在不斷的發展，經濟也在不斷的發展，與此同時，也產生了一系列的問題，例如，城市排放出的垃圾量顯示每天都在增加，且逐年遞增。人們每天都在進行生產活動，大量使用資源。在生產出便于生活的產品外也產生了更多的廢物。響應資源進行可持續發展的號召，對垃圾資源的開發也顯得尤為重要。垃圾有效處理不僅對改善我們的生活環境起很大作用，而且對促進子孫后代資源回收更為重要。在人口數量如此龐大的中國，垃圾處理工作是否有效直接影響這世界的環境。但是，在日常生活中見到的垃圾桶大都是用塑料做的，重量輕，體積小，雖然便于制作但是使用時間短，散發氣體大，難聞，相對來說不衛生。但是，目前市民上見到的智能垃圾桶也有一些缺點，例如：成本高、操作難、可靠性差。本設計不僅能夠彌補當今失眠垃圾桶的不足之處，還能很大程度上減輕環保工人工作上的負擔。相較于傳統垃圾桶而言，成本不高且操作簡單，對于環保方面也有很大的幫助。1.2國內外研究的現狀垃圾處理在當今社會也是一件令人頭疼的事情，在全球環境變化的同時，人們也逐漸意識到環境與人類的關系時密不可分的，做好環保工作對未來的發展也起著很大的作用。與此同時，人們對生活品質以及科學技術產品的需求也越來越高，如今生產出來的垃圾桶已經非常符合人類所需求的概念了。垃圾的有效清理與世界環境文明也有著絲絲縷縷的關系，根據世界銀行的相關報導，世界即將被垃圾吞沒。智能垃圾桶的誕生是為了實現高效，便捷和低成本的廢物處理。由于經濟和技術的發展水平與發達國家仍有差距，我國的垃圾桶價格便宜，質量較差。與經濟發展完善的國家相比，物品過的智能垃圾桶在制作方面仍然和他們有著巨大的差距。以智能垃圾桶為例，我國的智能垃圾桶出現的時間比較晚。感應垃圾桶的出現解決了用手接觸垃圾桶和腳踏的麻煩，非常的衛生，方便使用。由于在沒有智能控制系統的情況下將自動翻轉功能應用于某些公共場所很方便，因此非常受歡迎。但是，它的功能在翻轉時候有較大的機械損耗，仍有很大的改進空間。目前有很多智能垃圾桶在生活中已經被投入了使用，但是跟隨著社會的發展，并不是所有的智能垃圾桶都能被大眾所接受和使用，垃圾桶也得跟著人們的發展去改進演化。1.3本章小結本章主要是對智能垃圾桶的目的及意義進行介紹，還對比了國內外的研究現狀。說明了本智能垃圾桶與傳統垃圾桶的區別，將他們進行對比，更能直白得看出他們得優缺點以及改進方向。并且垃圾桶與環境的關系大家都了然于胸，將他們密切結合起來利于人們更加清楚看清齊總的利害關系。2總體方案設計2.1設計方案主要是單片機在接受紅外傳感器檢測是否有人扔垃圾時進行判斷是否給步進電機下指令將垃圾桶蓋子打開。如果有人做出垃圾投放動作，垃圾桶蓋子打開，至垃圾投放完畢，合上蓋子。2.2系統組成及原理框圖本系統包含電源接入、容量檢測、語音播報、投遞檢測等模塊以及服務器。圖2.1系統組成2.3各模塊方案選型2.3.1電源控制模塊智能垃圾桶需要持續供電才能正常運行，所以需要數據線以對垃圾箱的電源進行持續的輸入。通常，一個區域中安裝了多個智能垃圾箱，每個垃圾箱都有單獨的開關，這樣利于工作人員的管理2.3.2垃圾量檢測模塊本設計中使用一體化超聲波傳感器對垃圾桶是否已滿進行判斷。超聲波轉換能器的特點是：角度小、波長短、繞射現象小等，所以它可以在特定信號的激勵下產生震蕩，生成超聲波。如果有物體反射，超聲波也會經過換能器產生振蕩，形成電信號。因為有防水防塵外殼封裝，所以傳感器可以再比較惡劣環境適應。相應的，垃圾桶即使在下雨天也可以對垃圾量進行判斷，不會影響正常工作。本設計的垃圾桶在垃圾積滿后，會進行語音播報，提示工作人員垃圾已滿進行處理。2.3.3語音播報與自動翻蓋模塊垃圾桶在啟動后進入工作，人體的紅外檢測電路檢測是否有人在一定距離內在進行投放垃圾的動作。在進行投放垃圾動作時，MCU進行判斷，垃圾桶蓋將自動打開，并且間隔5秒后就會自動關閉垃圾桶蓋以恢復初始狀態。垃圾桶滿，超聲檢測垃圾桶內垃圾的高度是不是達到了我們設置好的高度，再經由單片機判斷并且控制語音報警電路，此時蜂鳴器連續響三聲提示工作人員垃圾桶滿的狀態，不要讓人們繼續投放垃圾了，然后工作人員按下垃圾桶按鈕，蓋子打開去除垃圾，然后回到原始狀態進行接下來的操作。詳細步驟由圖2.2顯示。圖2.2主程序流程框圖2.4本章小結本章主要撰寫了智能垃圾桶的整體系統設計方案，方案內涉及到的各個模塊都有詳細的圖文介紹，以此更詳細得介紹本設計。3系統硬件設計3.1單片機控制模塊3.1.1STC89C52RC單片機SCM是程序的載體，指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統，單片機也被稱為微控制器[]，它最早時在工業控制領域被應用的。雖然使用的是經典的51內核，但是做了很多的改進。STC89C52在單芯片上，用的是智能8位CPU和系統內可編程閃存，為許多嵌入式控制應用系統提供高度靈活和超級有效的解決方案。STC89C52RC圖3.1單片機引腳圖3.1.2單片機代碼STC89C52.單片機通過串口接收到字符“a",單片機反饋”a"并打開p1.0=1。如果單片機持續30S沒收到“a"P1.0=0。

存在問題：1.延時、端口要根據你的實際情況改一下參數。

2.上電or復位后，第一次P1.0=0的轉換時間要比以后動作轉換時間長，不一致。之后正常。3.1.3單片機外圍電路STC89C52RC的外圍電路主要包括時鐘電路、復位電路、通信電路和電源轉換電路。（1）時鐘電路：在此采用12MHz的晶振作為振蕩源，電容容量一般在10pF~30pF之間，所以在此選擇30pF作為電容值。（2）復位電路：其作用是把單片機初始化到空狀態，而在單片機的內部，復位電路是將其寄存器的值默認設置為出廠狀態。單片機的復位電路包括上電復位和按鍵復位，本設計采用的是按鍵復位。（3）串行通信電路：微控制器內部有一個全雙工串行通信端口。它只能在異步通信模式（UART）下運行，以串行傳輸信息或使用標準異步通信協議與外部設備連接。具有全雙工通信和并行I/O接口的計算機系統也可以通過外部移位寄存器進行擴展。本設計的串行通信接口作為單片機程序的下載接口，方便本設計的程序下載。圖3.2單片機時鐘、復位及通信電路電源轉換電路：對于一個電子設計而言，電源轉換電路是必不可少的。本設計的電源供電模塊的電源是與生活用電插座相連的。圖中R18是LED燈的限流電阻，其阻值大小是隨LED變化而變化，給其分壓，起到了保護LED的作用。其中220V電壓通過變壓器和全橋整流電路，被整流為16V直流電壓輸入到LM2576-5的1腳，從該芯片的4腳輸出所需的+5v直流電壓提供給單片機等芯片。圖3.3220V~5V電源轉換電路3.2ULN2003驅動電路本次設計的智能垃圾桶系統內部管理做了這樣一個二極管來消除線圈反電勢。它的輸出只允許通過200mA的IC電流，飽和壓降約為1Vce，耐壓約為36V。根據上述參數可以估計輸出的外負載。開路輸出采用集電極，輸出電流大。它可以直接驅動繼電器或固態繼電器等外部控制設備，也可以直接驅動步進電機。ULN2003芯片功耗低，驅動能力強，穩定可靠，體積小，使用方便，價格低廉，可用于50A/0.5A以下的電路。將ULN2003與單片機控制引腳相連，可以通過驅動系統步進電機。ULN2003的主要作用是將驅動電流放大，然后驅動28BYJ-48步進電機。ULN2003驅動的電機供電接口可以連接到單片機的GND和5V取電，“IN0～IN4”連接單片機的4個I/O口。本次設計所用到的步進電機的減速比為64/1，轉速約為15

r/min。一些軟件可以通過使用一些手段和高壓電源(如12伏DC)來實現大約25r/min的轉速。ULN2003驅動電路3.3蜂鳴器驅動電路蜂鳴器的驅動電路通常包括以下幾個部分：蜂鳴器、限流電阻和三極管。蜂鳴器的聲音設計元素分析可以通過在蜂鳴器兩端施加直流工作電壓（有源蜂鳴器）或方波（無源蜂鳴器）同時發聲。其主要參數有尺寸、音向、工作電壓、工作頻率、工作電流、驅動方式（直流/方波）等，可根據需要選擇。晶體管q22用作開關，其基極低電平可使晶體管飽和導通，使蜂鳴器鳴響；基地的高水平使質量控制切斷和蜂鳴器停止。蜂鳴器驅動電路圖示 為了提高驅動能力和蜂鳴器的聲音，增加了三極管驅動器。如下圖所示，蜂鳴器的輸入端連接到VCC（+5V）電源的上側，蜂鳴器連接到晶體管的發射極E，在施加限流保護電阻R后，由微控制器的P1.6切換晶體管的基極B。當P1.6輸出一個高電平時，晶體管Q7停止，沒有工作電流流過線圈，蜂鳴器沒有聲音產生；當P1.6輸出時，晶體管導通，蜂鳴器的電流形成系統回路發聲。下圖為蜂鳴器驅動電路流程圖：3.4紅外避障模塊由于模塊調節能力比較顯著，所以能很快適應不同環境的光照影響，在硬件結構上具有發射紅外感應和接受的管道。探測距離調節也十分方便，通過對電位器旋鈕方向的旋轉來調節探測距離，順時針調節可以增加探測距離，反之則縮短探測距離。探測距離的有效范圍在2到30厘米，工作電壓范圍為3.3-5v。模塊特點為：對系統干涉小，容易調節，安裝簡單，使用方便，所以在機器人避障、避障車、流水線計數、黑白線跟蹤等領域被廣泛應用。目標的反射率和形狀是探測距離的關鍵，因為長安號主要是基于紅外反射探測。該模塊具有三個引腳1輸出端口OUT，2GND接地。3連接到5V電源VCC上。連接VCC和GND，模塊接收到后會亮起指示燈，并發送在指示范圍內的紅外頻率，當探測距離內出現障礙物時，接收管接收到信息會經過一個比較電路的比較，進而改變指示燈的顏色，并向外輸出低電平信號，通常用接收管的反射面顏色（反射率）、形狀和距離等來表示接收管接收到的紅外信號強度。輸出端口OUT可以直接連接到單片機的I/O端口。紅外避障模塊原理圖及實物如下：下面為紅外避障模塊流程圖：3.5元件清單以下為本次系統設計所需要的元器件3.6本章小結本章第一部分以系統硬件設計為主，設計用STC89C52RC單片機作為控制芯片。并圖文展示的介紹了STC89C52RC單片機的操作性及原理，還包括的介紹了單片機的外圍電路。本章第二部分介紹了ULN2003驅動電路模塊的作用、說明、基本操作，看起來更加直觀方便。第三部分介紹了ULN2003驅動電路的性能及使用方法，詳細說明了步進電機的操作。第四部分介紹了紅外避障模塊，該模塊對光具有很強的適應能力，更適配于本次的垃圾桶系統。4系統軟件設計4.1程序設計本次設計的智能垃圾桶系統主要是通過紅外避障模塊檢測是否有人投遞垃圾接著觸動蜂鳴器然后蜂鳴器報警等等操作。設計分為兩部，分別是垃圾桶上下開關和桶內裝滿垃圾報警提示。那么，它的具體流程如下圖所示：4.2本章小結本章主要對本次設計的智能垃圾桶系統操作進行一系列的梳理，從流程圖中可以看出本次設計的垃圾桶操作簡單易上手，在日常生活中也具有很大的實用價值。5系統調試由于系統設計的硬件與軟件是分開的，在完成軟件和硬件設計之后，最后一步就是對整個系統進行調試。硬件生產過程中可能遺留的故障以及系統中的軟件編程錯誤只能通過調試來消除和糾正，任何系統只有經過更全面的調試后才能真正完成。5.1系統開發工具該編程設計使用Keil4編程軟件，該軟件易于學習和使用，它是C語言設計中許多用戶和開發人員必備的軟件。而且，該軟件生成的目標代碼高效，易于開發人員使用和提高效率，并且在編輯時清晰可見。特別是在功能、可讀性、結構和可維護性方面，C語言的特性更加突出，并且比匯編語言更具優勢。下圖為keil的運行圖：5.2硬件調試硬件的調試主要是檢查電路板，看是否有斷線，錯線或短路現象，以及電源端子和接地端子，所用芯片和組件的連接是否錯誤，電路板上是否有損壞，最后用電流表分別調試每個主要部分，以測試每個原稿的兩端，如果有電流通過，則電路正常，然后以單元電路為單位進行調試。5.3整體調試整體調試是在軟件調試及硬件調試均成功的前提下進行的。Keil軟件雖然是可以對程序進行仿真的，但是它畢竟不是在現實中的環境下進行的，所以只有將程序燒錄在芯片中才可以對實物進行實踐，檢測正確與否以及是否能夠達到預期的效果。畢竟，軟件與硬件的結合才能夠呈現更好的成品。5.4實驗結果在proteus軟件中，使用開關SW1模擬有人是否接近S1到達1時，這表明有人接近垃圾箱，并且電動機正向旋轉。幾秒鐘后，電動機停止運轉并保持蓋子打開。當S1達到2時，表示離開并且電動機反轉。幾秒鐘后，電動機停止運轉，并保持蓋子關閉。經過仿真和調試,結果是正確的。下圖為proteus調試圖：6結果與展望此設計的智能垃圾桶系統，有以下功能：此設計的智能垃圾桶系統，有以下功能：（1）垃圾的容量檢測，（2）裝滿后的報警提示，（3）智能開關。根據調查和各種資料文獻顯示，無論在研究方面還是功能分類方面，國外優先于國內。然而，隨著社會的不斷進步和發展，一切的智能化產品都要優化并被人們認可和接受。本設計完成了對智能垃圾桶的設計與研究工作，在設計過程中涉及多個學科，并且基本上能夠實現初始設置的功能。隨著人類對生活的需求以及科技的飛速發展，該系統仍有很多后續研究方向：（1）此次設計的垃圾桶在功能上還有很多不足，例如垃圾的分類、自動打包、壓縮以及桶內空間的利用等。（2）結合目前已經大力發展的5G技術實現數據的實時傳遞。（3）利用當今最流行的artificialintelligence技術對智能垃圾桶反饋的數據進行分析，最終得出垃圾種類與人們生活習慣的比例，從而分析并采取減少廢物排放的措施。參考文獻國內分類垃圾桶發展現狀與分析[J].李航,徐園園.安陽工學院學報.2019(02)智能垃圾桶的研究與設計[J].劉紅,許妙佳.上海電機學院學報.2019(01)淺談智能垃圾桶的發展與工作原理[J].葛曉彤,陳西凝,王睿,李嘉偉,陳雨晴.科技創新導報.2019(04)現代城市分類垃圾桶設計研究[J].孟竺君,倉詩建,田原源.設計.2018(17)一種智能垃圾桶的設計與應用[J].李興和.電子制作.2018(16)基于單片機控制的紅外線與超聲波混合避障智能小車[J].唐淵,周汝,段武斌,劉臻.中國設備工程.2018(12)面向智慧城市的智能垃圾桶監管系統[J].何共建,熊兵,吳開云,賀佐強.計算機時代.2018(06)生態智能垃圾桶的研究與設計[J].何洋,顧成杰,閃靜潔.信息與電腦(理論版).2017(18)基于STM32嵌入式接口與傳感器應用開發[M].電子工業出版社,廖建尚,2018傳感器原理與應用技術[M].化學工業出版社,王化祥,2017傳感器與檢測技術[M].高等教育出版社,宋文緒,2009Cruise