智能垃圾桶設(shè)計(jì)方案資料

1、目錄一、摘要 3二、作品介紹 4三、工作原理 4四、作品功能、特色 8五、作品結(jié)構(gòu) 9六 、附錄 14摘要垃圾桶作為人類生活中的必需品，伴隨著人類走過(guò)了每一個(gè)時(shí)代。隨 著生活水平的提高，人們對(duì)生活品質(zhì)更為關(guān)注，智能垃圾桶應(yīng)運(yùn)而生。本作品主要由 51單片機(jī)芯片控制中心模塊，信號(hào)檢測(cè)電路模塊、控制 電路模塊與語(yǔ)音電路模塊四部份組成，是集機(jī)、光、音、電于一體的科技 新產(chǎn)品。作品通過(guò)信號(hào)檢測(cè)電路模塊檢測(cè)到探測(cè)范圍內(nèi)有人進(jìn)入或者其他 檢測(cè)信號(hào)時(shí)，經(jīng)過(guò)芯片控制中心模塊的分析處理后啟動(dòng)控制電路模塊做出 相開(kāi)蓋、關(guān)蓋等應(yīng)動(dòng)作，語(yǔ)音電路模塊也隨之啟動(dòng)并播放設(shè)定的語(yǔ)音，在 增添氣氛的同時(shí)也提醒人們要保護(hù)環(huán)境。若在

2、設(shè)定時(shí)間內(nèi)無(wú)人進(jìn)入探測(cè)范 圍內(nèi)或探測(cè)范圍內(nèi)無(wú)信號(hào)觸發(fā)時(shí)，開(kāi)始啟用 51單片機(jī)特有的休眠功能，自 動(dòng)的將除 HN911以外的電路電源關(guān)閉，之后單片機(jī)進(jìn)入休眠，從而大大減少 能源的浪費(fèi)，做到了節(jié)能環(huán)保。休眠過(guò)程中若有人走進(jìn)探測(cè)范圍內(nèi)，又通 過(guò)電路部分將單片機(jī)喚醒，并將以前關(guān)閉電源的電路重新通電進(jìn)入正常工 作狀態(tài)。本作品圖文聲并茂，易識(shí)別，可自動(dòng)打開(kāi)桶蓋，減少衛(wèi)生感染的隱患， 能有效杜絕各種傳染性疾病通過(guò)垃圾進(jìn)行傳播，為人們的健康提供了有力 的保障。二、作品介紹1創(chuàng)作動(dòng)機(jī)目前市面上銷售的帶蓋垃圾桶， 開(kāi)蓋時(shí)均需采用手動(dòng)或腳踩方式實(shí)現(xiàn)，這種開(kāi)蓋方式主要的缺點(diǎn)是給使用者帶來(lái)既不衛(wèi)生又不方便。在一些公共

3、場(chǎng)合，雖然到處都有垃圾桶，但由于陳舊無(wú)新意，許多垃圾仍然沒(méi)有丟進(jìn) 桶內(nèi)，導(dǎo)致遍地狼藉、臭氣沖天，嚴(yán)重污染環(huán)境2. 創(chuàng)作目的為了徹底解決了傳統(tǒng)垃圾桶對(duì)使用者存在衛(wèi)生感染的隱患，能有效杜絕各 種傳染性疾病通過(guò)垃圾進(jìn)行傳播，本項(xiàng)目致力于設(shè)計(jì)出一種通過(guò)檢測(cè)并自動(dòng)打 開(kāi)垃圾桶蓋的一種智能系統(tǒng)。當(dāng)人的手或物體接近投物口 （應(yīng)感窗）約 1米時(shí),垃 圾桶蓋便會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟 ,等垃圾投入完畢，在設(shè)定時(shí)間內(nèi)垃圾桶蓋又會(huì)自動(dòng)關(guān)閉， 人、物不需接觸垃圾桶，在長(zhǎng)時(shí)間不使用的情況下會(huì)自動(dòng)進(jìn)入休眠模式以便節(jié) 能。使用的過(guò)程中，垃圾桶會(huì)根據(jù)不同的情況播放不同的語(yǔ)音。這種衛(wèi)生、自 動(dòng)、耗能低、有趣的新型智能垃圾桶是人類進(jìn)入小康社會(huì)

4、取代傳統(tǒng)垃圾桶的更 新?lián)Q代產(chǎn)品。三、工作原理整體架構(gòu)如圖 1所示：電源提供 +5v圖1 作品系統(tǒng)架構(gòu)圖程序分為 3大塊：主程序?yàn)榈却訒r(shí)、定時(shí)中斷，熱釋紅外傳感器中斷。工作原理 ：當(dāng)人走到熱釋紅外傳感器的探測(cè)范圍內(nèi)，傳感器熱釋電元件在接收到人體 紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，經(jīng)過(guò) hn911內(nèi)部電 路處理將此信號(hào)轉(zhuǎn)換成電平變換 ，當(dāng)檢測(cè)到人時(shí)向單片機(jī)提供了一個(gè)低電平 （下 降沿），將此信號(hào)作為一個(gè)外部中斷信號(hào)（在設(shè)計(jì)此方案的時(shí)候，我們還想到 檢測(cè)的時(shí)候運(yùn)用圖像處理法，他的優(yōu)點(diǎn)就能夠容易區(qū)分垃圾種類和準(zhǔn)確是否是 人，但其缺點(diǎn)是處理信息大，受到環(huán)境影響大，所以放棄）；震動(dòng)傳

5、感器是將 垃圾桶的震動(dòng) （被物體撞擊） 或者重量變化轉(zhuǎn)變成電平信號(hào)，通過(guò) I/O 口單片機(jī) 可以查詢到此信號(hào)；當(dāng) PT2262/2272 是一對(duì)帶地址、數(shù)據(jù)編碼功能的紅外遙控 發(fā)射/ 接收芯片，其中發(fā)射芯片 PT2262-IR將載波振蕩器、編碼器和發(fā)射單元集 成于一身，將垃圾的投入和垃圾桶是否滿轉(zhuǎn)變成電平信號(hào)，通過(guò) I/O 口單片機(jī)可 以查詢到此信號(hào)；單片機(jī)在進(jìn)行初始化與設(shè)定定時(shí)時(shí)間后，就等待中斷信號(hào)， 當(dāng)外部中斷端有信號(hào)時(shí)，單片機(jī)進(jìn)入處理中斷，認(rèn)為此時(shí)有人來(lái)，通過(guò)查詢 I/O 信號(hào)，判斷是否打開(kāi)垃圾桶蓋，當(dāng)垃圾桶未滿即 PT2262/2272端無(wú)信號(hào)打開(kāi)垃圾 桶蓋（單片機(jī)控制電磁鐵通電，蓋打

6、開(kāi)） ，通過(guò)震動(dòng)傳感器和 PT2262/2272信號(hào) 的綜合判斷此人是否是投垃圾的，與此同時(shí)單片機(jī)控制語(yǔ)音芯片發(fā)出一些幽默 的話語(yǔ)，提示大家愛(ài)護(hù)環(huán)境，也給大家?guī)?lái)一些快樂(lè)。正因?yàn)槭⑷簡(jiǎn)纹瑱C(jī)有很 方便休眠喚醒功能，在 PA口加下降沿可是單片機(jī)喚醒，并且喚醒后執(zhí)行喚醒的 嚇一跳指令，所以在長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有人來(lái)投垃圾，單片機(jī)自動(dòng)的將除 HN911以外的電 路電源關(guān)閉，之后單片機(jī)進(jìn)入休眠，從而大大減少能源的浪費(fèi)。做到了節(jié)能環(huán) 保。當(dāng)有人來(lái)時(shí)，通過(guò) HN911電路部分將單片機(jī)喚醒，單片機(jī)將以前關(guān)閉電源的 電路從新通電進(jìn)入正常工作狀態(tài)。四、作品功能、特色本作品節(jié)能環(huán)保，干凈衛(wèi)生，具有一定的娛樂(lè)性 ，運(yùn)用廣泛，可

7、 適用于各 種中高級(jí)辦公樓等公共場(chǎng)合 ，其原理也可運(yùn)用至其他領(lǐng)域，如防盜作用等， 具 有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。作品采用了 51 作為主控單片機(jī)，以紅外傳感器、震動(dòng)傳感器、語(yǔ)音芯片為 主要模塊，主要特點(diǎn)如下：（1）節(jié)能環(huán)保。本作品有休眠喚醒功能，在長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有人來(lái)投垃圾，單片 機(jī)自動(dòng)的將除紅外感應(yīng)以外的電路電源關(guān)閉，之后單片機(jī)進(jìn)入休眠，從而大大 減少能源的浪費(fèi)；而且通過(guò)語(yǔ)音提示讓投垃圾者將垃圾分類投放，做到了節(jié)能 環(huán)保。當(dāng)有人來(lái)時(shí)，又通過(guò)該電路部分將單片機(jī)喚醒，單片機(jī)將以前關(guān)閉電源 的電路從新通電進(jìn)入正常工作狀態(tài)。（2）干凈衛(wèi)生。智能垃圾桶順應(yīng)了現(xiàn)代社會(huì)的追求，突破了傳統(tǒng)帶蓋垃圾 桶用手或腳開(kāi)蓋的思維

8、屏障，感應(yīng)開(kāi)、關(guān)桶蓋讓人們?cè)趤G時(shí)少了份擔(dān)心，減少 了生活中各種病菌交叉感染的機(jī)率。同時(shí)具有良好的密封性好，無(wú)垃圾異味溢 出，確保四週空氣清新。（3）娛樂(lè)性。本作品的語(yǔ)音系統(tǒng)會(huì)根據(jù)不同情況發(fā)出一些幽默詼諧的話語(yǔ)， 娛樂(lè)大眾的同時(shí)也吸引人們有意識(shí)地將垃圾丟進(jìn)桶內(nèi)，更能吸引小孩去撿垃圾 往里丟，從而使人們養(yǎng)成不亂扔垃圾的好習(xí)慣，讓我們周圍的環(huán)境更加美麗。（4）運(yùn)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(chǎng)合及居家檔次，滿足了人們崇尚人性和時(shí)尚，不斷塑造個(gè)性和魅力的生 活品味；是辦公、家用、公用、會(huì)議、醫(yī)療等使用的理想選擇。五、作品結(jié)構(gòu)（一 ） 硬件部分硬件電路部份包括：電源電路

9、模塊 Mod_1；51 芯片控制中心模塊 Mod_2； 信號(hào)檢測(cè)電路模塊 Mod_3；控制電路模塊與語(yǔ)音電路模塊 Mod_4四部份。分別說(shuō)明如下 :Mod_1模塊：電源電路模塊實(shí)現(xiàn)給 51 單片機(jī)供電功能。Mod_2模塊：使用 51 芯片，建立基本輸入輸出模型。實(shí)現(xiàn)與 Mod_3模塊的 串行通信功能，以及實(shí)現(xiàn)基本控制功能。Mod_3模塊：信號(hào)檢測(cè)電路模塊是由各插孔的檢測(cè)電路分別與各個(gè)用電器 相串聯(lián)組成，實(shí)現(xiàn)外部信號(hào)的檢測(cè)。 熱式紅外傳感器模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)外部紅外熱源的檢測(cè)。 震動(dòng)傳感器模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)外部重量和形變的檢測(cè)。紅外光傳感器模塊在 Mod_2 模塊中 51的控制下 對(duì)帶地址、數(shù)據(jù)編碼功能的 紅外

10、遙控發(fā)射 / 接收。Mod_4模塊：控制電路模塊用一個(gè)電磁鐵實(shí)現(xiàn)桶蓋的打開(kāi)與關(guān)閉。 語(yǔ)音電路模塊主要用編程實(shí)現(xiàn)智能垃圾桶的提醒功能及播報(bào)功能。1、 Mod_1模塊解析：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(guò)變壓器降壓、橋式整流電路整流后，再通過(guò) 7805集成器將電壓穩(wěn)定成為 5v 的直流電壓，給單片機(jī)供電。為了解決電信號(hào) 中的干擾問(wèn)題，我們?cè)诩善?7085 的兩邊并接電容用以濾波。 電路圖如下所示：圖 2 電源模塊電路圖3、 Mod_2模塊解析：信號(hào)檢測(cè)電路部分分為三大塊：熱式紅外傳感器、震動(dòng)傳感器、紅外光傳感器。 （1

11、）熱式紅外傳感器模塊這種探頭是以探測(cè)人體輻射為目標(biāo)的 。所以熱釋電元件對(duì)波長(zhǎng)為 10UM左右的 紅外輻射必須非常敏感。 為了僅僅對(duì)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(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。 被動(dòng)紅外探頭，其傳感器包含兩個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元。而且制成的 兩個(gè)電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作 用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測(cè)器無(wú)信號(hào)輸出。 一旦人侵入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過(guò)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(jīng)信號(hào) 處理而報(bào)警。 菲泥爾濾光片根據(jù)性能要求不同

12、，具有不同的焦距 （感應(yīng)距離），從而產(chǎn)生不 同的監(jiān)控視場(chǎng)，視場(chǎng)越多，控制越嚴(yán)密。HN911型熱釋電紅外探頭模塊的內(nèi)部電路框圖圖 4 HN911 型熱釋電紅外探頭模塊以及內(nèi)部電路框圖平時(shí)端輸出低電平 ，端輸出高電平 。當(dāng)有移動(dòng)發(fā)熱體迸太監(jiān)視范圍時(shí)， 熱釋電紅外傳感器接收到紅外能量 ，并輸出檢測(cè)信號(hào) 。該信號(hào)經(jīng)放大器放大后， 由比較器進(jìn)行比較判斷，再由信號(hào)處理電路處理后輸出控制信號(hào)。此時(shí)輸出端 變?yōu)楦唠娖?，而輸出端變?yōu)榈碗娖?。在模塊的外部可接增益調(diào)節(jié)電位器， 以調(diào)節(jié)放大器的增益。HN911型熱釋電紅外探買模塊的主要特性參數(shù)見(jiàn)表。 表:HN911型熱釋電紅外探頭模塊主要特性參數(shù)注：根據(jù)傳感器視場(chǎng)和靈

13、敏度經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定傳感器放置角度來(lái)合理確定監(jiān)控距 離濾光片人體發(fā)出的紅外線波長(zhǎng) 10um左右，將濾光片設(shè)置在窗口處，組成紅外線通 過(guò)的窗口。濾光片。濾光片為 6um多層膜干涉濾光片，這種對(duì)太陽(yáng)光和熒光燈 的短波（約為 5um一下）具有高的反射作用，而對(duì) 6um以上的人體發(fā)出的紅外 熱源（ 10um）有高的穿透性，其光譜特性。如圖所示：圖 5 放大電路放大電路為單片機(jī)提供一個(gè)中斷信號(hào)，單片機(jī)進(jìn)入處理“是否丟垃圾程序流程 圖”。（2）震動(dòng)傳感器 此模塊運(yùn)用應(yīng)變器對(duì)重量和形變非常敏感，加上一個(gè)差動(dòng)橋，大大提高了 靈敏度在經(jīng)過(guò) A/D 將其轉(zhuǎn)換為電平信號(hào)。下面介紹：差動(dòng)電橋 應(yīng)變片、薄膜和厚膜應(yīng)變片傳感

14、器一般采用惠斯通電橋?；菟雇姌?qū)?yīng) 變片應(yīng)變產(chǎn)生的電阻轉(zhuǎn)換為差分電壓如圖 1 所示。+Exc 和-Exc 終端加上激勵(lì)電 壓后， +VOUT和-VOUT終端上出現(xiàn)與應(yīng)變成正比的差分電壓。圖 7 惠斯通電橋配置中連接的應(yīng)變片全橋電路時(shí)單臂靈敏度的四倍 . 為了提高其靈敏度采用全橋電路 .將應(yīng)變片 貼在垃圾桶的內(nèi)側(cè)面 ，利用全橋電路靈敏度高的特點(diǎn)測(cè)量垃圾桶震動(dòng)幅度 . 并轉(zhuǎn) 換成電壓接入單片機(jī)分析3）紅外光傳感器PT2262/2272 是一對(duì)帶地址、數(shù)據(jù)編碼功能的無(wú)線遙控發(fā)射 / 接收芯片圖8 紅外光傳感器PT2262-IR 發(fā)射芯片地址編碼輸入有“ 1 ”、“ 0”和“開(kāi)路”三種狀態(tài)，數(shù) 據(jù)輸

15、入有“ 1”和“ 0”兩種狀態(tài)。由各地址、數(shù)據(jù)的不同接腳狀態(tài)決定，編碼 從輸出端 Dout 輸出，通過(guò)紅外發(fā)射管發(fā)射出去 。其編碼時(shí)序波形如圖 2 所示。 Dout 輸出的編碼信號(hào)是調(diào)制在 38kHz載波上的， OSC、1 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(dāng)發(fā)射信號(hào)消失時(shí)， PT2272 的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)輸出位即變?yōu)榈碗娖健６i存功能是 指，當(dāng)發(fā)射信號(hào)消失時(shí)， PT2272 的數(shù)據(jù)輸出端仍保持原來(lái)的狀態(tài)，直到下次接 收到新的信號(hào)輸入。圖 3 是紅外發(fā)射和接收的典型應(yīng)用原理圖，為了能正確解 調(diào)出調(diào)制的編碼信號(hào)，接收端需加

16、一級(jí)前置放大級(jí)，保證輸入 PT2272 的信號(hào) 幅度足夠大。PT2272 各輸出端通過(guò)各種接口即可控制相應(yīng)的負(fù)載 。PT2262/2272 是一對(duì)帶地址、數(shù)據(jù)編碼功能的紅外遙控發(fā)射 / 接收芯片。其中發(fā)射芯片PT2262-IR 將載波振蕩器、編碼器和發(fā)射單元集成于一身，使發(fā)射電路變得非 常簡(jiǎn)潔。接收芯片 PT2272 的數(shù)據(jù)輸出位根據(jù)其后綴不同而不同，數(shù)據(jù)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“鎖存型”。因此可以用這一對(duì)芯片外加輔助電路對(duì)垃圾進(jìn)行檢測(cè) . 將其輸出（電壓） 放大調(diào) 節(jié)接入單片機(jī)。六、總結(jié)設(shè)計(jì)過(guò)程中的一些問(wèn)題、解決的方法或思考。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中由于這個(gè)軟件 是英文的，有些指令看不懂，還有就是在設(shè)計(jì)的時(shí)候一些指令不知道在哪里。 最后再請(qǐng)問(wèn)同學(xué)， 還有老師的指導(dǎo)， 讓我順利的完成了這次智能垃圾桶的課題。通過(guò)這個(gè)禮拜的實(shí)訓(xùn)，不僅讓我學(xué)到了更多的的知識(shí)，還讓我更加熟悉了這 款軟件。雖然是一款英文的 ,更讓我進(jìn)一步了解了 Protel DXP 的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用， 也顯示我在使用軟件的不足之處。 在這一禮拜的實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，