智能垃圾桶設計方案

1、1、工作原理整體架構如圖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把握電平供應+5v單片機STM32電源熱釋紅外傳感器震驚傳感器紅外光PT2262桶蓋把握部分語音部分圖1 作品系統(tǒng)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(fā)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供應了一個低電平（下降沿），將此信號作為一個外部中斷信號（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(yōu)點就能夠簡潔區(qū)分垃圾種

2、類和精確是否是人，但其缺點是處理信息大，受到環(huán)境影響大，所以放棄）；震驚傳感器是將垃圾桶的震驚（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放射/接收芯片，其中放射芯片PT2262-IR將載波振蕩器、編碼器和放射單元集成于一身，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，通過查詢I/O信號，推斷是否打開垃圾桶蓋，當垃圾桶未滿即PT2262/2272端無信號打開

3、垃圾桶蓋（單片機把握電磁鐵通電，蓋打開），通過震驚傳感器和PT2262/2272信號的綜合推斷此人是否是投垃圾的，與此同時單片機把握語音芯片發(fā)出一些幽默的話語，提示大家疼惜環(huán)境，也給大家?guī)硪恍g快。正由于盛群單片機有很便利休眠喚醒功能，在PA口加下降沿可是單片機喚醒，并且喚醒后執(zhí)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，從而大大削減能源的鋪張。做到了節(jié)能環(huán)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從新通電進入正常工作狀態(tài)。四、作品功能、特色本作品節(jié)能環(huán)保，潔凈衛(wèi)生，具有肯定的消遣性，運

4、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。作品接受了HT46F49E作為主控單片機，以紅外傳感器、震驚傳感器、語音芯片為主要模塊，主要特點如下：（1）節(jié)能環(huán)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，從而大大削減能源的鋪張；做到了節(jié)能環(huán)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(tài)。（2）潔凈衛(wèi)生。智能垃圾桶順應了現代社會的追求，突破了傳統(tǒng)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憂，削

5、減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，確保四週空氣清爽。（3）消遣性。本作品的語音系統(tǒng)會依據不同狀況發(fā)出一些幽默詼諧的話語，消遣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(yǎng)成不亂扔垃圾的好習慣，讓我們四周的環(huán)境更加秀麗。（4）運用廣泛。本作品可有多種顏色、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，不斷塑造共性和魅力的生活品嘗；是辦公、家用、公用、會議、醫(yī)療等使用的抱負選擇。五、 作品結構(一) 硬件部分硬件電路部份包括：電源電路模塊HT46F49E芯片把握中心模塊；信號檢測電路模塊；把

6、握電路模塊與語音電路模塊四部份。分別說明如下:Mod_1模塊：電源電路模塊實現給HT46F49E單片機供電功能。Mod_2模塊：使用HT46F49E芯片，建立基本輸入輸出模型。實現與Mod_3模塊的串行通信功能，以及實現基本把握功能。Mod_3模塊：信號檢測電路模塊是由各插孔的檢測電路分別與各個用電器相串聯組成，實現外部信號的檢測。熱式紅外傳感器模塊實現對外部紅外熱源的檢測。震驚傳感器模塊實現對外部重量和形變的檢測。紅外光傳感器模塊在Mod_2模塊中HT46F49E的把握下對帶地址、數據編碼功能的紅外遙控放射/接收。Mod_4模塊：把握電路模塊用一個電磁鐵實現桶蓋的打開與關閉。語音電路模塊主要

7、用編程實現智能垃圾桶的提示功能及播報功能。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溝通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(wěn)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。電路圖如下所示： 圖2 電源模塊電路圖2、Mod_2模塊解析： 圖3 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 個雙向輸入/

8、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(fā)聲 暫停和喚醒功能可降低功耗 在VDD =5V，系統(tǒng)頻率為48MHz 時，指令周期為0.5s在本作品的開發(fā)設計過程中，HT46F49E單片機接受5V穩(wěn)壓電源供電。工作在48MHz時鐘頻率。由于接受RISC 結構，此系列單片機具有高運算速度和高性能的特性有了集成的A/D 和PWM 功能的優(yōu)勢，再加上低功耗、高性能、機敏把握的輸入/輸出和低成本等特性。3、Mod_2模塊解析：信號檢測電路部分分為三大塊：熱式紅外傳感器、震驚傳感

9、器、紅外光傳感器。（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左右的紅外輻射必需格外敏感。為了僅僅對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常掩蓋有特殊的菲泥爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的把握作用。被動紅外探頭，其傳感器包含兩個相互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(huán)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(qū)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。菲泥爾濾光片依據性能要求不同，

10、具有不同的焦距（感應距離），從而產生不同的監(jiān)控視場，視場越多，把握越嚴密。 HN911型熱釋電紅外探頭模塊的內部電路框圖如圖所示。圖4 HN911型熱釋電紅外探頭模塊以及內部電路框圖 平常端輸出低電平，端輸出高電平。當有移動發(fā)熱體迸太監(jiān)視范圍時，熱釋電紅外傳感器接收到紅外能量，并輸出檢測信號。該信號經放大器放大后，由比較器進行比較推斷，再由信號處理電路處理后輸出把握信號。此時輸出端變?yōu)楦唠娖?，而輸出端變?yōu)榈碗娖?。在模塊的外部可接增益調整電位器，以調整放大器的增益。HN911型熱釋電紅外探買模塊的主要特性參數見表。表:HN911型熱釋電紅外探頭模塊主要特性參數注：依據傳感器視場和靈敏度經過試驗確

11、定傳感器放置角度來合理確定監(jiān)控距離.濾光片 人體發(fā)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(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供應一個中斷信號，單片機進入處理“是否丟垃圾程序流程圖”。（2）震驚傳感器此模塊運用應變器對重量和形變格外敏感，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：薄膜型半導體應變片 圖6薄膜型半導體應變片這種應變片是利用真空沉積技術將半導

12、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）。它通過轉變真空沉積時襯底的溫度來把握沉積層電阻率的凹凸，從而把握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取了金屬應變片和半導體應變片的優(yōu)點，并避開了它的缺點，是一種較抱負的應變片。差動電橋應變片、薄膜和厚膜應變片傳感器一般接受惠斯通電橋?；菟雇姌驅兤瑧儺a生的電阻轉換為差分電壓如圖1所示。+Exc和-Exc終端加上激勵電壓后，+VOUT和-VOUT終端上消滅與應變成正比的差分電壓。圖7 惠斯通電橋配置中連接的應變片 全橋電路時單臂靈敏度的四倍.為了提高其靈敏度接受全橋電路

13、.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驚幅度.并轉換成電壓接入單片機分析。（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放射/接收芯片。 圖8紅外光傳感器 PT2262-IR 放射芯片地址編碼輸入有“1”、“0”和“開路”三種狀態(tài)，數據輸入有“1”和“0”兩種狀態(tài)。由各地址、數據的不同接腳狀態(tài)打算，編碼從輸出端Dout 輸出，通過紅外放射管放射出去。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 外接的電阻打算載頻頻率，一般電阻可在430k470k 之間選擇即可。PT2272 的暫

14、存功能是指當放射信號消逝時，PT2272 的對應數據輸出位即變?yōu)榈碗娖?。而鎖存功能是指，當放射信號消逝時，PT2272 的數據輸出端仍保持原來的狀態(tài)，直到下次接收到新的信號輸入。圖3 是紅外放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把握相應的負載。PT2262/2272 是一對帶地址、數據編碼功能的紅外遙控放射/接收芯片。其中放射芯片PT2262-IR將載波振蕩器、編碼器和放射單元集成于一身，使放射電路變得格外簡潔。接收芯片PT2272 的數據輸出位依據其后綴不同而不同，數

15、據輸出具有“暫存”和“鎖存”兩種方式，便利用戶使用。后綴為“M”為“暫存型”，后綴為“L”為“鎖存型”。 因此可以用這一對芯片外加幫助電路對垃圾進行檢測.將其輸出（電壓）放大調整接入單片機。4、Mod_4模塊解析：（1）把握電路模塊此模塊主要接受電磁鐵來把握垃圾桶蓋的打開與關閉。本作品中選用拍合式電磁鐵，其結構如下圖所示。圖9 拍合式電磁鐵結構圖線圈1套在鐵心2上，兩者固定不動，銜鐵3是運動部分。當線圈部分通過肯定值電流過后，在鐵心、銜鐵、氣隙中間就產生肯定數量的磁通。圖中虛線所示為磁通流過的路徑。在磁通的作用下，產生肯定大小的電磁吸力，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

16、引時運動的方向。當線圈中電流停止后，電磁吸力就消逝。 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，電磁吸力消逝，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，錄址力量可達1024 位，地址空間01023。其安排狀況是：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，一是作為工作模式把握，二是作為分段錄放音的起始段地址。當最高位地址（MSB）A8、A9 都為高電平常（即地址7681023），地址端A0A6 就作為工作模式選擇端

17、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）給地址A0A9 賦值，操作就從該地址開頭。AUX IN幫助輸入，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自動增益把握， 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 芯片低功耗狀態(tài)把握， EOM 錄放音結束信號輸出結構圖和電路圖如下： 圖10語音電路模塊(二) 軟件部分程序流程圖：主程序為等待延時（圖4）、定時中斷（圖5），熱釋紅外傳感器中斷（圖6）。圖5定時中斷（節(jié)能程序流程圖）關閉電磁鐵電源關閉語音芯片關閉震驚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 主程序為等待延時（主程序流程圖）開頭初始化等待中斷設定定時/計數器工作