智能垃圾桶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、智能垃圾桶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要本篇文章針對目前我國國內(nèi)目前垃圾箱發(fā)展缺陷設(shè)計(jì)了一種智能垃圾箱，這種垃圾箱的控制系統(tǒng)是基于STC89C52RC。這種以單片機(jī)、RPR22光電傳感器和超聲波傳感器為核心控制系統(tǒng)主要是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、語音報(bào)警模塊、光電感應(yīng)模塊、超聲波測距電路等功能模塊組成，并且該系統(tǒng)通過傳感器來采集相關(guān)的距離信息后再由A/D轉(zhuǎn)換讓單片機(jī)發(fā)出指令，垃圾箱會(huì)在設(shè)定人與垃圾箱的距離，倘若超聲波傳感器檢測到實(shí)際距離小于設(shè)定距離時(shí)自動(dòng)翻蓋。并且該控制系統(tǒng)會(huì)在RPR22光電檢測至U垃圾箱已滿的情形下進(jìn)行語音提示。通過理論與實(shí)踐的結(jié)合，可知，本垃圾箱控制系統(tǒng)具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單、智能化、操作簡潔、性能穩(wěn)

2、定等優(yōu)點(diǎn)，一定程度上彌補(bǔ)了我國智能垃圾箱系統(tǒng)的缺陷，對進(jìn)一步隔開人與垃圾并防止細(xì)菌感染人類問題提供了一個(gè)可行性途徑。關(guān)鍵詞：單片機(jī)，超聲波傳感器，RPR22光電傳感器，垃圾箱AProjectofIntelligentBinSystemABSTRACTThisarticleinviewofthepresentdefectsatpresentdesignsakindofintelligentbinbasedonSTC89C52RC.Thesystemiswiththesinglechipprocessor,RPR220photoelectricsensorandultrasonicsensorsa

3、sthecorecontrolsystem.Itconsistsofpowercircuit,sensorcircuit,clockcircuitandvoicealarmmodule,etc.Usingthesensortocollectdistanceinformation,thentheinformationiscontrolledbyA/Dconversiontoissuecommands.,causestheSCMissuesaninstruction.Iftheultrasonicsensortodetecttheactualdistanceislessthanthesetting

4、distance,dustbinlidwouldopenautomatically.ThesystemwouldissueavoicemessageifRPR220photoelectricdetectsthatdustbinischock-full.Throughthecombinationoftheoryandpractice,weknowthatthissystemhasadvantagesoflowcost,simplestructure,intelligent,simpleoperationandstableperformance.Inaway,itmakesupdefectsoft

5、heintelligentbincontrolsysteminChina.Itisafeasiblemethodtocompletelyisolatepeopleandrubbish,andpreventpeoplefrominfectingwiththebacteriaongarbage.KEYWORDS:singlechipmicrocomputer,Ultrasonicsensors,RPR220photoelectricsensors,dustbinII摘要IABSTRACT.II1 .緒論11.1 選題的意義11.2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢11.2.1 研究現(xiàn)狀11.2.2 發(fā)展趨勢31

6、.3 課題研究的目標(biāo)及內(nèi)容31.3.1 研究目標(biāo)31.3.2 研究內(nèi)容41.4 本章小結(jié)42 .系統(tǒng)硬件電路52.1 系統(tǒng)總體框架52.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)52.2.1 STC89C52RC單片機(jī)簡介52.2.2 復(fù)位電路72.2.3 晶振電路82.3 光電感應(yīng)模塊82.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊92.5 超聲波測距模塊112.6 語音模塊112.7 電源模塊122.8 本章小結(jié)123 .系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)13iii3.1 系統(tǒng)程序總體流程圖133.2 超聲波測距模塊的程序設(shè)計(jì)133.3 控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的程序設(shè)計(jì)153.4 本章小結(jié)174 .系統(tǒng)調(diào)試194.1 軟件調(diào)試194.2 硬件調(diào)試194.3 整體調(diào)試1

7、95 .實(shí)驗(yàn)結(jié)果及設(shè)計(jì)總結(jié)215.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果215.2 設(shè)計(jì)總結(jié)23參考文獻(xiàn)25致謝26附錄27IV1 .緒論1.1 選題的意義眾所周知，在日常的生活中，我們是大量垃圾的制造者，但同時(shí)，我們也深受其害。倘若我們對于垃圾不作出正確的處理，任由相關(guān)負(fù)面影響滋生，那么，逐漸的垃圾所造成的危害將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們的預(yù)料。在我們現(xiàn)在的社會(huì)中，垃圾同樣的也成為我們社會(huì)的嚴(yán)重問題，是我們當(dāng)下社會(huì)急需解決的艱難任務(wù)。因此，到底如何正確的處理垃圾問題，阻斷其與人們的直接接觸并以此防止垃圾上附著的細(xì)菌危害人類健康是我們國家一直難以解決并在努力攻克的課題?！袄洹弊鳛橐环N隔離人類與垃圾的容器，已經(jīng)伴隨著人們走過了一個(gè)

8、又一個(gè)時(shí)代，在現(xiàn)實(shí)生活中，它被廣泛地運(yùn)用在酒店用品和家居用品市場，可以說它已經(jīng)是一種無法代替的物品存在于我們的生活當(dāng)中。在最早，垃圾箱只是簡單的“坑洞式”，而隨著人類社會(huì)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，垃圾箱的構(gòu)造也在不斷進(jìn)步，到現(xiàn)在它的構(gòu)造已經(jīng)變成一個(gè)獨(dú)立的個(gè)體。但就現(xiàn)實(shí)情況來看，我們生活中的垃圾箱并沒有實(shí)現(xiàn)徹底將人與垃圾隔離開來的效果，甚至說當(dāng)我們有時(shí)在投放垃圾的過程中還可能與垃圾有“親密接觸”，特別是像在醫(yī)院這樣的病菌多的公共場所，更需要垃圾箱能夠起到將垃圾中的病菌與人類相隔離的作用，但是實(shí)際當(dāng)中醫(yī)院中還是普通的半開放式垃圾箱或是手動(dòng)翻蓋式垃圾箱，根本不能嚴(yán)格意義上的達(dá)到隔離的作用，所以如何研究和發(fā)展

9、多功能垃圾箱控制系統(tǒng)就顯得至關(guān)重要。1.2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.1 研究現(xiàn)狀在國外，對于垃圾箱的重要性被早早的認(rèn)知，以此對于垃圾箱控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究就比我國國內(nèi)要早很多，因此到目前為止，世界上很多國家都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對垃圾的分類回收，更有一些通常被稱為太陽能垃圾箱的垃圾箱廣泛地運(yùn)用太陽能設(shè)備的控制系統(tǒng)。在2006年08月美國紐約出現(xiàn)最早的擁有太陽能設(shè)備控制系統(tǒng)的垃圾箱，這種太陽能垃圾箱因其比傳統(tǒng)垃圾箱可多裝8倍的垃圾量而被大家稱為“大胃王”。但是，“大胃王”擁有自己的學(xué)名，即太陽能壓縮機(jī)，這是根據(jù)其系統(tǒng)具體的工作原理所起的名稱，它的控制系統(tǒng)是運(yùn)用陽光作為運(yùn)作系統(tǒng)的能量來源，并且能夠把垃圾的

10、體積通過自動(dòng)壓縮處理減少到原先的八分之一，在這種的功能支撐下，這類垃圾箱就可以塞下1362升的垃圾。環(huán)衛(wèi)工人的收集垃圾的次數(shù)由于“大胃王”容量大的優(yōu)點(diǎn)被大大減少了，但有利即有弊，“大胃王”同時(shí)也存在著缺點(diǎn)。首先，它的造價(jià)非常高，再者，在“大胃王”內(nèi)部由于其系統(tǒng)高科技部分比重占有較大，故而損壞后很難維修。在太陽能壓縮機(jī)出現(xiàn)之后，英國劍橋大學(xué)結(jié)合英國本土環(huán)境，并在美國對智能垃圾箱控制系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上研發(fā)出了另一種更符合其實(shí)際需求的太陽能垃圾箱控制系統(tǒng)2。和“大胃王”一樣，箱內(nèi)垃圾會(huì)被這種垃圾箱的控制系統(tǒng)所壓縮，但是這種壓縮并不需要大量的陽光供給，由于英國所建造的這類垃圾箱控制系統(tǒng)的動(dòng)力是從一組太陽

11、能電池里獲得，使得它只需從外界得到少量的陽光便可以滿足自身機(jī)器運(yùn)作。在英格蘭，多霧的天氣往往是家常便飯，而這樣的設(shè)計(jì)使這類垃圾箱只需要少量陽光供給便能工作的工作性質(zhì)恰恰滿足了這樣的環(huán)境要求。止匕外，環(huán)衛(wèi)工人可以通過手機(jī)智能地了解到垃圾箱的垃圾儲(chǔ)存量問題，環(huán)衛(wèi)工人可以提前設(shè)置垃圾預(yù)設(shè)范圍，當(dāng)手機(jī)的收到無線發(fā)射器發(fā)送的提醒清理垃圾箱的訊息時(shí)就說明箱內(nèi)的垃圾超過預(yù)設(shè)的范圍，這都是因?yàn)檫@種垃圾箱的控制系統(tǒng)中安設(shè)了一個(gè)無線發(fā)射器和智能傳感器所做到的。并且，垃圾箱被簡單的編號為1或2,這樣，當(dāng)收到信息時(shí)，環(huán)衛(wèi)工人根據(jù)數(shù)字就知道需要前往哪只垃圾箱進(jìn)行清理。而在劍橋，這種即時(shí)將信息提供給環(huán)衛(wèi)工人的功能使得這類

12、垃圾箱當(dāng)?shù)剡M(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果令人滿意。而智能垃圾箱在我國目前來說多數(shù)的34控制系統(tǒng)比較簡單，表現(xiàn)為垃圾箱功比較單一并且基本可以分為3類：第一類智能垃圾箱是利用紅外線測距技術(shù)5,6或是超聲波感知是否有物體靠近，如感知到有物體靠近系統(tǒng)將拖動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，并以此使得垃圾箱有自動(dòng)翻蓋的功能。但是擁這類的智能垃圾箱受使用范圍較小，比如辦公室或是家中等私人場所，但如果是將被運(yùn)用到一些公共的場所的垃圾箱，腳踏式的或是手動(dòng)的這類沒有任何智能控制系統(tǒng)的垃圾箱往往因其便捷性而受到人們的青睞，相反，多功能垃圾箱在這種環(huán)境下往往被人們認(rèn)為是多此一舉的。并且，這種控制I系統(tǒng)的智能垃圾箱在我國國內(nèi)普通商場往往不會(huì)有銷售，要想購買

13、只能通過網(wǎng)絡(luò)購買而且價(jià)格相較較高，市場較小。第二類的被稱為太陽能垃圾箱如同“大胃王”一樣，它的控制系統(tǒng)是其內(nèi)部裝有的太陽能裝備，它的電源來源就是太陽能的轉(zhuǎn)換。在我國這種太陽能垃圾箱的應(yīng)用中有一款太陽能自動(dòng)開蓋垃圾箱，這種垃圾箱曾經(jīng)在第五屆中國-東盟博覽會(huì)高科技展廳節(jié)能減排展區(qū)展開過7,不過和第一類垃圾箱一樣，這種太陽能垃圾箱比較適用于家里有陽光的地方或者戶外，使得其應(yīng)用范圍和商業(yè)價(jià)值不高而不被廣泛推廣。第三類垃圾箱因其系統(tǒng)內(nèi)部也裝有太陽能設(shè)備而使其控制系統(tǒng)與第二類很相似，但其太陽能設(shè)備卻不是為處理垃圾功能所準(zhǔn)備的，而是只為垃圾箱外的廣告燈提供電源所準(zhǔn)備的，所以雖然具有一定的商業(yè)價(jià)值，但沒有真正

14、意義上實(shí)現(xiàn)垃圾箱對于垃圾處理的功能。1.2.2 發(fā)展趨勢人們隨著社會(huì)的快速發(fā)展對環(huán)保問題和產(chǎn)品也越來越重視，所以對于垃圾箱的選擇上只會(huì)更加地注重垃圾箱的實(shí)用性和多功能性。垃圾箱生產(chǎn)廠家也正是為了順應(yīng)這種需求導(dǎo)向型的社會(huì)發(fā)展趨勢，其產(chǎn)品也在逐漸的向著智能化和多樣化方向發(fā)展，這使得多功能垃圾箱控制系統(tǒng)種類也在不斷增加。在以上的需求與發(fā)展之下垃圾箱控制系統(tǒng)功能未來的發(fā)展將會(huì)更為豐富。其實(shí)結(jié)合現(xiàn)實(shí)發(fā)展，無論國內(nèi)外垃圾箱的種類發(fā)展到了哪一種程度，都還沒有研制出一種垃圾箱，能夠利用其多功能垃圾箱控制系統(tǒng)直接將垃圾自動(dòng)分類，仍然需要人類對垃圾進(jìn)行分類，因此需要有一個(gè)多功能控制系統(tǒng)的垃圾箱進(jìn)一步智能化。止匕外

15、，市場上的垃圾的外觀已經(jīng)越來越接近環(huán)境和生活，讓人們覺得垃圾箱不再是骯臟的代名詞。1.3 課題研究的目標(biāo)及內(nèi)容1.3.1 研究目標(biāo)本次設(shè)計(jì)的多功能垃圾箱控制系統(tǒng)，是本著順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，改善人們生活質(zhì)量為目的的。通過軟件控制，來實(shí)現(xiàn)如下功能：1 .垃圾箱滿報(bào)警；2 .檢測是否物體靠近；3 .垃圾箱自動(dòng)翻蓋并伴有提示音；4 .定時(shí)自動(dòng)噴灑消毒劑；31.3.2 研究內(nèi)容1 .設(shè)計(jì)合適的傳感器信號接收與轉(zhuǎn)換電路；2 .設(shè)計(jì)蜂鳴報(bào)警電路；3 .設(shè)計(jì)自動(dòng)翻蓋控制電路；4 .設(shè)計(jì)自動(dòng)噴灑消毒液電路；1.4 本章小結(jié)本章節(jié)主要介紹了多功能垃圾箱的研究背景，通過其在人們生活和工作中起到的作用，明確課題研究的意義，

16、為論文打下理論基礎(chǔ)。同時(shí)，通過對國外多功能垃圾箱的研究及目前國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀的關(guān)注，使得對我國現(xiàn)使用的多功能垃圾箱有了一個(gè)比較清晰的了解，確定了系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的主要研究內(nèi)容和設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)，為后續(xù)工作的進(jìn)行做足了準(zhǔn)備。2 .系統(tǒng)硬件電路2.1 系統(tǒng)總體框架劑垃圾箱的自動(dòng)翻蓋、定時(shí)噴灑消毒等功能是本次的實(shí)際中其控制系統(tǒng)所要主要實(shí)現(xiàn)的功能。垃圾箱和垃圾間的隔離、垃圾投放的簡易度以及隔離垃圾細(xì)菌等功能都將在以上這些功能實(shí)現(xiàn)的情況下被實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)使用STC89C52RCL片機(jī)為核心元件。圖2-1為系統(tǒng)整體框圖。圖2-1系統(tǒng)整體框序2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)2.2.1 STC89C52RC單片機(jī)簡介如圖2-2為STC8

17、9C51I片機(jī)的管腳圖。24*56g9101Til1Tu_iT1617i11920PLOVCCPl.lP0.0Pl.2P0.1PI.3P0.2T1i1口口4039383736PL5PS4Pl.6P0.5Pl.7P0.6RST_P0.7(RXD)P3.0EA/VPP(TXD)P3.1ALEPROG(INTO)P3.2PSEN3534333231302928(INT1)P3.3P2.7(T0JP3.4P2.6(PjP3.5P2.5(WR)P36P2,4(RD)P3JP23XTAL2P2.2XTAL1P2.1GNDP2.027262524232221U351單片機(jī)STC39C52RCui圖2-2ST

18、C89C52R0腳圖STC89C52RC片機(jī)在本次設(shè)計(jì)主要被采用10,它具有內(nèi)部RAM-128?節(jié)；全雙工串行通信口1個(gè)；16位定時(shí)器2個(gè)；Flash閃速存儲(chǔ)一4K字節(jié)；可編程I/O口線32個(gè)；時(shí)鐘電路以及計(jì)數(shù)器片內(nèi)振蕩器；5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)1個(gè)。本系統(tǒng)的中央處理器CPU等會(huì)在該控制系統(tǒng)處于空閑模式下時(shí)停止工作，但此時(shí)并不是所有部件都停止工作，如隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM串行通彳S口定時(shí)/計(jì)數(shù)器和中斷系統(tǒng)是被允許繼續(xù)工作的。而當(dāng)控制系統(tǒng)處于掉電的狀態(tài)下，其振蕩器將被停止工作，其他的所有部件也會(huì)被禁止工作，直至下一個(gè)硬件復(fù)位，但是隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM1面的內(nèi)容將會(huì)被保存。STC89C52RCI腳功能簡介：P0

19、口：因其只有該口能直接用于對外部存儲(chǔ)器的讀/寫操作，故而通稱為數(shù)據(jù)總線口，是三態(tài)雙向口。止匕外，外部存儲(chǔ)器的低8位地圖1址也可以利用P0口輸出。其外部因其是分時(shí)輸出而須加鎖存器對于這個(gè)地址數(shù)據(jù)進(jìn)行地址鎖存，采用ALE信號。P1口：8位準(zhǔn)雙向I/O口線。I/O口專門供用戶使用。P2口：8位準(zhǔn)雙向I/O口線。在訪問外部程序存儲(chǔ)器和16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2送出高8位地址；在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口引腳上的內(nèi)容在整個(gè)訪問期間不會(huì)改變；在對FlashROM編程和程序校驗(yàn)期間，P2也接收高位地址和一些控制信號。P3口：8位準(zhǔn)雙向I/O口線。對端口寫入1時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口位

20、拉倒高電位，這時(shí)可用做輸入口。在對FlashROM編程和程序校驗(yàn)時(shí)，P3還接收一些控制信號。此外，P3口還有其他一些復(fù)用功能，如下表2-1所示。表2-1P3口替代功能引腳替代功能說明P3.0RXD串行數(shù)據(jù)輸入P3.1TXD串行數(shù)據(jù)輸出P3.2INI0外部中斷0輸入P3.3INT1外部中斷1輸入P3.4T0定時(shí)器0外部計(jì)數(shù)輸入P3.5T1定時(shí)器1外部計(jì)數(shù)輸入P3.6WR外部RAM寫選通輸出P3.7RD外部RAM讀選通輸出2.2.2 復(fù)位電路在單片機(jī)開始啟動(dòng)時(shí)需復(fù)位。常見的復(fù)位方式有2種：手動(dòng)復(fù)位和上電復(fù)位。本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是使用了上電復(fù)位的方式。復(fù)位電路圖如圖2-3所示。R7圖2-3復(fù)位電路圖如圖

21、所示，將電容器添加到RST側(cè)的一個(gè)短信號，由于瞬時(shí)電容器的功率充電電流最大，所以電容相當(dāng)于短路，也就是說，RST關(guān)斷一個(gè)高信號。電容兩端的電壓一旦達(dá)到與電源Vcc相同的電壓值時(shí)，電流對電容的電荷減小到零，即停止對電容充電，電容相當(dāng)于打開，RST為低電平，程序可以正常運(yùn)行。2.2.3 晶振電路本次設(shè)計(jì)采用的是給系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號的晶振電路來實(shí)現(xiàn)同步的。晶振電路如圖2-4所示。C2|20pFXTAL2IIY1/C3|1；MXTAL圖2-4晶振電路如圖，在本次的設(shè)計(jì)中，20uF的12MHS振1個(gè)和負(fù)載電容2個(gè)共同構(gòu)成本次的晶振電路，其兩端為XTAL1端口和XTAL淵口，主要被用來連接單片機(jī)。晶振

22、電路的重要組成部分是晶振，其作用是為系統(tǒng)頻率提供依據(jù)。品振頻率受單片機(jī)運(yùn)行速度的影響，一般情況下晶振頻率隨之變得越來越高。如圖2-4中C2和C3成為負(fù)載電容。要使C2和C3特性和大小相同,20pF至30pF的電容一般會(huì)被采用，而在本設(shè)計(jì)中選擇的是20pFo選擇晶振的范圍通常在1.2MHz-12MHz內(nèi)。本系統(tǒng)采用的12MHz勺晶振是在STC89C52RC片機(jī)實(shí)際正常的運(yùn)作情況下運(yùn)用電路分析、模電等理論計(jì)算出來的。為了減少寄生電容、穩(wěn)定振蕩，晶振電路和單片機(jī)在最后硬件焊接的過程中會(huì)靠近安裝。2.3 光電感應(yīng)模塊在有效范圍內(nèi)，光電傳感器會(huì)檢測到有無物體，并且將檢測到的信息再傳給單片機(jī)，如圖2-5所

23、示。R3圖2-5光電感應(yīng)模塊電路該傳感器包含三個(gè)互惠的RPR22質(zhì)感器電路。11。RPR220的4腳連接至ULM393的正極。LM393的負(fù)輸入連接到滑動(dòng)變阻器。當(dāng)RPR220僉測至IJ光注入時(shí)，LM393正輸入電壓為0.因此LM393負(fù)輸入電壓大于正輸入，單片機(jī)執(zhí)行程序。相反，當(dāng)沒有檢測到光線射入時(shí)，不執(zhí)行程序。RPR2201集成反射式光電探測器。RPR2201料鏡片使這些傳感器具有較高的靈敏度，而其內(nèi)置的可見光濾光片也可以減少離散光對測量的影響。2.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊步進(jìn)機(jī)12是一個(gè)開環(huán)控制元件，將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為豎向位移或行位移。在步進(jìn)電機(jī)正常工作的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速僅與電機(jī)的脈沖信號的頻

24、率和脈沖數(shù)有關(guān)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)角。由于步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角度與脈沖信號呈線性關(guān)系，而且具有優(yōu)異的瞬時(shí)啟動(dòng)和快速停止特性，因此只需要改變脈沖的順序即可改變旋轉(zhuǎn)方向。旋轉(zhuǎn)方向廣泛應(yīng)用于速度控制領(lǐng)域。步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行只能使用脈沖信號作為驅(qū)動(dòng)信號。無脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)不工作，已處于靜止?fàn)顟B(tài)；如果電機(jī)遵循一定的操作角度，則必須給步進(jìn)電機(jī)一個(gè)合適的脈沖信號，電機(jī)的運(yùn)行速度和脈沖頻率。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖2-6所示。UI13456n$ixdcnn&ixixg圖2-6電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)是ULN200313芯片。ULN2003s壓，可以與高負(fù)載電流并聯(lián)運(yùn)行，而且在關(guān)斷50V電壓的同時(shí)，其電流大，吸收電流

25、可達(dá)500mAULN2003E片和電路之間的接口比較簡單，只有ULN2003E片是4,5,6,7引腳,而微控制器P2.3,P2.2,P2.1,P2.0端口連接為微型和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別連接到步進(jìn)電機(jī)的1,2,3和4,以控制步進(jìn)電機(jī)的正向和反向。步進(jìn)電機(jī)的5針連接連接到電源輸入和8針接地線ULN2003勺輸入端驅(qū)動(dòng)端口為P2.0(A),P2.1(B),P2.2(C),P2.3(D)?？刂撇竭M(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)次序：AB組一BC組一CDffl-DA組；反轉(zhuǎn)次序：AB組-AD組-CD組-CB組，脈沖正向旋轉(zhuǎn)5.625度。其中高電平持續(xù)時(shí)間越長，占空比越大，電機(jī)PMWJ速度越102.5 超聲波測距模塊超聲波測距14

26、,15環(huán)境要求不高，因?yàn)橛晏旌挽F天的穿透力很強(qiáng)，正常工作。所以超聲波電路的設(shè)計(jì)使用了HC-SR0鈿聲波測距模塊。超聲距離測量模塊的工作原理是：使用單片機(jī)I/O端口觸發(fā)范圍，即當(dāng)微控制器向超聲波模塊TRIG的輸入端發(fā)送10us高脈沖時(shí)，微控制器內(nèi)部定時(shí)器清零。當(dāng)輸出端子ECH以高電平時(shí)，當(dāng)輸出端子ECH飯低時(shí)，定時(shí)器開始工作，定時(shí)器停止工作，讀取定時(shí)器T0時(shí)間，計(jì)算距離超聲波距離測量模塊電路圖的距離，如圖2-7所示。圖2-7超聲波測距模塊電路圖2.6 語音模塊語音模塊使用WT588中6語音模塊。WT588小但能做FLASK片機(jī)，另外還能當(dāng)作普通的語音芯片作為從片發(fā)聲。更重要的是，在完全不改變管腳

27、的情況下，可以掩膜樣品,價(jià)格也就少了一半。WT588DS音芯片是強(qiáng)大的可重復(fù)擦除寫入的語音單片機(jī)芯片。用口控制模式可以控制語音播放，停止，循環(huán)和音量大小，或直接觸發(fā)0?219任意語音的地址，發(fā)送速度為600us?2000us；可以控制語音播放，停止，回路和音量，或直接觸發(fā)0?219任何語音地址，三線串口控制I/O端口擴(kuò)展輸出可擴(kuò)展輸出8位，在兩種模式下切換，允許最后一個(gè)狀態(tài)的最后一個(gè)模式保持下一個(gè)模式。語音音模塊的電路圖如圖2-8所示。11圖2-8語音模塊電路圖2.7 電源模塊穩(wěn)定電壓是一個(gè)平衡值，高了可能損壞電路或者電路起保護(hù)；低了電路不能正常工作，因此需要穩(wěn)壓電路來保證電路正常工作。穩(wěn)壓電

28、路如圖2-9所示。圖2-9穩(wěn)壓電路電源模塊主要用了芯片L7805CV17。外部電源連接后9V電壓從1腳進(jìn)入穩(wěn)壓器,從3腳輸出5V電壓。L7805CV還特別適用于過載情況，因?yàn)樗哂袃?nèi)部電流限制和熱關(guān)斷特性。無需外接元件；內(nèi)部熱過載保護(hù)；輸出電流可以達(dá)到100mA內(nèi)部短路電流限制就是L7805CV勺四大特點(diǎn)。2.8 本章小結(jié)本章節(jié)是對多功能垃圾箱的控制系統(tǒng)的各個(gè)模塊的硬件設(shè)計(jì)，結(jié)合自身所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐操作，對本次設(shè)計(jì)的硬件電路提出較為明確的要求和實(shí)施的流程，查閱各種相關(guān)文獻(xiàn)資料，逐步構(gòu)建出各個(gè)模塊的框架結(jié)構(gòu)，最后作出原理圖。一個(gè)硬件模塊設(shè)計(jì)的成功與否并不是只體現(xiàn)在各個(gè)模塊的功能是否分別實(shí)現(xiàn)了

29、，而是要看各個(gè)模塊是否能夠搭配起來一起實(shí)現(xiàn)硬件的整體功能。經(jīng)過了硬件的設(shè)計(jì)，對本次設(shè)計(jì)的總體框架和流程目的更加清晰明確，為接下來軟件設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行打下一定的基礎(chǔ)。123 .系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)程序總體流程圖通電時(shí)，系統(tǒng)程序?qū)⑹紫瘸跏蓟總€(gè)模塊。為了使超聲波模塊能夠正常測距，設(shè)置了200ms的延遲。定時(shí)器開始計(jì)數(shù)，如果時(shí)間已過，系統(tǒng)開始噴灑消毒劑。同時(shí)，超聲波測量模塊和光電傳感器模塊開始工作。如果超聲波測量模塊檢測到人與料斗之間的距離小于80厘米的距離，則步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行并附有語音廣播“垃圾放置請分類”，電機(jī)反轉(zhuǎn)后延遲3秒。如果光電傳感器模塊感測到物體，則會(huì)語音傳遞消息“1號垃圾箱已滿”或者“2

30、號垃圾箱已滿”。系統(tǒng)程序總體流程圖如圖3-1所示。開始圖3-1系統(tǒng)程序總體流程圖3.2 超聲波測距模塊的程序設(shè)計(jì)13超聲波距離測量模塊除了檢測物體是否接近的能力外，還可以在一定范圍內(nèi)測量物體附近及其距離。當(dāng)微控制器向超聲波模塊TRIG的輸入端發(fā)送10秒的高脈沖時(shí),微控制器內(nèi)部定時(shí)器被清零。超聲波傳感器的工作原理如圖3-2所示。TRIG發(fā)送一個(gè)10uS的高脈沖，啟動(dòng)模塊發(fā)送定時(shí)器清零開定時(shí)器讀取TH屏口TL0的數(shù)值并計(jì)算出距離/10us的高電平觸發(fā)/給定時(shí)器0清零/關(guān)定時(shí)器0定時(shí)/當(dāng)c_recive為零時(shí)等待/當(dāng)c_recive為1計(jì)數(shù)并等待返回圖3-2超聲波測距子程序流程圖本系統(tǒng)超聲波測距子程

31、序如下：voidsend_wave()c_send=1;delay();c_send=0;TH0=0;TL0=0;TR0=0;flag_hc_value=0;while(!c_recive);TR0=1;while(c_recive)14flag_time0=TH0*256+TL0;if(flag_hc_value1)|(flag_time065000)當(dāng)超聲波超過測量范圍時(shí)，顯示3個(gè)888TR0=0;flag_csb_juli=2;distance=888;flag_hc_value=0;break;elseflag_csb_juli=1;if(flag_csb_juli=1)TR0=0;/

32、關(guān)定時(shí)器0定時(shí)distance=TH0;讀出定時(shí)器0的時(shí)間distance=distance*256+TL0;distance+=(flag_hc_value*65536);/單位是：ms超聲波測距的時(shí)間distance*=0.017;來是米if(distance350)distance=888;/0.017=340M/2=170M=0.017M算出/距離=速度*時(shí)間/如果大于3.8m就超出超聲波的量程3.3 控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的程序設(shè)計(jì)控制電機(jī)正在扭轉(zhuǎn)這部分自動(dòng)翻蓋的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)開始工作后，要確定電機(jī)是否需要向前轉(zhuǎn)，必要時(shí)要將AB,BGCDDA電源實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)，延時(shí)3m電機(jī)正轉(zhuǎn)之后正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，即為AB,

33、ADCDCB充電。如圖3-3所示。15圖3-3電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序流程圖本系統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序如下:voiddelay_uint(uintq)(while(q-);16voidbujindj()步進(jìn)電機(jī)函數(shù)if(flag_z_f!=0)if(flag_z_f=1)開bjdj_value+;if(bjdj_value=127)flag_z_f=0;P2=P2&0xf0;/讓4個(gè)IO口都不輸出if(flag_z_f=2)/關(guān)if(bjdj_value=1)flag_z_f=0;bjdj_value=1;P2=P2&0xf0;/讓4個(gè)IO口都不輸出bjdj_value-;for(i=0;i4;i+)/4相

34、if(flag_z_f=2)/關(guān)P2=zhengi;/elseif(flag_z_f=1)/開P2=fani;/delay_uint(700);/改變這個(gè)參數(shù)可以調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速3.4 本章小結(jié)主程序總體流程的設(shè)計(jì)是軟件編程的最主要組成部分，它以流程框架的形式，從某種意義上說，它決定了軟件系統(tǒng)的質(zhì)量與性能，使編程者對整個(gè)軟件的編寫條理更加清晰。同時(shí)剖析主程序，對各個(gè)子程序進(jìn)行必要的文字說明和闡述，在腦海中形成清晰的編譯思路。本章通過對軟件系統(tǒng)的分析，化整為零，在一定程度上，降低了軟件編程的難度，同時(shí)也提高了我完成此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的信心。17184 .系統(tǒng)調(diào)試軟件和硬件設(shè)計(jì)完成之后，就要進(jìn)行的最后一步工

35、作-對系統(tǒng)的整體進(jìn)行調(diào)試。制作硬件時(shí)可能留有的故障和系統(tǒng)里面軟件編制的錯(cuò)誤只有通過調(diào)試才能得以排除和更正，任何一個(gè)系統(tǒng)只有在經(jīng)過了較為全面的調(diào)試之后才能算是真正的完成。4.1 軟件調(diào)試系統(tǒng)軟件是擔(dān)當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)中各個(gè)獨(dú)立硬件的管理，使得它們能夠協(xié)調(diào)工作，即系統(tǒng)究竟實(shí)現(xiàn)什么功能是由軟件來決定的，所以軟件調(diào)試就變得尤為重要。本次軟件設(shè)計(jì)所用的語言是C語言18,由于設(shè)計(jì)的系統(tǒng)涉及到幾個(gè)部分，為了避免編程混亂產(chǎn)生偏差，我采用分模編寫程序。按照各個(gè)模塊所要實(shí)現(xiàn)的功能分別來編寫，確定正確后再將幾部分組合起來，開始整體編寫。即使這樣，調(diào)試的時(shí)候也出現(xiàn)了以下的問題：(1)發(fā)現(xiàn)程序會(huì)在進(jìn)入Keil的調(diào)試環(huán)境以后報(bào)錯(cuò)

36、。程序報(bào)錯(cuò)是常見的問題，一般都會(huì)在錯(cuò)誤位置有提示。在進(jìn)入Keil調(diào)試環(huán)境以后，發(fā)現(xiàn)“distance=TH0;”系統(tǒng)顯示有錯(cuò)，可是反復(fù)檢查后覺得語句并沒有錯(cuò)誤，后來才知道是因?yàn)闃?biāo)點(diǎn)沒有在全英文環(huán)境下輸入。解決方法：編輯的時(shí)候盡量在同一種語言狀態(tài)下，一些中文的注解可以先用拼音代替，或者在寫完一個(gè)整體模塊程序后，再切換語言模式，這樣就能夠避免犯錯(cuò)。(2)編譯時(shí)出現(xiàn)數(shù)字、字母的混淆。由于因?yàn)榇蜃炙俣瓤旌苋菀装村e(cuò)鍵，因此在編寫程序時(shí)，最常見的是混淆字母是O和數(shù)字“0”。它們倆因?yàn)橥庑魏芟嗨?，所以在快速打字的時(shí)候就很容易打錯(cuò)，而這個(gè)問題又是用肉眼很難發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤，只有當(dāng)調(diào)試環(huán)境中程序報(bào)錯(cuò)之后才可以進(jìn)行修改

37、。這也是在本次程序編寫過程中總是遇到的一個(gè)問題。4.2 硬件調(diào)試硬件的調(diào)試工作主要就是檢查其線路板看看有沒有有無斷線、錯(cuò)線或者是短路的地方，還有就是接電源端和接地端有沒有弄錯(cuò)，電路板里所使用芯片和元器件有無損壞，最后在對各個(gè)主要部分分別進(jìn)行調(diào)試先用電流表對其各個(gè)原件兩端進(jìn)行測試，若有電流通過則電路正常，之后在以單元電路為單位進(jìn)行調(diào)試。4.3 整體調(diào)試整合調(diào)試要在當(dāng)系統(tǒng)軟件和硬件均正常后進(jìn)行。使用Keil軟件雖然說可以仿真，19但畢竟不是真實(shí)的環(huán)境，只有把軟件程序燒入到單片機(jī)中，上電，檢測功能，看是否達(dá)到所預(yù)期的效果才是最真實(shí)的檢測調(diào)試。因?yàn)橐恍┯布y試需要在軟件下才會(huì)更好的發(fā)現(xiàn)問題，軟件的測試

38、也需要硬件的配合才能更好的完善。各單元模塊電路能獨(dú)立工作正常，整合調(diào)試的時(shí)候并不代表就能實(shí)現(xiàn)整體功能，要針對其中出現(xiàn)的問題，完善調(diào)試。所以我采取的方式是功能模塊逐個(gè)整合，雖然所花費(fèi)的時(shí)間和精力會(huì)比較久一點(diǎn)，但是認(rèn)真仔細(xì)地對待，實(shí)現(xiàn)最后的功能目標(biāo)才是最重要的，所以我覺得為了保險(xiǎn)起見也是值得的。我在整合調(diào)試的時(shí)候，因?yàn)橐婚_始沒有計(jì)算好電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間，所以在這方面出現(xiàn)了一些小問題，在經(jīng)過核對電路圖、確保電路圖的可行性后，我開始反復(fù)計(jì)算和調(diào)整參數(shù)大小，經(jīng)過數(shù)次的試驗(yàn)，終于這個(gè)問題解決了。205 .實(shí)驗(yàn)結(jié)果及設(shè)計(jì)總結(jié)5.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果模擬實(shí)驗(yàn)要在系統(tǒng)整體調(diào)試完成后進(jìn)行。本次實(shí)驗(yàn)是將物體放在距離

39、超聲波傳感器80cm以內(nèi)來模擬人需要投放垃圾的場景，將物體擋在RPR220t電傳感器前來模擬垃圾箱放滿的情況。將系統(tǒng)接上9V電源后，系統(tǒng)工作指示燈亮，將超聲波傳感器感應(yīng)到物體距離垃圾箱少于80cm時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)90度表示垃圾箱自動(dòng)翻蓋，并且伴有語音提示：垃圾放置請分類，3秒后電機(jī)反轉(zhuǎn)。垃圾箱翻蓋模擬實(shí)驗(yàn)圖如圖5-1所示。圖5-1垃圾箱翻蓋模擬實(shí)驗(yàn)圖本系統(tǒng)有2個(gè)光電傳感器RPR220當(dāng)用物體擋住1號和2號光電傳感器RPR220時(shí)，它們各自的垃圾箱滿的提示燈亮，語音模塊工作指示燈也亮，并伴有1號垃圾箱已滿和2號垃圾箱已滿的提示音。代替定時(shí)噴灑消毒劑的指示燈1分鐘亮1次。斷電后系統(tǒng)工作指示燈滅。模擬實(shí)

40、驗(yàn)圖如圖5-2和5-3所示。21圖5-2模擬實(shí)驗(yàn)圖1圖5-3模擬實(shí)驗(yàn)圖25-4系統(tǒng)中還有會(huì)定時(shí)發(fā)光的發(fā)光二極管，模擬定時(shí)噴灑消毒劑。如模擬實(shí)驗(yàn)圖所示。22圖5-4模擬實(shí)驗(yàn)圖35.2 設(shè)計(jì)總結(jié)在本次設(shè)計(jì)中，此次設(shè)計(jì)的多功能垃圾箱控制系統(tǒng)主要使垃圾箱具有了箱滿自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)翻蓋的功能。多功能垃圾箱控制系統(tǒng)在當(dāng)今這個(gè)人人都提倡綠色環(huán)保的時(shí)代，它初步地對人與垃圾進(jìn)行了隔離從而減少了人感染上病菌的幾率，這些功能都順應(yīng)了社會(huì)的大趨勢。國內(nèi)生產(chǎn)的智能垃圾箱的種類普遍沒有國外的豐富而且功能多，都是因?yàn)閲鈱涞脑O(shè)計(jì)和研究比較早。所以發(fā)展至今，許多國家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對垃圾的分類回收，甚至其中有些國家太陽能垃圾箱

41、已經(jīng)被廣泛地運(yùn)用了19。多功能垃圾箱在我國國內(nèi)雖然就目前來說還沒有被大眾熟悉，大眾更是對于這類垃圾箱普遍持著可有可無的態(tài)度，這就導(dǎo)致其市場較小，表現(xiàn)在一般的商廈和普通家庭并不會(huì)主動(dòng)去購買，這樣就使得多功能垃圾箱行業(yè)在我們國內(nèi)沒法獲得資金和技術(shù)支持，并使其始終無法快速地發(fā)展。但是國人的環(huán)保意識(shí)隨著我國社會(huì)的快速發(fā)展而在不斷提高中，因此多功能垃圾箱20也將會(huì)逐漸走入人們的日常生活，成為人們的幫手。本次設(shè)計(jì)是在查閱網(wǎng)上資源和相關(guān)的書籍，了解了國內(nèi)外多功能垃圾箱控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀對其有了一定認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，通過比較國內(nèi)外同類產(chǎn)品，獲得了有用的信息，最后確定適合系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)方案。并對系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)和各個(gè)

42、組成部分進(jìn)行了比較詳細(xì)的分析和設(shè)計(jì)，得出本次設(shè)計(jì)語音報(bào)警模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、超聲波測距電路、光電感應(yīng)模塊四個(gè)部分組成了多功能垃圾箱控制系統(tǒng)。當(dāng)然，本次設(shè)計(jì)的多功能垃圾箱控制系統(tǒng)還有很多的不足。雖然是希望做一個(gè)完23全環(huán)保無污染的垃圾箱控制系統(tǒng)，但還是沒能夠完全做到綠色環(huán)保，因?yàn)榭紤]到系統(tǒng)會(huì)被更多地用于一個(gè)室內(nèi)的環(huán)境中，所以采用了直接接入電源這樣的給系統(tǒng)供電方式，并沒有運(yùn)用太陽能這樣的綠色能源。本次所設(shè)計(jì)的多功能垃圾箱控制系統(tǒng)還只是智能垃圾箱21類別中一個(gè)很初步的設(shè)計(jì)，還可以在次基礎(chǔ)上添加很多的功能。經(jīng)過功能的添加，比如對垃圾的自動(dòng)打包，對散落垃圾的自動(dòng)拾取，甚至是對垃圾的自動(dòng)分類22,這些都將

43、是以后可以實(shí)現(xiàn)。由于自己知識(shí)水平有限，而且動(dòng)手能力和軟件編程能力還有所欠缺，本論文中存在這諸多的不做之處。在今后的學(xué)習(xí)過程中，會(huì)繼續(xù)深入學(xué)習(xí)，做到學(xué)以致用，學(xué)用結(jié)合。24參考文獻(xiàn)1伊懷杰.太陽能垃圾箱亮相紐約街頭J,廣西城鎮(zhèn)建設(shè),2005(10):91-91.2戴蒙.英國試驗(yàn)太陽能壓縮式垃圾桶J.環(huán)衛(wèi)科技網(wǎng),2011(03):6-7.3張海寧，鄭世帥，孫龍鶴.無線環(huán)保與火警監(jiān)測智能垃圾箱J.科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2013(11):27-28.4蔣晶，李琴.環(huán)保垃圾箱J.科技展望,2006(04):22-22.5 FelipGracia,JordiLlorens.EmilioGilPerformanc

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