智能垃圾桶系統(tǒng)的設計

1、智能垃圾桶系統(tǒng)的設計摘要本篇文章針對目前我國國內(nèi)目前垃圾箱發(fā)展缺陷設計了一種智能垃圾箱，這種垃圾箱的控制系統(tǒng)是基于STC89C52RC。這種以單片機、RPR22光電傳感器和超聲波傳感器為核心控制系統(tǒng)主要是由電機驅(qū)動模塊、語音報警模塊、光電感應模塊、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的距離信息后再由A/D轉(zhuǎn)換讓單片機發(fā)出指令，垃圾箱會在設定人與垃圾箱的距離，倘若超聲波傳感器檢測到實際距離小于設定距離時自動翻蓋。并且該控制系統(tǒng)會在RPR22光電檢測至U垃圾箱已滿的情形下進行語音提示。通過理論與實踐的結(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，一定程度上彌補了我國智能垃圾箱系統(tǒng)的缺陷，對進一步隔開人與垃圾并防止細菌感染人類問題提供了一個可行性途徑。關鍵詞：單片機，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 課題研究的目標及內(nèi)容31.3.1 研究目標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 單片機最小系統(tǒng)52.2.1 STC89C52RC單片機簡介52.2.2 復位電路72.2.3 晶振電路82.3 光電感應模塊82.4 電機驅(qū)動模塊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)軟件設計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計133.3 控制電機正反轉(zhuǎn)的程序設計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 .實驗結(jié)果及設計總結(jié)215.1 實驗結(jié)果215.2 設計總結(jié)23參考文獻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，我們也深受其害。倘若我們對于垃圾不作出正確的處理，任由相關負面影響滋生，那么，逐漸的垃圾所造成的危害將遠遠超出我們的預料。在我們現(xiàn)在的社會中，垃圾同樣的也成為我們社會的嚴重問題，是我們當下社會急需解決的艱難任務。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

8、又一個時代，在現(xiàn)實生活中，它被廣泛地運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中。在最早，垃圾箱只是簡單的“坑洞式”，而隨著人類社會的不斷進步與發(fā)展，垃圾箱的構(gòu)造也在不斷進步，到現(xiàn)在它的構(gòu)造已經(jīng)變成一個獨立的個體。但就現(xiàn)實情況來看，我們生活中的垃圾箱并沒有實現(xiàn)徹底將人與垃圾隔離開來的效果，甚至說當我們有時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，但是實際當中醫(yī)院中還是普通的半開放式垃圾箱或是手動翻蓋式垃圾箱，根本不能嚴格意義上的達到隔離的作用，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知，以此對于垃圾箱控制系統(tǒng)的設計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用太陽能設備的控制系統(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”擁有自己的學名，即太陽能壓縮機，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)是運用陽光作為運作系統(tǒng)的能量來源，并且能夠把垃圾的

10、體積通過自動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)點被大大減少了，但有利即有弊，“大胃王”同時也存在著缺點。首先，它的造價非常高，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。在太陽能壓縮機出現(xiàn)之后，英國劍橋大學結(jié)合英國本土環(huán)境，并在美國對智能垃圾箱控制系統(tǒng)研究的基礎上研發(fā)出了另一種更符合其實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器運作。在英格蘭，多霧的天氣往往是家常便飯，而這樣的設計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)工人可以通過手機智能地了解到垃圾箱的垃圾儲存量問題，環(huán)衛(wèi)工人可以提前設置垃圾預設范圍，當手機的收到無線發(fā)射器發(fā)送的提醒清理垃圾箱的訊息時就說明箱內(nèi)的垃圾超過預設的范圍，這都是因為這種垃圾箱的控制系統(tǒng)中安設了一個無線發(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，當收到信息時，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行清理。而在劍橋，這種即時將信息提供給環(huán)衛(wèi)工人的功能使得這類

12、垃圾箱當?shù)剡M行試驗的結(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)將拖動電機運轉(zhuǎn)，并以此使得垃圾箱有自動翻蓋的功能。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，但如果是將被運用到一些公共的場所的垃圾箱，腳踏式的或是手動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)普通商場往往不會有銷售，要想購買

13、只能通過網(wǎng)絡購買而且價格相較較高，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用中有一款太陽能自動開蓋垃圾箱，這種垃圾箱曾經(jīng)在第五屆中國-東盟博覽會高科技展廳節(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，使得其應用范圍和商業(yè)價值不高而不被廣泛推廣。第三類垃圾箱因其系統(tǒng)內(nèi)部也裝有太陽能設備而使其控制系統(tǒng)與第二類很相似，但其太陽能設備卻不是為處理垃圾功能所準備的，而是只為垃圾箱外的廣告燈提供電源所準備的，所以雖然具有一定的商業(yè)價值，但沒有真正

14、意義上實現(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更加地注重垃圾箱的實用性和多功能性。垃圾箱生產(chǎn)廠家也正是為了順應這種需求導向型的社會發(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)展將會更為豐富。其實結(jié)合現(xiàn)實發(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)直接將垃圾自動分類，仍然需要人類對垃圾進行分類，因此需要有一個多功能控制系統(tǒng)的垃圾箱進一步智能化。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 課題研究的目標及內(nèi)容1.3.1 研究目標本次設計的多功能垃圾箱控制系統(tǒng)，是本著順應時代發(fā)展，改善人們生活質(zhì)量為目的的。通過軟件控制，來實現(xiàn)如下功能：1 .垃圾箱滿報警；2 .檢測是否物體靠近；3 .垃圾箱自動翻蓋并伴有提示音；4 .定時自動噴灑消毒劑；31.3.2 研究內(nèi)容1 .設計合適的傳感器信號接收與轉(zhuǎn)換電路；2 .設計蜂鳴報警電路；3 .設計自動翻蓋控制電路；4 .設計自動噴灑消毒液電路；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。同時，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)狀的關注，使得對我國現(xiàn)使用的多功能垃圾箱有了一個比較清晰的了解，確定了系統(tǒng)所要實現(xiàn)的主要研究內(nèi)容和設計優(yōu)點，為后續(xù)工作的進行做足了準備。2 .系統(tǒng)硬件電路2.1 系統(tǒng)總體框架劑垃圾箱的自動翻蓋、定時噴灑消毒等功能是本次的實際中其控制系統(tǒng)所要主要實現(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菌等功能都將在以上這些功能實現(xiàn)的情況下被實現(xiàn)。設計使用STC89C52RCL片機為核心元件。圖2-1為系統(tǒng)整體框圖。圖2-1系統(tǒng)整體框序2.2 單片機最小系統(tǒng)2.2.1 STC89C52RC單片機簡介如圖2-2為STC8

17、9C51I片機的管腳圖。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STC39C52RCui圖2-2ST

18、C89C52R0腳圖STC89C52RC片機在本次設計主要被采用10,它具有內(nèi)部RAM-128?節(jié)；全雙工串行通信口1個；16位定時器2個；Flash閃速存儲一4K字節(jié)；可編程I/O口線32個；時鐘電路以及計數(shù)器片內(nèi)振蕩器；5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)1個。本系統(tǒng)的中央處理器CPU等會在該控制系統(tǒng)處于空閑模式下時停止工作，但此時并不是所有部件都停止工作，如隨機存儲器RAM串行通彳S口定時/計數(shù)器和中斷系統(tǒng)是被允許繼續(xù)工作的。而當控制系統(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被禁止工作，直至下一個硬件復位，但是隨機存儲器RAM1面的內(nèi)容將會被保存。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。其外部因其是分時輸出而須加鎖存器對于這個地址數(shù)據(jù)進行地址鎖存，采用ALE信號。P1口：8位準雙向I/O口線。I/O口專門供用戶使用。P2口：8位準雙向I/O口線。在訪問外部程序存儲器和16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2送出高8位地址；在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口引腳上的內(nèi)容在整個訪問期間不會改變；在對FlashROM編程和程序校驗期間，P2也接收高位地址和一些控制信號。P3口：8位準雙向I/O口線。對端口寫入1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口位

20、拉倒高電位，這時可用做輸入口。在對FlashROM編程和程序校驗時，P3還接收一些控制信號。此外，P3口還有其他一些復用功能，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定時器0外部計數(shù)輸入P3.5T1定時器1外部計數(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 復位電路在單片機開始啟動時需復位。常見的復位方式有2種：手動復位和上電復位。本次設計的系統(tǒng)是使用了上電復位的方式。復位電路圖如圖2-3所示。R7圖2-3復位電路圖如圖

21、所示，將電容器添加到RST側(cè)的一個短信號，由于瞬時電容器的功率充電電流最大，所以電容相當于短路，也就是說，RST關斷一個高信號。電容兩端的電壓一旦達到與電源Vcc相同的電壓值時，電流對電容的電荷減小到零，即停止對電容充電，電容相當于打開，RST為低電平，程序可以正常運行。2.2.3 晶振電路本次設計采用的是給系統(tǒng)提供基本的時鐘信號的晶振電路來實現(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，在本次的設計中，20uF的12MHS振1個和負載電容2個共同構(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。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)。品振頻率受單片機運行速度的影響，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成為負載電容。要使C2和C3特性和大小相同,20pF至30pF的電容一般會被采用，而在本設計中選擇的是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片機實際正常的運作情況下運用電路分析、模電等理論計算出來的。為了減少寄生電容、穩(wěn)定振蕩，晶振電路和單片機在最后硬件焊接的過程中會靠近安裝。2.3 光電感應模塊在有效范圍內(nèi)，光電傳感器會檢測到有無物體，并且將檢測到的信息再傳給單片機，如圖2-5所

23、示。R3圖2-5光電感應模塊電路該傳感器包含三個互惠的RPR22質(zhì)感器電路。11。RPR220的4腳連接至ULM393的正極。LM393的負輸入連接到滑動變阻器。當RPR220僉測至IJ光注入時，LM393正輸入電壓為0.因此LM393負輸入電壓大于正輸入，單片機執(zhí)行程序。相反，當沒有檢測到光線射入時，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 電機驅(qū)動模塊步進機12是一個開環(huán)控制元件，將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為豎向位移或行位移。在步進電機正常工作的情況下，電機的轉(zhuǎn)速僅與電機的脈沖信號的頻

24、率和脈沖數(shù)有關，電機轉(zhuǎn)動后會發(fā)生轉(zhuǎn)角。由于步進電機的步進角度與脈沖信號呈線性關系，而且具有優(yōu)異的瞬時啟動和快速停止特性，因此只需要改變脈沖的順序即可改變旋轉(zhuǎn)方向。旋轉(zhuǎn)方向廣泛應用于速度控制領域。步進電機正常運行只能使用脈沖信號作為驅(qū)動信號。無脈沖信號，步進電機不工作，已處于靜止狀態(tài)；如果電機遵循一定的操作角度，則必須給步進電機一個合適的脈沖信號，電機的運行速度和脈沖頻率。電機驅(qū)動電路如圖2-6所示。UI13456n$ixdcnn&ixixg圖2-6電機驅(qū)動電路圖電機驅(qū)動器的設計是ULN200313芯片。ULN2003s壓，可以與高負載電流并聯(lián)運行，而且在關斷50V電壓的同時，其電流大，吸收電流

25、可達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驅(qū)動器分別連接到步進電機的1,2,3和4,以控制步進電機的正向和反向。步進電機的5針連接連接到電源輸入和8針接地線ULN2003勺輸入端驅(qū)動端口為P2.0(A),P2.1(B),P2.2(C),P2.3(D)?？刂撇竭M電機正轉(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)時間越長，占空比越大，電機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，因為雨天和霧天的穿透力很強，正常工作。所以超聲波電路的設計使用了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I/O端口觸發(fā)范圍，即當微控制器向超聲波模塊TRIG的輸入端發(fā)送10us高脈沖時，微控制器內(nèi)部定時器清零。當輸出端子ECH以高電平時，當輸出端子ECH飯低時，定時器開始工作，定時器停止工作，讀取定時器T0時間，計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，另外還能當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,價格也就少了一半。WT588DS音芯片是強大的可重復擦除寫入的語音單片機芯片。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端口擴展輸出可擴展輸出8位，在兩種模式下切換，允許最后一個狀態(tài)的最后一個模式保持下一個模式。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)定電壓是一個平衡值，高了可能損壞電路或者電路起保護；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，因為它具有內(nèi)部電流限制和熱關斷特性。無需外接元件；內(nèi)部熱過載保護；輸出電流可以達到100mA內(nèi)部短路電流限制就是L7805CV勺四大特點。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)的各個模塊的硬件設計，結(jié)合自身所學的基礎知識和實踐操作，對本次設計的硬件電路提出較為明確的要求和實施的流程，查閱各種相關文獻資料，逐步構(gòu)建出各個模塊的框架結(jié)構(gòu)，最后作出原理圖。一個硬件模塊設計的成功與否并不是只體現(xiàn)在各個模塊的功能是否分別實現(xiàn)了

29、，而是要看各個模塊是否能夠搭配起來一起實現(xiàn)硬件的整體功能。經(jīng)過了硬件的設計，對本次設計的總體框架和流程目的更加清晰明確，為接下來軟件設計的順利進行打下一定的基礎。123 .系統(tǒng)軟件設計3.1 系統(tǒng)程序總體流程圖通電時，系統(tǒng)程序?qū)⑹紫瘸跏蓟總€模塊。為了使超聲波模塊能夠正常測距，設置了200ms的延遲。定時器開始計數(shù)，如果時間已過，系統(tǒng)開始噴灑消毒劑。同時，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，則步進電機運行并附有語音廣播“垃圾放置請分類”，電機反轉(zhuǎn)后延遲3秒。如果光電傳感器模塊感測到物體，則會語音傳遞消息“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計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,微控制器內(nèi)部定時器被清零。超聲波傳感器的工作原理如圖3-2所示。TRIG發(fā)送一個10uS的高脈沖，啟動模塊發(fā)送定時器清零開定時器讀取TH屏口TL0的數(shù)值并計算出距離/10us的高電平觸發(fā)/給定時器0清零/關定時器0定時/當c_recive為零時等待/當c_recive為1計數(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)當超聲波超過測量范圍時，顯示3個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、關定時器0定時distance=TH0;讀出定時器0的時間distance=distance*256+TL0;distance+=(flag_hc_value*65536);/單位是：ms超聲波測距的時間distance*=0.017;來是米if(distance350)distance=888;/0.017=340M/2=170M=0.017M算出/距離=速度*時間/如果大于3.8m就超出超聲波的量程3.3 控制電機正反轉(zhuǎn)的程序設計控制電機正在扭轉(zhuǎn)這部分自動翻蓋的設計。系統(tǒng)開始工作后，要確定電機是否需要向前轉(zhuǎn)，必要時要將AB,BGCDDA電源實現(xiàn)正轉(zhuǎn)，延時3m電機正轉(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電機驅(qū)動子程序流程圖本系統(tǒng)的電機驅(qū)動子程序如下:voiddelay_uint(uintq)(while(q-);16voidbujindj()步進電機函數(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IO口都不輸出if(flag_z_f=2)/關if(bjdj_value=1)flag_z_f=0;bjdj_value=1;P2=P2&0xf0;/讓4個IO口都不輸出bjdj_value-;for(i=0;i4;i+)/4相

34、if(flag_z_f=2)/關P2=zhengi;/elseif(flag_z_f=1)/開P2=fani;/delay_uint(700);/改變這個參數(shù)可以調(diào)整電機轉(zhuǎn)速3.4 本章小結(jié)主程序總體流程的設計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，使編程者對整個軟件的編寫條理更加清晰。同時剖析主程序，對各個子程序進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，同時也提高了我完成此次系統(tǒng)設計的信心。17184 .系統(tǒng)調(diào)試軟件和硬件設計完成之后，就要進行的最后一步工

35、作-對系統(tǒng)的整體進行調(diào)試。制作硬件時可能留有的故障和系統(tǒng)里面軟件編制的錯誤只有通過調(diào)試才能得以排除和更正，任何一個系統(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)軟件是擔當整個系統(tǒng)中各個獨立硬件的管理，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。本次軟件設計所用的語言是C語言18,由于設計的系統(tǒng)涉及到幾個部分，為了避免編程混亂產(chǎn)生偏差，我采用分模編寫程序。按照各個模塊所要實現(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)試的時候也出現(xiàn)了以下的問題：(1)發(fā)現(xiàn)程序會在進入Keil的調(diào)試環(huán)境以后報錯

36、。程序報錯是常見的問題，一般都會在錯誤位置有提示。在進入Keil調(diào)試環(huán)境以后，發(fā)現(xiàn)“distance=TH0;”系統(tǒng)顯示有錯，可是反復檢查后覺得語句并沒有錯誤，后來才知道是因為標點沒有在全英文環(huán)境下輸入。解決方法：編輯的時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，或者在寫完一個整體模塊程序后，再切換語言模式，這樣就能夠避免犯錯。(2)編譯時出現(xiàn)數(shù)字、字母的混淆。由于因為打字速度快很容易按錯鍵，因此在編寫程序時，最常見的是混淆字母是O和數(shù)字“0”。它們倆因為外形很相似，所以在快速打字的時候就很容易打錯，而這個問題又是用肉眼很難發(fā)現(xiàn)的錯誤，只有當調(diào)試環(huán)境中程序報錯之后才可以進行修改

37、。這也是在本次程序編寫過程中總是遇到的一個問題。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，電路板里所使用芯片和元器件有無損壞，最后在對各個主要部分分別進行調(diào)試先用電流表對其各個原件兩端進行測試，若有電流通過則電路正常，之后在以單元電路為單位進行調(diào)試。4.3 整體調(diào)試整合調(diào)試要在當系統(tǒng)軟件和硬件均正常后進行。使用Keil軟件雖然說可以仿真，19但畢竟不是真實的環(huán)境，只有把軟件程序燒入到單片機中，上電，檢測功能，看是否達到所預期的效果才是最真實的檢測調(diào)試。因為一些硬件測試需要在軟件下才會更好的發(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立工作正常，整合調(diào)試的時候并不代表就能實現(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整合，雖然所花費的時間和精力會比較久一點，但是認真仔細地對待，實現(xiàn)最后的功能目標才是最重要的，所以我覺得為了保險起見也是值得的。我在整合調(diào)試的時候，因為一開始沒有計算好電機的轉(zhuǎn)速和電機轉(zhuǎn)動的時間，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，我開始反復計算和調(diào)整參數(shù)大小，經(jīng)過數(shù)次的試驗，終于這個問題解決了。205 .實驗結(jié)果及設計總結(jié)5.1 實驗結(jié)果模擬實驗要在系統(tǒng)整體調(diào)試完成后進行。本次實驗是將物體放在距離

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到物體距離垃圾箱少于80cm時，電機正轉(zhuǎn)90度表示垃圾箱自動翻蓋，并且伴有語音提示：垃圾放置請分類，3秒后電機反轉(zhuǎn)。垃圾箱翻蓋模擬實驗圖如圖5-1所示。圖5-1垃圾箱翻蓋模擬實驗圖本系統(tǒng)有2個光電傳感器RPR220當用物體擋住1號和2號光電傳感器RPR220時，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

40、驗圖如圖5-2和5-3所示。21圖5-2模擬實驗圖1圖5-3模擬實驗圖25-4系統(tǒng)中還有會定時發(fā)光的發(fā)光二極管，模擬定時噴灑消毒劑。如模擬實驗圖所示。22圖5-4模擬實驗圖35.2 設計總結(jié)在本次設計中，此次設計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報警、自動翻蓋的功能。多功能垃圾箱控制系統(tǒng)在當今這個人人都提倡綠色環(huán)保的時代，它初步地對人與垃圾進行了隔離從而減少了人感染上病菌的幾率，這些功能都順應了社會的大趨勢。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，都是因為國外對垃圾箱的設計和研究比較早。所以發(fā)展至今，許多國家已經(jīng)實現(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，這就導致其市場較小，表現(xiàn)在一般的商廈和普通家庭并不會主動去購買，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)保意識隨著我國社會的快速發(fā)展而在不斷提高中，因此多功能垃圾箱20也將會逐漸走入人們的日常生活，成為人們的幫手。本次設計是在查閱網(wǎng)上資源和相關的書籍，了解了國內(nèi)外多功能垃圾箱控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀對其有了一定認識的基礎上，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)的合理設計方案。并對系統(tǒng)的整體設計和各個

42、組成部分進行了比較詳細的分析和設計，得出本次設計語音報警模塊、電機驅(qū)動模塊、超聲波測距電路、光電感應模塊四個部分組成了多功能垃圾箱控制系統(tǒng)。當然，本次設計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，因為考慮到系統(tǒng)會被更多地用于一個室內(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，并沒有運用太陽能這樣的綠色能源。本次所設計的多功能垃圾箱控制系統(tǒng)還只是智能垃圾箱21類別中一個很初步的設計，還可以在次基礎上添加很多的功能。經(jīng)過功能的添加，比如對垃圾的自動打包，對散落垃圾的自動拾取，甚至是對垃圾的自動分類22,這些都將

43、是以后可以實現(xiàn)。由于自己知識水平有限，而且動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。在今后的學習過程中，會繼續(xù)深入學習，做到學以致用，學用結(jié)合。24參考文獻1伊懷杰.太陽能垃圾箱亮相紐約街頭J,廣西城鎮(zhèn)建設,2005(10):91-91.2戴蒙.英國試驗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

44、eofanUltrasonicRangingSensorinAppleTreeCanopiesJ.Sensors2011(03):2460-2477.6 Queiros,R.;CorreaAlegria,F.SilvaGirao.Cross-CorrelationandSine-FittingTechniquesforHigh-ResolutionUltrasonicRangingJ.IEEETransactionsonInstrumentationandMeasurement2010(12):3227-3236.7李偉國.網(wǎng)記看兩會：太陽能垃圾桶蓋子可自動開關2013.6.6.8郭愛民.多功能垃圾箱J.中小企業(yè)科技，2006(05):52-53.9湯俊良，黃國清.智能垃圾箱J.無線電雜志,2004(11):12-14.10張毅剛彭喜元.單片機原理與