《智能垃圾桶控制系统设计与实现》5100字（论文）

智能垃圾桶控制系统设计与实现目录TOC\o"1-2"\h\z\u221721引言 4130931.1研究背景及现状 470911.2本文主要内容 4260422系统总体设计 4168942.1系统总体设计框架 5281202.2硬件方案设计 564692.3软件方案设计 8305293硬件设计 10135553.1单片机最小系统 10193553.2人体感应模块设计 11215923.3垃圾高度感应模块设计 12246263.4电机驱动模块设计 12260833.5语音播报模块设计 13181123.6独立按键模块设计 13177354软件系统设计 13167794.1主程序流程图 1350294.2自动开关盖子程序流程图 15320864.3检测模块子程序流程图 15169474.4语音提示子程序流程图 16184265仿真 18273895.1软件调试 1842565.2仿真电路 18124545.3仿真结果及分析 1899716结束语 2025954附录 216342参考文献 26题目摘要：当前城市生活环境现代化，居民生活方式多样化，快节奏生活席卷而来，外卖快递等已经成为人们生活的重要组成部分，随之而来的也有生活垃圾的迅速增加，这就需要进行科学高效的垃圾回收再利用。垃圾种类的增加，也带来了许多人们未意识到的危害，细菌滋生和蔓延也在微观世界暗然发展。健全垃圾桶的功能，有效隔离人生活环境与垃圾的接触。尤其当下处于疫情期间，在诊所、医院等这类病毒多的公共场所，更需要垃圾桶发挥更大隔离污染的作用，而大部分地区的垃圾桶还是半开放式或手动翻盖式垃圾桶，我们也更应研发和推广智能垃圾控制系统，去提高人们的生活质量，也更好地隔离病毒，为抗击新冠疫情提供更好的环境，为打赢防疫战贡献力量。智能垃圾桶控制系统是由STC89C52单片机、独立式按键、电机驱动模块、红外传感器以及语音播报模块组成，达到间使用者与垃圾桶的零接触的目的，利用语音播报提示使用者对垃圾进行清理。关键词：智能控制系统；单片机；电机驱动模块；红外传感器1引言1.1研究背景及现状从2020年新冠肺炎疫情开始，人们更加关注病毒的传播问题，出门必须佩戴口罩，回家时必须对随身物品进行消毒。当然，垃圾处理的也是人们饱受关注的问题。之前老式的敞口大垃圾桶对当下环境生活的人们来说已经不能解决根本隔断传染的问题。对于病毒的处理，首先要进行隔离，通俗地讲就是避免接触。智能垃圾桶的出现就有效地解决了现在所面临的一些问题，不管是人多的公共场所、办公场地还是私人居住地，都可以有效避免接触垃圾桶本身去做到扔垃圾。“垃圾桶”作为人类生活中必不可少的物品，也在人民日益增长的美好生活需要中逐步升级，从简简单单的一个装纳垃圾的容器快速演变细化为翻盖型、踩脚型、可翻转型直到现在的智能型。从2000年开始，随着人口数量的急剧上升，生活水平不断提高，垃圾桶的作用也越来越大。2006年出现了最早的太阳能垃圾桶，集广告照明等功能于一体，太阳能充电可供夜晚的照明。之后相继出现了感应型垃圾桶，有着红外线、声控、重量感应等功能。直至近几年，家用的智能垃圾桶和扫地机器人掀起了一阵狂潮，成为了当代年轻人居家的必备，在996甚至007的压力下不用烦恼家里的环境问题。1.2本文主要内容本文设计的智能垃圾桶主是要实现垃圾桶盖开关智能化、语音提示等功能。主要内容包括：（1）确定设计方案，选择器件；（2）硬件部分：STC89C52芯片、独立式按键、ULN2003A芯片、常规的步进电机、红外反射式传感器以及蜂鸣器。（3）程序设计；（4）制作实物并进行测试。2系统总体设计系统的整体分析要从两个方面入手，一是硬件方面，二是软件方面。硬件方面选用STC89C52、红外反射式传感器、电机驱动芯片ULN2003、步进电机以及蜂鸣器；软件方面选用C语言。2.1系统总体设计框架本文设计要求能够动态显示当前垃圾桶垃圾的状态，并检测是否有人扔垃圾。图2.1为系统框图。图2.SEQ图2.\*ARABIC12.2硬件方案设计2.2.1主控芯片主控芯片是联系各个硬件芯片之间的桥梁，也是一个系统的“大脑”。单片机(Single-ChipMicrocomputer)将一个计算机系统所具备的功能集中集成到一小块硅片上，体积小，特别适用于本次设计的智能垃圾桶。选择使用STC89C52单片机作为主控芯片，为功能的应用和开发提供便利的条件。相对于8051系列来说，STC89C52做了许多改进，具备了一系列更加高级的特性，运行速度更快，加密性好，抗干扰能力强。二者的系统指令集完全相容，也保留了单片机的经典结构，因此在电路与编程方面也无需更多改变。STC89C52的引脚图如图2.2所示，其中一些引脚复用功能如下表2.1所示。表2.SEQ表2.\*ARABIC1引脚替代功能说明P1.0T2定时器/计数器2的外部输入P1.1T2EX定时器/计数器2捕捉/重装方式的触发控制P3.0RXD串行数据输入P3.1TXD串行数据输出P3.2INT0外部中断0输入P3.3INT1外部中断1输入P3.4T0定时器0外部计数输入P3.5T1定时器1外部计数输入P3.6WR外部RAM写选通输出P3.7RD外部RAM读选通输出图2.SEQ图2.\*ARABIC22.2.2红外检测模块红外检测模块要用于人体检测和垃圾高度检测，均使用的是红外线反射式传感器，由一对红外信号发射二级管与接收二极管构成。利用红外线反射的原理，根据反射的强度来判定前方是否存在障碍物。由于红外线是不可见光线，其波长在830~950nm范围之间，自然物理环境在该波段的辐射量是可以忽略不计的，因此所受外界干扰小、可靠性高以及抗干扰能力强，使得系统工作的稳定性得到了极大的保障。2.32.3电机驱动模块单片机要想驱动步进电机，必须要通过一个电机驱动芯片，也就是让单片机通过控制信号来使这个驱动芯片工作，提供步进电机工作所需要的条件。选择ULN2003A芯片作为电机驱动模块的步进电机驱动器。步进电机原理图2.3所示。图2.SEQ图2.\*ARABIC32.2.4语音播报模块本文设计的垃圾桶的语音播报功能需求简单，只是提示使用者垃圾桶垃圾已满，需要及时清理，所以语音播报模块用电磁式蜂鸣器代替语音播报芯片。但要注意的是，因为STC89C52单片机输入/输出引脚输出的电流值不匹配驱动蜂鸣器所需电流值，所以要在输入/输出引脚与蜂鸣器之间连接一个双极性晶体管来实现放大电流的功能，从而使蜂鸣器作业。提示音可以通过独立按键手动关闭。2.3软件方案设计本文设计软件部分所使用的程序由C语言编写，C语言效率高、使用灵活、功能齐全、可阅读性较强等。选择C语言编写，可使程序思路明显，方便添加理解的注释，大大降低了后期维护和调整上的难度系数，也是代码移植易操作，结构化简单明了。系统程序工作流程是：红外反射式传感器检测到有人靠近时，垃圾桶盖自动打开（电机正转90°）；在已设定的延时时间内，传感器没有检测到有人靠近，垃圾桶盖自动关闭（电机反转90°）。当安装在垃圾桶顶部的红外反射式传感器感应到垃圾高度达到或者超过设定时，语音播报模块播放语音提示（蜂鸣器发出声音）；当垃圾清理后停止提示，也可手动关闭提示。程序流程如图2.4所示。图2.SEQ图2.\*ARABIC4

3硬件设计本章的内容主要是在Proteus和Protel软件上绘制硬件芯片的电路连接图。3.1单片机最小系统单片机的运行依靠的是时钟电路和复位电路两个最基本的外围电路。3.1.1复位电路复位，顾名思义就是单片机系统要进行一系列的复位操作使之处于初始状态，将程序计数器的值置为十六进制的0，也就是0000H，让单片机从地址0000H开始执行指令。需要特别注意的是，复位操作要在电路通电后立即进行。复位电路图如图3.2-2所示。图3.SEQ图3.\*ARABIC13.1.2时钟电路因为垃圾桶要扔完垃圾后延迟3s自动关闭垃圾桶盖，所以有时间顺序的要求。时钟电路就是像时钟一样产生严格规律的时间周期。时钟电路由两个电容和一个晶振组成，时钟电路的连线图如图3.2所示。图3.SEQ图3.\*ARABIC23.1.3总控制电路单片机STC89C52连接复位电路以及时钟电路也就构成了整个设计的总控制电路。RST引脚接复位电路，18、19引脚外接时钟电路。总控制电路图如图3.3所示。图3.SEQ图3.\*ARABIC33.2人体感应模块设计OUT引脚直接连接单片机的P3.5引脚。内部电路图如图3.4所示，引脚图如图3.5所示。图3.SEQ图3.\*ARABIC4图3.SEQ图3.\*ARABIC53.3垃圾高度感应模块设计垃圾高度检测模块就是安装在垃圾桶顶部的红外传感器，与人体检测模块选用的芯片相同，连接电路也相同，不同的是要根据堆积的垃圾是否挡住了红外线的发射来判断，OUT引脚直接连接STC89C52的P3.3引脚。电路设计如图3.6所示。图3.SEQ图3.\*ARABIC63.4电机驱动模块设计电机驱动模块的硬件芯片电路连接如图3.7所示。图3.SEQ图3.\*ARABIC73.5语音播报模块设计利用蜂鸣器作为语音播报模块。如图3.8所示。图3.SEQ图3.\*ARABIC83.6独立按键模块设计直接将独立按键连接到STC89C52单片机的P1.5引脚即可构成独立按键模块，如图3.9所示。图3.SEQ图3.\*ARABIC94软件系统设计本章以流程图的方式来概述系统以及每个模块的运行流程，使编程的思路更加清晰，更便于理解掌握。4.1主程序流程图主程序就是贯穿整个设计的骨架，以此为主线要实现一系列的功能，流程图如图4.1所示。图4.SEQ图4.\*ARABIC14.2自动开关盖子程序流程图自动开关盖流程如图4.2所示。图4.SEQ图4.\*ARABIC24.3检测模块子程序流程图检测模块的程序按照主程序的流程顺序先进行人体检测，后进行垃圾高度检测。检测电路流程图如图4.3所示。图4.SEQ图4.\*ARABIC34.4语音提示子程序流程图垃圾检测信号值大于3时，蜂鸣器响起。语音流程图如图4.4所示。图4.SEQ图4.\*ARABIC45仿真本章内容是对仿真的电路以及结果进行分析。仿真电路图是利用Proteus软件绘制，程序是利用KeiluVision4软件用C语言进行编写。5.1软件调试本设计的仿真软件调试与编译是在KeiluVision4进行的，KeiluVision4支持C语言的编程，选择的电路仿真软件是Proteus8.11。由于Proteus的元件库有限，使用AT89C52代替STC89C52，用两个独立按键分别代替人体检测模块和垃圾高度检测模块，按键按下即为有人扔垃圾和垃圾高度已过限。电机驱动选择ULN2003A芯片，步进电机选择一个通用的六线四相步进电机。用蜂鸣管BUZZER和一个PNP三极管构成的电路来代替语音播报模块。5.2仿真电路图5.3-SEQ图5.3-\*ARABIC15.3仿真结果及分析当开关SW闭合，此时模拟检测到有人靠近垃圾桶的情况，电机正转90°，垃圾桶盖打开，经过3s的延时后，且开关SW处于打开状态，电机反转90°，垃圾桶盖闭合；当开关SW2闭合，此时模拟垃圾桶高度已经达到限定值，蜂鸣器LS1响起警报。

6结束语经过了一段时间的钻研，我的毕业论文以及毕业设计已基本达到预期的目标，设计成果也完成了以下基本的功能：检测是否有人靠近垃圾桶：有人开盖，无人关盖；当人离开后经过3s自动关盖。检测垃圾高度是否超过限定值：当垃圾高度超过限定值，语音提示响起，垃圾处理后关闭或者可手动关闭提示。我的毕业设计是选用STC89C52单片机作为主控芯片进行对一系列模块的控制。电机驱动模块选择ULN2003A芯片以及常规步进电机，语音模块使用最基本的蜂鸣器，连线简单，程序编写容易。毕业设计虽已完成，但由于时间紧迫，智能垃圾桶的实物较为粗糙，功能不够成熟，存在许多需要改进的地方。首先，每个模块的设置参数还需要更加精确，减小误差。其次，对于模块的理解和应用还应更加细致，要更加充分学习更多原理，使逻辑更加清晰明朗。最后，编程方面还需更加熟练，去学习并扩展对于其他扩展功能的程序编写。这次的毕业设计结合了单片机应用基础、数字电路设计、传感器原理、步进电机原理以及C语言程序与应用课程的知识，将大学四年所学的基础知识融会贯通。发现了自己薄弱的地方，在今后的学习生活中也要继续加强对基础课程的学习，将理论与实践相结合，使设计更加精致，更加多功能。大学生活伴随着这毕业设计的完成也即将拉下帷幕。完成毕业设计的过程也比想象和预料中的有很大的差别，与老师和同学们的一切交流都是在线上进行的，隔着屏幕互动，通过声音来感受。正是这次毕业设计让我吃一堑长一智，做任何作业都是离不了书本里的基础知识的，单纯靠着从互联网搜集到的他人的建议也不过是井下看世界，远远不够。本科阶段所学的专业课知识也在这次作业中得到了较为全面的总结，也为之后的学习和工作打下了一定的基础。

附录#include<reg52.h>//包括一个52标准内核的头文件#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar//定义一下方便使用#defineuintunsignedint#defineulongunsignedlongsbitHW1=P3^3;sbitHW2=P3^5;bitHW2_flag=0;sbitbeep=P3^4;sbitled1=P1^0;sbitkey1=P1^5;bitkey1_flag=0;ucharloop;bithand_flag=0;uintm_i;ucharms,c_ms,p_ms=199;ucharopen_time=0;bits0;ucharbeep_num;ucharopen_flag=0;bitopen_flag1=1;ucharcodefz[]= //正转数据{0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09};ucharcodezz[]= //反转数据{0x09,0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01};voidDelay800us() //@12.000MHz{unsignedchari,j;i=2; j=139; do {while(--j);}while(--i);}voidproc() //正反转函数{if(open_flag==1&&!open_flag1) //关 { P2=zz[loop]; loop=(loop+1)%8; Delay800us(); m_i++; if(m_i==1080) {m_i=0; open_flag=0; open_flag1=1;}} elseif(open_flag==2&&open_flag1) //开 {P2=fz[loop]; loop=(loop+1)%8; Delay800us(); m_i++; if(m_i==1080) {m_i=0; open_flag1=0; open_flag=0;}}}voiddis_pose(){if(!HW1) {ed1=0; if(!key1) {if(key1_flag) {key1_flag=0; if(open_flag1) {hand_flag=1; open_flag=2;} else {hand_flag=0; open_flag=1;}}} elsekey1_flag=1;} else {led1=1; if(!HW2) {if(HW2_flag) {HW2_flag=0; if(open_flag1)open_flag=2;}} else {HW2_flag=1;}}} voidmain() {TMOD=0x10;//定时器0，定时器1，16位工作方式 EA=1;//打开总中断0 TH1=0x4c; TL1=0x00; TR1=1; ET1=1; while(1) { if(open_flag==0) {P2=P2&0xf0; m_i=0;} else { proc();}}}voidtime_1()interrupt3{TH1=0x4c; TL1=0x00; ms++; dis_pose(); if(!HW1) {p_ms++; if(p_ms>=200) {p_ms=0; beep_num=8;}} else {p_ms=199;} if(!open_flag1) {if(hand_flag==0) {if(HW2) {c_ms++; if(c_ms>=100) {c_ms=0; open_flag=1;}} else {c_ms=0; open_time++; if(open_time>=200) {open_time=0; beep_num=6;}}} else {if(HW2&&HW1) {c_ms++; if(c_ms>=100) {c_ms=0; open_flag=1; hand_flag=0;}} else {c_ms=0;}}} else {c_ms=0; open_time=0;} if(ms>=2) {ms=0; if(beep_num!=0) {beep_num--; beep=~beep;} else {beep=1;}}}参考文献连续出版物[1]郭浩岩；顾伟帆；徐佳．基于STC89C52的寝室智能垃圾桶的设计[J].价值工程，2019，38(21)：132-134.[2]黄鑫磊；谭艳；赵鑫虎.基于STC15系列单片机的智能垃圾桶设计[J].工业控制计算机，2020(12):139-140.[3]王涛；马宁；张兰云.基于单片