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1、 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目 智能垃圾桶系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 姓 名 許志興 學(xué) 號(hào) 20119811 系 部 理 工 系 年級(jí)專業(yè) 2011 級(jí) 電 子 信 息 工 程 指導(dǎo)教師 徐 麗 莎 年 月

2、 日 摘要 本文設(shè)計(jì)了一種基于STC89C52RC的多功能垃圾箱控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由超聲波測(cè)距電路、光電感應(yīng)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和語音報(bào)警模塊等功能模塊組成，以超聲波傳感器、RPR220光電傳感器和單片機(jī)為核心，通過傳感器采集距離信息，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換讓單片機(jī)發(fā)出指令，如果超聲波傳感器檢測(cè)到人與垃圾箱的距離小于設(shè)定距離，則垃圾箱自動(dòng)翻蓋，如果RPR220光電檢測(cè)到垃圾箱已滿，系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)行語音提示。本系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、操作方便、低成本、智能化等優(yōu)點(diǎn)，為進(jìn)一步隔離人與垃圾，防止人感染細(xì)菌找到了一個(gè)可行的解決方法。 關(guān)鍵詞 : 單片機(jī)，超聲波傳感器

3、，RPR220光電傳感器，垃圾箱 Title A Multifunctional Bin Control System Abstract: This paper designs a multifunctional bin control system based on STC89C52RC. The cores of this system are ultrasonic sensor, RPR220 photoelectric sensor and single chip microcomputer (SCM). It consi

4、sts of power circuit, sensor circuit, clock circuit and voice alarm module, etc. Using the sensor to collect distance information, then the information is to be conversed by A/D, causes the SCM issues an instruction. If the ultrasonic sensor detects that the distance between people and dustbin is sm

5、aller than set distance, dustbin lid would open automatically. If RPR220 photoelectric detects that dustbin is chock-full, the system would issue a voice message. This system has advantages of simple structure, stable performance, convenient operation, low cost and intelligentization. And would real

6、ize automatic flip of dustbin, voice prompt of dustbin being chock-full and regular spraying disinfectant. Thus it is a feasible method to completely isolate people and rubbish, and prevent people from infecting with the bacteria on garbage. Key terms: single chip microcomputer, Ultrasonic sensors,

7、 RPR220 photoelectric sensors, dustbin 目 錄 1 引言 4 1.1選題的依據(jù)及意義 4 1.2 我國(guó)垃圾處理現(xiàn)狀 6 1.3垃圾處理建議 7 2 系統(tǒng)整體實(shí)現(xiàn) 8 2.1系統(tǒng)整體實(shí)現(xiàn) 8 2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng) 9 2.2.1 STC89C52RC單片機(jī)簡(jiǎn)介 9 2.2.2 復(fù)位電路 10 2.2.3 晶振電路 11 2.3 光電感應(yīng)模塊 12 2.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 13 2.5 超聲波測(cè)距模塊 15 2.6 語音模塊 15 2.7 電源模塊 16 3 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn) 16 3.1 系統(tǒng)程序總

8、體流程圖 17 3.2 超聲波測(cè)距模塊的程序設(shè)計(jì) 17 3.3 控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的程序設(shè)計(jì) 19 結(jié) 論 22 致 謝 23 參 考 文 獻(xiàn) 24 1 引言 社區(qū)即是公共場(chǎng)所，又不同于一般的公共場(chǎng)所，它是人們飲食起居的一個(gè)大的家庭。一般的公共場(chǎng)所，垃圾桶所收容的垃圾多半為飲料瓶和一些紙類等固體物品，比較容易分類和回收。但在有的小區(qū)中，社區(qū)垃圾桶設(shè)計(jì)顯然沒有考慮到地域性的特點(diǎn)，在社區(qū)內(nèi)安放的是一般公共場(chǎng)所所用的垃圾桶。由于生活垃圾種類的多樣性，以及如何分類，除臭除蚊蠅等問題的欠缺，就容易產(chǎn)生諸多的問題。秉承以人為本的理念，方便人們的生活，同時(shí)又要環(huán)保節(jié)能，需

9、要設(shè)計(jì)新型垃圾箱。 1.1選題的依據(jù)及意義 目前，隨著我國(guó)人口的不斷增長(zhǎng)和人民生活水平的提高，城市生活垃圾每年以5%～10%的速度增長(zhǎng)，這對(duì)城市的發(fā)展和人們的生活環(huán)境造成了很大的影響[1]。據(jù)報(bào)道，我國(guó)歷年垃圾的堆積量達(dá)60多億噸，占用的土地面積超過5億平方米[2]，僅城市垃圾的年產(chǎn)量約1. 5 億噸，近200座城市無適合場(chǎng)所堆放垃圾。雖然垃圾衛(wèi)生填埋、垃圾發(fā)電、垃圾制沼氣等技術(shù)為垃圾處理開辟了新途徑，但在垃圾無害化處理之前，首要解決的問題是垃圾的分類收集和回收再利用，以及初步的殺菌消毒[3]。目前作為存放垃圾的垃圾桶往往留出專門的投物口，這樣很容易污染周邊環(huán)境。此外，工作人員往往

10、需要逐個(gè)檢查并清理垃圾桶，以防止垃圾溢出。此管理模式效率很低。目前，垃圾桶樣式和結(jié)構(gòu)單一化，不能較好地發(fā)揮分類回收，蚊蠅滋生、污水四溢、異味難耐等弊端暴露無異，因此設(shè)計(jì)集多種功能于一身的環(huán)保垃桶具有重要意義。 垃圾桶是城市不可分割的一部分, 是城市形象的一個(gè)重要組成部分, 設(shè)想如果一個(gè)城市中的垃圾桶設(shè)計(jì)不好, 直接影響到一個(gè)城市的形象，垃圾桶的作用是回收垃圾, 清潔環(huán)境。與周圍環(huán)境不協(xié)調(diào)、外觀設(shè)計(jì)粗俗、簡(jiǎn)陋的垃圾桶, 本身就是一個(gè)視覺垃圾。垃圾桶雖小, 卻能折射出一個(gè)城市對(duì)細(xì)節(jié)的重視程度。比較而言, 很多發(fā)達(dá)國(guó)家垃圾桶的設(shè)計(jì), 多采用流線型的外觀, 設(shè)計(jì)新穎, 功能合理, 并注重與周

11、圍環(huán)境的融合, 對(duì)一個(gè)城市形象的提升頗有益處。而在國(guó)內(nèi), 垃圾桶內(nèi)的垃圾多數(shù)成為拾荒者的目標(biāo), 拾荒者撿走可以賣錢的垃圾后, 隨之也使垃圾桶周圍一片狼藉。有些垃圾桶設(shè)計(jì)與城市形象、周圍環(huán)境割裂, 垃圾桶成為城市建設(shè)中不和的音符, 垃圾桶外觀設(shè)計(jì)效果差完全是丑陋的工業(yè)產(chǎn)品, 缺乏藝術(shù)氣息, 缺乏視覺美感, 垃圾桶旁邊成為了城市中最需要清理的衛(wèi)生死角, 城市環(huán)境的整體提高受到阻礙, 影響了城市的整體形象。垃圾桶應(yīng)該與周圍環(huán)境融為一體,不應(yīng)當(dāng)是簡(jiǎn)單、機(jī)械地?cái)[放到每個(gè)角落, 至少在視覺上應(yīng)該讓人感覺是舒服的, 在心理上是愉悅的。垃圾桶外觀設(shè)計(jì)應(yīng)有一定的藝術(shù)欣賞性，同時(shí)要與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，在垃圾桶的表面

12、設(shè)計(jì)宣傳保護(hù)環(huán)境衛(wèi)生的標(biāo)語和口號(hào)，倡導(dǎo)人們愛護(hù)環(huán)境、保護(hù)環(huán)境，同時(shí)可以充分利用垃圾桶外殼的廣告功能，設(shè)計(jì)一些廣告宣傳畫等[3]。 通過查資料,我們獲悉，全國(guó)約60%以上的城市陷入垃圾圍城的困境。僅“城市垃圾”的年產(chǎn)量就近1.5億噸，這些垃圾絕大部分都處于露天堆放的狀況。它不僅影響城市景觀，同時(shí)也污染大氣、水和土壤，對(duì)人民健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。實(shí)際上，如果你手上拿著香蕉皮想扔，但一想到臟兮兮的垃圾桶，還要用手打開桶蓋，實(shí)在是不想靠近的。那么怎么解決這一問題，讓垃圾桶變得更具親和力，就是首先要考慮的問題之一。對(duì)于解決垃圾桶這個(gè)問題的設(shè)計(jì)，可以從分類上加以研究。其實(shí)，垃圾桶的設(shè)計(jì)很大程度上是向

13、著垃圾分類化發(fā)展的。當(dāng)今世界，控制人口，節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與人口、資源、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，已成共識(shí)。像我們這樣一個(gè)人口眾多、能源資源匱乏的國(guó)家來說，垃圾真是太寶貴了。垃圾回收再利用可以消滅污染，保護(hù)市民健康，創(chuàng)造財(cái)富，節(jié)約一大批人的就業(yè)問題等等。所以說，垃圾是放錯(cuò)了地方的財(cái)富。 1.2 我國(guó)垃圾處理現(xiàn)狀 目前，我國(guó)城市生活垃圾最主要的處理方式仍然是采用集中堆放填埋，約占全國(guó)垃圾處理量的70%以上；其次是高溫堆肥，這是我國(guó)早期采用的方法，如今約占20%以上；我國(guó)垃圾焚燒處理方式史于80年代中期，采用焚燒法處理城市生活垃圾的數(shù)量還很少。近年來，我國(guó)進(jìn)行了大量的城市生活垃圾處

14、理研究，并陸續(xù)興建了一批大、中型的城市垃圾處理設(shè)施，城市垃圾處理率得到迅速的提高，在一些垃圾熱值較高的地區(qū)，已經(jīng)開始采用垃圾余熱發(fā)電[4]。 但是，由于資金原因，國(guó)內(nèi)仍然有許多城市采用集中堆放或簡(jiǎn)易填埋方式處置城市垃圾。并且在填埋時(shí)，由于沒有很好的壓實(shí)機(jī)械，這些填埋場(chǎng)未達(dá)使用年限就填滿封場(chǎng)。沿海的許多城市垃圾填埋很難找到合適的場(chǎng)地。另有許多城市因?yàn)槿狈Y金，無法按標(biāo)準(zhǔn)要求建造填埋場(chǎng)或焚燒設(shè)施。有些城市或地區(qū)，雖然一次性的建設(shè)投資解決了，但長(zhǎng)期運(yùn)行的費(fèi)用也難以維持，因而也很難達(dá)到無害化處理的目標(biāo)。 可堆腐的有機(jī)垃圾是我國(guó)城市垃圾中的主要成分之一。將垃圾中的可堆腐有機(jī)物進(jìn)行堆肥

15、處理是提高垃圾再生利用水平的主要途徑。通過垃圾的堆肥處理，可顯著提高垃圾資源化水平。促使垃圾堆肥處理發(fā)展的重要因素是實(shí)行垃圾分類收集。例如，廚余垃圾、園林修剪物、果品蔬菜加工殘?jiān)?、養(yǎng)殖場(chǎng)、屠宰場(chǎng)廢棄物等，單獨(dú)分類收集后用于堆肥，既簡(jiǎn)化堆肥工藝，降低堆肥成本，又可提高堆肥質(zhì)量，為打開堆肥市場(chǎng)開創(chuàng)有利條件。 在焚燒方面，我國(guó)發(fā)展較慢，目前只有少數(shù)經(jīng)濟(jì)水平較高的城市引進(jìn)國(guó)外設(shè)備或部分引進(jìn)國(guó)外設(shè)備建設(shè)了一些垃圾焚燒廠，并開發(fā)了一些小型焚燒爐，但同國(guó)外引進(jìn)的大型爐排爐相比，技術(shù)上仍有差距。 我國(guó)城市垃圾回收仍然以混合回收為主，采用定點(diǎn)垃圾箱回收，然后集中運(yùn)至中轉(zhuǎn)站，最后轉(zhuǎn)運(yùn)至處理廠。

16、可回收的物資和有毒物質(zhì)混合一起，加大了回收的難度。造成垃圾具有有機(jī)物含量高、水分高、熱值低和成分復(fù)雜。 我國(guó)垃圾連年產(chǎn)量增加其實(shí)是未能從源頭上處理好垃圾的減量化，近年來，商品的包裝越來越趨于種類多樣化和數(shù)量劇增。包裝物約占城市垃圾的30%，垃圾中的廢紙、廢塑料，很大一部分來源于包裝。一次性的筷子，一次性水杯，一次性拖鞋更多的消耗了資源，增加了垃圾的產(chǎn)量。 1.3垃圾處理建議 實(shí)行分類收集，加強(qiáng)廢品回收。動(dòng)員居民在垃圾的源頭進(jìn)行垃圾分類，提高居民環(huán)保意識(shí)的同時(shí)，還保護(hù)了環(huán)境，降低了回收的成本。建立一個(gè)健全的分類回收系統(tǒng)和運(yùn)輸系統(tǒng)，做好回收和利用相結(jié)合。 針對(duì)我國(guó)國(guó)情，研究

17、適合我國(guó)發(fā)展的垃圾處理方式。我國(guó)垃圾中含水高，熱值低，生活垃圾多的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)更加清潔的生產(chǎn)，減少有毒物質(zhì)的產(chǎn)生。提高我國(guó)焚燒技術(shù)水平。借鑒國(guó)外技術(shù)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)中小焚燒設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化。針對(duì)不同的地區(qū)，因地制宜對(duì)垃圾進(jìn)行處理。具備衛(wèi)生填埋條件的地區(qū)，以填埋為主。缺乏衛(wèi)生填埋，但垃圾熱值高，主要以焚燒為主，余熱用于發(fā)電供暖等。在條件適宜的地區(qū)，可以采用堆肥處理，產(chǎn)生沼氣和高溫堆肥[5]。 加強(qiáng)居民的環(huán)保意識(shí)。目前我國(guó)居民的環(huán)保意識(shí)大大提高，但是不可避免的，還有一些環(huán)保意識(shí)比較差。環(huán)衛(wèi)部門的信息證實(shí)：分類回收上來的垃圾仍然需要重新分揀。居民的垃圾分類意識(shí)薄弱，是推進(jìn)我國(guó)衛(wèi)生事業(yè)的主要障礙。據(jù)調(diào)查

18、，垃圾箱雖貼有“可回收”、“不可回收”和“有毒物質(zhì)”字樣，但是人們?nèi)匀灰暥灰?，胡亂扔進(jìn)去再說。一位青年女子坦言：“垃圾都是一扔了之，沒想到還要分類?！币晃诲e(cuò)扔垃圾的先生說：“分類標(biāo)志看是看到了，但扔的時(shí)候沒去多想。因?yàn)槠綍r(shí)在家垃圾都是混在一塊兒扔，早就習(xí)慣了！”一位中年婦女說，她所理解的垃圾分類，就是把能夠賣錢的廢品挑出來，比如廢舊報(bào)紙、雜志、易拉罐等。不知道為何要分類，哪些垃圾可回收，哪些不可回收。因此，提高居民的環(huán)保意識(shí)顯得尤為重要。 2 系統(tǒng)整體實(shí)現(xiàn) 2.1系統(tǒng)整體實(shí)現(xiàn) 此多功能垃圾箱控制系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能包括：垃圾箱的自動(dòng)翻蓋、箱滿自動(dòng)報(bào)警、定時(shí)噴灑等。實(shí)現(xiàn)

19、以上這些功能可以使用戶方便投放垃圾，將兩者初步隔離，且防止垃圾箱內(nèi)細(xì)菌滋生。設(shè)計(jì)使用STC89C52RC單片機(jī)為核心元件。 系統(tǒng)整體框圖 2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng) 2.2.1 STC89C52RC單片機(jī)簡(jiǎn)介 如圖2為STC89C51單片機(jī)的管腳圖。 圖2 STC89C52RC管腳圖 本設(shè)計(jì)采用的是STC89C52RC單片機(jī)[10]，其功能特性概述：4K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)可編程I/O口線；，2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，1個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器以及時(shí)鐘電路。中央處理器CPU會(huì)在空閑模式的狀態(tài)下停止工作，但是在此種狀

20、態(tài)下又同時(shí)允許隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、串行通信口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。在掉電模式下會(huì)保存隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM里面的內(nèi)容，但是振蕩器停止工作，而且同時(shí)禁止其他的所有部件工作，直至下一個(gè)硬件復(fù)位。 STC89C52RC引腳功能簡(jiǎn)介： P0口是三態(tài)雙向口，通稱數(shù)據(jù)總線口，因?yàn)橹挥性摽谀苤苯佑糜趯?duì)外部存儲(chǔ)器的讀/寫操作。P0口也用以輸出外部存儲(chǔ)器的低8位地圖1址。因?yàn)槭欠謺r(shí)輸出，所以應(yīng)該在外部加鎖存器將這個(gè)地址數(shù)據(jù)鎖存，地址鎖存,信號(hào)用ALE。 P1口是專門供用戶使用的I/O口,是準(zhǔn)雙向口。 P2口是從系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)作高8位地址線用。不擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí),P2口也可以作為用戶I/O口線

21、使用,P2口也是準(zhǔn)雙向口。 P3口是雙功能口,該口的每一位均可獨(dú)立地定義為第一I/O功能或第二I/O功能。作為第一功能使用時(shí)操作同P1口。 P3口作為一些特殊功能口，如下表1所示。 表1 P3口替代功能 引腳 替代功能 說明 P3.0 RXD 串行數(shù)據(jù)輸入 P3.1 TXD 串行數(shù)據(jù)輸出 P3.2 INT0 外部中斷0輸入 P3.3 INT1 外部中斷1輸入 P3.4 T0 定時(shí)器0外部計(jì)數(shù)輸入 P3.5 T1 定時(shí)器1外部計(jì)數(shù)輸入 P3.6 WR 外部RAM寫選通輸出 P3.7 RD 外部RAM讀選通輸出

22、 2.2.2 復(fù)位電路 為了不影響系統(tǒng)運(yùn)行后的正常工作，在單片機(jī)開始啟動(dòng)時(shí)，都需要重新復(fù)位，使得CPU以及系統(tǒng)各部分處于初始狀態(tài)，并且從初態(tài)開始工作。常見的復(fù)位方式有2種：手動(dòng)復(fù)位和上電復(fù)位。由于本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是位于垃圾箱內(nèi)部，考慮到實(shí)際使用過程中，在垃圾箱外安裝手動(dòng)復(fù)位按鈕容易被來往人流按到造成不便，所以使用了上電復(fù)位的方式。復(fù)位電路圖如圖3所示。 圖3復(fù)位電路圖 如上圖所示，上電復(fù)位的電路便是在單片機(jī)的復(fù)位輸入引腳RST上接一個(gè)電容到電源Vcc端，而后下接一個(gè)電阻到地，這樣組成的。上電復(fù)位電路的工作原理：復(fù)位電路通過電容加給RST端一個(gè)短

23、暫信號(hào)，由于上電的瞬間電容充電電流最大，所以電容就相當(dāng)于短路，即RST斷獲得一高電平信號(hào)。這個(gè)高電平信號(hào)是跟著Vcc對(duì)電容的充電過程而逐漸回落，所以RST端的高電平持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短取決于電容的充電時(shí)間。電容兩端的電壓一旦達(dá)到與電源Vcc相同的電壓值時(shí)，給電容充電的電流就會(huì)減少至零，即停止給電容充電，電容就相當(dāng)于開路，RST端就為低電平，程序就能夠正常運(yùn)行。 2.2.3 晶振電路 晶振電路是用來給系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。為了使得系統(tǒng)各部分能夠保持同步，一般來說一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振。本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用的是僅用一個(gè)晶振來實(shí)現(xiàn)同步的。晶振電路如圖4所示。 圖4晶振電路 如上圖所示，本次

24、設(shè)計(jì)的晶振電路由2個(gè)20uF的負(fù)載電容和1個(gè)為12MH晶振構(gòu)成，兩端分別連接單片機(jī)的XTAL1端口和XTAL2端口。 晶振是晶振電路組成的重要部分，其作用是為系統(tǒng)提供基準(zhǔn)的頻率。晶振的頻率高低直接影響著單片機(jī)運(yùn)行的速度，一般情況下，晶振頻率越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度就可以越快。 圖4中C2和C3成為負(fù)載電容，由于晶振產(chǎn)生的應(yīng)該是完整的正弦波，如果2個(gè)負(fù)載電容不等，那么它們兩端的電壓會(huì)不同，使得產(chǎn)生的正弦波肯定是不完全對(duì)稱的。因此要保證C2與C3的大小相同，特性相同，一般會(huì)采用20pF至30pF的電容，本設(shè)計(jì)所用的電容是20pF。選擇晶振的范圍通常在 1.2MHz-12MHz之內(nèi)。在STC89

25、C52RC單片機(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12MHz的晶振最合適，所以本系統(tǒng)采用的是12MHZ的晶振。在最后硬件焊接的過程中，會(huì)安排元器件的分布，一般情況下，為了減少寄生電容、穩(wěn)定振蕩，會(huì)將晶振電路和單片機(jī)靠近安裝。 2.3 光電感應(yīng)模塊 光電感應(yīng)模塊是通過光電傳感器在有效范圍內(nèi)檢測(cè)有無物體，然后將信息傳給單片機(jī)。光電感應(yīng)模塊電路圖如圖5所示。 圖5光電感應(yīng)模塊電路 此傳感器模塊中使用了2個(gè)互相并聯(lián)的RPR220傳感器電路[11]。RPR220的4腳接入LM393的正輸入端，LM393的負(fù)輸入端接入一個(gè)滑動(dòng)變阻器，這個(gè)滑動(dòng)變阻器就決定了負(fù)輸入端的電壓。實(shí)

26、際上，+5V電壓、R4和U4組成了一個(gè)三極管的最小應(yīng)用系統(tǒng)。當(dāng)RPR220檢測(cè)到光線射入時(shí)，U4電壓約等于0，即LM393的正輸入端的電壓為0。所以LM393的負(fù)輸入端電壓大于正輸入端，LM393的輸出端會(huì)輸出低電平，這樣單片機(jī)就可以執(zhí)行程序。反之，當(dāng)沒有檢測(cè)到光線射入，LM393的正輸入端電壓大于負(fù)輸入端時(shí)，輸出端輸出高電平，單片機(jī)不執(zhí)行程序。 RPR220是一種一體化反射光電探測(cè)器。因?yàn)镽PR220的塑料透鏡使得這類傳感器具有了較高的靈敏度，而且它內(nèi)置的可見光過濾器還能夠減小離散光的對(duì)測(cè)量的影響，使得檢測(cè)的誤差大大減少，最后RPR220光電傳感器的體積小且結(jié)構(gòu)緊湊，適合放在垃圾箱外殼的夾

27、層中。 2.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 步進(jìn)電機(jī)[12]是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蛘呤蔷€位移的開環(huán)控制元件。在步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速只與脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)有關(guān)。將一個(gè)脈沖信號(hào)加給電機(jī)，電機(jī)就會(huì)因此轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。由于步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的步距角和脈沖信號(hào)存在線性關(guān)系，并且具有瞬間啟動(dòng)和急速停止的優(yōu)越特性，所以只需改變脈沖的順序，就可以很方便的改變轉(zhuǎn)動(dòng)的方向在速度控制領(lǐng)域使用廣泛。 只有使用脈沖信號(hào)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)，才能使步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)作。無脈沖信號(hào)的時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)就不會(huì)工作，一直處于靜止?fàn)顟B(tài)；若是想使步進(jìn)電機(jī)按一定的角度運(yùn)轉(zhuǎn)，就必須給步進(jìn)電機(jī)加上一個(gè)適當(dāng)?shù)拿}沖信號(hào)，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度與脈沖的頻

28、率。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖6所示。 圖6電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖 本次設(shè)計(jì)采用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)是ULN2003[13]芯片，它由一個(gè)單片高電壓、高電流的達(dá)林頓晶體管陣列集成電路。ULN2003 工作電壓高，可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行，還能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受50V 的電壓，另外其工作電流大，灌電流可達(dá)500mA。 ULN2003芯片與單片機(jī)之間的接口電路比較簡(jiǎn)單，只需將ULN2003芯片的4、5、6、7引腳分別與單片機(jī)的P2.3、P2.2、P2.1、P2.0口連接，用于單片機(jī)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)之間的數(shù)據(jù)傳輸。10、11、12、13引腳分別與步進(jìn)電機(jī)的1、2、3、4借口連接，用于控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。9引腳與步進(jìn)電機(jī)的5引

29、腳連接，一同接入電源輸入端，8引腳接地線。 ULN2003的輸入端驅(qū)動(dòng)端口為P2.0(A)，P2.1(B)，P2.2(C)，P2.3(D)。控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)次序：AB組—BC組—CD組—DA組；反轉(zhuǎn)次序：AB組—AD組—CD組—CB組，一個(gè)脈沖正轉(zhuǎn)5.625度。當(dāng)單片機(jī)P2.0口和P2.1口給芯片高電平，P2.2口和P2.3口給低電平時(shí)，AB組轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)P2.1口和P2.3口給高電平，P2.0口和P2.3口給低電平，BC組轉(zhuǎn)動(dòng)，以此類推。高電平持續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng)，占空比越大，電機(jī)PMW的轉(zhuǎn)速度就越快，高電平時(shí)間越短，占空比越小，電機(jī)的PMW的轉(zhuǎn)速度越慢。 2.5 超聲波測(cè)距模塊 超聲波測(cè)距[

30、14,15]環(huán)境要求不高，由于穿透力強(qiáng)能夠在雨霧天正常工作。所以本次設(shè)計(jì)的超聲波電路中就使用了HC-SR04超聲波測(cè)距模塊。這個(gè)模塊有4個(gè)引腳，1和4引腳分別接5V電源和接地，2腳是觸發(fā)信號(hào)的輸入端，3腳是回響信號(hào)的輸出端2腳和3腳分別接在單片機(jī)的P3.4口和P3.5口。超聲波測(cè)距模塊的工作原理是：采用單片機(jī)的I/O口觸發(fā)測(cè)距，即當(dāng)單片機(jī)發(fā)送一個(gè)10us的高電平脈沖給超聲波模塊的輸入端TRIG后，單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器清零。當(dāng)超聲波傳感器的輸出端ECHO為高電平時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器開始工作；當(dāng)輸出端ECHO變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，定時(shí)器停止工作，讀取定時(shí)器T0的時(shí)間，通過公式算出距離。超聲波測(cè)距模塊電路圖如圖

31、7所示。 圖7超聲波測(cè)距模塊電路圖 2.6 語音模塊 語音模塊采用WT588D[16]語音模塊。因?yàn)閃T588D的I/O端口較多，并且?guī)Э刂乒δ芎屯庵肍LASH存儲(chǔ)器，所以能做FLASH單片機(jī)，另外還能當(dāng)作普通的語音芯片作為從片發(fā)聲。更為重要的是還能夠按照樣品直接投掩膜，管腳完全不用做改動(dòng)，且便宜一半的價(jià)格。 WT588D語音芯片是一款功能強(qiáng)大的可重復(fù)擦除燒寫的語音單片機(jī)芯片。軟件操作方式簡(jiǎn)單易掌握，融合了語音組合技術(shù)，大大縮短了語音編輯的時(shí)間。一線串口控制模式可通過發(fā)碼端控制語音播放、停止、循環(huán)播放和音量大小，或者直接觸發(fā)0～219地址位的任意語音，發(fā)碼速度600us～2000u

32、s；通過發(fā)碼能夠切換三線串口控制模式和三線串口控制I/O口擴(kuò)展輸出模式，三線串口控制模式下，能控制語音播放、停止、循環(huán)播放和音量，或者直接觸發(fā)0～219地址位的任意語音，三線串口控制I/O口擴(kuò)展輸出可以擴(kuò)展輸出8位，在兩種模式下切換，能讓上一個(gè)模式的最后一種狀態(tài)保持著進(jìn)入下一個(gè)模式。語音模塊電路圖如圖8所示。 圖8語音模塊電路圖 2.7 電源模塊 穩(wěn)壓電路的作用是保證電路正常工作。低于穩(wěn)定電壓電路不能正常工作，高于穩(wěn)定電壓可能損壞電路或者電路起保護(hù)。穩(wěn)壓電路如圖9所示。 圖9穩(wěn)壓電路 電源模塊主要用了穩(wěn)壓芯片L7805CV[17]，1腳和3腳分別是輸入端和輸出端，2腳接地

33、。外接電源接通后9V電壓從1腳進(jìn)入，經(jīng)過穩(wěn)壓后從3腳輸出5V電壓。L7805CV還特別適合運(yùn)用在過載的情況下，因?yàn)槠鋼碛械膬?nèi)部電流限制和熱關(guān)斷特性。但是簡(jiǎn)單來說L7805CV是一種固定電壓(5V)三端集成穩(wěn)壓器。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的四大特點(diǎn)。 3 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn) 3.1 系統(tǒng)程序總體流程圖 通電后，系統(tǒng)程序首先會(huì)將各個(gè)模塊進(jìn)行初始化。為了使得超聲波模塊能夠正常地測(cè)距，完全避開聲波由于外界各種反射回傳的波形，設(shè)定了200ms的延時(shí)。延時(shí)結(jié)束后，計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，如果到達(dá)已經(jīng)設(shè)定的時(shí)間那么就系統(tǒng)開始噴灑消毒劑。在

34、計(jì)時(shí)器工作的同時(shí)超聲波測(cè)量模塊和光電感應(yīng)模塊也開始工作，如果超聲波測(cè)量模塊檢測(cè)到人與垃圾箱的距離小于所設(shè)距離80cm，那么步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，并伴有語音播報(bào)“垃圾放置請(qǐng)分類”，延時(shí)3s后電機(jī)反轉(zhuǎn)。如果光電感應(yīng)模塊感應(yīng)到物體就會(huì)語音播報(bào)“1號(hào)垃圾箱已滿”或者“2號(hào)垃圾箱已滿”。系統(tǒng)程序總體流程圖如圖10所示。 圖10系統(tǒng)程序總體流程圖 3.2 超聲波測(cè)距模塊的程序設(shè)計(jì) 超聲波測(cè)距模塊除了能感應(yīng)有無物體靠近，還能夠在一定范圍內(nèi)還能測(cè)出靠近物體和自身的距離。當(dāng)單片機(jī)發(fā)送一個(gè)10us的高電平脈沖給超聲波模塊的輸入端TRIG后，單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器清零。當(dāng)超聲波傳感器的輸出端ECHO為高電平時(shí)，

35、單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器開始工作；當(dāng)輸入端ECHO變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，定時(shí)器停止工作，讀取定時(shí)器T0的時(shí)間，通過公式算出距離。超聲波測(cè)距子程序流程圖如圖11所示。 圖11超聲波測(cè)距子程序流程圖 本系統(tǒng)超聲波測(cè)距子程序如下： void send_wave() { c_send = 1; //10us的高電平觸發(fā) delay(); c_send = 0; TH0 = 0; //給定時(shí)器0清零 TL0 = 0; TR0 = 0; //關(guān)定時(shí)器0定時(shí) flag_hc_value = 0; while(!c_re

36、cive); //當(dāng)c_recive為零時(shí)等待 TR0=1; while(c_recive) //當(dāng)c_recive為1計(jì)數(shù)并等待 {flag_time0 = TH0 * 256 + TL0; if((flag_hc_value > 1) || (flag_time0 > 65000)) //當(dāng)超聲波超過測(cè)量范圍時(shí)，顯示3個(gè)888 {TR0 = 0; flag_csb_juli = 2; distance = 888; flag_hc_value = 0; break ;} else {flag

37、_csb_juli = 1; }} if(flag_csb_juli == 1) { TR0=0; //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);//算出超聲波測(cè)距的時(shí)間 得到單位是ms distance *= 0.017; // 0.017 = 340M / 2 = 170M = 0.017M 算出來是米 if(dist

38、ance > 350) //距離 = 速度 * 時(shí)間 {distance = 888; //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) 控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)為本次設(shè)計(jì)自動(dòng)翻蓋的部分。系統(tǒng)開始工作后，判斷電機(jī)是否需要正轉(zhuǎn)，若需要就依次給AB、BC、CD、DA通電實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)結(jié)束后延時(shí)3m電機(jī)開始反轉(zhuǎn)，即依次給AB、AD、CD、CB充電。電機(jī)驅(qū)動(dòng)子流程圖如圖12所示。 圖12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： void delay_uint(uint q) { while(q--);

39、} void bujindj() //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)

40、IO口都不輸出 } bjdj_value --; } for(i=0;i<4;i++) //4相 {if(flag_z_f == 2) //關(guān) P2=zheng[i]; // else if(flag_z_f == 1)//開 P2=fan[i]; // delay_uint(700); //改變這個(gè)參數(shù)可以調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速 }}}  結(jié) 論 經(jīng)過努力查閱大量單片機(jī)、電機(jī)控制、太陽能利用、紅外傳感器、超聲波、激光應(yīng)用、無線通

41、信等方面資料和參考文獻(xiàn)。通過多次實(shí)驗(yàn)實(shí)踐，將智能垃圾箱各個(gè)模塊調(diào)試完善，分析傳統(tǒng)垃圾箱和現(xiàn)有智能垃圾箱的發(fā)展，結(jié)合當(dāng)今科技跨越式發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、各種傳感技術(shù)在日常生活生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，為了迎合社會(huì)全面智能化，信息化趨勢(shì)，學(xué)習(xí)、研究出了可移動(dòng)智能垃圾箱。 通過將各種傳感器、顯示器和語音等功能應(yīng)用在垃圾箱上，并讓垃圾箱擁有了可移動(dòng)性，打破了人們對(duì)傳統(tǒng)垃圾箱的理解，使人們?cè)谏钪须S處可見的垃圾箱變得更加人性化。將太陽能電池板裝在垃圾箱上并用太陽能跟隨器，可以及時(shí)檢測(cè)到太陽光照最強(qiáng)的方向，讓太陽能利用率達(dá)到最高。創(chuàng)新的將吸塵器功能與垃圾箱相結(jié)合，節(jié)省了大量的人力、物力資源。另一方面，垃圾箱上的

42、顯示和語音提示可以增添人們對(duì)垃圾箱和扔垃圾的興趣，提高人民對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)，增強(qiáng)生態(tài)危機(jī)感，為人類高效、可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展做出一定貢獻(xiàn)。 致 謝 本篇論文得以完成,首先要感謝徐麗莎老師的細(xì)心指導(dǎo)。徐老師開闊的視野，為我提供了極大的發(fā)揮空間，在每次設(shè)計(jì)遇到問題時(shí)老師不辭辛苦的講解才使得我的設(shè)計(jì)順利的進(jìn)行。從設(shè)計(jì)的選題到資料的搜集直至最后設(shè)計(jì)的修改的整個(gè)過程中，花費(fèi)了徐老師很多的寶貴時(shí)間和精力，在此向?qū)煴硎局孕牡馗兄x！導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，開拓進(jìn)取的精神和高度的責(zé)任心都將使學(xué)生受益終生!由于時(shí)間倉(cāng)促、自身等原因，文章錯(cuò)誤疏漏之處在所難

43、免，懇請(qǐng)各位老師斧正。  參 考 文 獻(xiàn) [1] 侍倩，柳麗霞.生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)產(chǎn)氣規(guī)律及污染[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2005, 28（1）:24-27. [2] 杜子秀，葉文法，朱傳芳.推廣使用分類垃圾箱充分利用“城市礦藏”資源[J]. 環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2002, 28（6）:27-29. [3] 王邦超，姜勇，董鐵有，苗娟.多功能環(huán)保垃圾桶設(shè)計(jì)簡(jiǎn)析[J]. 環(huán)境衛(wèi)生工程，2008,16卷第5期:63. [4] 張益.我國(guó)生活垃圾處理技術(shù)的現(xiàn)狀和展望.環(huán)境衛(wèi)生工程，2000,8（2）:81~84. [5] 姚穎悟.我國(guó)城市里處理現(xiàn)狀與分析[J].

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