公共区域智能垃圾桶设计.docx

委托书今委托高校科研诚信检测及宣教中心对我的毕业论文公共区域智能垃圾桶设计进行学术不端行为检测。申请人：周小朋 联系电话： 联系邮箱：2学号：201606040050440 密级：公开 兰州城市学院本科毕业论文公共区域智能垃圾桶设计学 院 名 称：培黎机械工程学院专 业 名 称：机械设计制造及其自动化学 生 姓 名：周小朋指 导 教 师：柴昌盛教授 二二年五月BACHELOR'S DEGREE THESIS OF LANZHOU CITY UNIVERSITYDesign of Intelligent Trash Bin in Public  AreaCollege ：School of The Peili Mechanicai Engineering Subject ：Mechanical Design Manufacturing and AutomationName ：Zhou Xiao PengDirected by ：Chai Chang sheng ProfessorMay 2020郑 重 声 明本人郑重声明：所呈交的本科生学位论文，公共区域智能垃圾桶设计是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本人签名：周小朋 时间：2020.05 摘 要本文主要设计了一种基于STC89C52RC单片机的多功能智能垃圾桶的控制系统。该设计主要由超声波传感器测距控制电路、光电感应器控制电路、电机驱动控制电路和语音报警指令控制电路等功能电路组成,以超声波测距传感器、RPR220传感器和光电单片机驱动电路为设计核心,通过超声波传感器采集垃圾桶的距离报警信息,再经过转换使得单片机自动发出语音报警指令。当通过超声波传感器检测到一个人与垃圾桶的距离远远小于单片机设定的距离,此时垃圾桶系统会自动进行翻盖。当通过RPR220光电感应器检测到垃圾桶已满,系统就会自动进行语音报警提示。本系统主要具有控制系统结构简单、运行流畅、可靠性好、价格低廉、智能化等优点,进一步有效隔离了人与垃圾桶的接触。进一步提升公共生活场所的环境质量,实现洁净、环保的目的。关键词：单片机；智能垃圾桶；超声波传感器；RPR220光电传感器；IIABSTRACTThis PaPer mainly designs a kind of multifunction control system of garbage can based on STC89C52RC Photoelectric MCU. The design is mainly comPosed of ultrasonic sensor distance measurement control circuit, Photoelectric sensor control circuit, motor drive control circuit and voice alarm command control circuit and other functional circuits, with ultrasonic distance measurement sensor, RPR220 sensor and Photoelectric singlechiP drive circuit as the design core, through the ultrasonic sensor to collect the distance alarm information of garbage cans. When the ultrasonic sensor detects that the distance between a Person and the garbage can far less than the distance set by the singlechiP, the garbage can system will automatically fliP the cover; when the RPR220 Photoelectric sensor detects that the garbage can is full, the system will automatically give a voice alarm PromPt. It has the advantages of simPle structure, smooth oPeration, good reliability, low Price, intelligence and so on, and further effectively isolates the contact between PeoPle and the garbage can. Further imProve the environmental quality  in Public living  Places, and achieve the PurPose of clean and environmentally friendly .Keywords: single chiP microcomPuter, intelligent dustbin，Ultrasonic sensors, RPR220 Photoelectric sensors,目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 选题的意义11.2垃圾桶的研究现状与发展趋31.2.1 垃圾桶的研究现状31.2.2 发展趋势41.3 研究目标及其内容51.3.1 研究目标51.3.2 研究内容5第2章 智能垃圾桶的系统设计62.1 垃圾桶主要功能的设计62.2 垃圾桶控制系统的设计62.3 垃圾桶控制系统电路的设计6第3章 系统功能电路的设计83.1 主控电路的设计83.1.1 单片机电路的设计83.1.2 上电型复位电路的设计93.1.3 晶振电路的设计103.2 检测电路的设计113.2.1 超声波检测电路的设计113.2.2 光电检测电路的设计113.3 执行电路的设计123.3.1 步进电机的设计123.3.2 语音播报电路的设计133.4 电源电路的设计14第4章 系统软件的设计164.1 控制系统的运行顺序164.2 超声波测距的程序设计164.3 控制电机正反转的程序设计18总结21参考文献22致谢24IV第1章 绪论1.1 选题的意义目前,随着现代我国城市人口的进一步增长和我国人民基本物质生活的水平和质量的不断改善和提高,城市垃圾的生产量很高。每年的垃圾生产量增长速度非常快，由于垃圾的大量制造，使得人们的生产和生活受到了严重的影响，对自然环境也造成了严重的破坏和影响1。据媒体报道,我国每年将近生产一百亿吨的垃圾,并且由于垃圾填埋的处理措施对土地造成了极大地影响，垃圾填埋与污染的土地面积已经超过了5亿平方米2。虽然已经有许多国家已经有了先进的垃圾处理技术，但这些处理方式需要高昂的成本费用，这样做表面上看起来是对垃圾进行了处理，但在处理这些垃圾的过程中又制造了许多的垃圾，而且浪费了很多资源。因此我们需要对一部分垃圾进行消毒处理，在通过人工挑选，选择出可以再利用的垃圾，并且对回收的可利用垃圾进行初步卫生杀菌和消毒3。现今我们最常见到的垃圾桶大多数是设计有一个垃圾投入口的。然而，这样的设计存在着一定的缺陷，由于没有垃圾桶盖，当里面的垃圾开始腐烂时，很容易散发出刺鼻的气味，影响周边的空气环境，进而影响人们的日常生活。此外,清洁工作人员经常需要对每一个垃圾桶进行检查，检查垃圾桶是否已经装满，并且将已满的垃圾桶进行清洁，以此来保持垃圾桶的洁净。这样处理回收垃圾的成本和效率很低。由于目前垃圾桶的单一化,不能很好的有效地进行垃圾分类和回收,这就需要我们设计一个多功能的智能垃圾桶,这是非常的具有重要实际意义的。环保型垃圾桶设计是一个城市不可分割的一部分,它反映了一个城市的形象,当一个城市的垃圾桶外观看起来丑陋不堪时,将直接的影响到这个城市的生活环境整体形象,虽然环保型垃圾桶的主要作用只是局限于回收周围的垃圾与其清洁卫生。但是如果外形简陋，就不能让人有焕然一新的感觉。环保型垃圾桶虽然小,但却在外观上能很好的反映和体现出一个城市对于微小环境事件的高度重视和关注程度。相比较而言,有些西方国家就很注重垃圾桶外形设计，他们把垃圾桶的功能与外形完美的融合在了一起。并且设计十分注重与城市和周围环境的完美融合,这对于一个现代化城市形象的提高和发展都有很大的影响和帮助。但在国内,垃圾桶里的垃圾仍然有很大一部分被一些落魄的拾荒者捡走,随之也会致使桶内的一些垃圾纷纷掉落了出来,让整个垃圾桶周围的环境看起来是一片狼藉。有些城市垃圾桶的外观设计与其城市的外貌、周围环境并不融洽,垃圾桶的设计成为了一个城市现代化建设中不和谐的一部分,垃圾桶内部与外观的设计太差,实际上完全属于一件丑陋的工业批量制造的产品,缺少了艺术的气息,缺少了视觉上的美感。垃圾桶旁边很容易掉落垃圾，长时间不清理很容易形成卫生死角，如果不能及时将这些垃圾清理掉,城市周边环境的清洁将会因此受到很大的影响和阻碍,进而直接影响和涉及到整个城市的清洁和整体环境形象。所以垃圾桶的内部和外观设计实际上应该与周围的日常生活环境合二为一,不仅仅应当只是简单地、机械地把垃圾桶摆放在周边的某一个卫生角落里,而应该让人们在看到垃圾桶时身心愉悦。所以垃圾桶内部和外观的整体设计是应该在视觉上具有一定的美感和艺术性的,同时还要与周围的日常生活环境相互地融合,在垃圾桶的外观表面上应该适当设计一些宣传和保护公共环境卫生的广告标语,进一步地倡导周边人们有意识地爱护周围的环境、清洁公共环境,并且利用垃圾桶外部区域展示一些爱护环境与节约资源的标语与图画。通过在网络上查阅一些与垃圾相关的资料,我也了解和认识到,我国有许多的城市将垃圾露天放置。据统计,每年仅发达的城市就有可能同时产生1.5亿吨的城市垃圾。由于这些城市垃圾有很大一部分都被长期处于露天放置的垃圾环境。这不仅严重影响着人们对这座城市形象的映像,同时也在严重污染着城市空气、水质和城市土壤,这将对于人们的健康和生活构成严重影响。事实上,当你手上拿着一个橘子皮想要扔,但一想到肮脏的一个垃圾桶,并且还要自己动手打开这个垃圾桶的盖子,你的心里其实是万分的不想向垃圾桶靠近的。所以怎么样才能让更多的人愿意接触垃圾桶成了主要的一个问题,让垃圾桶变得让更多的人们都不再排斥它,将其分类化是首要考虑的一个问题。其实,很多垃圾桶的制造和设计逐渐偏向于垃圾分类投放的。随近几十年来经济的快速发展，人们的生活垃圾也越来越多，资源的浪费也越来越严重。由于许多资源是不可再生，并且一部分资源在生产中会生成大量的有害物质，所以我们要充分利用可用的资源，因此垃圾分类的重要性对于我国来说是毋庸置疑的。垃圾的回收和再处理利用是可以有效减少了环境污染,保护了人民健康,促进了垃圾的分类化发展,并且可以创造财富,解决很多现代人的日常就业和生活问题等等的。所以说,垃圾分类是一笔巨大的社会财富。人们要把这笔财富把握在手中，这样既能在一定程度上保护了环境，又能避免了资源浪费，提高人们周边的生活环境。垃圾的回收与再利用是本世纪最火热的话题，我们应该顺应时代的发展，充分利用先进的科学技术，制造出不同类型的智能垃圾桶。因此，多功能垃圾桶的制造已经迫在眉睫了。1.2垃圾桶的研究现状与发展趋1.2.1垃圾桶的研究现状在世界上，已经有很多国家制造出了不同功能的垃圾桶。他们很早以前就认识到了垃圾的重要性，因此，他们创作和研发了各种各样的垃圾桶。垃圾的分类和回收再利用技术在一些国家已经相当的成熟，并且一些国家已经制造出了一种太阳能垃圾桶，这些垃圾桶的控制主要是通过太阳能来实现的。在国外，智能化垃圾桶最早出现是在美国地区，这种垃圾桶时通过太阳能提供动力，而后通过智能控制系统对垃圾进行处理。这种垃圾桶体型较大，比起大多数垃圾桶来说，这种垃圾桶可以装许多的垃圾，因而被大家都戏称为"大胃王"。"大胃王"是拥有自己的一个真名,即太阳能垃圾自动压缩机。就如它的名字一样，该垃圾桶可以装很多的垃圾，这主要源于它的控制系统的设计。该控制系统时可以进行压缩，他可以将垃圾压缩的很小，并且它只需要阳光就可以工作。这样的设计带来了一些好处。例如，由于垃圾桶可以装很多垃圾，因此清洁工每天对垃圾桶的清洁次数，节省了时间。但这种设计也有缺点，制造这样一台垃圾桶是需要花费很多钱的，并且由于垃圾桶内部含有高科技产品，其内部控制系统比较复杂，因此一旦垃圾桶受到损坏，将需要花费大量的金钱进行维修。创造性是这个世界发展的最大动力。在美国智能垃圾桶问世以后，有许多国家也研发出了不同的垃圾桶。而在这些国家中，英国所制造的垃圾桶更为先进。这种垃圾桶更适合英国。该垃圾桶的控制系统的动力是由太阳能电池提供的，这种设计使得该垃圾桶只需要一些可见光就能工作。虽然这种垃圾桶和美国制造的非常相似，但它们的应用途径却有一定的差别，美国所制造的垃圾桶需要大量的太阳光才可以工作，而英国所设计的只需要一些可见光就可以工作。造成这种设计差别的主要影响因素是自然环境，由于英国的天气是雾气弥漫的，缺少足够的太阳光照，所以英国所设计的垃圾桶首要考虑的问题是动力来源，最终经过研究与测试，选用了一组只需要可见光的小型太阳能电池。此外，这种垃圾桶还设有通信功能，它可以在垃圾装满以后发出信号，让清洁工人处理垃圾。这种垃圾桶可以说是目前较为先进的了，它的用途广泛，可以适用于很多地方，并且实现了智能化，这对当代智能垃圾桶的发展提供了很大的帮助。在我国，智能垃圾桶4的创新与应用程度并不高。我国的垃圾桶功能比较单一，只能起到回收垃圾，清洁环境的作用，并且每个垃圾桶容量小，不能够储存较多的垃圾。虽然创造出了智能化的垃圾桶，但这些垃圾桶存在许多缺点，表现为功能单一，智能化程度低。我们可以把这些垃圾桶分成两类。一种是智能化程度比较高，但是功能比较单一，并且这类垃圾桶大多数情况下不适合在室外工作。主要是因为这类垃圾桶体积小，并且一般是使用电源来为控制系统提供工作动力的，这就使得其工作环境受到了很大的阻碍。而另一类垃圾桶智能化程度低，但是功能全面，这类垃圾桶适合在户外工作，这类垃圾桶一般不需要动力或需要很少的动力。这类垃圾桶可以实现人工垃圾分类，并且安装有垃圾桶盖，这类垃圾桶盖子是需要人们动手去打开的，这会使的人们与垃圾桶进行亲密的接触，可能会对人们的健康造成影响。因此，智能型的垃圾桶会更受人们的喜爱，因为只能垃圾桶可以有效地避免人与垃圾桶的亲密接触，从而截稿人们的生活水平，使得人们的健康得到进一步的保障。1.2.2 发展趋势时代在进步，科技也在进步，人们的生活水平也在不断地提高，人们对自身卫生和环境卫生也有了较高的要求，对自然环境和自然资源的保护越发重视。这加强了人们对垃圾回收和处理意识，人们在选择垃圾桶时有了更高的要求，不再仅仅只是简单地装垃圾。人们更喜欢一些多功能的智能垃圾桶，因为智能垃圾桶可以避免人与桶内垃圾的接触。由于更多的人倾向于智能垃圾桶的使用，一些垃圾桶制造商也开始创造新的垃圾桶，他们售卖的一部分垃圾桶已经实现了初步的智能化，但也有一部分已经实现了高程度的智能化，但是这类高度智能化的垃圾桶使用范围受到了很大的限制。一般情况下，这类垃圾桶只适用于个体家庭或公司办公室使用，并不适用于室外。因此，垃圾桶生产商也在研究制造功能更为全面的智能垃圾桶，制造出适合于公共场所的智能垃圾桶。由于市场的需要，智能垃圾桶的发展速度将会更快，室外公共区域智能垃圾桶的种类也会越来越多，其功能也会越来越丰富。虽然近些年来智能垃圾桶的发展速度很快，但是不受环境影响并且应用于公共区域的智能垃圾桶种类并不多。人们在公共区域经常乱扔垃圾，或是公共区域的垃圾桶经常爆满，垃圾掉落满地。因此公共区域智能垃圾桶的设计显得尤为重要了。虽然现今还未制造出能够智能回收与分类垃圾的垃圾桶，但我相信，伴随着科技的发展，一定会制造出不需要人工分类的，并且适合于室外公共区域的智能化垃圾桶。并且由于市场的需要，垃圾桶的功能会越来越多样化。1.3 研究目标及其内容 1.3.1  研究目标本设计主要研究公共区域智能垃圾桶控制系统,实现人与垃圾桶的隔离,改善和不断提高现代人们的日常生活质量，并进一步保护环境为目的。通过设计，垃圾桶主要有以下功能； 1.当垃圾桶装满后会发出提示音； 2.可以检测是否有物体接近垃圾桶； 3.垃圾桶盖可以自动打开与关闭5； 1.3.2 研究内容1.设计出主控制电路；2.设计出语音报警电路；3.设计出垃圾桶盖自动化的电路；第2章 智能垃圾桶的系统设计2.1 垃圾桶主要功能的设计 通过调查与数据收集，设计垃圾桶主要有以下功能。 1当人体与垃圾桶的距离小于设定值时，垃圾桶盖子就会打开；2当垃圾放入垃圾桶后，垃圾桶盖子就会关闭；3当垃圾桶装满以后会有提示音。通过对垃圾桶功能的设计，以此来实现公共区域环境的保护，节约资源，提高人们周边的空气质量，美化环境和健康生活。2.2 垃圾桶控制系统的设计 通过对垃圾桶功能的分析,本次设计的垃圾桶主要由智能检测传感器、步进电机、智能电池系统以及控制装置等部分组成。控制电路主要由单片机以及部分组合电路组成，如图2.1 所示。 单片机STC89C52RC自动翻盖电源电路语音提示复位电路晶振电路桶满提示音检测传感器模块图2.1 系统框图其中主要控制由STC89C52RC单片机完成；电源电路提供的电源是+5V，为传感器人体检测、电动机驱动、单片机提供动力；检测传感器用来检测人体与垃圾桶的距离；电动机驱动是进行垃圾桶盖的打开与闭合；光电感应是对桶内垃圾是否装满进行检测。2.3 垃圾桶控制系统电路的设计由于控制系统是由电能提供动力的，因此需要将各控制系统需要经过电路连接起来，从而保证控制系统能够工作。再通过对控制系统中的芯片编程，实现垃圾桶的各个功能。因此系统的功能电路主要由四个部分共同组成:主控电路、检测电路、执行电路及相应的电源电路控制。主控电路：主要由单片机、复位电路和晶振电路等组成，单片机主要实现对各部件的总体控制；复位电路主要用于单片机的复位；晶振电路主要是为了保持系统的同步。检测电路：主要由超声波传感器与光电感应传感器组成，超声波传感器主要用于检测人与垃圾桶之间的距离；光电感应传感器主要检测垃圾桶是否装满。执行电路：主要由步进电动机与语音播报组成，步进电动机主要用于垃圾桶盖子的打开与闭合；语音播报主要用于语音提示。电源电路：主要为各部件提供电源。第3章 系统功能电路的设计3.1 主控电路的设计 3.1.1 单片机电路的设计本系统采用STC89C52RC单片机67,该单片机内部有ram-128字节;全双工串行通信口1个;16位定时器2个;flash闪速定时器存储一4k字节;可编程的i/0口线32个;时钟控制电路以及计数器片内的振荡器;向量两级控制中断系统结构1个。当振荡器处于掉电状态时，CPU将被强制停止工作，但并不意味着所有的内部设备都被强制停止工作, 例如，随机数据存储器的内部RAM，串行通信端口定时器/计数器和矢量两级中断系统均设置为允许在电源关闭时继续停止工作。当控制中断系统振荡器处于断电空闲工作状态时，其他一部分振荡器将被允许暂停工作，其他一部分控制中断组件也将会被允许暂停工作，直到下一次系统硬件振荡器复位，但所有内容将在RAM中保存。STC89C52RC部分引脚功能； P0口:只能在总线口输出，以此运用锁存器对外部数据存储器的输出和读/写数据操作,故而通称为P0口数据总线输出口,是一种三态双向数据总线口。此外,外部存储器的低8位分时地图1址也同样可以直接利用这个Po数据总线口进行输出。其外部因其主要是分时数据输出而须加锁存器,因此对于这个分时地址的数据锁存器进行分时地址锁存,采用其中的ale作为输出信号。P1口:8位准双向1/0口专用电源线。i/0口专门用户设计并可供工业用户直接使用。P2口:8位准确的双向输入i/0口数据线。当使用外部输入的文字访问控制系统时，将会有数据地址被送出。在数据控制系统的内部存储器被外部输入信号控制时，将会有高8位地址从该口传递出去。在使用访问8位数据地址的外部文字数据处理控制系统程序信号存储器时,端口高电位数据地址不会发生改变，这也意味着引脚针在外部数据访问时不会发生变化，器高电位的数据地址也不会发生变化。当要对其他一些新的对新的flashrom口进行编程时，该端口可以同时实现多种信号，例如接受高位数据地址等。当控制程序进行数据测验时，该端口也同样可以同时进行接收发送到一些比较高位的数据地址和一些外部数据控制程序信号。P3口:8位准双向i/0口线。当端口写入1时,将使得内部上拉电阻把端口位变成高电位,此时P3口是一个输入口。在对flashrom编程和对一些应用程序检测时,此时P3端口可以收到部分控制信号。此外,P3端口还有其他部分功能,在此就不多阐述了。根据智能垃圾桶的功能设计，将选用STC89C52RC单片机作为总控制电路，它控制着整个电路的运行。如图3.1所示，+5V的电压与它VCC端相连，为该单片机提供动力，由一个电阻和一个电容所组成的复位电路连接着它的RST端口。引脚P18和P19分别连接着x1震荡晶体的两端，并且各自外部与电容c3和c4相连，从而形成了晶振电路。图3.1 单片机电路3.1.2 上电型复位电路的设计由于单片机的特殊性，保证控制系统的正常工作，每次单片机在启动之前都需要进行复位操作,以此来使得单片机的CPU以及控制系统部分都回到程序开始之前,当其完成初始化后再进行工作。最常用的单片机复位操作方式主要有以下2种；手动复位和上电复位。由于考虑到该垃圾桶置于公共区域,如果在垃圾桶外部安装一个手动复位按钮，很容易被来往的人群碰到，所以本设计采用了垃圾桶内部上电复位。如图3.2所示图3.2 上电复位电路如上图所示,该上电复位的电路是通过连接单片机的两个工作端口，以此来实现电路的运行，为了保证电路的安全性，电路接地处连接了一个电阻,这样组成了一个安全可靠的上电复位电路。3.1.3 晶振电路的设计由于控制系统需要保持同步性，所以我们设计了晶振电路，它的主要作用是为系统提供时钟信号，该信号可以通过晶振使得控制系统始终保持在同一状态。通常情况下，一个控制系统只用一个晶振，这样可以有效的保证程序的同步运行。因此，本设计的晶振电路也只用了一个晶振，从而实现控制系统程序的同步运行。如图3.3所示。图3.3 晶振电路如上图所示，通过两个负载电容的并联和一个晶振的串联构成了晶振电路，两端分别连接着单片机的两个端口。每一个晶振电路都有晶振放大器，它是晶振电路不可缺少的一部分，它最主要的作用就是能够保证电路的稳定，从而实现系统的同步。单片机的运行是有晶振控制的，并且其频率直接影响单片机的运行速度。通常情况下，晶振频率越快，单片机的运行速度也会受到影响，加快了运行速度。3.2 检测电路的设计3.2.1 超声波检测电路的设计超声波传感器测距89对环境的要求不高,由于超声波在极端恶劣的天气下正常运行，并且有着较高的精度，不受外部环境的影响。本设计采用hc-sr04超声波传感器，这种传感器有4个接线口。其中1接线口用于连接电源，为其提供动力，并且电源电压为5V。2接线口主要是接受脉冲信号的。3接线口主要是输出脉冲信号的。4接线口与家底线相连，主要是为了保证电路的安全。通过2、3接线口将电源与单片机输出端口相连。这一部分控制电路的原理如下；通过单片机和电源来完成距离的测量。主要是通过单片机的定时端口发出电信号，然后超声波检测装置在接收到该电信号以后，会将单片机发出信号端口的电源清除掉，这时，当测距装置的回应为高电位时，单片机输出信号端口会恢复工作。超声波传感器测距电路的流程图如3.4所示图3.4 超声波测距电路图3.2.2 光电检测电路的设计设计采用光电传感器检测垃圾桶内垃圾是否装满，通过传感器与电路的连接，实现对垃圾桶内垃圾是否已满进行检测，其主要工作原理如下；当检测装置在有效的光波中检测有无物体，如若没有感应物体，则证明垃圾桶未满。如若有光电感应物体，则证明垃圾桶已满，此时光电传感器会将此信息传递给单片机，再通过单片机控制语音提示，告诉人们该垃圾桶已满。该检测电路的集成电路硬件结构图设计如图3.5所示。图3.5 光电检测电路通过电路图我们可以看出，该传感器检测电路是由两个RPR220传感器10通过并联构成一个集成电路。该传感器的1接线口与电源相连，为其工作提供动力。2、3接线口接地，以保证电路的用电安全。4接线口与二极管正输入端相连，二极管的负输入端口脸终于滑动变阻器相连，该滑动变阻器的主要作用是对负输入端的电压进行控制。RPR220是一种能够对离散光进行反射的检测装置。主要因为RPR220采用了特殊塑料外壳和透镜结构，这使得这类光电检测传感器在测量过程中对光会有很高的灵敏度,由于该检测装置应有了对可见光过滤技术，因此在测量过程中离散光对测量精度的影响和干扰在一定程度上降低了很多，从而降低了检测难度并且减少误差。由于RPR220光电反射检测装置只有很小的体积,因此可以将它置于垃圾桶的内壳中。3.3 执行电路的设计3.3.1 步进电机的设计步进脉冲电机11指的是将电脉冲信号随电机转变的方向称为角位移，可以将线性运动转变为角位移。通过步进电机的转动来控制垃圾桶盖的打开与关闭，实现垃圾桶盖的自动化与智能化。其工作原理如下；当该电机正常工作时，它的工作速度和功率是通过脉冲信号控制的。其中脉冲频率控制它的功率，脉冲数量控制它的速度。当其接收到一个脉冲信号时，会根据该脉冲信号的频率和数量进行转动。如果给其输入一个新的脉冲信号，他会迅速根据该信号做出相应的反应，产生一个新的步距角。由于步进电机可以实现瞬间的启动与停止,当改变其运动状态时，无需关闭电源或暂停工作，只需要对其输入的脉冲信号加以修改，就可以改变它的转速和功率。基于这一特性，步进电机在很多领域被使用。仅一个脉冲的信号被适当地用作电机驱动的信号，以使步进脉冲电机正常工作。当电机不能使用脉冲电机驱动信号时，步进脉冲电机将不能正常工作，一直处于静止状态的电机。如果想要步进脉冲电机以一定的脉冲角运行，它必须给每个步进电机驱动信号加上适当脉冲信号，通过改变的脉冲信号频率控制电机的运行。步进电机电路如图3.6所示。图3.6 步进电机电路图通过比较各类电机控制芯片，最终选择使用一个uln2003芯片12来控制步进电机。该芯片结构比较简单，可以很好地与单片机进行连接，从而形成一个控制电路。主要是通过将该芯片一端的四个接线口与单片机的四个接线口连接在一起，从而实现该芯片与单片机之间的数据接收与传送。另一端的四个接线口语步进电机相连，进而实现对步进电机的控制，再通过步进电机的正反转从而实现垃圾桶盖子的自动打开与关闭。3.3.2 语音播报电路的设计wt588d13 这是具有单芯片内核的高质量声音播放器，并且是具有良好音频控制的高速语音播放器芯片，可以显示加载的背景声音和完美地为用户提供音频，而又不让用户遇到一系列问题，例如加载声音不流畅且噪声大。因此本论文的设计主要使用了wt588d对语音芯片电路的结构进行了设计。wt588d这款语音播放器芯片的结构特征:内置有可高速播放音频的处理器;具有良好的音质;可以支持播放多种多样的音频格式;具有很强的抗干扰能力强,可广泛运用于电子工业;每个语音芯片电路可以支持内置多个外挂播放器和多个音频存储器14。wt588d的语音输出端口P0t与单片机的语音控制器电路的gnd端k0相连,P01与语音控制器电路的gnd端k1相连,P02与单片机的语音控制器电路的gnd端相连,P03与单片机的语音控制器电路的接口相连,形成了可以直接触发的方式,正常单片机工作的情况下,存储器25Pxx的端口可以直接用来触发和保存。用于存储器的单片机vcc端与语音芯片的稳压器vdd端相接,能够对两者间的输出电压误差起到相互制衡的作用。将语音控制器电路的另一端可以接地,存储器25Pxx的单片机gnd端、稳压器am31117的单片机gnd端、dac输出端都可以接地,如下图3.7所示。图3.7 语音播报电路3.4 电源电路的设计由于考虑到系统控制电路的复杂性，在电源电路中设计了一个稳压电路。它主要视为了保证电路电压的稳定，防止因为电压不稳从而烧坏原件，保证了工作电路的安全性与可靠性。电路的结构如图3.8所示。图3.8 电源电路由于该系统应用于户外，因此为了稳定电压，选择了稳压芯片l7805cv15来稳定电路电压。通过连接各接口线，初步构成了电源电路的主体部分。单片机正常工作的电流大约为接近10mA,步进稳压发电机正常工作的电流大约为200mA,休眠状态下的工作电流大约为50到0mA,单片机电源的电压和单片机人体工程学感应控制电路的电压以及步进电机的工作电压均设定为5v。为了实现节能环保,设计使用了太阳能稳压蓄电池16,这种电池是是由太阳提供能量，通过con217转变为电量，最终为该蓄电池提供了温度与电量,在线性稳压太阳能集成电池和线性稳压蓄电池之间有一个相连接的二极管。它主要的作用就是通过规定了放电的时间和方向,节约了能量。其中线性稳压太阳能集成电路的vovin端和电路的vout端分别互相连接的二极管就是滤波电容c1、c2,两者的电容量相同,都是起到了滤波的效果。具体的集成电路连接的方式如图3.9所示。图3.9 电源电路第4章 系统软件的设计4.1 控制系统的运行顺序通电后,系统的各个电路会在程序运行之前进行自检与优化，保证电路的正常运行，防止电路出现安全问题。由于此次设计的垃圾桶控制系统时在公共区域进行工作，考虑到外部环境的复杂性，为了更好地使得现有的超声波语音测量电路和计时器能够正常可靠地进行测距,由于超声波会接触外界很多事物，从而会传回很多复杂的波形,为了防止这种状况，因此设定在200ms之后电机才能运行。计时器的电机开始进行语音计时。与此同时，其他各个电路也开始运行。当超声波检测到有人靠近垃圾桶，并且距离小于设定值时，检测装置将该信号发送到单片机，再有单片机发出指令，通过步进电机的正转，实现垃圾桶盖的自动打开，并且控制语音系统进行语音播报18。等待5s 之后，电机开始反转从而将垃圾桶盖关闭。4.2 超声波测距的程序设计本次设计的超声波检测装置不仅实现了对物体的检测，还实现了物体与垃圾桶之间距离的检测。通过程序的编写，控制器发出指令的时间与范围，从而实现精确控制，防止因路人的行走而造成偏差。当传感器接收到信息之后，会向单片机发出一个超声波信号，当单片机接受待信号之后，其内部的定时装置会迅速清零，由于定时器的清零，单片机会立即开始工作。通过一系列的电路元器件的配合，实现超声波测距装置的精确工作，实现了垃圾桶部分功能的智能化。其具体流程图如图4.1所示。图4.1 超声波测距流程图超声波测距程序编写如下void send_wave() send = 1; /传感器输出信号 delay(200); /程序延迟200mssend = 0; /单片机接受信号TH0 = 0; /定时器清零TR0 = 0; /信号比较flag_hvalue = 0;while(recive); /程序等待运行TR0=1;while(recive) /程序开始运行flag_time0 = TH0 * 256 + TL0;if(flag_hc_value > 1) | (flag_time0 > 65000) else flag_csb_juli = 1;if(flag_csb_juli = 1)TR0=0; /定时器关闭distance = TH0; /定时器开始计数distance = distance * 256 + TL0;distance +=( flag_hvalue * 65536);/distance *= 0.017; / if(distance > 350) /距离 = 速度 * 时间distance = 888; /如果大于4m就超出超声波的量程 4.3 控制电机正反转的程序设计本次设计的垃圾桶盖子是可以自动控制的，由于其自动化是通过点击控制的，因此需要对电机的转动进行控制。在电机开始工作之后，首先需要观察电机是正转还是反转，设定电机正转为打开垃圾桶盖，电机反转为关闭垃圾桶盖。通过给电机通电，电机开始进行正转，反转一定的步距角后，延时5s后电机开始反转，从而关闭垃圾桶盖。电机运行流程如下图4.2所示。图4.2 电机驱动子程序流程图电机运行程序的编写如下while(q-);void bujindj() /步进电机脉冲信号if(flag_zf !=1)if(flag_z_f =0) /电机启动bjdj_value +;if(bjdj_value >= 120)flag_z_f = 1;P2 = P2 & 0xf0;if(flag_z_f =0)