智能家居分类垃圾桶软件设计.doc

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1、毕业设计（论文）智能家居分类垃圾桶软件实现学 院：专 业：姓 名：指导老师：信息学院电气工程及其自动化 马剑文学 号：职 称：160109100883黄鸿 教授 中国珠海二二年五月北京理工大学珠海学院毕业设计诚信承诺书本人郑重承诺：我所呈交的毕业设计智能家居分类垃圾桶硬件实现是在黄鸿教授的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计（论文）使用的数据真实可靠。承诺人签名： 日期： 年 月 日摘 要本次设计基于STM32F103芯片，使用Keil4和ARM仿真器开发一款能自动分类和液晶显示的智能垃圾桶系统。该系统包含一下模块：检测模块、循环扫描模块

2、、OLED显示模块、多路PWM控制输出模块、舵机控制模块。本次设计使用以上模块，实现扫描垃圾颜色功能、OLED提醒功能、控制分流板分类垃圾功能。系统的设计使用到了两个芯片，作为主芯片STM32如果检测到辅芯片C51的信号，就针对该信号进行垃圾分类处理并且在液晶显示相关分类信息。在没有垃圾投递信号情况下，主芯片仅提供实时时钟和温湿度的液晶显示功能。系统的软件设计使用到了程序的循环扫描法，对辅芯片的信号输出端进行不定时的扫描，以达到主芯片在接收垃圾投递信号后能及时作出对OLED液晶和舵机的信号输出处理的功能。在主芯片循环扫描信号输入之余，程序还运用定时输出来控制舵机的精准转动，以确保垃圾分类的准确

3、性。系统运行时响应速度快，能及时反馈给使用者相关信息，方便人们使用。关键词：Keil4、ARM仿真器、系统模块、循环扫描法、定时输出控制、AbstractThis design is based on STM32F103 chip, using Keil4 and ARM emulator to develop a smart trash can system that can automatically classify and display liquid crystal. The system includes the following modules: detection modul

4、e, cyclic scanning module, OLED display module, multi-channel PWM control output module, steering control module. The above modules are used in this design to realize the function of garbage color scanning, OLED reminding and garbage sorting on the control splitter. In the design of the system, two

5、chips are used as the main chip STM32. If the signal of the auxiliary chip C51 is detected, garbage classification is carried out for the signal and relevant classification information is displayed in the liquid crystal. In the absence of a garbage delivery signal, the main chip provides only a real

6、-time clock and LCD display of temperature and humidity.The software design of the system USES the cyclic scanning method of the program to scan the signal output of the auxiliary chip at irregular intervals, so that the main chip can timely process the signal output of OLED liquid crystal and steer

7、ing gear after receiving the garbage delivery signal. In addition to the main chip cyclic scanning signal input, the program also USES timing output to control the precise rotation of the steering gear, in order to achieve the accuracy of garbage classification. When the system is running, the respo

8、nse speed is fast, and the relevant information can be fed back to the user in time, which is convenient for people to use.Key words: Keil4, ARM simulator, system module, cyclic scanning method, timing output control,目录前言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6第一章

9、概述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71.1 任务提出 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.2 智能垃圾桶国内外发展 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71.3系统开发的可行性分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .81.4 本次设计所做的工作 . .

10、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8第二章开发工具介绍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .102.1 Keil Vision4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .102.2 烧录工具-ARM仿真器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10第三章系统软件总设计. . . . . . . . . .

11、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .113.1 系统运行设计图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113.2 系统软件设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12第四章系统详细设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134.1 检测垃圾分类信号模块. . . . . . . . . . . .

12、. . . . . . . . . . . . . . . . .134.2 垃圾分类模块. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134.3 温湿度和实时时钟模块. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .154.4 液晶显示模块. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16第五章系统实现. . . . . . . . . . . . . .

13、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .175.1 编码. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175.2 调试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235.3 测试 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255.4 运行. . . . . . . . . . . . . . . . .

14、 . . . . . . . . . . . . . . . . 26第六章系统总结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .276.1 系统特点. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .276.2 系统不足及解决措施. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .276.3 系统展望. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15、. . . . . . . .28参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29致辞. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29附录. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30前言在我国人们的生活水平不断提高的发展前景下，人们使用着各种各样更加智能、便民的产品，其中生活中能使用的如

16、智能机器人、扫地机器人、拍摄无人机等，高端的智能设备如智能手表、智能识别摄像头、平板电脑和手机。智能设备的效率性不仅能是我们生活更加便利，而且可以使我们利用极少的资源去做更多的事。智能设备在设计上，不仅能实现各种功能，而且在人力物力上的节约，使得智能设备的发展不仅仅时人们生活使用的产品上，如街道监控系统，工业智能控制设备，无人驾驶系统，甚至军队使用的各种智能设备。智能设备的普及，使得人们能在各个方向得快速发展。智能设备的广泛使用使我们生活更加便利，如我们本次设计的只能分类垃圾桶。原本分类垃圾在上个世纪没被人重视，而垃圾的堆积和处理的问题越发突出，以至于人们重视起来。早在两千年前后，日本就推行垃

17、圾分类制度，因为他们国家的处理垃圾能力有限，且垃圾对生态的影响也越来越严重。在日本实行该政策后，他们的年清运量由五千多万吨降到了四千万吨左右，从人均排放量1kg降到了0.9kg。日本政府推广的政策效果显而易见而且得到的发达国家的认可并推广，垃圾分类在以前被忽视的状况中提到了被人们相当重视的程度。在2019年前后，国家住建部联合发改委、生态环境部等九个部门拟定并发布了关于在全国地级及以上城市全面开展生活垃圾分类工作的通知，决定从2019年开始在全国地级及以上城市全面普及生活垃圾分类工作。我国是人口大国，相应产生的垃圾量也较其他国家更多，截至2018年底，我国人口数量已经达到13.95亿人，随着民

18、众消费水平的不断增长、生活垃圾的生产量持续走高，根据生态环境部统计，全国每天产生的垃圾超过百万吨。随着城镇化建设进程加快，城市生活垃圾呈现持续增长化、分散化的趋势。相比2018年公布的数据，2019年国家的生态环境部发布的数据显示，逐年垃圾生产量在每年以大概5%到7%的速度增长，全国人们生活垃圾每天生产以超过百万吨。在这严峻的垃圾处理问题上，社会已经开始重视起来，而分类垃圾是其中的重要的一步。智能垃圾桶因为其属于垃圾分类产品的衍生物而被人们开发利用起来。市面上使用的智能垃圾桶发展到现在，已经有了相对完善的功能，如语音提示、红外感应、自动休眠、液晶提示甚至可以做到无接触操作的功能。比较高端一点的

19、智能垃圾桶会有连有通信功能，如RS232通信，TCP通信，能及时收到智能垃圾桶的实时数据，方便工作人员进行清理垃圾。现在市场上的智能垃圾桶品牌主要有：麦桶桶、卡贝、EKO欧本、网易严选和拓牛，这些公司生产的智能垃圾桶在多个地方投入使用，在垃圾分类问题的处理上取得了较好的成绩。智能垃圾桶产品的投入使用使人们生活变得更加便捷，不用担心被垃圾细菌污染环境甚至交叉感染病毒，也可以在无接触情况下把各个垃圾分好类，智能垃圾桶智慧在人们的不停开发后变得越智能，还有可以语音识别的操作，但因为成本高而被一些公司所淘汰。智能垃圾桶的主体是一块以智能芯片为主的电路板，其主要是由硬件和软件组成。现在的智能垃圾桶一般可

20、以运行SOC系统，即片上系统，如我们的智能手表、智能手环。但是这些系统的开发在成本上会相对较高。我们毕业设计小组在小调查和自己的观察决定，开发一个成本相对较低，能被大众接受的智能垃圾桶，且具备颜色识别和液晶界面指导人们投递、分类垃圾的功能。第一章概述1.1任务提出出于减少人们直接接触垃圾桶，或者能使垃圾桶与人相隔一定距离，开发红外感应功能，我们设计垃圾桶考虑到在人走过来扔垃圾时，由智能垃圾桶红外感应模块发出信号，芯片接收信号，经过计算发出控制垃圾桶盖推杆的信号，打开垃圾桶盖，指导垃圾分类。为强加人们的分类意识，智能垃圾桶增设语音提示功能，指引人们合适的分类把垃圾分到相应的垃圾桶。整个功能在嵌入

21、式系统接收到相应的语音提示信号后，从外部存储模块读取相应地址的存储内容，然后又芯片把读取到的内容发送给扩音器，来提示人们如何分类垃圾，即用芯片驱动外部存储芯片和扩音器模块完成满足用户需求的功能。智能垃圾桶被填满时，会提醒人们放到备用垃圾桶里，让整个产品更加人性化。垃圾桶被填满时，由压力传感器把信号传到芯片，再由芯片触发信号提醒扔垃圾的人完成操作，避免人们在垃圾桶填满时把垃圾随处丢放，污染周围环境。为指引不知道如何分类垃圾的人，开发人机操控界面，让人们知道怎么分类垃圾。该功能由感应手势传感器和显示界面共同完成。在人们扔垃圾时，不知道怎么分类，用手势启动操作屏幕界面，避免了接触，然后根据页面提示一

22、步一步按照提示看到需要投递的垃圾归属的分类，并且打开相应的垃圾桶方便让人们投扔垃圾。1.2智能垃圾桶国内外发展随着人们生活水平的提高，人们生活产生的生活垃圾也空前的增加。城市垃圾处理是二十世纪九十年代以来众多发达国家重要研究的课题之一，这也大大地推动了绿色产业的发展。对于垃圾处理的问题，大多数发达国家实行垃圾源头的削减战略，实现材料的可循环利用管理。但在处理二手垃圾问题上还是显得吃力，因为人们没有分类垃圾的意识，而先前实行的绿色发展战略也停滞了一段时间。直到后来，绿色产品的衍生物，智能分类垃圾桶投入使用，使材料的回收变得更加容易实现。日本国土面积小，资源相对匮乏，为达到相对平衡的资源再用状况，

23、日本在上个世纪末就推行垃圾分类的政策。在日本推行垃圾分类鼓励政策后，人们纷纷开发使用的、方便人们使用的垃圾桶。限制于当时的技术，分类垃圾桶能实现的功能非常少，而且当时生产的产品很少达到卫生的水平，甚至使其周边产生恶臭等环境问题。再后来的十年，发达国家把垃圾分类的问题提上日程，使得垃圾分类行业的产品的发展得到人们重视。现在的智能分类垃圾桶基本配备了无接触感应器、液晶提示以及语音提示的功能，相对于以前的传统的垃圾桶而言，先进的智能垃圾桶不仅能实实在在的实现其分类的功能，也很好的改善了其周边的环境。智能垃圾桶在发达国家被大力推行，而且也取得了很好的效果。国内的垃圾分类问题在近些年来才得到人们的重视。

24、中国的发展迅速，在人们富裕起来后，生活的周边环境也逐渐被人们重视起来，而垃圾处理问题这其中这一环也同样得到人们的重视。垃圾分类处理的政策首先在大城市实行，同时智能分类垃圾桶出现在人们的生活中。目前国内比较先进的垃圾桶主要分为：按钮电动式、红外传感翻盖式、红外传感侧拉式。对于智能垃圾桶的想象都是基于现实可以实现的基础进行的。在更先进的将来，垃圾桶可能已经被集成在了另一个更高级的智能工具当中，也许是一体全能型的智能管家，也许是其他超出想象的东西。1.3系统开发的可行性分析在时代快速发展的今天，无论是在荒无人烟的荒野还是繁荣的城市，都产生不少的废料，生活产生的垃圾就是其中一种。垃圾桶也成为生活工作中

25、必不可少的公共卫生设施。在以前还是普通垃圾桶时，设计缺乏人性化，没有从用户应用出发考虑，导致垃圾桶周边一堆垃圾，臭气熏天，使得周围环境严重污染，还可能滋养细菌病毒，而且在回收垃圾时很麻烦。这中污染的环境不仅污染周边居民的生活环境，还可能带来各种公共卫生的问题。因此，在这种环境下开发智能垃圾桶很有必要，而且也是公共卫生行业发展的必要条件之一。智能垃圾桶的存在能缓解很多周边的公共卫生问题，能适当的提升居民周边生活环境，且减少乱扔垃圾带来的问题。而且，不同的垃圾处理情况不同，如餐厨垃圾，能产生回收能源，塑料垃圾能回收再用，废弃的电子垃圾能统一回收以降低环境污染等等问题，所以智能分类垃圾桶开发很有必要

26、。一般的嵌入式系统是由软件和硬件组成，成品是一个能独立运算的器件。嵌入式系统主要以应用为中心，以用户的特定的要求为开发系统未目标，能在用户接上电源就可以使用其功能，不用使用者进行再次开发或根据要求减轻用户开发。嵌入式系统在对应用的功能开发时有很强的针对性和专用性，且要求整个系统在可靠实用的情况下运行。整个系统强调软件硬件的结合，在硬件支持前提下，使整个系统更加实用和增加其可拓展性。在开发软件项目时应着重程序的灵活性、功耗性和可维护性，能在用户不用的需求下，灵活的修改项目中的部分功能逻辑模块。它是在基于芯片编程的基础上，结合芯片所连接的外部硬件电路，实现各种实用、经济、能可持续运行的系统。在可持

27、续、稳定且低成本的系统中，运用在生态环保甚至苛刻的条件下能很好的取代人工，且能从根本上省下人力物力等资源。1.4本次设计所做的工作本次设计工作是：1、开发系统，使系统实现传感器读取，垃圾颜色分类信号读取，OLED液晶显示的功能。2、使用ARM仿真器监测程序部分变量变化。在调试时，监测变量在C51分类信号输入后，垃圾桶系统是否作出对应的控制输出。监视变量在整个过程中的变化是否符合系统开发的稳定性的特点。3、与负责硬件同学沟通，在结合硬件和外部结构上，对液晶显示程序和舵机分类功能程序进行微调，以符合使用者的使用习惯和在社会生活中实际使用的客观情况。第二章开发工具介绍2.1开发工具总介开发过程中使用

28、到的工具有keil4软件、杜邦线、万用表、ARM仿真器和编程的C语言。杜邦线和万用表主要是用在调试软件，如果调试出问题首先使用杜邦线连到STM32芯片端口，在串口输出打印数据观察其是否正确，或者用万用表测量元器件是否工作正常。2.2主要开发工具介绍2.2.1Keil Vision4Keil软件原本的软件开发公司是世界领先的MCU软件开发公司，及微控制器软件开发公司，它是由两家私人公司合资运营。改开发软件在八十年代时就能支持几百种的C51芯片的延申芯片，基本上芯片全覆盖，因为当时的主流芯片是8051芯片。Keil软件使用的C51编译器，成为51单片机开发的行业标准。Keil公司在二十一世纪初被A

29、RM公司收购，接着keil公司和ARM公司开发了32位微控制器开发软件，用来开发调试ARM7、ARM9和cortex-M内核的处理器。在软件版本升级Keil3时，可以支持各种嵌入式处理器的开发，其软件内集成了RealView MDK开发环境，其中还包括了RealView编译器，它可以下载代码、启动代码和烧写flash功能等等强大的功能，该版本的软件已经可以支持ARM7、ARM9和cortex-M3的处理器，即支持本次设计使用到的的STM32F103的内核cortex-M3的开发。Keil4软件版本的出现，很好的优化了keil3的操作界面，以及在该版本开发软件灵活的窗口管理系统能极方便开发人员的

30、使用。它不仅提供多台可监视器，且能支持更多更新的ARM芯片的开发。因此变成我们这次的设计主要使用的软件开发工具，如下图2.1所示。图2. 1 Keil4软件图标2.2.2烧录工具-ARM仿真器开发人员在编程后生成HEX文件，一般会使用串口下载到芯片里，且串口仅能支持下载功能，不支持串口调试，监视数据以及调试的功能。所以我们设计需要用到ARM仿真器,实物如图2.2所示。ARM仿真器的强大功能，可以支持软件代替主板上的CPU进行实时仿真，可以模仿CPU的运行，且因为仿真器的极高的速度，能反馈的可视性的运行状态和数据能实时的更新，方便开发人员的监视和后期的维护。图2.2 ARM仿真器2.2.3C语言

31、C语言诞生于美国的贝尔实验室，由D.M.Ritchie以B语言为基础发展而来，在它的主体设计完成后，Thompson和Ritchie用它完全重写了UNIX，且随着UNIX的发展，c语言也得到了不断的完善。为了利于C语言的全面推广，许多专家学者和硬件厂商联合组成了C语言标准委员会，并在之后的1989年，诞生了第一个完备的C标准，简称“C89”，也就是“ANSI c”，截至2020年，最新的C语言标准为2017年发布的 “C17”。C语言主要特点有：简洁、具有结构化的控制语句、丰富的数据类型、丰富的运算符、可对物理地址进行直接操作，而且它可生成高质量、执行效率高的代码程序。基于这些开发上的优势和特

32、点，这次的设计使用到的编程语言为C语言。C语言的基本变成语句主要有if、else if、while、for循环和dowhile等语句。而且C语言内部包括了标准的数学函数，如平方根、字符串连接函数等等，它们能直接使用到程序代码里，不需要外加的声明或定义。C语言不仅在语句上设计成方便我们使用，在编译器设计上生成的hex文件也可以非常方便我们移植。其主要的编译器有Visual C+、Clang、GCC、Turbo C，编译的效率和程序运行的效率相比其它编程语言编译器要高。第三章系统软件总设计3.1系统运行设计图（1）开机后先进行整个系统的初始化。（2）液晶显示温湿度数据，以及实时时钟走时。（3）不停

33、扫描垃圾颜色分类信号的输入，及时作出垃圾分类动作。（4）当进行垃圾分类时，取消温湿度数据显示，保留实时时钟走时。（5）垃圾分类动作完成后，复位分类垃圾操作板，液晶显示重新显示温湿度数据以及实时时钟走时。系统的运行设计图如图3.1所示。图3.1 系统的运行设计图3.2系统软件设计本次设计使用温湿度传感器、OLED显示液晶和舵机这几部分硬件模块。与其它单片机通信上，STM32芯片使用其中几个端口用来接收C51的垃圾分类信号。在接收到从51单片机发送的红、绿、蓝信号后，经过处理产生相应的OLED液晶显示界面的切换。同时控制舵机带动垃圾分类板旋转到对应的角度，使垃圾掉落到其对应的垃圾桶，完成垃圾的分类

34、投递。芯片通过舵机控制的垃圾分类板在动作5秒后，马上恢复到原来位置，防止垃圾未完成分类就直接落入垃圾桶。在分类动作的同时，OLED液晶也会提醒使用者停止再次投递垃圾以及实时时钟走时显示。软件流程图如图3.2所示。图3.2程序流程图第四章系统详细设计4.1检测垃圾分类信号模块检测垃圾分类信号由TCS颜色检测模块发出。该模块使用得数据输出有效位为低电平，因此我们需要在接收信号得主芯片STM32程序中设置低电平为信号有效位。与负责检测垃圾分类信号同学沟通所得，该信号在垃圾还没分类前，即垃圾停留在检测模块时，会在与主芯片通信端口一直产生对应的低电平颜色信号。在利用主芯片接收垃圾分类信号前，需要对检测颜

35、色信号端口进行配置。因为该信号为输入检测信号，而且考虑到C51信号输出端口内置上拉电阻和低电平为有效位，所以在程序中把三个颜色检测端口设置为上拉电阻输入。设置完端口工作模式才可读取端口信号，所以该配置需要在循环扫描检测信号前完成。在读取分类信号时，主芯片需要同时扫描三个信号端，分别为红色、绿色和蓝色。产生相应的低电平颜色信号后，会进入一个五秒的延时，该五秒延时不再检测低电平颜色信号，以及在程序中将提醒人们不要再投递垃圾标志位置一。分类信号检测流程图如图4.1所示。图4.1分类信号检测流程图4.2垃圾分类模块本次设计使用到的垃圾分类模块由舵机和分类使用的纸板完成。在硬件的设计和外观的设计上，使用

36、了两个分类板，即需要两个舵机去控制其转动。设计使用到是型号为SG90，最大角度180的舵机。根据舵机的参考手册可得，每次转动时需要持续接收周期脉冲，而每次的脉冲周期为20ms。垃圾桶分类功能设计为三个不同的掉落方向，需要两个舵机同时带动其相接的分类纸板，转动至固定的角度，达到分类垃圾的功能。芯片控制垃圾分类模式时使用到TIM3定时器PWM脉宽调制输出。因此在使舵机带动纸板转动前，需要对TIM以及PWM配置。定时器产生一个20毫秒的脉冲，需要对起溢出值（arr）和分频系数（psc）进行配置。根据公式：（溢出时间/s）Tcount =（arr + 1）（psc + 1）/TCLK可得，在TCLK为

37、APB1高速时钟72MHz和Tcount为20ms的前提下，只要arr和psc相乘得到固定值即可。芯片控制舵机旋转角度时利用PWM 脉宽调制器，需要结合SG90舵机参考资料的提示：0需要0.5ms脉宽，180需要2.5ms脉宽。根据资料所得在20ms脉冲周期中，旋转的角度与定时器计数次数count的关系：count = arr(+45)/1800然后把需要旋转的角度带入公式计算出来的次数赋给TIM3计数值就完成对应脉冲宽度的调节。STM32接收到垃圾分类信号时控制舵机带动纸板进行分类。为舵机为转到相应角度并且固定角度，芯片需要不停的输出脉冲。旋转到估计角度后延迟五秒，使需要分类的垃圾有足够的时

38、间落入分类垃圾桶。垃圾分类模块软件流程图如图4.2所示。图4.2垃圾分类模块软件流程图4.3温湿度和实时时钟模块本次设计使用到了DHT11温湿度传感器和STM32自带的RTC实时时钟功能。温度湿度显示在启动界面，而RTC实时时钟则在所有界面中都有刷新，为使用者显示当前时间。温湿度的显示是为了方便人们直接的观察到周边环境的温度和湿度。DHT11通信原理是利用单个IO端口，同时进行收发数据。根据该传感器手册显示，该传感器只要每次读取数据时以DHT11传感器提供的方式复位，然后等待几微妙后拉低的通信数据线，就可以读取其内部寄存器的数据，即检测的温度值。RTC实时时钟的读取比传感器数据读取稍微简单。R

39、TC实时时钟的读取方法由STM32提供的固件库函数可直接获得。使用固件库提供的方法直接读取返回的数据是从1970年开始的以秒为单位的数字。本次设计使用的实时时钟走时限于液晶大小，只显示时分秒。对应的时（rhour）、分（rmin）、秒（rsec）和读取的秒总数（temp）关系：rhour=temp/3600 rmin=(temp%3600)/60 rsec=(temp%3600)%60读取温湿度、RTC时钟程序流程图如图4.3所示。图4.3读取温湿度、RTC时钟程序流程图4.4液晶显示模块设计选用的液晶为使用I2C通信的OLED0561型号液晶。I2C通信方式是以地址确认为前提，主从设备相互发

40、送数据。本次垃圾桶使用硬件中使用到I2C通信的只有此液晶屏，所以选择芯片其中的一组通信端口配置即可。I2C通信前需要对其GPIO端口进行基本参数配置，端口开启复用功能时钟，端口的工作模式使用开漏输出以增强I2C通信，同时还需要对I2C通信寄存器进行地址位数、通信速度、应答方式、主机地址的配置，完成后使用固件库函数启动I2C端口的通信。端口设置完成，需要对OLED液晶发送启动数据以驱动液晶屏幕。根据OLED液晶参考资料所得，启动液晶电源需要依次发送0x8d、0x10数据，然后液晶完成底层驱动显示。因为液晶显示驱动需要在液晶显示数据前完成，所以程序中把液晶的通信启动模块、显示启动模块放在了主循环的

41、开头。芯片在没有检测到垃圾分类信号输入时，通过循环读取DHT11温湿度数据、RTC时钟，及时刷新温湿度和实时时钟显示。在检测分类垃圾信号输入时，经过芯片STM32处理，显示提醒使用者停止投递垃圾的信息。OLED液晶显示提醒信息的同时，显示RTC实时时钟的走时。与此同时，利用延时函数，延迟五秒钟，使投递的垃圾完成分类后，切换回初始界面，再次读取DHT11温湿度传感器数据和RTC实时时钟，以及刷新数据的显示。读取的温湿度数据和RTC时钟为十进制数据，在转换为液晶上显示的数据还需要作相应的算法处理。利用取模软件将ASCII码表上的符号按照其顺序，选择纵向取模下高位的方式，对其进行取模，并且保存取模生

42、成的数组数据。最后在发送液晶数据时将需要显示的符号按照其顺序依次发送，就完成在液晶显示的功能。液晶显示软件流程图如图4.4所示。图4.4液晶显示软件流程图第五章系统的实现5.1 编码5.1.1 建立工程文件在工具栏里选中“project”，然后点击“new uVision project”，如图5.1所示，图5.1 建立Project例图接着选择工程保存目录。建立并保存工程后，选择处理器类型时，在STMicro系列下选中STM32F103C8芯片，最后点击确认。如图5.2所示。图5.2选择芯片例图5.1.2 程序实现（1）程序代码开头，先定义程序会用到的变量、数组等数据格式。如图5.1所示。图

43、5.1变量定义图。其中MUNE为切换液晶显示的菜单值，num、cou、num1为计数值，不过num1的计数值需要十六位的数据才能完成计数，所以该变量为十六位变量。mark为产生颜色分类信号的标志位，b2则用来存温湿度传感器返回值。（2）再启动芯片端口或者芯片的外设功能，需要启动芯片的时钟总线。如图5.2所示。图5.2RCC系统时钟配置图对系统时钟配置，需要对其进行外部时钟源选择、根据所需进行分配或倍频，以及对APB1和APB2时钟线进行初始化配置等。本次设计使用的外部时钟源为8MHz的晶振，对应芯片最高频率72MHz相差九倍，所以我们选择倍频产生时钟源。时钟总线确定下，APB1和APB2高、低

44、速时钟线分别配置为72Mhz和36Mhz。填入相关系统时钟参数后，再设置FLASH存储器演示始终周期数。该参数的配置在数据手册参考所得，4872MHz，写入FLASH_Latency_2。最后使能时钟总线和等待其输出稳定，则完成系统时钟配置。（3）时钟配置完成后，可以对芯片GPIO口和使用的外设进行初始化配置。本次使用到的GPIO端口有PA0、1、2、6、7、15，PB6、7。其中PA0、1、2端口与C51芯片连接，进行采集垃圾投入及分类信号，所以对其设置为上拉电阻输入，检测到低电平为有效信号。如图5.3所示，图5.3检测信号端口配置PA6、7是芯片利用定时器对舵机进行控制的端口。这两个端口选

45、择为推挽输出模式。因为其通过定时器控制PWM脉宽调制，所以也需要对TIM3定时器转载值、预分配系数和计数方式进行初始化。程序中使用的TIM3装载值为60000，预分配系数为24，计数方式为向上计数。根据固件库提供的枚举数据，如下图5.4所示进行配置。图5.4 TIM3参数配置图PA6、PA7对应的是TIM3输出PWM1和2通道，要达到PWM输出控制，还需要对该通道进行配置。对选择极性，即有效电平设置为高电平，PWM模式选择为计数值CNT小于CCR时有效。根据固件库提供的结构体变量进行如图5.5所示进行配置。图5.5PWM脉宽调制参数配置（4）看门狗配置。看门狗有独立时钟，由内部低速时钟独立提供

46、，可与其它时钟信号相隔，独自完成计数。其分频系数为64，重装载值为625，得到最后需要每一秒重装一次计数值。根据固件库提供的函数进行如图5.6所示配置。图5.6看门狗配置参数（5）进入主循环while（1）函数。每次循环开头需要使用喂狗函数IWDG_ReloadCounter()，防止芯片重启。（6）进入主循环，在没有检测信号时，显示周边温湿度以及RTC实时时钟。显示液晶通过I2C进行通信，所以我们使用固件库函数直接发送显示的数据。根据I2C通信规则，我们设计了一个函数方便通信。如图5.7所示。图5.7液晶显示函数使用液晶显示函数，显示对应的温湿度、时间中文提示。相应的汉字取模数组在附录仲。如图5.8所示。图5.8温湿度中文显示根据DHT11温湿度传感器手册，读取数据需要拉低数据脚20ms，再拉高30微妙，就可读取寄存器数据。因为该传感器使用单数据管脚通信，所以需要不停的切换管脚的模式，然后通过芯片读取管脚高低电平完成数据读取。如图5.9所示。图5.9温湿度传感器读取程序读取RTC实时时钟时，因为芯片系统提供该功能，我们只需要利用固件库函数RTC_GetCounter()就可以获得1970年到现在的秒数，然后再将其转化为相应的年月日。不过本次设计仅支持显示时分秒，所以在编程时读取到秒数后，按如图5.10所示程序得到其对应的时分秒。图5