基于单片机的智能垃圾桶控制系统设计与实现 -林洁芸(1).docx

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1、摘要如今中国的城市面临着巨大的垃圾污染问题，垃圾的不恰当处理会引起环境污染，水质污染以及生物污染，这些污染会使人们的健康生活遭受挑战。公共垃圾污染一部分是由于人们的环保意识不够，将垃圾乱丢乱扔，还有一部分是由于垃圾桶数量不够，或者是清理人员不及时清理，导致垃圾桶满出，致使四周的环境遭受影响。针对上述问题，本项目设计出了智能垃圾桶，其主要组成部分有：单片机，传感器，蜂鸣器等零部件，采用了红外线测控，超声波测控，智能化等新型科技。其主要作用为：一，当有人进入设定范围内扔垃圾，就自动打开垃圾桶的盖子，人离开后延时自动关闭，二，当垃圾的距离垃圾桶的口到达设定距离，垃圾桶就会发出装满的警报提醒人们。本项

2、目的优势在于成本低，工作稳定，制造简单，操作便捷，并顺应了智能化时代的潮流，为解决当前城市垃圾处理问题，提供了解决方法。本次智能垃圾桶的设计，也必将引起人们对垃圾桶的关注，进一步的提高当代人们的环保意识和思想。同时本次项目作为毕业设计，本人从查阅资料开始设计到最终完成，花费了大量精力，进行了思考。对于本人的综合能力提升，有着显著的帮助。本人在这次的设计项目中收获众多。关键词： 智能垃圾桶 测距控制 红外感应控制 步进电机控制AbstractTodays cities in China are facing huge garbage pollution problems. Improper di

3、sposal of garbage will cause environmental pollution, water pollution and biological pollution. These pollutions will challenge peoples healthy lives. Part of the pollution caused by public garbage is due to peoples insufficient environmental awareness, and the garbage is thrown around. Another part

4、 is because the number of garbage cans is not enough, or the cleaning staff does not clean up in time, which causes the garbage cans to fill up and the surrounding environment.In response to the above problems, this project designed an intelligent trash can, whose main components are: single chip mi

5、crocomputer, sensor, buzzer and other parts, using new technologies such as infrared measurement and control, ultrasonic measurement and control, and intelligence. Its main functions are: first, when someone enters the set range and throws garbage, the lid of the trash can is automatically opened, a

6、nd the person closes automatically after the delay, and second, when the distance of the garbage reaches the set distance, the trash can A full alert will be issued to remind people. The advantages of this project are low cost, stable work, simple manufacturing, and convenient operation. It also con

7、forms to the trend of the intelligent era and provides a solution for solving the current urban garbage disposal problems. The design of this intelligent trash can will certainly arouse peoples attention to the trash can, and further improve the environmental awareness and ideas of contemporary peop

8、le. At the same time, this project as a graduation project, I spent a lot of energy and thought from consulting the materials to designing to the final completion. It has significant help for improving my comprehensive ability. I have gained a lot in this design project.Key words: intelligent trash

9、can ranging control infrared induction control stepping motor control 目 录第1章 绪论11.1研究背景11.2研究意义与目的11.3研究前景和发展趋势21.4研究现状21.4.1技术现状21.4.2市场现状31.5研究目标和内容31.6研究方法41.7本章小结4第2章 系统整体设计方案52.1 设计要求52.2 设计需求52.3 设计思路52.4 系统搭建方案62.4.1方案论证确定62.4.2方案具体构思72.5 关键硬件选型72.5.1主控芯片模块选择论证72.5.2按键模块选择论证72.5.3显示屏模块选择论证82.

10、5.4驱动电机模块选择论证82.5.5人体检测模块选择论证82.5.6容量检测模块选择论证92.5.7语音模块选择论证92.6 本章小结9第3章 系统硬件电路设计103.1 单片机最小系统电路设计103.2 时钟电路设计103.3 复位电路设计113.4 电源电路设计113.5 显示电路设计123.6 红外测距检测电路设计123.7超声波测距检测电路设计123.8 报警电路设计133.9 按键电路设计133.10 步进电机电路设计143.11 本章小结14第4章 系统软件设计154.1 软件设计思路154.2 主程序设计154.3 子程序设计174.3.1 LCD1602程序设计174.3.2

11、红外信号测距程序设计184.3.3超声波信号测距程序设计194.3.4电机控制程序设计204.4 本章小结22第5章 系统仿真和实物测试235.1系统仿真调试与结果分析235.2系统实物测试与结果分析235.3本章小结24第6章 总结25参考文献26致 谢27第1章 绪论1.1研究背景人们越来越注重家中各式各样的家居用器具有智能性，因而市场上出现了各式各样的垃圾桶，如按压式垃圾桶、智能语音识别垃圾、多个功能垃圾桶、自动分类垃圾桶等，为人们的生活带来极大的方便。而智能语音识别智能垃圾。智能化进一步普及，世界上有许多科研项目都试图将新型的智能功能运用进垃圾桶，使得垃圾桶的功能更多元化，例如垃圾桶盖

12、的打开角度，垃圾通过智能识别达到可回收，有害等的自动分类。可以更好的为人们服务。1.2研究意义与目的近年来，随着社会经济进一步发展，人们生活水平不断地提高，人们制造垃圾的能力同样有了显著的提升。日前中国城市受垃圾污染的影响日渐加剧，生态也因垃圾污染变得越来越差，可以说垃圾问题已经迫在眉睫。目前我国共有668个城市，其中有大约三分之二的城市，其外围是垃圾带。这些垃圾包围在城市的外圈，由于其数量庞大，仅仅通过焚烧和掩埋的方式无法彻底的处理好这些垃圾，引发了一系列危害：第一：露天的垃圾堆中，会不断释放氨、硫化物等对大气有害的气体，这些有害气体会影响大气的质量，污染城市的环境。第二：垃圾中的分泌物会污

13、染水质，垃圾中的病原微生物会在对垃圾的腐蚀过程中，产生有机的酸或碱性的污染物，更严重的会腐蚀重金属，这些污染物经过雨水后，融入于水中，最终随着水渗入地下水，污染了水源。第三：生物污染，垃圾堆是许多有害动物和昆虫的集聚地，这些有害生物的大肆繁殖不仅会造成资源的浪费，还会将各种有害的微生物带入人们的生活中，对人们的身体健康产生威胁。第四：土地浪费，在研究中我国三分之二的城市外圈为垃圾带，而且用来掩埋垃圾的土地是无法再用作耕地的，这些用来堆垃圾的土地对于人口密集，土地资源紧张的城市来说，无疑是巨大的浪费。另一项研究表明，百分之六十以上的城市生活垃圾来源于小区的有机垃圾，因此小区垃圾数量的暴增逐渐成为

14、生活垃圾过多的主要原因，本选题围绕着智能垃圾桶的意义和目的在于可利用于小区垃圾桶设置，红外线检测是否有人投递垃圾，垃圾桶是否处于满的状态，以及红外控制垃圾桶的行走及运行，可以节省清洁工人力资源。1.3研究前景和发展趋势目前，由生活垃圾造成的严重污染已经成为我国社会的显著问题，随着我国经济的发展，人们的生活质量大幅提高，购买力提高，消费水平上涨，人们居家制造生活垃圾的能力也随之上升。而随着城市的发展，使得人口不断涌入城市，爆炸的人口增长，也使得城市垃圾的产量日益攀升。经济飞速发展的同时，许多人缺对垃圾处理十分漠视，公共场所的垃圾随处可见，中国城市有三分之二被垃圾带包围。这些垃圾造成的污染是十分严

15、重的。因此，为了解决垃圾的污染问题，更好的保护环境，智能垃圾桶被发明创造，进入了人们的生活。随着社会经济和科学的发展，越来越多人呼吁对环境进行保护渴望更加绿色的生活，其中环境存在的卫生问题越来越引起人们的高度重视。手动翻盖式的垃圾桶，这种垃圾桶需要经常用手来开垃圾桶，由于手近距离的接触垃圾桶口，很容易让手携带细菌，非常的不好。后来人们又想出利用脚代替手的脚踩翻盖式的垃圾桶，这种垃圾桶盛行一段时间后，又因为其体积非常的小，才那么两三下就装满了，再加人们丢垃圾时需要经常起身，非常不方便。人们迫切希望一种智能垃圾桶具有检测到近距离有人自动翻盖，扔完垃圾自动关闭盖子；还可以前后移动，方便不便行走的人群

16、不用走路就能把垃圾扔掉。于是，基于单片机的智能垃圾桶比价有显示的意义，由此智能垃圾桶应运而生。它的出现标志着人们对环境的保护意识有提高了一个层次，同时也给现在的科技领域技术一个很好的展示平台。1.4研究现状1.4.1技术现状根据如今科学技术的发展，智能机器人已经非常的普遍，例如会下棋的阿尔法，能与你进行语音交流的siri，更高大上的还有完全智能的房间和机器人。可以说智能化已经相当的普遍。将智能化与垃圾桶进行结合，创造出智能垃圾桶，实际上智能垃圾桶也算是一个小机器人，它具备了和手机语音助手一样的对话能力，甚至可以把他当作音箱，因为它同样具备了音乐播放能力。这就是垃圾桶的智能化。智能垃圾桶最主要的

17、功能还是清洁功能，最基本的方案就是将已成熟的扫地机器人，附带上一个具有语音智能化的小桶。扫地机器人将垃圾清扫后，会自动将垃圾排入垃圾桶，这样的设计既简单又成熟。从古至今，垃圾桶都是人们生活中不可缺少的必需品，小到每一个家，大到每一个商场街道，都需要垃圾桶。随着人们环保意识的提高，对生活环境绿色的更高要求，城市建设每年都在建设新的垃圾桶。而垃圾桶的行业也在进行着创新，不断往智能和灵活的方向前进。自智能垃圾桶进入市场，收到的好评如潮，市场需求大，行业较为稳定，吸引了不少中小投资者的目光。1.4.2市场现状作为生活必需品的垃圾桶，也是很有讲究的。垃圾桶有许多分类，首先，按照其材质划分，可以分为金属和

18、塑料两种垃圾桶，而按照使用环境划分，则可分为居家垃圾桶和公共垃圾桶。而垃圾桶的种类在近年来也是逐渐增多，例如一种新型垃圾桶被人戏称为“反恐垃圾桶”，它的表面是透明的，人们可以轻易看清楚垃圾桶内是否含有有害或者易燃易爆的物质，及时排除垃圾带来的不必要影响。当然垃圾桶还要许多需要解决的地方，例如公共的垃圾桶的盖子密封性不好，经常出现满出没人处理的情况，这时就容易造成垃圾桶旁边一股恶臭的情况，更有甚者，苍蝇成群，十分影响市容市貌。如今市面上的垃圾桶五花八门，造型新奇独特，但大多都是换汤不换药，其本质都是无盖或者利用脚踩开盖的垃圾桶。在如今这个人工智能的时代里，各种新奇的智能商品进入了人们的生活，使得

19、人们的生活更加的便捷，也节约了许多成本。随着智能化的普及，智能垃圾桶也会成为未来垃圾桶发展的主要趋势。市面上除了传统的垃圾桶以外，也有部分智能的垃圾桶已经上线。其原理大多都是利用传感器，将人的指令传输到控制器，转变为控制指令下达。此外还有利用语音功能的垃圾桶，将语音的系统嵌入垃圾桶内，实现垃圾桶也能说话的目的。其优势就在于，它可以智能的提醒人们及时关闭垃圾桶盖，以及智能对话。垃圾桶一直作为生活的必需品，也必然接受社会前进的趋势改造，向智能化发展，市面上的智能垃圾桶以及有模有样，但仍然有巨大的发展潜力。1.5研究目标和内容围绕可遥控智能垃圾桶的研究与设计，温习相关的单片机以及传感器的基本概念和实

20、现方法，深入研究与可遥控智能垃圾桶的相关单片机模块的功能，在完全理解单片机处理模块的功能与实现算法的基础上，仔细研究该算法软件实现的程序结构与流程，特别还需考虑与可遥控智能垃圾桶其它模块的数据交流与信息传递问题，在推敲逻辑结构无误后逐步完成程序编写、调试和实验测试，用样本图像试验证明设计程序的可行性与正确性。本次设计的智能垃圾桶是基于STC89C51单片机的。智能垃圾桶的功能多样化，具体的功能和实现的原理如下。第一：智能垃圾桶能实现自动开盖和关闭的功能，其原理是通过STC89C51单片机控制，以红外线监测的方式判定设定范围内，是否有人。当红外线监测到有人进入设定范围，步进电机就会打开垃圾桶的盖

21、子，当红外线监测到设定范围内没有人以后，在设定时间后，步进电机会自动关闭垃圾桶的盖子。第二：当智能垃圾桶的垃圾装满后，垃圾桶会自动发出警报，提醒人们进行处理，其原理是，利用发射超声波检测再次收到的时间，进行垃圾到桶口距离的测量。当垃圾装满时，单片机会发出指令，另蜂鸣器发出警报，提醒人们及时对垃圾进行处理。1.6研究方法通过书籍与互联网进行智能化机器相关资料以及原理的学习，并借鉴其原理，设计优良的系统结构。采取多种方案，找到适合智能垃圾桶控制系统的各种制作材料。用学习的知识和选取的材料设计一款实用性强的垃圾桶自动控制系统系统，然后对其进行测试改进。1.7本章小结本章主要从设计的研究背景及意义、研

22、究现状、发展前景和趋势、设计的主要研究内容和研究采用的方法进行阐述，主要分析了选题的依据和交待了设计的主要内容。第2章 系统整体设计方案2.1设计要求对所设计的控制系统进行分析，确定如下为该设计的主要实现的功能和技术指标：本次设计的智能垃圾桶是基于STC89C51单片机设计的，以单片机作为控制中心，红外线装置作为传感器，监测当有人进入设定范围内扔垃圾，就自动打开垃圾桶的盖子，人离开后延时自动关闭，同时还具备超声波测距装置，监测垃圾桶是否装满了垃圾，当垃圾的距离垃圾桶的口到达设定距离，垃圾桶就会发出装满的警报提醒人们；采用MCS-51系列单片机产品。2.2设计需求本设计的功能需求分析：（1）系统

23、通过红外无线测距实现无接触的近距离无接触的垃圾投放，测距范围在10-50cm，精度在2cm；（2）垃圾桶自检测，实现垃圾桶不可在投放垃圾的警报，通过超声波测距传感器其进行控制，测距范围在3-5cm，精度在1cm；（3）系统实现垃圾桶盖自动控制，且不会导致垃圾桶损坏；（4）系统还具备显示功能，可以对垃圾桶盛放垃圾的容量进行人机交互表征。本设计的市场需求分析：（1）由于目前一些疾病的传染可以是通过接触传染进行传播的，垃圾桶是存在各种细菌和疾病的感染风险，为了避免与该类东西进行接触，保证大部分居民的生活安全，需要采用自动检测人体，进行自动打开垃圾桶盖；（2）由于传统垃圾桶无法进行容量的自动检测，很容

24、易造成垃圾的投放溢出，所以需要对垃圾桶进行实时容量的检测，来提醒以及警示人们去换个垃圾桶进行投放；（3）价格便宜，适合普通单位和居民家中使用；（4）使用方法简单方便无污染，便于维护。2.3设计思路如图2-1所示，为智能垃圾桶的控制系统主要模块。智能垃圾桶的设计基于STC89C52RC单片机，即其主要的控制系统。该智能垃圾桶的功能众多，主要有红外监测自动开关盖子，超声波测距蜂鸣器警报提醒垃圾满了，定时消毒等。这些功能使得智能垃圾箱更加的环保干净，且使用更加便捷，更加贴近人们的生活所需。图2-1 单片机智能垃圾桶控制系统架构2.4系统搭建方案2.4.1方案论证确定方案一：设计基于STC89C52R

25、C单片机，为每一个功能设立其独有按键，通过1602液晶实时垃圾桶容量状态，以红外测距传感器进行人体的检测，判别是否自动打开桶盖，以超声波传感器实现垃圾位置的检测，对垃圾桶的内部可投放容量进行检测，其中桶盖的控制选用步进电机作为驱动元件。方案二：以STM32单片机为核心，进行方案一致的控制设计，但是对于不复杂的该系统采用该单片机核心进行设计不利于设计时间缩短和成本降低。因此，综上所述，我们选择方案一进行控制设计。2.4.2方案具体构思要满足本次智能垃圾箱的功能设计，需要多个模块相辅相成，首先单片机作为智能垃圾桶的核心，负责整体的控制，包括信息的处理转化，指令的下达。传感器采用红外线传感器，用来监

26、测人们是否进行扔垃圾的动作，以自动打开垃圾桶盖子，此外还要有超声波测距装置和蜂鸣器来提醒人们垃圾已经装满。这些模块都要配备电源部分，为所有部分进行供电。2.5 关键硬件选型2.5.1主控芯片模块选择论证方案一：采用STC89C51单片机芯片，该芯片是由Atmel公司开发，是一种自带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器，具有低电压、高性能的8位微处理器，但是存储空间较小。方案二：采用STC89C52RC单片机芯片，该芯片是由STC公司生产，是一种低功耗，高性能的8位微处理器，具有8K的Flash存储器，支持ISP下载，使用方便，可靠性好、在线编程可擦除等优点。综上所述，由于本次设计编写代码较多，为

27、防止4K字节的存储器空间不足，所以优先考虑8K字节只读存储器。因此，本设计采用方案二。 2.5.2按键模块选择论证第一种方案：使用独立的按键，每个按键占有独立的按键电路和I/O口线，这样做的优势在于，每一个按键的工作状态都是独立的，当某一个按键损坏时，其他按键仍然能够正常的运行，这种方案实行的难度较小，且其配置较为灵活，软件的结构又不复杂。而该方案的缺点在于，每一个按键都要又独立的按键电路和I/O口线，导致成本过高，按键过多。第二种方案：使用行列键盘也叫做矩阵键盘，其工作原理是在每行和每列上分别使用上I/O线，一共四行四列，在每个I/O线的交汇处设立一个按键。共有十六个交汇处也就是十六个按键。

28、第二种方案能够减少I/O线的使用，提高了I/O线的使用率。市场上有许多电子键盘也采用了行列键盘。综上所述，矩阵键盘价格较高，使用其进行设计给软件程序加大了难度且本次系统设计使用仅有几个按键，按键数较少。因此，选用方案一独立按键，进行按键控制设计。2.5.3显示屏模块选择论证第一种方案：使用采用LCD液晶显示屏，液晶显示屏在如今可谓应用广泛，其功能强大，不仅可以对画面进行呈现，清晰度还特别高。随着科技的发展，液晶屏的价格也有了较低的部分，例如LCD1602液晶屏其性能优秀价格合理，能为本次设计带来更加便捷的条件，第二种方案：使用点阵式数码管，点阵式数码管的元器件主要又发光二极管组成，其优势在于文

29、字的呈现，劣势在于价格过于高昂，不适用于本次的项目设计。第三种方案：使用LED数码管动态扫描，LED数码管动态扫描的优势在于，成本合理，对数字的呈现清晰。缺点在于调试困难，经常会有许多问题发生。所以本设计中方案一种中的LCD液晶显示器作为系统的数据显示模块。2.5.4驱动电机模块选择论证第一种方案：采用步进电机，该需要结合价格较贵的驱动实现电机驱动，其控制精度高，但价格昂贵，提高了系统设计成本，不利于生产营销。第二种方案：采用伺服电机，该需要结合价格较贵的驱动实现电机驱动，其价格昂贵，提高了系统设计成本，不利于生产营销。第三种方案：采用直流有刷减速电机，该电机可以通过单片机向控制驱动器发送控制

30、信号，实现启停，转动方向和速度调节，其价格低廉，便于控制，易于单片机实现编程。因此，综上所述选用方案一的步进电机进行垃圾桶盖自动开合控制。2.5.5人体检测模块选择论证第一种方案：采用红外热释电传感器，该传感器是实现覆盖区域内的检测，人体辐射检测，一般用于防盗检测，对于本系统可能会造成误检测现象，导致系统的错乱控制，因此本系统摈弃使用该传感器。第二种方案：利用红外线传感器，这种传感器利用先发射红外线经由反射再次接受测距的原理，对于本次系统可以将人体想象成障碍物，采用该方式进行人体检测。因此，综述所述选用方案二的红外测距传感器进行人体检测，为单片机提供控制信号。2.5.6容量检测模块选择论证第一

31、种方案：使用超声波测距传感器，其工作原理是发射超声波，通过超声波的接收时间进行距离的测量，可以在黑暗的环境下正常使用。第二种方案：采用红外测距传感器，红外测距传感器需要在明亮的环境内进行使用，由于垃圾桶内部武广线处于黑暗环境，所以该传感器在此条件无法进行使用。因此，综述所述选用方案二的超声波测距传感器进行垃圾桶容量检测，为单片机提供控制信号。2.5.7语音模块选择论证第一种方案：有源蜂鸣器，它具备震荡源，能被单片机直接控制，只要收到来自控制中心的指令就可以发出声音。第二种方案：无源蜂鸣器，它不具备震荡源，无法被单片机直接控制，还需要有2K-5K。综上所述，由于利用单片机发出的方波，增大了电路和

32、软件2K-5K程序的设计难度，因此，选用方案二的有源蜂鸣器，实现声音警报。2.6 本章小结本章主要进行系统的整体设计方案阐述，首先，介绍了设计思路，随后确定设计方案。最后针对确定的设计方案，进行控制芯片、传感器和电机模块等的选择论证。第3章 系统硬件电路设计3.1 单片机最小系统电路设计如图3-1所示，是基于STC89C52单片机的最小系统电路，一个单片机如果要进行正常工作，其要具备最基本的工作电路：电源、晶振电路、复位电路等三部分。在这三部分的基础上添加合适的元件和电路设计并配合软件程序，实现有针对性的系统功能开发。图3-1 基于STC89C52单片机系统最小电路3.2 时钟电路设计时钟电路

33、的主要功能是为单片机提供准确时间，只要有关于时间的功能都需要用到时钟电路，例如智能垃圾桶盖子的延时关闭就需要设定时间通过时钟电路提供的时间进行关闭。时钟电路的组成部分有晶震控制芯片，电容以及晶体振荡器。本次电路的反向放大器使用了XTAL1的输入以及XTAL2的输出，同时它配置了内振片。时钟电路的计时方法是机器周期，一个机器周期等于六个状态周期等于十二个震荡周期。当外界的振荡器以12兆赫兹的频率振荡，时钟电路的的机器周期会是它的十二倍也就是1us。图3-2是时钟电路的结构图。 图3-2 时钟电路3.3 复位电路设计 在每次启动时，单片机必须要进行复位，其作用是使得包括CPU在内的各个系统模块恢复

34、初始的工作状态。单片机进行复位一般有两种操作方式，其一为手动按下复位按钮，其而为上电复位。复位的原理是，当信号发出，其便从RST引脚输入到施密特触发器，直到振荡器稳定下来，当RST引脚上维持两个机器周期的高电平，这时CPU就可以接受复位的信号，让系统进行恢复初始工作状态。经过考虑，上电复位更适合这次的智能垃圾桶。复位电路的电路图，如图3-3。在系统工作时，当拔下电源，插上电源重启时，系统自动进行复位。图3-4 复位电路3.4 电源电路设计 如图3-5所示，是系统电源电路，该电路采用了USB进行电源信号滤波，为系统提供稳定的电压源，实现了电源是否正常工作的指示。图3-5 电源电路3.5 显示电路

35、设计如图3-6所示，是基于LCD1602的时钟电路。该电路主要是完成单片机与显示屏接口的通信，进行显示数据的通信传输。由图可知：显示模块的RS、RW和E引脚和单片劫P2.0、P2.1和P2.2进行连接，其中DB0-DB7与单片机的中间连接一个上拉电阻与P0.1-P0.7进行连接。图3-6 LCD显示电路3.6 红外测距检测电路设计如图3-9所示，是重量检测电路。其中采用HX711传感器，该传感器是基于应变测量的原理进行重量的测量，其中信号SCK和DT与单片机的P1.5和P1.6连接，该传感器是通过电信号方式的进行信号传输。图3-9 重量检测电路3.7超声波测距检测电路设计如图3-9所示，是重量

36、检测电路。其中采用HX711传感器，该传感器是基于应变测量的原理进行重量的测量，其中信号SCK和DT与单片机的P1.5和P1.6连接，该传感器是通过电信号方式的进行信号传输。图3-9 重量检测电路3.8 报警电路设计报警电路主要是定时时间到的蜂鸣器发出声响，发出提示声，提醒宠物来吃食。本设计采用的是有源蜂鸣器，使用单片机的直流信号可以直接驱动。如图3-10所示，是报警电路，该电路由一个有源蜂鸣器、一个三极管和2K按照信号出发原则设计连接到单片机的P3.1口。图3-10 故障报警电路3.9 按键电路设计 按键电路实现参数的时间设置和手动功能。如图3-11所示，是按键电路图。针对上文所述，使用独立

37、按键比较合理，因此该电路采用独立按键模式进行设计。其中S2-S6分别与单片机的P2.3-P2.6连接，直接进行控制。图3-11 独立按键电路3.10 步进电机电路设计 如图3-12所示，是步进电机控制，该电路是有ULN2003芯片进行主控设计，其中芯片的9-13引脚与选用的五线制步进电机进行连接，其中芯片的1-7引脚与单片机的P1.0-P1.6连接，由单片机输出控制信号执行控制。图3-12 步进电机电路3.11 本章小结 本章主要阐述系统的硬件电路设计，从单片机最小系统设计逐渐延伸到应用电路设计，其中包括：复位电路、时钟电路、显示电路和报警电路等。第4章 系统软件设计4.1 软件设计思路本次设

38、计的项目是由软件和硬件相辅相成，有机结合成一个整体，共同工作达到目标功能的。前文设计了硬件电路，当硬件电路确定之后，与其匹配的软件模块也会随之确定。软件细分为主程序和子程序，主程序是控制的中心，它的作用是接收和下达指令，也就是整个系统控制的核心程序。子程序是细到每一个功能动作的进行，这些工作的完成都需要依靠子程序，也就是执行软件。执行软件负责的是将中央下达的指令转换为实际操作。子程序的编程部分主要包括了两种：第一种：短信告警子程序，它的作用是当控制系统下达警告的命令之后，被子程序所接受，然后进行短信告警子程序的运行，最后完成警告的动作。告警的具体工作原理是：由三极管的开关控制令GSM模块发出告

39、警短信，启动告警程序。第二种：串行口通信子程序，其主要作用是让单片机和CPU建立联系，其工作原理是用9600波特率的串行口，没有奇偶验证，1位停止位，采取查询的方式。4.2 主程序设计本次项目中系统主程序的设计过程为：在智能垃圾桶通电后，所有模块进行复位处理，使得模块保持在初始工作状态。因为要求超声波传感器进行测距的准确性高，超声波传感器会自动规避外界影响因素，开始时会设定二百毫秒的延时，二百毫秒过了以后，红外传感器和超声波传感器才会开始运行。当超声波传感器测距发现，距离接近至所设高度的十厘米，蜂鸣器会进行报警。当红外避障模块感应到有人需要投递垃圾，那么步进电机正转，垃圾如果满了的话蜂鸣器报警

40、提醒开始LCD1602初始化超声波初始化Lcd显示当前信息打开关闭垃圾桶开垃圾桶按键扫描步进电机初始始化自动手动有人已满蜂鸣器报警，指示灯亮返回NNYYY图4-1 主程序设计流程4.3 子程序设计系统的子程序设计主要是针对具体的操作功能进行模块化编程，下面将详细介绍LCD显示程序、红外信号程序、超声波信号测距程序、电机控制程序的设计思路。4.3.1 LCD1602程序设计开始初始化LCD1602BF=0写入数据检测忙信号获得现实RAM地址延时延时返回否是如图4-2所示，是LCD输入程序设计流程。LCD1602液晶显示屏上电后，首先进行初始化操作，屏幕清零，内部存储清空。之后和单片机进行双向通信

41、，单片机控制显示屏亮度和显示内容，延时一定时间后，将检测到的信息显示在液晶显示屏上。单片机操控写入引脚写入要显示内容的命令。之后显示屏执行指令，将内容显示出来。图4-2 LCD程序设计流程图4.3.2红外信号测距程序设计图4-3为红外信号测距设计流程。红外传感器的作用是，监测设定范围内是否有人进入，并且能够精确的算出人和智能垃圾桶的距离。其工作原理是首先由单片机发送10us的高电平脉冲，脉冲进入红外线传感器的输入端，使得计时器清理示数，回到零点。接着当红外线传感器的信号从输出端输出，计时器开始工作，当输入端的高电平信号脉冲变为低电平，此时计时器的计时停止，通过计时器记下的时间T1，代入计算距离

42、的公式得到附近是否有人的结论。开始初始化启动模块信号输出端置高读取T1计算出距离开定时器定时器T1清零返回否是信号输出端置高否是图4-3 红外信号测距程序设计流程图4.3.3超声波信号测距程序设计图4-4为超声波信号测距程序设计流程。超声波传感器的作用是，监测设定范围内是否有人进入，并且能够精确的算出人和智能垃圾桶的距离。其工作原理是首先由单片机发送10us的高电平脉冲，脉冲进入超声波传感器的输入端，使得计时器清理示数，回到零点。接着当超声波传感器的信号从输出端输出，计时器开始工作，当输入端的高电平信号脉冲变为低电平，此时计时器的计时停止，通过计时器记下的时间T0，代入计算距离的公式得到附近是

43、否有人的结论。开始初始化启动模块信号输出端置高读取T0计算出距离开定时器定时器T0清零返回否是信号输出端置高否是图4-4 超声波信号测距程序设计流程图4.3.4电机控制程序设计电动机控制着智能垃圾桶的盖子打开于关闭，在智能垃圾桶工作时，由控制中心发来指令，当电机需要正传时，就将AB、BC、CD、DA进行通电，保证电机的正转，当正转的工作停止，经过三秒的延时，进行反转，反转的时候AB、BC、CD、DA处于充电状态。图4-5 电机控制程序设计流程图4.4 本章小结本章主要进行系统软件程序的设计阐述，首先说明了软件程序的设计思路，随后分别对主程序和子程序设计进行介绍，其中子程序主要进行显示程序、红外

44、测距信号程序、超声波信号测距程序和电机控制程序等进行介绍。27第5章 系统仿真和实物测试5.1系统实物制作准备好所有的材料和电烙铁，按照设计好的电路板原理图，开始单片机电路板的焊接。首先将插排焊接上去，之后焊接单片机最小系统的晶振和复位电路。确定好LCD1602液晶显示屏位置，将上拉电阻焊接在P0口，之后通过导线连接显示屏。后面分别焊接各个传感器模块，温湿度传感器，压力传感器，步进电机，按键,电源电路。最后用导线将各个模块按照电路图连接起来，确保没有出现短路现象。STC89C52单片机用烧录器将编译好的软件烧录进去，最后插入到插排上。用5V直流电源供电，按下开关，观察LCD1602液晶显示屏是

45、否正常显示，正常显示后，说明显示电路正常，之后观察其他传感器是否正常工作，显示屏上是否有输出，如果正常显示，则一切都没问题，当出现问题时，就要找出具体出问题的部分，逐一解决。5.2系统实物测试与结果分析准备好所有的材料和电烙铁，按照设计好的电路板原理图，开始单片机电路板的焊接。首先将插排焊接上去，之后焊接单片机最小系统的晶振和复位电路。确定好LCD1602液晶显示屏位置，将上拉电阻焊接在P0口，之后通过导线连接显示屏。后面分别焊接各个传感器模块，温湿度传感器，压力传感器，步进电机，按键,电源电路。最后用导线将各个模块按照电路图连接起来，确保没有出现短路现象。STC89C52单片机用烧录器将编译

46、好的软件烧录进去，最后插入到插排上。用5V直流电源供电，按下开关，观察LCD1602液晶显示屏是否正常显示，正常显示后，说明显示电路正常，之后观察其他传感器是否正常工作，显示屏上是否有输出，如果正常显示，则一切都没问题，当出现问题时，就要找出具体出问题的部分，逐一解决。如图5-7所示，是功能测试的实物图。在完成了仿真的基础上，在实物设计模型进行功能的调试，依次进行重量检测功能测试、定时设置功能测试、电机控制功能测试、显示功能测试、时间计时功能测试。如图5-8至5-12所示，是上述功能测试的实际效果。 图5-7功能测试实物图5.3本章小结本章前3章的硬件选型和软硬开的基础上，进行实物制作。首先，进根据设计要求进行预计功能的测试；随后进行实物焊接和测试，根据测试结果可知，该系统完成了设计目标的功能要求，并且系统工作稳定无延迟。第6章 总结首先通过书籍和互联网对智能机器进行了了解，然后进一步细化学习，对单片机，传感器等零部件的工作原理进行了解。通过适配模块的选择，电路的组装等实际实