一種智動控制的戶外垃圾桶設(shè)計與實現(xiàn)

惠州市技師學(xué)院 曾世芳

1 引言

“垃圾桶”作為人類生活中不可或缺的必需品，它伴隨著人類走過了每一個時代。隨著人們環(huán)保意識和審美水平的普遍提高，垃圾桶的種類在不斷翻新，人們更加注重它的美觀和實用性，產(chǎn)品也向著“智能化”方向發(fā)展。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計

系統(tǒng)以STC89C52RC單片機最小系統(tǒng)作為核心控制電路，設(shè)計一個自動感應(yīng)和語音識別垃圾桶系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實現(xiàn)以下幾個基本功能。

1)當(dāng)有人靠近垃圾箱丟垃圾時，并在10厘米的范圍內(nèi)人體識別傳感器檢測，檢測到有人時垃圾桶開蓋。

2)當(dāng)人丟完垃圾離開時，垃圾桶的蓋子就會自動閉合。

3)按鍵控制垃圾桶開蓋和關(guān)蓋。

4)當(dāng)人尋人體識別傳感器檢測到有人的同時語音播報“歡迎投放垃圾，請愛護我們的環(huán)境，謝謝！”

5)垃圾桶內(nèi)垃圾快裝滿的時后，LED點陣顯示垃圾桶儲存情況，在沒有裝滿的時候LED點陣顯示智能垃圾桶或其他的文字廣告。

6)垃圾裝滿后，自動發(fā)送短信給環(huán)衛(wèi)局，環(huán)衛(wèi)局能及時安排工作人員前往該區(qū)域清運垃圾。

7)實現(xiàn)撥打緊急電話如：環(huán)衛(wèi)局、110、120、119。

系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1 智能垃圾桶的組成框圖

3 硬件設(shè)計

系統(tǒng)由單片機最小系統(tǒng)、人體識別傳感器模塊、紅外測離傳感器模塊、GSM通訊模塊、語音播報模塊、舵機驅(qū)動電路模塊、按鍵電路和電源電路組成。下面對部分電路進行功能簡述。

3.1 單片機最小系統(tǒng)

本系統(tǒng)以STC89C52RC單片機最小系統(tǒng)作為核心控制電路，控制部分包括單片機的復(fù)位電路、晶振電路和總控制電路。

3.2 人體識別傳感器模塊

在本系統(tǒng)里的人體識別傳感器模塊其實就是HC-SR501人體感應(yīng)模塊，HC-SR501是基于紅外線技術(shù)的自動控制模塊，LHI778探頭設(shè)計，靈敏度高，可靠性強，超低電壓工作模式，廣泛應(yīng)用于各類自動感應(yīng)電器設(shè)備，尤其是干電池供電的自動控制產(chǎn)品。

3.3 GSM GA6通訊模塊

GSM模塊，是一個類似于手機的通訊模塊，集成了手機的若干功能于一塊小電路板上，它可以發(fā)送短消息，通話等等。GSM模塊通過使用AT指令才能控制它，模塊可以與電腦RS232串口相連，也可以用單片機來進行控制。

3.4 語音播報模塊

本系統(tǒng)的語音電路由模塊WT588和三極管Q2和電阻R7組成，當(dāng)檢測到有人接近垃圾桶以及當(dāng)垃圾桶的垃圾裝滿時，單片機P35口發(fā)出高電平，三極管Q2導(dǎo)通，觸發(fā)WT588發(fā)出語音提示，原理圖如圖2所示。

圖2 語音模塊連接單片機原理圖

3.5 紅外傳感器模塊

本系統(tǒng)的紅外傳感器模塊的功能介紹如下。

1)當(dāng)檢測到前方障礙物信號時，電路板上綠色指示燈點亮電平，同時OUT端口持續(xù)輸出低電平信號。該模塊檢測距離2～30cm，檢測角度35°，檢測距離可以通過電位器進行調(diào)節(jié)，順時針調(diào)電位器，檢測距離增加；逆時針調(diào)電位器，檢測距離減少。

2)傳感器主動紅外線反射探測,因此目標(biāo)的反射率和形狀是探測距離的關(guān)鍵。其中黑色探測距離最小,白色最大;小面積物體距離小,大面積距離大。

3)傳感器模塊輸出端口OUT可直接與單片機IO口連接即可，也可以直接驅(qū)動一個5V繼電器。

4)比較器采用LM393，工作穩(wěn)定。

5)可采用3-5V直流電源對模塊進行供電。

3.6 舵機驅(qū)動電路

舵機是一種位置伺服的驅(qū)動器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)需要控制1臺舵機的轉(zhuǎn)動，用單片機P20口輸出PWM信號來控制舵機的旋轉(zhuǎn)角度。

3.7 按鍵電路

本系統(tǒng)的按鍵功能分配如下：SW_L1是手動開蓋按建，SW_L2是撥打環(huán)衛(wèi)局電話按鍵、SW_L3是撥打110電話按鍵、SW_L4是撥打120電話。按鍵電路的原理圖如圖3所示。

圖3 按鍵電路原理圖

圖4 主程序流程圖

3.8 電源電路

本系統(tǒng)使用穩(wěn)壓電源供電，采用LM2940將12V電源穩(wěn)壓成5V的直流電供系統(tǒng)使用。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

單片機內(nèi)的應(yīng)用系統(tǒng)軟件主要采用順序結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，完成垃圾桶的智動控制。軟件的主程序流程圖如圖4所示。

智能垃圾桶的開、關(guān)蓋子程序流程圖如圖5、圖6所示。

圖5 開蓋子序流程圖

圖6 關(guān)蓋子序流程圖

5 調(diào)試與總結(jié)

當(dāng)有人靠近人體檢測傳感器時，舵機正轉(zhuǎn)，帶動垃圾桶開蓋，同時，正轉(zhuǎn)指示燈點亮。當(dāng)開蓋到位時，舵機停轉(zhuǎn)，垃圾桶保持開啟狀態(tài)。當(dāng)人員離開人體檢測傳感器時，舵機反轉(zhuǎn)，帶動垃圾桶關(guān)蓋，同時，反轉(zhuǎn)指示燈點亮。當(dāng)關(guān)蓋到位時，舵機停轉(zhuǎn)，垃圾桶保持關(guān)閉狀態(tài)。

經(jīng)過測試實驗，系統(tǒng)運行結(jié)果良好，功能全部實現(xiàn)。本設(shè)計主要是硬件部分，著重考慮的是硬件電路的簡單性和可行性，盡可能簡化硬件電路，節(jié)省線路板的空間，從而達到硬件電路的最優(yōu)化設(shè)計。智能垃圾桶實現(xiàn)了垃圾桶蓋子的智能控制，從運行情況來看控制的效果比較好。