基于STC89C52的寢室智能垃圾桶的設計

郭浩巖 顧偉帆 徐佳

摘要：隨著智能化科技的不斷發展，傳統的垃圾桶已不能滿足人們的需求。因此，本文介紹了一種基于STC89C52單片機的智能垃圾桶的設計與實現過程，主要通過紅外傳感器、步進電機、語音芯片等模塊實現了一款新型智能垃圾桶。該系統實現了垃圾桶裝滿語音報警，垃圾桶自動感應開蓋，按鍵噴灑消毒劑的功能。通過對多功能新型垃圾桶的分析與設計，發現該系統可以能提高垃圾處理的效率，為環境建設提供了一個有效解決的方法。

Abstract： With the continuous development of intelligent technology， traditional trash cans can no longer meet people's needs. Therefore， this paper introduces a design and implementation process of smart trash can based on STC89C52 single-chip microcomputer， which mainly realizes a new intelligent trash can by infrared sensor， stepping motor and voice chip. The system realizes the function that the trash can is filled with voice alarm， the trash can automatically opens the cover， and the button sprays the disinfectant. Through the analysis and design of the new multi-function trash can， it is found that the system can improve the efficiency of garbage disposal and provide an effective solution for environmental construction.

關鍵詞：STC89C52;智能垃圾桶;語音報警;感應開蓋

Key words： STC89C52;smart trash can;voice alarm;induction cover

中圖分類號：TS959.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）21-0132-03

0? 引言

隨著現代社會的發展，電子技術以及網絡智能的不斷進步，如今對生活各個方面的智能化發展刻不容緩。可在大學生活中如何才能讓我們大學生也感受到智能化設計呢？對于大學生來說，寢室正是我們第二個家，雖然寢室的結構不大甚至十分拮據但是需要改進的地方卻很多。目前寢室使用的垃圾桶，大多用全開合式的一體化回收模式。傳統式垃圾桶對垃圾的封存效果十分不好，極易產生各種細菌真菌，以及細小的害蟲，更會對寢室甚至室外產生極大的健康問題和環境污染。

目前市場上出現的智能垃圾桶的有一些弊端，因此筆者針對性的設計了這樣一款垃圾桶：

①由于垃圾桶為避免不好清潔等問題，所以基本都設計成深顏色不透明的，這樣就會偶爾注意不到垃圾桶承裝的垃圾數量，即在垃圾即將裝滿，超過一定的容量的時候，語音系統進行播報，提醒人倒掉垃圾。

②傳統的垃圾桶采用的都是開合式或腳踩式的，十分不便捷衛生，所以通過紅外感應系統設計成如同自動門一樣的設計，在人體靠近垃圾桶的時候，蓋子自動彈開，離開的時候，蓋子自動關閉，大大的方便了生活。

③使用久的垃圾桶不免產生細菌滋生等一系列衛生問題，所以為了解決這個問題，在扔掉垃圾后，手動打開消毒液噴灑開關，循環通風，并進行語音播報，避免垃圾桶內部死角等部分產生細菌和異味。

1? 系統設計

針對上述問題，這次寢室智能垃圾桶的控制芯片選用STC89C52單片機為主控制芯片。為了讓垃圾桶實現預定功能，選擇多個紅外傳感器監測人體是否接近和垃圾高度變化，將檢測到的信號發送給單片機進行處理后，發送給其他模塊。其中，紅外感應檢測人體的信號經過處理后發送給步進電機驅動模塊和語音芯片模塊，實現垃圾桶蓋的自動開關和語音播報;紅外感應檢測垃圾高度的信號發送給語音芯片模塊發出報警信息，提示垃圾桶已經裝滿，及時進行處理;通過按鍵控制1路光耦隔離繼電器驅動模塊發出信號噴灑消毒液;語音芯片模塊接收經過處理的檢測人體、垃圾高度信號和按鍵信號來播放語音;電源模塊給步進電機驅動模塊和單片機供電。

綜上所述，本設計包括單片機模塊、紅外感應模塊、步進電機驅動模塊、語音芯片模塊、電源模塊、1路光耦隔離繼電器驅動模塊組成。總體設計方案如圖1所示。

根據總體設計方案，寢室智能垃圾桶功能如下：

自動開關蓋功能設計：在垃圾桶正面安裝一個紅外傳感器，感應人體接近。若檢測到人體接近，步進電機正轉，打開垃圾桶。一定時間后，關閉垃圾桶。

垃圾高度檢測功能設計：在垃圾桶內側均勻安放多個紅外傳感器，當多個紅外傳感器檢測到數據，由單片機控制語音芯片播報提示信息。

噴灑消毒液功能設計：在垃圾桶蓋頂部安裝按鍵，當按鍵按下時繼電器發出信號控制，開始噴灑消毒液。

語音播報功能設計：當語音芯片模塊接收經過處理的檢測人體、垃圾高度信號和按鍵信號后，語音芯片模塊來播放提示信息。

2? 硬件設計

該系統硬件電路設計包括單片機最小系統、紅外感應電路、步進電機驅動電路、語音芯片電路、1路光耦隔離繼電器驅動電路組成，來實現本次寢室智能垃圾桶的各種功能。下面將對各功能電路進行詳細介紹。

2.1 單片機最小系統

在單片機系統中，提供電源的供電模塊是整個系統平穩運行的重要前提，雖然STC89C52單片機在很早以前就已經被人們廣泛應用，但是在具體的應用中，STC89C52單片機相對于其他系列單片機來說更容易被其他因素干擾，出現程序跑飛的情況，但為單片機系統配置一個穩定可靠的電源供電模塊能夠有效的減少這種狀況的發生。

在單片機的最小系統中，計算機的USB口或外部穩定5V電源都可以為電源供電模塊供給。

晶體振蕩器作為單片機最小系統的一部分，它與單片機內部電路結合所產生的時鐘頻率，可以改變單片機的運行速度，即時鐘頻率越高，運行速度越快，只有單片機晶振提供時鐘頻率，系統才能執行一切指令。

選用11.0592MHz的晶體振蕩器作為STC89C52單片機的振蕩源，因為單片機內部是帶有振蕩電路的，所以還需外接一個晶振和兩個在15pF至50pF之間的電容。

復位電路是一種使電路恢復到起始狀態的電路設備，簡單來說就是把一個狀態機初始化到空狀態，而在單片機內部，復位的時候單片機是把一些寄存器以及存儲設備裝入廠商預設的一個值。

復位電路原理：上電復位是通過單片機的復位引腳RST上外接電阻和電容來實現的，復位有效的前提條件是復位電平持續兩個機器周期以上且此周期須小于復位電平的持續時間。可以由RC電路來計算出具體的時間常數。單片機最小系統電路圖如圖2所示。

2.2 紅外感應電路設計

LM393作為本次設計的紅外避障傳感器模塊。此模塊不僅擁有紅外線發射管和接收管，而且還對光線有較強的適應力，發射管發射出一定頻率的紅外線，當檢測方向上出現障礙物（反射面）時，反射回來的紅外線被接收管接收，通過比較器電路的處理過后，綠色指示燈就會亮起，同時信號輸出接口輸出數字信號，即一個低電平信號，電位器旋鈕可以在2～30cm內進行檢測距離的調節，該傳感器具有裝配簡單、干擾小、使用方便等優點，可以通過電位器來調節探測距離。

LM393紅外避障傳感器模塊原理圖如圖3所示，其中三個引腳分別連接+5V電源、單片機的I/O口、接地。

2.3 語音播報功能設計

本設計采用的是JQ6500語音芯片，在其他模塊的功能實現時進行語音播報，讓人們了解垃圾桶當前所處的狀態和所實現的功能。JQ6500語音模塊是一個能提供串口的MP3芯片，能夠支持TF卡驅動，也支持FAT16、FAT32文件系統和32G的U盤。在單片機中可以通過串口來對指定音樂進行控制和播放。它有多種控制模式，包括AD按鍵控制模式、串口模式等。支持的采樣頻率范圍也很廣。它最大的優勢就是沒有繁瑣的底層操作，非常的方便、穩定和可靠，另外它是固定語音播放領域成本較低的芯片。

語音芯片模塊電路圖如圖4所示，中間為語音芯片，其中兩個引腳分別連接+5V電源和接地，其輸入接口TX、RX連接單片機I/O口P3.0和P3.1，SPK+和SPK-引腳連接喇叭播放聲音。

2.4 步進電機驅動電路設計

此電路設計的驅動模塊選用28BYJ-48型四相八拍步進電機，工作電壓在5V至12V。步進電動機的主要功能是將電脈沖信號轉換成角位移和線位移，不僅可以用于需要精確進給量的控制系統，而且可以通過控制脈沖頻率來調節電機轉動速度和加速度，以達到調速的目的。當對步進電機施加連續不斷的脈沖時，它可以連續不斷地轉動。每一個脈沖信號對應步進電機的某一相或兩相繞組的通電狀態改變一次，也就對應轉子轉過一定的角度。當改變完成通電狀態的一個循環時，轉子轉過一個齒距。四相步進電機可以在不同的通電方式下運行，常見的通電方式有單（單相繞組通電）四拍（A-B-C-D-A），雙（雙相繞組通電）四拍（AB-BC-CD-DA-AB），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）。模塊電路圖如圖5所示。

2.5 噴灑消毒液功能設計

本設計通過繼電器來實現噴灑消毒液功能，由于單片機輸出功率不夠，要通過繼電器來實現噴灑消毒液功能。模塊電路圖如圖6所示。

3? 軟件設計

本設計的智能垃圾桶軟件部分的流程圖如圖7所示。

①檢測是否有人接近垃圾桶，判斷為是，則步進電機正轉，打開垃圾桶蓋，同時播放語音進行提示，一定延時紅步進電機反轉，關閉垃圾桶，同時播放語音進行提示;判斷為否，不進行操作。

②判斷了解垃圾高度是否達到預定高度，判斷為是，播報語音進行提示;判斷為否，不進行操作。

③檢測噴灑消毒液按鍵是否按下，判斷為是，噴灑消毒液;判斷為否，不進行操作。

④判斷開蓋按鍵是否按下，判斷為是，則步進電機正轉，打開垃圾桶蓋，同時播放語音進行提示，一定延時紅步進電機反轉，關閉垃圾桶，同時播放語音進行提示;判斷為否，不進行操作。

4? 結語

本文介紹了基于STC89C52單片機的智能垃圾桶的設計過程，實現了垃圾桶自動開關蓋，垃圾高度提示，語音提示，噴灑消毒液等功能，這款新型智能垃圾桶方便了人們的生活，降低了細菌滋生的問題，具有不錯的發展前景。

參考文獻：

[1]劉紅，許妙佳.智能垃圾桶的研究與設計[J].上海電機學院學報，2019（01）.

[2]鄭錦輝.垃圾桶智能化設計及應用研究[J].企業技術開發，2019（01）.

[3]崔明珠，董玉華，陳冰.景區智能垃圾桶的設計[J].智能計算機與應用，2016（06）.

[4]陳中躍，劉鵬，孫玲.基于STC15F2K61S2單片機的智能垃圾桶設計[J].電子技術與軟件工程，2015（17）.

[5]崔陸軍，尚會超，李上.基于紅外感應原理的垃圾桶系統設計[J].機械與電子，2013（01）.