基于單片機(jī)的辦公桌智能垃圾桶系統(tǒng)設(shè)計及制作

陳春先 張 麗 辛 義

（北京電子科技職業(yè)學(xué)院，北京101601）

1 概述

隨著社會的進(jìn)步，人們的生活質(zhì)量越來越高。在辦公室里都希望自己工位上能有一個微型垃圾桶，這樣不用起身就能隨時存放垃圾。然而現(xiàn)有的垃圾桶需要用手打開蓋子，蓋子上較臟時，增大了人們患病的幾率，危害人們的健康。使用者也更關(guān)注垃圾桶的密封性能，畢竟若密封不好，滋生的細(xì)菌或者散發(fā)的意味極易危害健康。

為滿足人們的實際需要，經(jīng)過資料查閱及研究，本文設(shè)計了一個能實現(xiàn)功能需求的智能垃圾桶控制系統(tǒng)，人員放入垃圾，當(dāng)人離開時，垃圾桶的蓋子自動關(guān)閉，從而避免人與垃圾直接接觸的同時，提供了方便，體現(xiàn)了人性化設(shè)計，另外還有垃圾桶內(nèi)垃圾快裝滿的時候，垃圾桶能自動發(fā)出提醒聲，提醒人們清理垃圾。該系統(tǒng)避免了手直接接觸垃圾桶蓋，當(dāng)垃圾滿時，也不用人眼觀測判斷，系統(tǒng)自動報警，根據(jù)提示清理即可。讓使用者充分體驗智能化產(chǎn)品帶來的便利及樂趣。

2 智能垃圾桶系統(tǒng)組成框圖

圖1 智能垃圾桶控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 系統(tǒng)焊接元件面圖片

圖3 軟件系統(tǒng)流程框圖圖

智能垃圾桶控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，控制系統(tǒng)的前向通道由紅外距離傳感器的數(shù)據(jù)采集輸入及人人體感應(yīng)檢測模塊輸入兩部分，控制系統(tǒng)的后向通道由蜂鳴報警信號及舵機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作兩部分組成。控制系統(tǒng)中主控制器選用單片機(jī)，采集感應(yīng)人體信號并與理想值比較，而控制執(zhí)行舵機(jī)機(jī)構(gòu)自動開關(guān)蓋；采集垃圾限位信號與標(biāo)準(zhǔn)值比較進(jìn)而報警警示。

3 硬件系統(tǒng)設(shè)計及制作

硬件電路包括幾類：系統(tǒng)控制器單元、距離探測模塊、人體感應(yīng)模塊、舵機(jī)驅(qū)動及控制模塊及系統(tǒng)警示模塊。

3.1 硬件系統(tǒng)元器件選型

系統(tǒng)控制器單元選擇STC89C52，距離探測模塊選擇TCRT5000 型的紅外反射距離傳感器。人體感應(yīng)模塊選擇MH-B型紅外傳感器。舵機(jī)驅(qū)動模塊選用SG90。報警模塊采用蜂鳴報警及LED 燈指示。采用萬能板搭建系統(tǒng)電路。

3.2 硬件系統(tǒng)焊接

圖4 系統(tǒng)裝配調(diào)試圖

按照設(shè)計的原理圖進(jìn)行焊接實施，萬能板焊接元件面如圖2所示，焊接時注意控制系統(tǒng)最小系統(tǒng)元器件盡量緊挨著單片機(jī)芯片，極性元件比如電解電容和報警指示發(fā)光二極管和蜂鳴器要注意極性判別及檢測，三極管注意是PNP 型的，平面對準(zhǔn)自己，依次為E B C，傳感器模塊也有電源極性問題，如若極性接反，會出現(xiàn)該亮不亮，該響的不響。焊接元件面如圖2 所示。

4 軟件系統(tǒng)設(shè)計

程序是將各個子模塊銜接成一個整體的橋梁，用程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的邏輯控制功能。讓單片機(jī)查詢?nèi)梭w感應(yīng) 模塊接收到的短信，根據(jù)短信的內(nèi)容對輸出電路進(jìn)行控制，從而達(dá)到遠(yuǎn)程遙控的效果。軟件系統(tǒng)設(shè)計采用模塊化程序設(shè)計方法，重要的子模塊包括開關(guān)蓋子程序及垃圾桶滿檢測子程序以及PWM波形產(chǎn)生模塊等。智能垃圾桶的開蓋時需將舵機(jī)旋轉(zhuǎn)到45°，那么只用輸出一個占空比為1ms 的控制脈沖即可；關(guān)蓋時需將舵機(jī)旋轉(zhuǎn)到0°，那么只用輸出一個占空比為0.5ms 的控制脈沖即可。開關(guān)蓋子程序需要設(shè)定產(chǎn)生PWM波形及調(diào)整占空比（圖3）。

5 系統(tǒng)裝配調(diào)試

用萬能板裝配該系統(tǒng)，如圖4，本設(shè)計的軟件調(diào)試與編譯是在Keil uVision4 的環(huán)境下進(jìn)行的程序燒錄之后便可以下載程序進(jìn)行功能測試：人體檢測傳感器檢測測試：有人靠近垃圾桶，舵機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動垃圾桶開蓋。當(dāng)人遠(yuǎn)離人體檢測傳感器時，舵機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動垃圾桶關(guān)蓋。當(dāng)關(guān)蓋到位時，舵機(jī)停轉(zhuǎn)，垃圾桶保持關(guān)閉狀態(tài)。垃圾填滿至標(biāo)準(zhǔn)值，蜂鳴器報警，指示燈亮。

6 結(jié)論

據(jù)操作調(diào)試結(jié)果表明，本次設(shè)計的智能垃圾桶能可靠的完成垃圾桶蓋的自動控制功能，并能指示輸出的狀態(tài)，達(dá)到了設(shè)計的要求，與預(yù)期結(jié)果基本相符。后期制作用PCB 板，可以減小制作的體積，從而更方便設(shè)計系統(tǒng)集成結(jié)構(gòu)。經(jīng)試用，需求的各項功能均能正常實現(xiàn)，但集成方面仍需要優(yōu)化處理，才能更方便實用。