基于51單片機(jī)的室內(nèi)智能垃圾桶設(shè)計(jì)

王智群 張婉晴 黃劍林 韋國(guó)全

摘 要：本項(xiàng)目以STC89C52RC為核心，紅外傳感器檢測(cè)人們與桶蓋的距離，單片機(jī)控制舵機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開蓋與自動(dòng)關(guān)蓋;語(yǔ)音模塊對(duì)人們發(fā)出的指令識(shí)別，可以實(shí)現(xiàn)垃圾桶在短距離的移動(dòng)，主動(dòng)“收取”主人的垃圾，不僅解放主人的雙手，還可以節(jié)約人們?cè)谌セ乩暗亩叹嚯x移動(dòng)消耗的時(shí)間。

關(guān)鍵詞：STC89C52RC;紅外識(shí)別;語(yǔ)音識(shí)別;智能垃圾桶

隨著人們生活節(jié)奏的提升，人們對(duì)生活品質(zhì)的有較高追求，傳統(tǒng)的垃圾桶的問(wèn)題也隨之凸顯。傳統(tǒng)的垃圾桶多數(shù)是沒(méi)有桶蓋且桶壁多孔的非密閉環(huán)境，不能隔離垃圾帶來(lái)的異味，且很大程度上為病毒繁殖與傳播提供優(yōu)良的環(huán)境。因此，人們迫切需要一個(gè)區(qū)別于傳統(tǒng)的垃圾桶，在廚房，衛(wèi)生間，辦公室等室內(nèi)不同環(huán)境下，不僅滿足正常存儲(chǔ)垃圾，垃圾打包的需要，還要解放人們的雙手，節(jié)約日常寶貴的時(shí)間。因此一款智能垃圾桶應(yīng)運(yùn)而生，不僅自動(dòng)識(shí)別人們的行為來(lái)控制桶蓋的開與關(guān)，還能通過(guò)人們的語(yǔ)音指令進(jìn)行自身的移動(dòng)，減少人們的不必要的活動(dòng)，便利人們的生活，還保證了環(huán)境的衛(wèi)生。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

硬件結(jié)構(gòu)由兩大部分組成：垃圾桶和運(yùn)載垃圾桶的小車。垃圾桶由STC89C52RC作為主控，由紅外傳感器，舵機(jī)，和按鍵和開關(guān)指示電路組成;運(yùn)載小車由STC89C52RC作為主控，由語(yǔ)音模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成。

（1）紅外傳感器。紅外傳感器放置在桶蓋張開處前，呈環(huán)繞形狀排列。在檢測(cè)到人體距離桶蓋及桶蓋周圍一定距離時(shí)，向主控芯片的IO口傳送高電平，主控芯片根據(jù)IO口采集到的電平進(jìn)行處理。

本項(xiàng)目采用E18-D80NK漫反射式紅外光電開關(guān)傳感器模塊，它對(duì)自身周圍的環(huán)境有很強(qiáng)的感應(yīng)能力。這款漫反射式紅外光電開關(guān)有發(fā)射管與接收管組成，而且在其紅外光電開關(guān)的上部有可調(diào)電阻，可對(duì)反應(yīng)距離進(jìn)行調(diào)節(jié)。這款漫反射式紅外光電快關(guān)輸入電壓在5V，電流100mA，感應(yīng)距離在80cm以內(nèi)，在機(jī)器人避障，流水線設(shè)計(jì)等自動(dòng)化產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用。

（2）舵機(jī)模塊。舵機(jī)在本項(xiàng)目中放置在桶蓋和桶身連接處，當(dāng)檢測(cè)到人們有扔垃圾的行為的時(shí)候，主控芯片驅(qū)動(dòng)舵機(jī)進(jìn)行打開蓋子與關(guān)閉蓋子、保持一定時(shí)間的角度控制等操作。舵機(jī)內(nèi)部由直流電機(jī)，角度傳感器，控制電路與齒輪等組成。舵機(jī)控制信號(hào)為20ms的脈寬調(diào)制信號(hào)，其中脈寬從0.5ms～2.5ms，對(duì)應(yīng)舵盤位置從0～180度，呈線性變化。本項(xiàng)目的智能垃圾桶采用P1.5口來(lái)控制舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度。

（3）語(yǔ)音識(shí)別模塊。運(yùn)載小車上的語(yǔ)音識(shí)別模塊對(duì)主人的指令進(jìn)行識(shí)別，并根據(jù)指令來(lái)控制運(yùn)載小車的運(yùn)動(dòng)。語(yǔ)音識(shí)別模塊采用LD3320芯片，這款芯片是基于非特定人語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的語(yǔ)音識(shí)別聲控芯片，它不需要用戶進(jìn)行錄音訓(xùn)練，且支持最多50天關(guān)鍵詞語(yǔ)識(shí)別，在51等MCU編程中，只需要簡(jiǎn)單的設(shè)置芯片的寄存器，芯片就可以識(shí)別特定的關(guān)鍵詞語(yǔ)，操作對(duì)于其他芯片來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)單好用。

（4）電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。運(yùn)載小車的主控芯片控制小車的行走，需要電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。運(yùn)載小車采用L298N驅(qū)動(dòng)模塊，L298N是專用驅(qū)動(dòng)集成電路，屬于H橋，輸出電流為2A，最高電流為4A，最高工作電壓為50v，可以驅(qū)動(dòng)大功率的電機(jī)，電磁閥等。輸入端可以直接與單片機(jī)相連接，方便單片機(jī)控制。在本項(xiàng)目中，完全滿足項(xiàng)目需要。

（5）主控芯片。本項(xiàng)目采用STC89C52RC。STC是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能的CMOS的8位微控制器，使用經(jīng)典的MCS-內(nèi)核，且相對(duì)應(yīng)傳統(tǒng)的51單片機(jī)，有很大性能上的提升。STC支持5v供電，和串口下載，可以外加晶振或者振蕩器起振電路來(lái)給芯片起振。STC89C52RC采用高電平復(fù)位，需要一個(gè)10k左右的電阻和10uf的電容，即可對(duì)芯片進(jìn)行初始化和復(fù)位操作。

2 軟件設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目是具有人體感應(yīng)識(shí)別的自動(dòng)開合蓋垃圾桶和配套運(yùn)載小車。垃圾桶桶蓋周圍的紅外傳感器檢測(cè)到有人靠近時(shí)候，打開垃圾蓋，如果檢測(cè)到?jīng)]有人在桶蓋上面時(shí)候，垃圾桶蓋就可以自動(dòng)關(guān)閉，并為下一次開蓋做準(zhǔn)備。運(yùn)載小車的語(yǔ)音模塊識(shí)別到主人的指令的時(shí)候，進(jìn)行移動(dòng)，到有障礙物時(shí)候停下，主人再進(jìn)行扔垃圾的操作。作為可以運(yùn)行短距離的小車，在室內(nèi)的狹小環(huán)境下，運(yùn)行路線會(huì)很短，因此檢測(cè)到障礙物即可停下。

3 結(jié)束語(yǔ)

智能垃圾桶很好的解決了人在扔垃圾的時(shí)候，與垃圾桶的零接觸，只在扔垃圾時(shí)候才打開蓋子，并且自動(dòng)關(guān)閉蓋子，垃圾桶與運(yùn)載小車作為一個(gè)整體，提高了人們?nèi)永男剩?jié)約人們的寶貴時(shí)間，具有性能穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，成本低廉，智能化等優(yōu)點(diǎn)，使大眾用起來(lái)方便，提升了人們的生活質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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