基于單片機的智能垃圾桶設計

王濤　馬寧　張蘭云

【摘? 要】科技水平的不斷提升，使城市化程度和人們的生活水平有了顯著提高。生活垃圾越來越多，垃圾桶隨處可見，但存在諸多問題，如扔垃圾需要手動翻蓋、各種垃圾混雜在一起，導致垃圾回收難度大甚至造成資源浪費。論文設計了一種基于單片機智能系統控制的垃圾桶，該系統以單片機為基礎，通過熱釋電傳感器和電渦流傳感器實現語音播報、自動翻蓋和金屬垃圾分類功能。經實驗測試，該系統操作簡單、易于推廣。

【Abstract】The continuous improvement of the level of science and technology has significantly improved the degree of urbanization and people's living standards. There are more and more domestic garbage， garbage cans can be seen everywhere， but there are many problems existing in them， such as the need to manually flip the cover for throwing garbage， all kinds of garbage mixed together， resulting in the difficulty of garbage collection and even resources waste. This paper designs a kind of garbage can based on the control of intelligent system of single chip microcomputer. The system is based on single chip microcomputer， and realizes functions by pyroelectric sensor and eddy current sensor， such as voice broadcast， automatic flip of the cover and metal waste classification. After experimental testing， the system is simple to operate and easy to popularize.

【關鍵詞】單片機;熱釋電傳感器;電渦流傳感器;語音播報

【Keywords】single chip microcomputer; pyroelectric sensor; eddy current sensor; voice broadcast

【中圖分類號】TS959.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）05-0180-02

1 引言

垃圾桶隨處可見，不但方便了生活還在一定程度上保護了生活環境，但是由于設計得不合理，也存在諸多問題，如由于垃圾桶很不衛生，大多數人都不愿意直接接觸垃圾桶去扔垃圾，有的人甚至直接將垃圾丟在垃圾桶蓋上或者垃圾桶周圍，使得垃圾桶內“無垃圾”桶外“垃圾遍地”，同時，也使得資源再回收變得十分困難。針對垃圾桶的現狀和缺陷，本文設計了一種基于單片機智能系統的垃圾桶，主要可以實現有人語音提示、滿桶語音提示、自動翻蓋和金屬垃圾分類功能。

2 主要設計內容

本次設計是利用單片機系統設計的一種智能垃圾桶。該系統不僅具有自動語音提示的功能和自動感應的功能，還可以自動進行金屬與非金屬材質垃圾的混合自動檢測，并可以進行簡單的垃圾分類。該控制系統以單片機自動控制系統為工作中心，通過熱釋電傳感器自動檢測是否有人要向桶內扔垃圾，并自動打開每個垃圾桶的桶蓋，感應到垃圾進桶后再自動將桶蓋關閉，利用語音提示模塊的識別功能直接實現垃圾類別語音識別提示，利用電渦流感應傳感器功能實現金屬與其他非金屬的精確分類[1，2]。

2.1 語音播報與自動翻蓋功能

系統啟動后進行初始化操作，由人體紅外檢測電路探測在設定距離內是否有人扔垃圾，如果有人扔垃圾，經單片機判斷后桶蓋自動打開，若不再檢測到有人在設定距離內，則延時3s后桶蓋自動恢復原位。當人一直站在桶前時，桶蓋會一直保持打開的狀態直到人離開。當垃圾桶裝滿時，由超限檢測電路檢測垃圾高度是否達到設定高度，經單片機判斷后控制語音報警電路，喇叭播放錄制好的語音。只有在開蓋后垃圾桶才會發出垃圾已裝滿的報警，提醒人們不要繼續投入垃圾，然后程序返回到檢測有沒有人扔垃圾處并繼續循環下去。主程序流程框圖如圖1所示。

兩個紅外對管傳感器模塊作為單片機主要的信號輸入源，單片機處理輸入信號后，將控制信號輸出到電機驅動模塊和語音模塊，完成本系統的設計功能。穩壓模塊則是在使用非USB供電時，使系統的輸入電壓保持在5V，是保證工作時系統的穩定性所必需的模塊。通過人體檢測模塊中的紅外對管傳感器檢測出有人，把此信號傳輸給單片機，單片機收到該信號處理后控制電機驅動模塊進行開蓋，人離開后經延時一段時間后自動關蓋。當垃圾高度達到設定高度時，垃圾檢測模塊中的紅外對管傳感器發送信號至單片機，單片機接收和處理信號后控制語音模塊播放語音報警。結構框圖如圖2所示。

2.2 金屬垃圾自動分類功能

該系統的設計模塊包括單片機信號控制處理系統、熱釋放繼電器和紅外線信號傳感器控制模塊、語音控制模塊、金屬垃圾檢測系統模塊、電機電源驅動控制模塊、穩壓模塊。穩壓模塊是針對不同模塊對電源的不同要求所設計的，保證整個系統的能量充足和工作時系統的穩定性。紅外線激光傳感器控制模塊、語音信號播報控制模塊和其他語音信號識別控制模塊均與單片機的主機系統交互相連，將系統輸出的語音信號進行實時傳遞，并反饋給單片機的主機系統。

在系統工作過程中，如果當人體紅外傳感器通過感應器探測到桶外有人投放垃圾的信息時，則將此信息傳輸給單片機系統，單片機系統接收該信息，并進行處理后，控制驅動電機模塊驅動電機進行工作，進而打開桶蓋。如果桶內垃圾已滿蓋，則單片機系統通過控制電腦語音播報模塊自動進行語音播報。傳感器通過感應器得到桶外沒有人投放垃圾的信息時，將該信息再次傳遞給單片機系統，單片機系統再次調用電機驅動模塊，控制電機工作并將垃圾桶蓋關閉。垃圾桶蓋自動關閉后，單片機系統自動接收分類信息后再調用分類電機，并驅動分類電機進行分類工作，利用電渦流感應傳感器的相關功能，進而將桶中的垃圾進行分類，尤其是金屬與非金屬垃圾的分類[3，4]。

2.3 軟件設計

本次設計采用單片機STC89C52作為主控系統，控制各個模塊協調配合共同完成自動感應。利用熱釋電紅外傳感器檢測是否有垃圾要投入垃圾箱，語音部分可以簡單地分為語音輸出和語音輸入，分別是語音播報和語音執行兩部分，語音播報部分通過ISD4004播報事先錄好的錄音給出語音提示，語音執行部分則由1D3320實現語音接收并給出數字信號輸出[5]。分類部分由電渦流傳感器對金屬與非金屬輸出的數字信號的不同實現金屬與非金屬的檢測。電機驅動部分選用簡單常用的ULN2003模塊，并且選用轉角好控制的步進電機作為執行器[6]。在實際的軟硬件聯調過程中難免會出現一些故障，這就需不斷的調試，查找其中的原因，再一個個地將故障排除，最后實現軟硬件聯調成功。

3 結語

本文設計了一種基于微型單片機技術控制的智能垃圾桶，該智能系統基于智能單片機，利用熱釋電傳感器、電驅動傳感器和電渦流驅動傳感器實現各種功能，如自動語音播報和自動翻蓋功能，并對垃圾桶內金屬與非金屬垃圾進行分類處理。該智能垃圾桶既方便了生活，保護了環境，還可以實現資源的回收與再利用，具有一定的發展前景。

【參考文獻】

【1】閻石.數字電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2006.

【2】童詩白，華成英.模擬電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2001.

【3】張毅剛，劉杰.單片機項理及應用[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2004.

【4】馬忠梅，張凱，馬巖，等.單片機的C語言應用程寧設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007.

【5】陳濤.單開機應用及C51程年設[M].北京：杭械工業大學團版社，2008.

【6】徐愛鈞，彭秀華.Keil Cx51 V7.0單片機高級語言編程[M].北京：北京電子工業出版社，2004.