基于ARM的戶外垃圾桶的設(shè)計(jì)

徐啟明 楊偉新

摘?要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量有了新的要求，垃圾桶無(wú)論是在家里，還是在公共場(chǎng)所都是不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施。目前在大多數(shù)的公共場(chǎng)合，戶外垃圾桶已隨處可見(jiàn)，但都千篇一律，毫無(wú)新意，缺乏一些人性化、智能化的設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)露天的垃圾桶還會(huì)散發(fā)出陣陣惡臭，影響環(huán)境，垃圾傾倒處理不及時(shí)，不但不美觀也不衛(wèi)生，還影響人們的心情。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能;STM32;智能垃圾桶

1 緒論

本設(shè)計(jì)使用STM32主控制器，為實(shí)現(xiàn)智能垃圾桶在大多數(shù)的露天公共場(chǎng)所能夠普及而設(shè)計(jì)的一個(gè)智能垃圾桶系統(tǒng)。采用機(jī)械傳動(dòng)進(jìn)行垃圾桶蓋的打開(kāi)和關(guān)閉，同時(shí)，本設(shè)計(jì)還具有自動(dòng)感應(yīng)、垃圾量監(jiān)測(cè)、防盜報(bào)警功能。同時(shí)以太陽(yáng)能電池板作為能源的供應(yīng)，符合低碳環(huán)保、綠色經(jīng)濟(jì)的要求。

2 硬件設(shè)計(jì)

在硬件設(shè)計(jì)上，采用由局部到整體的設(shè)計(jì)理念，首先進(jìn)行各模塊的分散設(shè)計(jì)，后進(jìn)行整體組裝測(cè)試和調(diào)整。

在能源方面，本設(shè)計(jì)采用的10W的單晶硅太陽(yáng)能板。即使工作環(huán)境比較惡劣，太陽(yáng)能板也能正常工作，工作時(shí)，通過(guò)穩(wěn)壓電路輸出電壓為5V，電流根據(jù)負(fù)載情況在本設(shè)計(jì)中也完全滿足要求。單晶硅太陽(yáng)能板使用壽命長(zhǎng)，同時(shí)使用的蓄電池容量較大，輸出電壓電流符合要求。

在主控方面，本設(shè)計(jì)采用ARM公司的STM32F103單片機(jī)。該系列的單片機(jī)成本低廉、性能好、功耗也是在目前市場(chǎng)上最低的一種芯片。STM32F103系列是32位的處理器，具有72MHz的晶振，擁有M3的內(nèi)核，處理速度極快，在各種嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，該系列處理器應(yīng)用十分廣泛。

在主體設(shè)計(jì)上，整體外觀采用塑料設(shè)計(jì)，它具有輕便、耐臟、耐腐蝕等優(yōu)良特點(diǎn)。同時(shí)內(nèi)部垃圾桶與外殼分離，方便工作人員的清理。在垃圾桶蓋的開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)上使用了機(jī)械傳動(dòng)裝置，底部安裝有一個(gè)大力矩舵機(jī)，舵機(jī)轉(zhuǎn)盤連接在連桿底部，連桿頂部連接于桶蓋，此時(shí)舵機(jī)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就會(huì)帶動(dòng)連桿移動(dòng)控制垃圾桶蓋的打開(kāi)與閉合。

在感應(yīng)器的設(shè)計(jì)上，我們通過(guò)調(diào)節(jié)電路的電位器來(lái)改變感應(yīng)器的靈敏度，通過(guò)LM393電壓比較器對(duì)采集的電壓與標(biāo)準(zhǔn)電壓（閾值）進(jìn)行比較，比較后的輸出電壓輸送至控制器的IO口。

在交互方面，設(shè)計(jì)上有語(yǔ)音提示和液晶顯示兩種。語(yǔ)音提示模塊使用RS232串口通信，通過(guò)計(jì)算機(jī)串口對(duì)模塊進(jìn)行設(shè)置，可以將MP3、WAV格式語(yǔ)音錄入存儲(chǔ)器中，在主控制器的控制下，通過(guò)外置喇叭來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播報(bào)，從而達(dá)到語(yǔ)音提示功能。OLED液晶顯示屏采用IIC協(xié)議進(jìn)行通信，通過(guò)設(shè)置，可以進(jìn)行白色、藍(lán)色和黃藍(lán)雙色顯示，正常工作時(shí)電壓僅需2.8V，電流為20mA，休眠模式下在μA級(jí)別電流。

在終端方面，采用了ESP8266WIFI無(wú)線通信模塊。該模塊可以將主控制器接收到的信息通過(guò)串口發(fā)送至無(wú)線模塊上，再通過(guò)WIFI方式與終端（工作人員）進(jìn)行通信，它可以將垃圾桶的各個(gè)信息參數(shù)以無(wú)線形式發(fā)送給工作人員。

3 軟件設(shè)計(jì)

在軟件設(shè)計(jì)上，依然采用由局部到整體的設(shè)計(jì)思路。通過(guò)使用KEIL5軟件編程，將各個(gè)模塊的編程代碼封裝于不同的文件夾中的.c和.h文件中，然后在主函數(shù)中調(diào)用一個(gè)功能模塊函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)整體功能的運(yùn)行。

在垃圾量的檢測(cè)上，我們使用了16位的AD轉(zhuǎn)換器對(duì)模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將采集的數(shù)字量與模擬量進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，采用最小二乘法和折現(xiàn)擬合法對(duì)其建立模擬量和數(shù)字量的聯(lián)系即可實(shí)現(xiàn)對(duì)垃圾量的檢測(cè)。

在通信交互方面，我們使用了IIC通信協(xié)議、RS232串口通信協(xié)議和無(wú)線網(wǎng)WIFI進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收。液晶顯示屏使用IIC協(xié)議，IIC協(xié)議具有數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘線SCL，按照協(xié)議編寫程序即可實(shí)現(xiàn)通信，屏幕的顯示位置可用X軸和Y軸進(jìn)行定位。串口通信具有發(fā)送端TXD和接收端RXD，按照協(xié)議進(jìn)行編寫程序（發(fā)送緩沖，接收鎖存）即可實(shí)現(xiàn)通信。

4 總結(jié)

智能的戶外垃圾桶可以有效地提高人們生活質(zhì)量，改善環(huán)境問(wèn)題，提高環(huán)衛(wèi)工人的工作效率，減少了生活中各種病菌交叉感染的概率，解決垃圾異味溢出問(wèn)題，確保馬路和公共場(chǎng)所等戶外區(qū)域空氣的清新。同時(shí)電源的供給擺脫了傳統(tǒng)供電方式的束縛，使用太陽(yáng)能電池板更加綠色經(jīng)濟(jì)，符合社會(huì)發(fā)展的創(chuàng)新要求。