基于STM32的智能垃圾桶

楊洪俊 宋艷芳

摘 要：智能垃圾桶具有極其重要意義，可以大大提高效率，降低人工成本。智能垃圾桶具有十分廣闊的市場前景，它將智能技術(shù)與清潔技術(shù)結(jié)合起來，在公共場合方面已經(jīng)形成了巨大的產(chǎn)業(yè)。并且，智能垃圾桶綜合了機(jī)械、傳感器、控制理論等學(xué)科，同時(shí)，融合太陽能充電、自動(dòng)打包垃圾、提醒垃圾放滿、火焰報(bào)警等多方面的知識。智能垃圾桶智能程度高，只需要運(yùn)輸垃圾即可，實(shí)用性強(qiáng)，對環(huán)境的適應(yīng)性好，是目前一個(gè)研究重點(diǎn)，也取得了一定的成果。

關(guān) 鍵 詞：火焰檢測;智能垃圾桶;STM32

20世紀(jì)以來，世界發(fā)展非常迅猛，我國在這個(gè)發(fā)展的潮流中，同樣也不落后，甚至處于前列。生活水平不斷提高的同時(shí)，生活垃圾的數(shù)量也呈現(xiàn)指數(shù)式上升。再加上中國14億的人口，使得中國成為世界上垃圾污染最嚴(yán)重的國家之一。我國也采取了一些垃圾處理辦法，例如填埋，回收，等等，雖說有效，但是卻并沒有解決問題，依舊有1/3左右的垃圾沒有得到處理，對環(huán)境完成了污染。我們可以想象到，如果一直無法找到最合適的方法處理垃圾問題，那么不久的將來，我們的城市，陸地，海洋將會(huì)堆滿垃圾。

1.智能垃圾桶的核心控制

智能垃圾桶的控制原理并不是太復(fù)雜，它是利控制核心板STM32，來達(dá)到控制各種傳感器的。利用太陽能板給蓄電池充電達(dá)到持續(xù)續(xù)航的能力。利用紅外傳感器測垃圾桶內(nèi)的垃圾高度以及重力傳感器測垃圾桶內(nèi)垃圾重量。利用溫度傳感器檢測內(nèi)部溫度情況做到安全實(shí)時(shí)監(jiān)測。同時(shí)安裝了自動(dòng)開合的功能。對于智能垃圾桶的整個(gè)設(shè)計(jì)，從硬件入手。首先是要有一個(gè)桶身，然后就是可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)溫度檢測模塊，另外還需要多個(gè)能實(shí)現(xiàn)揮手開蓋功能和自動(dòng)避障的紅外感應(yīng)模塊。最重要的是智能垃圾桶的核心STM32單片機(jī)，用來連接其他模塊，實(shí)現(xiàn)集中控制。

2.設(shè)計(jì)

2.1 智能垃圾桶的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能垃圾桶的控制原理并不是太復(fù)雜，它是利控制核心板STM32，來達(dá)到控制各種傳感器的。利用太陽能板給蓄電池充電達(dá)到持續(xù)續(xù)航的能力。利用紅外傳感器測垃圾桶內(nèi)的垃圾高度以及重力傳感器測垃圾桶內(nèi)垃圾重量。利用溫度傳感器檢測內(nèi)部溫度情況做到安全實(shí)時(shí)監(jiān)測。同時(shí)安裝了自動(dòng)開合的功能。

2.2智能垃圾桶的硬件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的STM32最小系統(tǒng)主要包含時(shí)鐘和復(fù)位兩部分電路，連接圖如圖3.5所示。為了使系統(tǒng)能夠獲取較精確的主時(shí)鐘，本文在時(shí)鐘源選擇.上采用了外部晶振電路。由一個(gè)8MHZ的晶振和兩個(gè)22pF的電容組成。電路上的晶振和兩個(gè)電容通常接在靠近單片機(jī)接口處，目的是能夠降低外部時(shí)鐘的輸出失真也能夠有效的減少開機(jī)等待時(shí)間[1]。復(fù)位電路是微控制器穩(wěn)定運(yùn)行的保障，處理器的工作頻率--般很高，極易受到外部的因素干擾如電壓波動(dòng)或外界區(qū)域的電磁干擾。所以，為了使控制系統(tǒng)能夠有序的運(yùn)行，在選擇控制器上我們需要仔細(xì)考慮電源的穩(wěn)定性。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，供電電壓會(huì)有上升過程，直至達(dá)到單片機(jī)的正常工作電壓。 在此期間為保證單片機(jī)不會(huì)因電壓波動(dòng)導(dǎo)致不能穩(wěn)定工作，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)位電路讓單片機(jī)延時(shí)啟動(dòng)。

主時(shí)鐘是一個(gè)8MHz的晶體振蕩器和22pF的負(fù)載電容共同構(gòu)成晶體振蕩器電路，其兩端分別是OSC輸入端口和OSC輸出端口。晶體振蕩器是電路的重要組成部分，它的作用是為系統(tǒng)頻率提供依據(jù)晶體振蕩器的頻率受單片機(jī)運(yùn)行速度的影響。一般來說，隨著C40和C46成為負(fù)載電容器，晶體振蕩器頻率變得越來越高[4]。為了使C40和C46具有相同的特性和尺寸，一般在1.2MHz-12MHz范圍內(nèi)采用20pF到30pF的電容器，在最后的硬件焊接過程中，為了減小寄生電容的穩(wěn)定振蕩，晶體振蕩器電路和微控制器將緊密地安裝在一起。

垃圾量檢測就是距離檢測。常用測距方案為超聲波傳感器是，?超聲波傳感器，超聲波頻率高，方向性好，傳播速度為340米/秒，和聲速相同，由于速度較慢，所以分辨率極高，而超聲波傳感器因其結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉，穩(wěn)定可靠，從而應(yīng)用廣泛。一體超聲波傳感器由于灌封在塑料殼體內(nèi)，適用于潮濕、煙塵等各種惡劣的測量場合。

DS18B20它支持一線總線接口。它的優(yōu)點(diǎn)是，體積很小占地面積小，性能優(yōu)秀，抗干擾能力比較強(qiáng)，穩(wěn)定性能好，配置方便等，能直接八測得得到的溫度信號直接變換為數(shù)字信號。測量溫度范圍為-50～120°C，與實(shí)際誤差較小。

2.3智能垃圾桶的軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主芯片為 STM32F103RCT6，使用 ARM 官方編譯器 MDK 對其程序進(jìn)行開發(fā)，工程主要分為下面幾個(gè)部分：

（1）組 USER 下面存放的主要是用戶代碼。

（2）組 HARDWARE 下面存放的是溫度、通信等外設(shè)驅(qū)動(dòng)代碼。

（3）組 SYSTEM 是系統(tǒng)相關(guān)的共用代碼。

（4）組 CORE 下面存放的是 STM32F1 固件庫當(dāng)中的啟動(dòng)文件和核心文件。

（5）組 FWLib 下面存放的是 STM32F1 固件庫文件，可以根據(jù)工程需要進(jìn)行添加或刪除。

（6）README 主要就是為本版本代碼進(jìn)行相關(guān)描述。

3.結(jié)論

對于智能垃圾桶的整個(gè)設(shè)計(jì)，從硬件入手。首先是要有一個(gè)桶身，然后就是可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)溫度檢測模塊，另外還需要多個(gè)能實(shí)現(xiàn)揮手開蓋功能和自動(dòng)打包垃圾的功能。最重要的是智能垃圾桶的核心STM32單片機(jī)，用來連接其他模塊，實(shí)現(xiàn)集中控制。另外還需要有能給模塊提供能源的電源模塊。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣志林.STM32單片機(jī)的原理及硬件電路設(shè)計(jì)探討[M].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2015，8（10）：22-65.

[2]譚淑梅.簡析STM32單片機(jī)原理及硬件電路設(shè)計(jì)[J].大慶師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，2（06）：21-23.

[3]王曉彥.STM32?單片機(jī)原理及硬件電路設(shè)計(jì)[J].南方農(nóng)機(jī)，2020，5（14）：163-164.

山東協(xié)和學(xué)院 山東濟(jì)南 250107