基于单片机的智能垃圾桶设计.docx
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基于单片机的智能垃圾桶设计.docx
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基于单片机的智能垃圾桶设计
基于单片机的智能垃圾桶设计
摘要:
由于现在人家的生活水平越来越好,科学技术不断发展,大家的对生活的要求越来越高,大家都向往更好的生活质量,更好重视生活品质,尤其是对于居家生活更加重视,所以在这种形势下,出现了很多关于环境卫生的产品。
在任何场所,垃圾无疑是最领人头疼的事情,所以对于垃圾桶的管理是非常重要的,有必要设计一款智能垃圾桶产品。
而大量堆积在外的垃圾还会发出刺鼻的异味,既污染了环境也增加了人与细菌接触的几率。
系统主要包括报警、垃圾桶状态检测、人体检测、指示灯、垃圾桶控制以及主控制器。
系统通过人体检测信号,判断如果有人,则控制垃圾桶打开,可以对垃圾桶状态进行检测,垃圾桶是否满,并且通过报警提示。
垃圾满采集选用红外对管模块。
垃圾桶控制选择步进电机,步进电机驱动选择ULN2003。
选择C语言设计系统软件代码,C语言使用简单,编辑器选择Keil,进行代码编写、编译、执行,完成系统的功能,实现功能运行。
关键词:
STC89C52单片机;垃圾桶控制;ULN2003;红外对管
Designofintelligenttrashcanbasedonsinglechipmicrocomputer
Abstract:
Aspeople'slivingstandardsaregettingbetterandbetter,scienceandtechnologyareconstantlydeveloping,andpeople'srequirementsforlifearegettinghigherandhigher.Everyoneisyearningforbetterqualityoflifeandattachesmoreimportancetoqualityoflife,especiallyforhomelife.Therefore,inthissituation,therearealotofproductsaboutenvironmentalhealth.Inanyplace,garbageisundoubtedlythemosttroublesomething,sothemanagementofthetrashcanisveryimportant,itisnecessarytodesignasmarttrashproduct.Andalotofwasteoutsidecanalsoemitapungentsmell,pollutingtheenvironmentandincreasingthechancesofcontactwithbacteria.Thesystemmainlyincludesalarm,trashstatusdetection,humandetection,indicatorlight,trashcontrolandmaincontroller.Thesystemdeterminesifthereissomeonebydetectingthesignalofhumanbody,andthencontrolsthetrashcantoopen.Itcantestthestatusofthetrashcan,determinewhetherthetrashcanisfull,andgiveanalarm.Infraredtubemoduleisselectedforgarbagefullcollection.Trashcontrolselectsteppermotor,steppermotordriveselectULN2003.SelectClanguagetodesignsystemsoftwarecode,Clanguageissimpletouse,theeditorselectKeil,codewriting,compilation,execution,completethesystemfunctions,toachievefunctionaloperation.
KeyWords:
STC89C52singlechipcomputer;garbagebincontrol;ULN2003;infraredcounterpart
第一章引言1
1.1研究背景与现状1
1.2课题研究内容1
第二章系统方案设计1
2.1系统整体方案设计1
2.2主控制器方案2
2.4报警方案3
2.5垃圾桶满检测方案3
2.6人体检测方案3
2.7垃圾桶控制方案3
第三章系统电路设计3
3.1主控制器3
3.2垃圾桶满(人体)检测电路5
3.3报警电路5
3.4垃圾桶控制电路6
3.5指示灯电路6
第四章系统软件设计7
4.1主机软件设计7
4.2人体检测软件设计8
4.3垃圾桶控制子程序设计9
第五章系统测试10
5.1软件调试10
5.2系统仿真13
5.2.1系统仿真界面13
5.2.2系统待机状态仿真14
5.2.3系统垃圾桶控制状态仿真15
5.2.4系统垃圾桶满状态仿真15
5.3故障检查16
5.4实物测试17
5.4.1实物组装17
5.4.2系统待机上电测试18
5.4.3系统垃圾桶控制上电测试19
5.4.4系统垃圾桶满上电测试20
结论22
致谢23
参考文献24
第一章引言
1.1研究背景与现状
由于现在人家的生活水平越来越好,科学技术不断发展,大家的对生活的要求越来越高,大家都向往更好的生活质量,更好重视生活品质,尤其是对于居家生活更加重视,所以在这种形势下,出现了很多关于环境卫生的产品。
在任何场所,垃圾无疑是最领人头疼的事情,所以对于垃圾桶的管理是非常重要的,有必要设计一款智能垃圾桶产品。
现在,很多领域对工作、制作、加工等环境卫生都有要求。
比如养殖、渔业、牧业、食品行业等众多领域都对环境卫生有要求。
还有一些领域对环境卫生的要求更加严格,比如铸造行业、制造行业、汽车行业等。
温度的高低直接回影响产品的质量,影响产品的寿命,不仅仅是对产品,环境卫生的变化对人体也有一定的影响。
1.2课题研究内容
课题为基于单片机的智能垃圾桶设计,可以实现智能垃圾桶控制。
系统选择单片机进行控制,首先对相关文献进行分析,了解设计现状,对系统的功能进行架构设计,设计出系统个功能连接关系架构图,按照总分的结构对各个功能模块进行方案设计,选择最佳方案实现系统功能。
方案确定后设计系统电路,对电路原理进行说明,按照电路连接方式进行软件代码设计,完成软件设计流程逻辑图,结合硬件对设计进行测试,不断优化软件和硬件。
完成系统设计。
第二章系统方案设计
2.1系统整体方案设计
系统主要包括报警、垃圾桶状态检测、人体检测、指示灯、垃圾桶控制以及主控制器。
智能垃圾桶需要完成模块方案选择,为系统的各个功能选器件,智能垃圾桶的电路设计很重要,每个模块之间的连接关系,以及各自的电路设计,再对软件进行设计,对各个模块的信号进行处理、判断,通过软件和硬件的搭配,实现智能垃圾桶。
系统通过人体检测信号,判断如果有人,则控制垃圾桶打开,可以对垃圾桶状态进行检测,垃圾桶是否满,并且通过报警提示。
系统结构如图2-1所示。
图2-1系统结构框图
2.2主控制器方案
方案一:
单片机作为系统核心的控制器,是其他所有模块的连接枢纽,设计选用STC89C52。
单片机内部有存储模块,内部的存储模块具有超长时间的存储能力,单片机软件设计时通过MCS-51指令完成的,此指令标准在很多器件上都可以使用,通用性很强。
这款单片机的能耗也很小,在低功耗方面表现优异,单片机内核是51内核,现在很多单片机都是使用此内核,单片机是最基础入门级8位单片机,在开发设计上也是最简单的,此款单片机内部可完成8K的代码量,如果代码量超过了8K,还可以设计外围代码存储方案,设计满足所有设计需要。
单片机在设计出厂后做了加密处理,后期产品中使用后,不会被盗取设计文件,通过任何技术手段也无法进行解密。
单片机的执行速度也很快,一般搭配的晶振是11.0592Mhz晶振,单片机的稳定性很强,在很多复杂场景下都可以稳定运行。
此单片机最大优势就是成本方面,成本很低,这对于很多设计来说也是最重要的一点,所以这就是为什么在很多产品设计中可以看到它的声影。
方案二:
选择MSP430型号处理器,人们也把这种单片机叫做混合信号处理器,这种处理器集成了多种电路模块,主要有三种电路模块,第一种是模拟电路模块,第二种是数字电路模块,第三种是微处理器模块。
由德国德州仪器公司生产,1996年这种产品开始在市场上推广,它是一种混合信号处理器,其指令精简,功耗低。
在一些便携式的仪器仪表中,对这种单片机的应用比较广泛。
但利用这种单片机的开发的难度比较大,价格也相当昂贵。
因此,即使是在一些简单的设计中,也不宜采用这种单片机。
方案三:
STM32F103RBT6是32位处理器,是目前位数较高的单片机,一般在要求交稿的产品中只用,处理器内部有很多实用的配置,此单片机内部设计了数模转换,这样就不需要进行外围电路的设计,节约了开发的时间成本,加快了项目的进度,器件的外接IO口数量较多,在一些大型的产品设计要求中比较合适,电源要求是3.3V,功耗也较低,此方案最大的特点就是运行速度快,可以嵌入很多的算法,在很多具有图像识别的场合使用也很多,对摄像头数据的处理非常适用。
方案选择:
系统开发需要考虑成本问题,以及时间成本,方案2电源要求和系统电源不匹配,需要进行电源转换设计,所以时间以及费用成本都会增加,方案3的利用率会很低,在本设计中不是非常合适的方案1可以实现整个系统的功能,成本远远低于方案1,所以选择方案1。
2.4报警方案
声音报警系统要求设计报警功能,选择蜂鸣器实现报警功能,蜂鸣器能够进行蜂鸣,完全可以满足报警功能的需要。
单片机通过一个接口就可以对蜂鸣器进控制。
单片机通过PWM波就可以对蜂鸣器进行控制,实现报警功能。
2.5垃圾桶满检测方案
垃圾高度检测方案选择红外对管模块。
红外对管可以对障碍物进行检测,发射管发出的红外光如果有障碍物,则红外光遇到障碍物反射回红外接受关,检测到信号,这样实现垃圾桶满,以及人体检测功能。
2.6人体检测方案
人体检测方案选择红外对管,和垃圾桶满检测方案一致。
2.7垃圾桶控制方案
通过ULN2003对电机进行驱动,完成垃圾桶的开关控制,控制电机运行,进而控制垃圾桶的开与关。
ULN2003是专用的步进电机驱动器件,对于步进电机的驱动,经常会使用ULN2003,此芯片在步进电机驱动方案中非常成熟,芯片结构由集电极开路组成,这样芯片的驱动电流范围很宽,可以搭配很多设备使用。
第三章系统电路设计
3.1主控制器
STC89C52可以存储8K的代码量,对于大多数项目是够用的,此款单片机在产品中使用频率很高,主要因为单片机的开发设计更容易上手,对于工程师而言难度较小。
所以很多产品都使用它来作为主控制器方案。
这对于产品的成本很有优势,而且时间成本也会大大减小。
此款产品常用接口有32个,包括P0、P1、P2、P3四组接口,每组8个接口,这样数量的接口对于大部分设计都可以满足要求,而且有的IO口还配备有第二功能,既可以作为常用IO,也可以作为特殊功能使用,比如P3.0为串口通信的输入端
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