體感手勢控制智能垃圾桶電源及驅動電路的設計

周華春

摘 要：隨著科學技術的不斷進步，人們的生活水平不斷提高，人們對科學帶來的智能體驗更加期待。通過遙控器可以智能遙控機器作業是科技贈予工業的禮物，科學技術在漸漸改變人們的工作和生活，我們希望不再僅僅依賴遙控器，而是通過機器感知人的動作，機器根據人的意愿就能完成相應的任務。讓智能機器慢慢貼近人們的生活，改善和豐富人們的生活。開發體感手勢控制垃圾桶，實現人與智能垃圾桶的互動，讓人機交互發生一次革命化的改變。本文講解了該智能垃圾桶硬件電路的設計。

關鍵詞：智能；控制；電路；電壓

1 智能垃圾桶硬件電路框架

智能垃圾桶硬件電路框架如圖1所示，Zigbee無線接收控制命令，CC2530控制電機、吸塵器、垃圾桶開關蓋。超聲波傳感器檢測前方障礙物、下方懸崖，智能躲避，異味傳感器檢測垃圾桶內有害氣體，如果有異味報警提醒。考慮到節約電能和傳感器及電機等用電設備不一樣，電源也分為LDO、開關電源兩種，LDO電源負責傳感器、報警提示供電，開關電源給MCU、電機等其他設備供電。

2 智能垃圾桶硬件電路的設計

2.1 CC2530最小系統及Zigbee無線通訊

CC2530集成了51單片機內核，網絡節點最多可以連接255個，每個的通信距離在60-100米左右。Zigbee協調器通過USB接口連接電腦，電腦發送控制命令控制網絡里的節點工作。CC2530既是單片機也是Zigbee無線通訊芯片。如圖2 CC2530是有倆個晶振為它提供時鐘信號，CC2530的系統時鐘system clock可選擇外部32MHz crystal oscillator，或者內部自帶的16MHz RC oscillator，但是RF工作時必須選擇32MHz crystal oscillator。如圖3所示CC2530的復位只需把RESET接負極。

2.2 電源電路

智能垃圾桶用電情況如下：MCU功率：1W，倆臺電機功率：12W，垃圾桶蓋功率：2W，吸塵器功率：5W，異味傳感器功率：1W，超聲波傳感器功率：1W，總功率：22W。

根據以上計算智能垃圾桶平臺需要12V、5000mAh鋰電池供電，為合理配置用電，電源分為LDO電源和開關電源兩部分供電。LDO電源電路如圖4所示，負責給報警提醒、異味傳感器、超聲波傳感器供電。開關電源本文不作詳細介紹，開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈沖寬度調制（PWM）控制IC和MOSFET構成。

2.3 電機驅動電路

電機為可調速直流減速電機，電機驅動使用BTS7960B，BTS7960是NovalithIC家族三個獨立的芯片的一部分：一是p型通道的高電位場效應晶體管，二是一個n型通道的低電位場效應晶體管，結合一個驅動晶片，形成一個完全整合的高電流半橋。如圖5所示。

BTS7960B參數：輸入電壓：7.2V-20V，輸出電流：0-68A。

2.4 垃圾桶蓋開關驅動電路

電機為直流減速電機，電機驅動使用LM298，L298是SGS公司的產品，比較常見的是15腳Multiwatt封裝的L298N，內部同樣包含4通道邏輯驅動電路。可以方便的驅動兩個直流電機，或一個兩相步進電機。如圖6所示。

LM298參數：輸入電壓：5V-35V，輸出電流：2A（MAX單橋），最大功率：25W。

2.5 吸塵器開關驅動電路

吸塵器是高速旋轉電動機，MCU控制達林頓驅動繼電器，實現吸塵器電源的通斷。如圖7所示。

繼電器參數：驅動電壓：5V，導通電壓：220V（交流）。

3 體感手勢控制平臺技術展望

體感手勢控制智能應用平臺是一開放性的巨大平臺，上述開發的“智能垃圾桶”可通過人的手勢姿態控制其作業，在清潔工作時給人愉悅的智能體驗，此則改變人們對家居清潔的方式。

基于上述“體感手勢控制智能移動平臺”，將可以開發出更多的智能應用。例如：基于體感手勢控制的智能醫療平臺、基于體感手勢控制的智能交通平臺、基于體感手勢控制的軍事應用平臺等。智能機器慢慢貼近人們的生活，改善和豐富人們的生活不再是遙不可及的海市蜃樓。未來，人們將用最自然的方式，自然的動作與機器對話。

參考文獻

[1]陳一明，張云華.基于手勢識別的機器人人機交互技術研究[J].機器人.2009.31（4）：341-356.

[2]劉軍，田國會.智能空間下基于手勢識別的人機交互[J].北京聯合大學學報2010年6月.

[3]劉進，張天序.圖像不變矩的推廣[J].計算機學報.2004.27（5）：668-674.