一種智動控制的戶外垃圾桶設計與實現

惠州市技師學院 曾世芳

1 引言

“垃圾桶”作為人類生活中不可或缺的必需品，它伴隨著人類走過了每一個時代。隨著人們環保意識和審美水平的普遍提高，垃圾桶的種類在不斷翻新，人們更加注重它的美觀和實用性，產品也向著“智能化”方向發展。

2 系統方案設計

系統以STC89C52RC單片機最小系統作為核心控制電路，設計一個自動感應和語音識別垃圾桶系統。該系統可實現以下幾個基本功能。

1)當有人靠近垃圾箱丟垃圾時，并在10厘米的范圍內人體識別傳感器檢測，檢測到有人時垃圾桶開蓋。

2)當人丟完垃圾離開時，垃圾桶的蓋子就會自動閉合。

3)按鍵控制垃圾桶開蓋和關蓋。

4)當人尋人體識別傳感器檢測到有人的同時語音播報“歡迎投放垃圾，請愛護我們的環境，謝謝！”

5)垃圾桶內垃圾快裝滿的時后，LED點陣顯示垃圾桶儲存情況，在沒有裝滿的時候LED點陣顯示智能垃圾桶或其他的文字廣告。

6)垃圾裝滿后，自動發送短信給環衛局，環衛局能及時安排工作人員前往該區域清運垃圾。

7)實現撥打緊急電話如：環衛局、110、120、119。

系統組成框圖如圖1所示。

圖1 智能垃圾桶的組成框圖

3 硬件設計

系統由單片機最小系統、人體識別傳感器模塊、紅外測離傳感器模塊、GSM通訊模塊、語音播報模塊、舵機驅動電路模塊、按鍵電路和電源電路組成。下面對部分電路進行功能簡述。

3.1 單片機最小系統

本系統以STC89C52RC單片機最小系統作為核心控制電路，控制部分包括單片機的復位電路、晶振電路和總控制電路。

3.2 人體識別傳感器模塊

在本系統里的人體識別傳感器模塊其實就是HC-SR501人體感應模塊，HC-SR501是基于紅外線技術的自動控制模塊，LHI778探頭設計，靈敏度高，可靠性強，超低電壓工作模式，廣泛應用于各類自動感應電器設備，尤其是干電池供電的自動控制產品。

3.3 GSM GA6通訊模塊

GSM模塊，是一個類似于手機的通訊模塊，集成了手機的若干功能于一塊小電路板上，它可以發送短消息，通話等等。GSM模塊通過使用AT指令才能控制它，模塊可以與電腦RS232串口相連，也可以用單片機來進行控制。

3.4 語音播報模塊

本系統的語音電路由模塊WT588和三極管Q2和電阻R7組成，當檢測到有人接近垃圾桶以及當垃圾桶的垃圾裝滿時，單片機P35口發出高電平，三極管Q2導通，觸發WT588發出語音提示，原理圖如圖2所示。

圖2 語音模塊連接單片機原理圖

3.5 紅外傳感器模塊

本系統的紅外傳感器模塊的功能介紹如下。

1)當檢測到前方障礙物信號時，電路板上綠色指示燈點亮電平，同時OUT端口持續輸出低電平信號。該模塊檢測距離2～30cm，檢測角度35°，檢測距離可以通過電位器進行調節，順時針調電位器，檢測距離增加；逆時針調電位器，檢測距離減少。

2)傳感器主動紅外線反射探測,因此目標的反射率和形狀是探測距離的關鍵。其中黑色探測距離最小,白色最大;小面積物體距離小,大面積距離大。

3)傳感器模塊輸出端口OUT可直接與單片機IO口連接即可，也可以直接驅動一個5V繼電器。

4)比較器采用LM393，工作穩定。

5)可采用3-5V直流電源對模塊進行供電。

3.6 舵機驅動電路

舵機是一種位置伺服的驅動器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統。本系統需要控制1臺舵機的轉動，用單片機P20口輸出PWM信號來控制舵機的旋轉角度。

3.7 按鍵電路

本系統的按鍵功能分配如下：SW_L1是手動開蓋按建，SW_L2是撥打環衛局電話按鍵、SW_L3是撥打110電話按鍵、SW_L4是撥打120電話。按鍵電路的原理圖如圖3所示。

圖3 按鍵電路原理圖

圖4 主程序流程圖

3.8 電源電路

本系統使用穩壓電源供電，采用LM2940將12V電源穩壓成5V的直流電供系統使用。

4 系統軟件設計

單片機內的應用系統軟件主要采用順序結構的設計方法，完成垃圾桶的智動控制。軟件的主程序流程圖如圖4所示。

智能垃圾桶的開、關蓋子程序流程圖如圖5、圖6所示。

圖5 開蓋子序流程圖

圖6 關蓋子序流程圖

5 調試與總結

當有人靠近人體檢測傳感器時，舵機正轉，帶動垃圾桶開蓋，同時，正轉指示燈點亮。當開蓋到位時，舵機停轉，垃圾桶保持開啟狀態。當人員離開人體檢測傳感器時，舵機反轉，帶動垃圾桶關蓋，同時，反轉指示燈點亮。當關蓋到位時，舵機停轉，垃圾桶保持關閉狀態。

經過測試實驗，系統運行結果良好，功能全部實現。本設計主要是硬件部分，著重考慮的是硬件電路的簡單性和可行性，盡可能簡化硬件電路，節省線路板的空間，從而達到硬件電路的最優化設計。智能垃圾桶實現了垃圾桶蓋子的智能控制，從運行情況來看控制的效果比較好。