單片機智能環保垃圾桶設計

盧睿潔 周泊龍 韓軍良

【摘 ?要】為解決傳統垃圾桶使用不便的問題，在人們丟棄垃圾時避免雙手被污染和雙手占用問題，論文介紹了一種基于STC89C52單片機控制的智能環保垃圾桶，其可以實現自動感應測距。使用時，其既可自動開蓋，延時自動關蓋，也可手動控制，按鍵開蓋。其設有滿溢指示燈，在垃圾量達到滿溢標準時，提示使用者及時清理垃圾。垃圾桶選用伸縮式步進電機作為動力源，利用L298N電機驅動模塊驅動，由STC單片機控制程序，在需要使用時驅動電機，通過輸出軸輸出推力，推動杠桿實現自動開關蓋。

【Abstract】In order to solve the problem of inconvenient use of traditional trash can， to avoid the problems of contamination of hands and occupation of hands when people discard trash， this paper introduces an intelligent environmental protection trash can based on STC89C52 single chip microcomputer control， which can realize automatic induction distance measurement. When in use， it can open the cover automatically， close the cover automatically after delay， or manually control to open the cover by pressing the key. It is equipped with spill-over indicator light to prompt the user to clean up the trash in time when the amount of trash reaches the spill-over standard. The telescopic stepper motor is used as the power source for the trash can. The L298N motor driver module is used to drive the trash can. The STC single chip microcomputer controls the program to drive the motor when it is needed. The thrust is output through the output shaft， and the lever is pushed to realize the automatic opening and closing of the cover.

【關鍵詞】單片機;滿溢提醒;自動開蓋

【Keywords】single chip microcomputer; spill-over prompt; automatic cover opening

【中圖分類號】TB472;TP368.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2020）10-0184-02

1 桶身結構

本次設計的智能垃圾桶主要由四部分組成，包括操作面板、桶體、底和桶蓋四大結構，每個結構包含若干零件。電路控制部件主要由操作面板、電機控制電路、電源電路、單片機電路和傳感器電路組成，主要在人接觸垃圾桶時，單片機完成對電機的控制并實現開蓋動作和對垃圾桶內垃圾位置高度的監控，并在達到一定高度時進行溢出告警的功能。底面安裝板上安裝的是控制系統的主要部分，包括單片機最小系統板、振動傳感器、電機驅動電路、伸縮式步進電機。

2 電氣系統

2.1 電路結構

電氣系統的各部分結構以及基本連接關系如圖1所示。

2.2 控制系統原理

電氣系統由電源電路、STC89C52單片機電路、手動開關、驅動電路、伸縮式步進電機、LED顯示燈、振動傳感模塊、測距模塊、蜂鳴器等部分組成。

以上各個模塊的原理圖以及連接關系如圖2所示。

2.3 主要模塊介紹

2.3.1 STC89C52單片機電路

STC89C52單片機電路選用HC-56-M3最小系統板，通過最小系統板可以實現單片機和其他電氣功能模塊的連接控制。

2.3.2 驅動電路

L298N是一個單片集成電路，封裝為Multiwatt 15，高電壓，大電流，雙路全橋驅動，TTL電平控制，能夠控制繼電器、電磁鐵、直流電機、步進電機等感性負載，兩個使能端能夠控制獨立功能模塊的輸入信號。

2.3.3 伸縮式步進電機

本設計選用Minebea美蓓亞公司的兩相四線永磁直線步進電機，在電機內部將旋轉運動轉為直線運動，最終輸出伸縮式直線運動。

3 自由度計算

根據機構的運動簡圖，可知此機構共有三個構件，1、2、3桿。共有4個低副，均為轉動副。高副數目為0。因此，該機構的自由度為：

F=3n-2p ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

所以，垃圾桶機構有一個自由度，電機作用于杠桿，因此，桿件1為原動件。該機構有一個自由度，一個原動件，所以機構具有確定的運動。

4 功能介紹

4.1 來人開蓋

當手或者其他障礙物與垃圾桶蓋頂部的距離小于30cm時，垃圾桶蓋自動開啟。當人手完成扔垃圾動作離開后，延時5s，垃圾桶蓋會自動關閉。開蓋功能觸發時，蜂鳴器會響一聲，提示成功觸發開蓋。

4.2 踢動開蓋

使用腿、腳、膝蓋等部位輕輕踢動垃圾桶身，垃圾桶蓋自動打開。完成扔垃圾動作5s之后，垃圾桶蓋自動關閉。開蓋功能觸發時，蜂鳴器將連響三聲，提示成功觸發振動感應開蓋。

4.3 手動開蓋

垃圾桶蓋上的按鈕主要用于手動開蓋，綠色指示燈亮起時，只要按下開關，垃圾桶蓋就會打開，再次按下開關，垃圾桶蓋關閉。

5 程序設計

程序設計的總體思路如下：

①接通電源，工作燈（綠色LED指示燈）亮起。

②打開1號超聲波測距模塊，持續測距。

③判斷1號超聲波傳感器距離是否小于開蓋距離30cm。如果小于則完成開蓋過程后繼續;如果大于則繼續。

④判斷按鍵是否按下。按下時開蓋，等待按鍵再次按下時關閉;未檢測到按鍵則繼續。

⑤判斷是否有振動。有振動時完成開蓋;無振動則繼續。

⑥2號超聲波測距。距離小于5cm時紅色LED燈亮;距離大于5cm時繼續。

⑦結束。

6 結語

綜上所述，垃圾桶設計圓滿完成。本論文的思路主要源于垃圾桶的日常使用中存在的不便，在了解和掌握一定機械原理和控制原理的基礎上，對自動控制的智能環保垃圾桶進行設計和制作。通過查閱文獻，參考已有的智能垃圾桶制作成品，對最實用的功能加以總結，在本文所設計的產品中體現出來。

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