一种智能垃圾桶控制系统的设计
摘 要本课题将嵌入式类型的智能垃圾桶系统作为了研究对象，在研究过程中对这种系统的发展过程以及发展现状进行了广泛的研究，根据相关产品所能表现出的功能和性能，确立了本课题的设计内容。本文选用了一款性价比较高的AT89C51单片机芯片来作为主控器件，结合了LCD1602液晶屏幕、步进电机、ULN2003步进电机驱动芯片和热释电红外传感器等一些常见器件，设计出了一款能够实现垃圾桶盖自动开启和关闭，并且能够根据垃圾桶前是否有人实现自动工作的智能垃圾桶。这款系统的实现降低了市面上大多数产品的研发成本，更为重要的是解决了这些产品所表现出的普遍弊端，不但能够长时间稳定工作，工作过程中还不容易受到环境因素的干扰，经过了多种方式的系统测试之后，这款系统将所有的预期功能都得到了实现，如果能够将它推向市场，具有非常积极的意义。
目录
一、 引言
（一） 智能垃圾桶的发展背景
（二） 智能垃圾桶的国内外发展现状
（三） 本文主要研究内容
二、 智能垃圾桶的方案设计
三、 系统硬件设计
（一） 智能垃圾桶主控电路设计
（二） 步进电机拖动电路设计
（三） 人体检测电路设计
（四） 参数显示电路设计
四、 系统软件设计
（一） 智能垃圾桶的主程序流程设计
（二） 液晶显示子程序设计
（三） 步进电机控制子程序流程设计
（四） 人体检测子程序流程设计
总结
参考文献
致 谢
附录一 原理图
附录二 PCB图
附录三 元件列表
附录四 程序
引言
智能垃圾桶的发展背景
所谓的智能垃圾桶系统在架构方面不单单是一种硬件架构或者纯软件代码，它是一种将微处理器芯片、LCD1602液晶屏幕、小型步进电机、ULN2003步进电机驱动芯片和HCSR501热释电红外传感器等巧妙的连接在一起构成硬件系统后，随后通过C语言等程序语言编写出用于控制微处理器芯片的代码，通过编译器对C语言代码的编译功能将人机语言转换成机器 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
代码后，通过特殊的烧录连接器将机器代码文件下载到微处理器芯片中进行执行，最终使得系统能够按照设计师所设计的动作进行执行，表现出各项智能功能，这就是所谓的智能垃圾桶系统，一种将硬件电路和软件代码统一起来的系统。本课题将要设计的这款智能垃圾桶系统经过多年的发展后，普遍都能够实现高清显示参数、步进电机转动、电脉冲信号功率放大和人体红外信号捕捉等一些功能，通过对现有的资料进行了详细查阅后可以总结出，智能垃圾桶系统的性能优劣与其内部的主控器件的性能息息相关，在现在市场上，往往一些中高端的产品大多数都采用了全数字化微处理器芯片进行信号采集和处理，DSP处理器或者单片机和FPGA联合构建的架构是这些中高端产品最青睐的方案，由于DSP和FPGA芯片的内部硬件乘法器模块能够快速实现对信号快速的运算能力，尤其是需要一些卷积的算法，而大多数信号处理都需要这个运算过程，所以相比于单片机芯片，这种微处理器能够将数据运算过程表现的非常轻松。说到智能垃圾桶系统的发展过程，不得不说的是这种智能垃圾桶系统要想实现更多更复杂的智能化功能，必须要借助传感器模块，通过高性能的传感器将外部的非电量信号（磁场、压力等）转换成电量信号（电压、电流、电阻等），传感器研发技术在最近几年也取得了飞速的发展，带动了智能垃圾桶系统不断向高精度高智能化方向发展。
智能垃圾桶的国内外发展现状
智能垃圾桶系统最近几年中的发展过程中不断被植入各种新型的传感器，可以说传感器技术的飞速发展正在大幅度的推动智能垃圾桶系统的发展脚步，根据一项报告显示，美国哥伦比亚大学的一个智能垃圾桶系统研究小组对外公布了他们最新的一项研究成果，他们基于一款高性能智能垃圾桶产品的基础上，将该产品所采用的用于采集外部信号的传感器探头摘下后，替换成他们自己研发的一款科技含量更高的新型传感器探头后，由于这个类型的探头与内部微处理器之间采用模拟电压信号进行信号交互，所以替换后可以直接使用。目前智能垃圾桶系统在国内的研发团队主要精力主要投入到了如何较为明显的降低这种控制系统的功耗，较为行之有效的方案是使用具有休眠模式的主控芯片。智能垃圾桶系统经过最近几年的快速发展后已经实现了大幅度的性能提升，基本上已经全面发展成熟，无论是系统的研发技术还是生产产线，在国内外的相关企业中都已经普遍具备了这项条件，在我国的东南沿海分布最为广泛。
本文主要研究内容
本文将要研究的是一款能够实现对系统参数的显示、步进电机转动、电脉冲信号功率放大和人体走动检测等功能的智能垃圾桶系统，在单片机的片外配置了LCD1602显示电路、步进电机电路、步进电机驱动电路和HCSR501热释电传感器电路等功能子电路，下列为本课题将要实现的各项功能指标。 能够与AT89C51单片机实现快速数据通信，并将待显示字符清晰的显示出来；能够通过AT89C51单片机对步进电机实行驱动，通过AT89C51单片机的GPIO管脚输出驱动脉冲且经过功率放大，实现步进电机强有力的转动；能够实现步进电机驱动电路设计，通过ULN2003芯片的配置，使得四相驱动脉冲得到功率放大；能够通过AT89C51单片机对热释电传感器的输出电平信号进行检测，从而，判断是否捕捉到周围空间内有人经过。
智能垃圾桶的方案设计
本智能垃圾桶系统在实现方案方面主要遵循下图中的硬件结构框图中的模块连接关系以及信号的流通方向，通过下图中的模块连接关系可以实现所有的预期功能指标，通过下图中的各个模块之间的关系可以看出，AT89C51单片机芯片结合了时钟电路和复位电路两个部分的结合，从而，组成了最小系统部分，作为整个智能垃圾桶系统的主控部分，最小系统将实现对LCD1602液晶屏幕、步进电机、ULN2003驱动芯片和热释电红外传感器等器件的驱动。配置了人体感应模块，通过人体检测传感器对垃圾桶前方是否有人进行实时监测并将检测结果以高低电平信号形式送入单片机；通过步进电机及其驱动器实现对垃圾桶盖的拖动，实现自动开启和关闭；配置了LCD1602液晶屏显示器，使得智能垃圾桶工作状态得到了显示；配置了机械按键电路，实现对智能垃圾桶系统工作模式的设置。
图1 智能垃圾桶系统框图设计
系统硬件设计
智能垃圾桶主控电路设计
目录
一、 引言
（一） 智能垃圾桶的发展背景
（二） 智能垃圾桶的国内外发展现状
（三） 本文主要研究内容
二、 智能垃圾桶的方案设计
三、 系统硬件设计
（一） 智能垃圾桶主控电路设计
（二） 步进电机拖动电路设计
（三） 人体检测电路设计
（四） 参数显示电路设计
四、 系统软件设计
（一） 智能垃圾桶的主程序流程设计
（二） 液晶显示子程序设计
（三） 步进电机控制子程序流程设计
（四） 人体检测子程序流程设计
总结
参考文献
致 谢
附录一 原理图
附录二 PCB图
附录三 元件列表
附录四 程序
引言
智能垃圾桶的发展背景
所谓的智能垃圾桶系统在架构方面不单单是一种硬件架构或者纯软件代码，它是一种将微处理器芯片、LCD1602液晶屏幕、小型步进电机、ULN2003步进电机驱动芯片和HCSR501热释电红外传感器等巧妙的连接在一起构成硬件系统后，随后通过C语言等程序语言编写出用于控制微处理器芯片的代码，通过编译器对C语言代码的编译功能将人机语言转换成机器 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
代码后，通过特殊的烧录连接器将机器代码文件下载到微处理器芯片中进行执行，最终使得系统能够按照设计师所设计的动作进行执行，表现出各项智能功能，这就是所谓的智能垃圾桶系统，一种将硬件电路和软件代码统一起来的系统。本课题将要设计的这款智能垃圾桶系统经过多年的发展后，普遍都能够实现高清显示参数、步进电机转动、电脉冲信号功率放大和人体红外信号捕捉等一些功能，通过对现有的资料进行了详细查阅后可以总结出，智能垃圾桶系统的性能优劣与其内部的主控器件的性能息息相关，在现在市场上，往往一些中高端的产品大多数都采用了全数字化微处理器芯片进行信号采集和处理，DSP处理器或者单片机和FPGA联合构建的架构是这些中高端产品最青睐的方案，由于DSP和FPGA芯片的内部硬件乘法器模块能够快速实现对信号快速的运算能力，尤其是需要一些卷积的算法，而大多数信号处理都需要这个运算过程，所以相比于单片机芯片，这种微处理器能够将数据运算过程表现的非常轻松。说到智能垃圾桶系统的发展过程，不得不说的是这种智能垃圾桶系统要想实现更多更复杂的智能化功能，必须要借助传感器模块，通过高性能的传感器将外部的非电量信号（磁场、压力等）转换成电量信号（电压、电流、电阻等），传感器研发技术在最近几年也取得了飞速的发展，带动了智能垃圾桶系统不断向高精度高智能化方向发展。
智能垃圾桶的国内外发展现状
智能垃圾桶系统最近几年中的发展过程中不断被植入各种新型的传感器，可以说传感器技术的飞速发展正在大幅度的推动智能垃圾桶系统的发展脚步，根据一项报告显示，美国哥伦比亚大学的一个智能垃圾桶系统研究小组对外公布了他们最新的一项研究成果，他们基于一款高性能智能垃圾桶产品的基础上，将该产品所采用的用于采集外部信号的传感器探头摘下后，替换成他们自己研发的一款科技含量更高的新型传感器探头后，由于这个类型的探头与内部微处理器之间采用模拟电压信号进行信号交互，所以替换后可以直接使用。目前智能垃圾桶系统在国内的研发团队主要精力主要投入到了如何较为明显的降低这种控制系统的功耗，较为行之有效的方案是使用具有休眠模式的主控芯片。智能垃圾桶系统经过最近几年的快速发展后已经实现了大幅度的性能提升，基本上已经全面发展成熟，无论是系统的研发技术还是生产产线，在国内外的相关企业中都已经普遍具备了这项条件，在我国的东南沿海分布最为广泛。
本文主要研究内容
本文将要研究的是一款能够实现对系统参数的显示、步进电机转动、电脉冲信号功率放大和人体走动检测等功能的智能垃圾桶系统，在单片机的片外配置了LCD1602显示电路、步进电机电路、步进电机驱动电路和HCSR501热释电传感器电路等功能子电路，下列为本课题将要实现的各项功能指标。 能够与AT89C51单片机实现快速数据通信，并将待显示字符清晰的显示出来；能够通过AT89C51单片机对步进电机实行驱动，通过AT89C51单片机的GPIO管脚输出驱动脉冲且经过功率放大，实现步进电机强有力的转动；能够实现步进电机驱动电路设计，通过ULN2003芯片的配置，使得四相驱动脉冲得到功率放大；能够通过AT89C51单片机对热释电传感器的输出电平信号进行检测，从而，判断是否捕捉到周围空间内有人经过。
智能垃圾桶的方案设计
本智能垃圾桶系统在实现方案方面主要遵循下图中的硬件结构框图中的模块连接关系以及信号的流通方向，通过下图中的模块连接关系可以实现所有的预期功能指标，通过下图中的各个模块之间的关系可以看出，AT89C51单片机芯片结合了时钟电路和复位电路两个部分的结合，从而，组成了最小系统部分，作为整个智能垃圾桶系统的主控部分，最小系统将实现对LCD1602液晶屏幕、步进电机、ULN2003驱动芯片和热释电红外传感器等器件的驱动。配置了人体感应模块，通过人体检测传感器对垃圾桶前方是否有人进行实时监测并将检测结果以高低电平信号形式送入单片机；通过步进电机及其驱动器实现对垃圾桶盖的拖动，实现自动开启和关闭；配置了LCD1602液晶屏显示器，使得智能垃圾桶工作状态得到了显示；配置了机械按键电路，实现对智能垃圾桶系统工作模式的设置。
图1 智能垃圾桶系统框图设计
系统硬件设计
智能垃圾桶主控电路设计
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