单片机的自动感应垃圾桶设计与实现
摘 要本课题设计了一款采用STC89C51单片机来作为内部核心控制器的智能系统，实现了对垃圾桶内垃圾是否已满进行实时监控与此同时能够对垃圾桶前方是否有人进行准确检测，当有人时通过主控器驱动电机自动打开垃圾桶盖，人走后则自动将垃圾桶盖关闭，起到了方便管理和干净卫生的效果，另外系统还能够进行一定的语音播报和液晶显示功能。这款自动感应垃圾桶系统的内部核心框架是以STC89C51单片机来作为主控部分并且在这款高性能微处理器的芯片外部还配置了LCD1602点阵屏幕、有源蜂鸣器、语音播报芯片、小型步进电机、ULN2003步进电机驱动芯片和红外传感器等智能模块，通过STC89C51单片机对这些模块电路高效的控制驱动，实现了对自动感应垃圾桶系统外部数据的灵活采集和转换。在整体设计框架方面分为了硬件电路和软件程序两大部分，本课题通过模块设计的方法将自动感应垃圾桶系统的整体部分化繁为简，从而逐一进行设计，最终实现所有功能指标。课题最终对这款系统的设计结果进行了长时间的运行检测，检测过程中出现的所有缺陷问题都进行了优化和改进，实现了非常高的性能。
目录
一、 引言 1
（一） 发展背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案设计及元器件选择 3
（一） 自动感应垃圾桶的方案设计 3
（二） STC89C51单片机 3
（三） SC8035语音芯片 4
（四） 步进电机 4
（五） LCD1602液晶显示器 5
（六） 红外传感器 5
三、 系统硬件设计 7
（一） 最小系统电路设计 7
（二） 语音播报电路设计 8
（三） 桶盖自动翻转驱动电路设计 8
（四） 垃圾桶空满检测电路设计 9
（五） 垃圾桶前是否有人自动检测电路设计 10
（六） LCD1602液晶显示电路设计 10
（七） 箱满提示电路设计 11
四、 系统软件设计 12
（一） 自动感应垃圾桶的主程序的设计 12
（二） 语音输出子程序的设计 12
（三） 垃 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
圾桶空满检测子程序设计 13
（四） 垃圾桶前是否有人自动检测子程序设计 13
（五） 液晶显示驱动子程序设计 14
（六） 箱满提示子程序设计 14
五、 实物的安装与调试 17
（一） 实物安装 17
（二） 实物调试 19
结束语 21
参考文献 22
致 谢 23
附录一 原理图 24
附录二 PCB图 25
附录三 元件列表 26
附录四 实物图 26
附录五 程序 26
引言
发展背景
科学技术以及电子技术的发展往往能够对社会的进步具有极大的促进意义，本文将要研究的这款自动感应垃圾桶系统也是电子技术发展进步过程中的一个具有里程碑式的产物，它的出现以及性能不断强大都是得益于电子技术的发展，在这个不断发展的过程中，电子技术、微处理器芯片生产技术、集成电路技术等一系列技术都对自动感应垃圾桶系统的性能日益完善起到了巨大促进作用。当前科学技术的发展方向正在朝着高智能化方向发展，尤其是微处理器芯片研发以及应用表现的最为突出，这种微型芯片的外形体积不断缩小，但是内部所集成的基本元器件以及半导体器件密度越来越高，电路形式越来越复杂，这样就使得微处理器芯片能够实现更高的性能，与此同时自动控制技术的发展就得到了硬件基础。早期的自动感应垃圾桶控制系统内部主控芯片采用的是4位或者8位的低端主控芯片，这种主控芯片在单位时间内只能够处理非常少量的数据，并且这些芯片大多数采用的是多时钟周期指令，也就是说执行一条指令所用的时间非常多，这就使得对于数据的运算处理能力非常慢，最终导致自动感应垃圾桶系统无法实现对外部输入信号较快的响应，所以此时的自动感应垃圾桶系统整体性能表现较差，然而这也反映了此时电子技术的发展现状。以PLC可编程控制器作为主控核心的自动感应垃圾桶系统主要应用场合是工业环境，由于工业环境噪声干扰、辐射或者高温高湿等较为突出，所以单片机等未加防护的微处理器芯片无法正常工作，只有依靠防干扰性能更为强大的PLC控制器来进行控制。其中以单片机等微处理器芯片作为主控核心的自动感应垃圾桶系统主要应用场景是一些民用场合或者个人用户，这些用户所处的环境条件较好，没有那么多的环境因素干扰，所以自动感应垃圾桶系统对于主控芯片的防干扰性能没有那么高的要求。
国内外发展现状
通过对市场上大多数的自动感应垃圾桶系统产品的发展现状来看，大多数高性能产品的核心技术都来自于国外进口，少部分的国内产品也能够实现较为高端的性能，与此同时国内技术在这段时间处于飞速发展的状态，国内外大多数的研发厂家和爱好者都越来越喜欢采用32位微处理器（STM32、ARM7以及ARM9等）芯片来作为主控部分，并且选用性能更加强大的传感器来采集信号，从而实现性能更为强大的自动感应垃圾桶系统。根据前不久的一份调查报告显示，市面上的自动感应垃圾桶系统相关产品的研发成本和市场售价正在呈现出逐渐下降的趋势，而整体的性能正在不断上升，这对于使用者或者购买者来说是受益的。国内的相关研发团队表示，他们正在对自动感应垃圾桶系统的核心研发技术进行攻坚克难，在掌握越来越多的核心技术后，使得他们的研发成本不再受限于国外的专利权所限制，这就使得国内产品的竞争力越来越强。
本文主要研究内容
本课题设计的这款自动感应垃圾桶系统采用了STC89C51单片机来作为核心处理器的方案，并且在STC89C51单片机片外结合了LCD1602显示器、蜂鸣器、真人语音芯片、四相步进电机、ULN2003步进电机驱动芯片和红外传感器等元器件，实现了如下设计指标：
1.能够通过与STC89C51单片机之间的并行接口实现待显示数据交互，将字符显示在屏幕上；
2.能够设计一个提示电路，并且能够通过STC89C51单片机管脚的驱动控制提示电路的工作状态；
3.能够在STC89C51单片机对SC8035语音芯片的驱动下，实现多种不同语音文件的播报；
4.能够通过STC89C51单片机的普通GPIO管脚实现步进电机驱动脉冲的输出，使得步进电机能够实现较为精准的转动角度；
目录
一、 引言 1
（一） 发展背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案设计及元器件选择 3
（一） 自动感应垃圾桶的方案设计 3
（二） STC89C51单片机 3
（三） SC8035语音芯片 4
（四） 步进电机 4
（五） LCD1602液晶显示器 5
（六） 红外传感器 5
三、 系统硬件设计 7
（一） 最小系统电路设计 7
（二） 语音播报电路设计 8
（三） 桶盖自动翻转驱动电路设计 8
（四） 垃圾桶空满检测电路设计 9
（五） 垃圾桶前是否有人自动检测电路设计 10
（六） LCD1602液晶显示电路设计 10
（七） 箱满提示电路设计 11
四、 系统软件设计 12
（一） 自动感应垃圾桶的主程序的设计 12
（二） 语音输出子程序的设计 12
（三） 垃 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
圾桶空满检测子程序设计 13
（四） 垃圾桶前是否有人自动检测子程序设计 13
（五） 液晶显示驱动子程序设计 14
（六） 箱满提示子程序设计 14
五、 实物的安装与调试 17
（一） 实物安装 17
（二） 实物调试 19
结束语 21
参考文献 22
致 谢 23
附录一 原理图 24
附录二 PCB图 25
附录三 元件列表 26
附录四 实物图 26
附录五 程序 26
引言
发展背景
科学技术以及电子技术的发展往往能够对社会的进步具有极大的促进意义，本文将要研究的这款自动感应垃圾桶系统也是电子技术发展进步过程中的一个具有里程碑式的产物，它的出现以及性能不断强大都是得益于电子技术的发展，在这个不断发展的过程中，电子技术、微处理器芯片生产技术、集成电路技术等一系列技术都对自动感应垃圾桶系统的性能日益完善起到了巨大促进作用。当前科学技术的发展方向正在朝着高智能化方向发展，尤其是微处理器芯片研发以及应用表现的最为突出，这种微型芯片的外形体积不断缩小，但是内部所集成的基本元器件以及半导体器件密度越来越高，电路形式越来越复杂，这样就使得微处理器芯片能够实现更高的性能，与此同时自动控制技术的发展就得到了硬件基础。早期的自动感应垃圾桶控制系统内部主控芯片采用的是4位或者8位的低端主控芯片，这种主控芯片在单位时间内只能够处理非常少量的数据，并且这些芯片大多数采用的是多时钟周期指令，也就是说执行一条指令所用的时间非常多，这就使得对于数据的运算处理能力非常慢，最终导致自动感应垃圾桶系统无法实现对外部输入信号较快的响应，所以此时的自动感应垃圾桶系统整体性能表现较差，然而这也反映了此时电子技术的发展现状。以PLC可编程控制器作为主控核心的自动感应垃圾桶系统主要应用场合是工业环境，由于工业环境噪声干扰、辐射或者高温高湿等较为突出，所以单片机等未加防护的微处理器芯片无法正常工作，只有依靠防干扰性能更为强大的PLC控制器来进行控制。其中以单片机等微处理器芯片作为主控核心的自动感应垃圾桶系统主要应用场景是一些民用场合或者个人用户，这些用户所处的环境条件较好，没有那么多的环境因素干扰，所以自动感应垃圾桶系统对于主控芯片的防干扰性能没有那么高的要求。
国内外发展现状
通过对市场上大多数的自动感应垃圾桶系统产品的发展现状来看，大多数高性能产品的核心技术都来自于国外进口，少部分的国内产品也能够实现较为高端的性能，与此同时国内技术在这段时间处于飞速发展的状态，国内外大多数的研发厂家和爱好者都越来越喜欢采用32位微处理器（STM32、ARM7以及ARM9等）芯片来作为主控部分，并且选用性能更加强大的传感器来采集信号，从而实现性能更为强大的自动感应垃圾桶系统。根据前不久的一份调查报告显示，市面上的自动感应垃圾桶系统相关产品的研发成本和市场售价正在呈现出逐渐下降的趋势，而整体的性能正在不断上升，这对于使用者或者购买者来说是受益的。国内的相关研发团队表示，他们正在对自动感应垃圾桶系统的核心研发技术进行攻坚克难，在掌握越来越多的核心技术后，使得他们的研发成本不再受限于国外的专利权所限制，这就使得国内产品的竞争力越来越强。
本文主要研究内容
本课题设计的这款自动感应垃圾桶系统采用了STC89C51单片机来作为核心处理器的方案，并且在STC89C51单片机片外结合了LCD1602显示器、蜂鸣器、真人语音芯片、四相步进电机、ULN2003步进电机驱动芯片和红外传感器等元器件，实现了如下设计指标：
1.能够通过与STC89C51单片机之间的并行接口实现待显示数据交互，将字符显示在屏幕上；
2.能够设计一个提示电路，并且能够通过STC89C51单片机管脚的驱动控制提示电路的工作状态；
3.能够在STC89C51单片机对SC8035语音芯片的驱动下，实现多种不同语音文件的播报；
4.能够通过STC89C51单片机的普通GPIO管脚实现步进电机驱动脉冲的输出，使得步进电机能够实现较为精准的转动角度；
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