51单片机的智能语音垃圾箱的设计
目 录
一、绪 论 1
（一）选题的意义 1
（二）课题研究的目标及内容 1
二、系统硬件电路 1
（一） 系统总体框架 1
（二） 单片机最小系统 2
（三）检测传感器模块 4
（四）电机驱动模块 5
（五）超声波测距模块 6
（六）语音模块 7
（七）电源模块 8
三、系统软件设计 8
（一）系统程序总体流程图 8
（二）超声波测距模块的程序设计 9
（三）控制电机正反转的程序设计 10
四、系统调试 11
（一）软件调试 11
（二）硬件调试 12
（三）整体调试 12
五、实验结果 12
总结 16
致谢 17
参考文献 18
附录一 19
附录二 20
附录三 21
附录四 28
一、绪 论
（一）选题的意义
在现代社会生活中，我们既制造了垃圾，又受垃圾所迫害，如果没有对垃圾做出正确的处理，它的污染能力远远超出我们的想象。垃圾的污染已经成为在中国最严重的社会问题。如何正确地对垃圾作出处理，避免人与垃圾的直接接触，防止垃圾上所附着的细菌对人造成危害，一直是我们国家难以解决的环境问题。
伴随着人们走过了一个又一个时代的“垃圾箱”，作为一种隔离人类与垃圾的容器，已经成为人们生活中一种无法代替的物品，而且被广泛地运用在当今的酒店用品和家居用品市场。从最早的“坑洞式” *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
，到现在变成一个独立的个体，垃圾箱的构造随着人类社会的进步也在发生着变化。但是就目前来看，我们生活中的垃圾箱，并没有彻底将人与垃圾隔离开来。人们在投放垃圾的过程中，甚至还可能与垃圾有“亲密接触”。尤其是像在医院这样的病菌多的公共场所，普通的手动翻盖式垃圾箱或是半开放式垃圾箱，已经不能起到隔离病菌保护人类的作用，所以需要研究和发展多功能垃圾箱控制系统。（二）课题研究的目标及内容
1.研究目标
本次设计的多功能垃圾箱控制系统，是本着顺应时代发展，改善人们生活质量为目的的。通过软件控制，来实现如下功能：
v 垃圾箱满报警；
v 检测是否物体靠近；
v 垃圾箱的自动翻盖伴有提示音；
v 定时自动喷洒香水；
2.研究内容
v 设计合适的传感器信号接收与转换电路；
v 设计蜂鸣报警电路；
v 设计自动翻盖控制电路；
v 设计自动喷洒香水电路；
二、系统硬件电路
（一）系统总体框架
此次多功能垃圾箱控制系统所要实现的功能包括：垃圾箱的自动翻盖、箱满自动报警、定时喷洒香水等。实现以上这些功能可以使用户方便投放垃圾，将两者初步隔离，且防止垃圾箱内细菌滋生。STC89C52RC单片机被作为本次设计的为主要元件。图1 为系统整体框图。
图1 系统整体框图
（二）单片机最小系统
1.STC89C52RC单片机简介
如图2为STC89C51单片机的管脚图。
图2 STC89C52RC管脚图
本设计采用的是STC89C52RC单片机，总结一下它的功能特性大概就是：4K字节的Flash闪速存储器，128字节的内部RAM，32个可编程I/O口线；2个16位定时器/计数器，1个5矢量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器以及时钟电路。STC89C52RC引脚功能简介：
P0口是三态双向口，且能用来对外部存储器的读/写操作的借口只有P0口，又被称为数据总线口。输出外部存储器的低8位地图1址也用P0口。因为是分时输出，可以在外部加锁存器将这个地址数据锁存，地址锁存,信号用ALE，来解决分时输出这个问题。
P1口是用户专用的I/O口,是准双向口。
P2口作为高8位地址线，便于系统扩展。当没有外部存储器的扩展，也被用来作为用户I/ O线，而且准双向口。
P3口可各自独立地定义为第一个I / O功能或双功能端口的第二个I/ O能力。作为第一功能使用时操作同P1口。
P3口作为一些特殊功能口，如下表1所示。
表1 P3口替代功能
引脚 替代功能 说明
P3.0 RXD 串行数据输入
P3.1 TXD 串行数据输出
P3.2 INT0 外部中断0输入
P3.3 INT1 外部中断1输入
P3.4 T0 输入定时器0外部计数
P3.5 T1 输入定时器1外部计数
P3.6 WR 输出外部RAM写选通
P3.7 RD 输出外部RAM读选通
2.复位电路
为了不影响系统运行后的正常工作，在单片机开始启动时，必须重新复位，使得CPU和系统的各个部分都是初始状态，并且从初态开始工作。手动复位和上电复位是复位最常见的两种方式。手动复位和上电复位。由于本次设计的系统是位于垃圾箱内部，考虑到实际使用过程中，在垃圾箱外安装手动复位按钮容易被来往人流按到造成不便，所以使用了上电复位的方式。复位电路图如图3所示。
图3复位电路图
如上图所示，上电复位电路是由一个连接在单片机的复位引脚RST输入电容，电源VCC，一个电阻和接地。上电复位电路的工作原理：复位电路通过电容加给RST端一个短暂信号，由于上电的瞬间电容充电电流最大，所以电容就相当于短路，即RST断获得一高电平信号。这个高电平信号是由VCC电容充电过程逐步下降，所以电容的充电时间决定了RST端的高电平持续时间的长短。电容两端的电压一旦达到与电源Vcc相同的电压值时，给电容充电的电流就会减少至零，即电容停止充电，电容就相当于开路，RST端就为低电平，程序就能够正常运行。
3.晶振电路
晶振电路是用来给系统提供基本的时钟信号。为了保持系统各部分能够同步，一个系统一般共同使用一个晶振。本次设计的系统采用的是仅用一个晶振来实现同步的。晶振电路如图4所示。
图4晶振电路
晶振是晶振电路的重要组成部分，是为系统提供基准的频率。晶振的频率高低直接影响着单片机运行的速度，一般情况下，晶振频率越高，单片机的运行速度就可以越快。
（三）检测传感器模块
检测传感器模块，又称光电感应模块，是通过光电传感器在有效范围内检测有无物体，然后将信息传给单片机。光电感应模块电路图如图5所示。
图5光电感应模块电路
此传感器模块中使用了2个互相并联的RPR220传感器电路。RPR220的4脚接入LM393的正输入端，LM393的负输入端接入一个滑动变阻器，这个滑动变阻器就决定了负输入端的电压。实际上，+5V电压、R4和U4组成了一个三极管的最小应用系统。当RPR220检测到光线射入时，U4电压约等于0，即LM393的正输入端的电压为0。所以LM393的负输入端电压大于正输入端，LM393的输出端会输出低电平，这样单片机就可以执行程序。反之，当没有检测到光线射入，LM393的正输入端电压大于负输入端时，输出端输出高电平，单片机不执行程序。
一、绪 论 1
（一）选题的意义 1
（二）课题研究的目标及内容 1
二、系统硬件电路 1
（一） 系统总体框架 1
（二） 单片机最小系统 2
（三）检测传感器模块 4
（四）电机驱动模块 5
（五）超声波测距模块 6
（六）语音模块 7
（七）电源模块 8
三、系统软件设计 8
（一）系统程序总体流程图 8
（二）超声波测距模块的程序设计 9
（三）控制电机正反转的程序设计 10
四、系统调试 11
（一）软件调试 11
（二）硬件调试 12
（三）整体调试 12
五、实验结果 12
总结 16
致谢 17
参考文献 18
附录一 19
附录二 20
附录三 21
附录四 28
一、绪 论
（一）选题的意义
在现代社会生活中，我们既制造了垃圾，又受垃圾所迫害，如果没有对垃圾做出正确的处理，它的污染能力远远超出我们的想象。垃圾的污染已经成为在中国最严重的社会问题。如何正确地对垃圾作出处理，避免人与垃圾的直接接触，防止垃圾上所附着的细菌对人造成危害，一直是我们国家难以解决的环境问题。
伴随着人们走过了一个又一个时代的“垃圾箱”，作为一种隔离人类与垃圾的容器，已经成为人们生活中一种无法代替的物品，而且被广泛地运用在当今的酒店用品和家居用品市场。从最早的“坑洞式” *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
，到现在变成一个独立的个体，垃圾箱的构造随着人类社会的进步也在发生着变化。但是就目前来看，我们生活中的垃圾箱，并没有彻底将人与垃圾隔离开来。人们在投放垃圾的过程中，甚至还可能与垃圾有“亲密接触”。尤其是像在医院这样的病菌多的公共场所，普通的手动翻盖式垃圾箱或是半开放式垃圾箱，已经不能起到隔离病菌保护人类的作用，所以需要研究和发展多功能垃圾箱控制系统。（二）课题研究的目标及内容
1.研究目标
本次设计的多功能垃圾箱控制系统，是本着顺应时代发展，改善人们生活质量为目的的。通过软件控制，来实现如下功能：
v 垃圾箱满报警；
v 检测是否物体靠近；
v 垃圾箱的自动翻盖伴有提示音；
v 定时自动喷洒香水；
2.研究内容
v 设计合适的传感器信号接收与转换电路；
v 设计蜂鸣报警电路；
v 设计自动翻盖控制电路；
v 设计自动喷洒香水电路；
二、系统硬件电路
（一）系统总体框架
此次多功能垃圾箱控制系统所要实现的功能包括：垃圾箱的自动翻盖、箱满自动报警、定时喷洒香水等。实现以上这些功能可以使用户方便投放垃圾，将两者初步隔离，且防止垃圾箱内细菌滋生。STC89C52RC单片机被作为本次设计的为主要元件。图1 为系统整体框图。
图1 系统整体框图
（二）单片机最小系统
1.STC89C52RC单片机简介
如图2为STC89C51单片机的管脚图。
图2 STC89C52RC管脚图
本设计采用的是STC89C52RC单片机，总结一下它的功能特性大概就是：4K字节的Flash闪速存储器，128字节的内部RAM，32个可编程I/O口线；2个16位定时器/计数器，1个5矢量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器以及时钟电路。STC89C52RC引脚功能简介：
P0口是三态双向口，且能用来对外部存储器的读/写操作的借口只有P0口，又被称为数据总线口。输出外部存储器的低8位地图1址也用P0口。因为是分时输出，可以在外部加锁存器将这个地址数据锁存，地址锁存,信号用ALE，来解决分时输出这个问题。
P1口是用户专用的I/O口,是准双向口。
P2口作为高8位地址线，便于系统扩展。当没有外部存储器的扩展，也被用来作为用户I/ O线，而且准双向口。
P3口可各自独立地定义为第一个I / O功能或双功能端口的第二个I/ O能力。作为第一功能使用时操作同P1口。
P3口作为一些特殊功能口，如下表1所示。
表1 P3口替代功能
引脚 替代功能 说明
P3.0 RXD 串行数据输入
P3.1 TXD 串行数据输出
P3.2 INT0 外部中断0输入
P3.3 INT1 外部中断1输入
P3.4 T0 输入定时器0外部计数
P3.5 T1 输入定时器1外部计数
P3.6 WR 输出外部RAM写选通
P3.7 RD 输出外部RAM读选通
2.复位电路
为了不影响系统运行后的正常工作，在单片机开始启动时，必须重新复位，使得CPU和系统的各个部分都是初始状态，并且从初态开始工作。手动复位和上电复位是复位最常见的两种方式。手动复位和上电复位。由于本次设计的系统是位于垃圾箱内部，考虑到实际使用过程中，在垃圾箱外安装手动复位按钮容易被来往人流按到造成不便，所以使用了上电复位的方式。复位电路图如图3所示。
图3复位电路图
如上图所示，上电复位电路是由一个连接在单片机的复位引脚RST输入电容，电源VCC，一个电阻和接地。上电复位电路的工作原理：复位电路通过电容加给RST端一个短暂信号，由于上电的瞬间电容充电电流最大，所以电容就相当于短路，即RST断获得一高电平信号。这个高电平信号是由VCC电容充电过程逐步下降，所以电容的充电时间决定了RST端的高电平持续时间的长短。电容两端的电压一旦达到与电源Vcc相同的电压值时，给电容充电的电流就会减少至零，即电容停止充电，电容就相当于开路，RST端就为低电平，程序就能够正常运行。
3.晶振电路
晶振电路是用来给系统提供基本的时钟信号。为了保持系统各部分能够同步，一个系统一般共同使用一个晶振。本次设计的系统采用的是仅用一个晶振来实现同步的。晶振电路如图4所示。
图4晶振电路
晶振是晶振电路的重要组成部分，是为系统提供基准的频率。晶振的频率高低直接影响着单片机运行的速度，一般情况下，晶振频率越高，单片机的运行速度就可以越快。
（三）检测传感器模块
检测传感器模块，又称光电感应模块，是通过光电传感器在有效范围内检测有无物体，然后将信息传给单片机。光电感应模块电路图如图5所示。
图5光电感应模块电路
此传感器模块中使用了2个互相并联的RPR220传感器电路。RPR220的4脚接入LM393的正输入端，LM393的负输入端接入一个滑动变阻器，这个滑动变阻器就决定了负输入端的电压。实际上，+5V电压、R4和U4组成了一个三极管的最小应用系统。当RPR220检测到光线射入时，U4电压约等于0，即LM393的正输入端的电压为0。所以LM393的负输入端电压大于正输入端，LM393的输出端会输出低电平，这样单片机就可以执行程序。反之，当没有检测到光线射入，LM393的正输入端电压大于负输入端时，输出端输出高电平，单片机不执行程序。
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