一种随叫随到的智能垃圾桶设计与研究（硬件设计）(附件)【字数：11386】
摘 要本课题设计一款基于STM32微控制器的随叫随到智能垃圾桶。该系统主要包括两种模式设定第一种模式是随机召唤模式，在这种模式下面，智能机器人垃圾桶会随机移动，一旦被召唤就会快速移动到召唤者身旁。第二种模式是定点移动模式，在这种模式下，垃圾桶会按照固定路径规划来进行点到点的移动，不接受召唤。该系统要完成硬件设计、机械结构、上位机手机端设计、底层程序设计。课题团队成员合作完成该课题。该项目负责硬件电路和机械结构的设计，内容包括硬件电路设计与优化，包含STM32最小系统模块、电源模块、蓝牙通信模块、语音识别模块、步进电机模块、按键控制模块、LED显示模块、超声波红外测距模块等。智能垃圾桶的身体外观和机械结构的设计。利用3DMAX三维建模和Auto CAD完成机械结构设计。语音模块用于提醒人们对垃圾的分类并文明的将垃圾入桶，来促进保护环境和垃圾分类。通过超声波红外测距模块和激光雷达共同协调控制垃圾桶的移动方向。蓝牙通信模块为工作员提供垃圾桶的各种参数。
目录
引言 1
（一）智能垃圾桶的发展背景 1
（二）智能垃圾桶的国内外发展现状 1
1.国内市场种类 1
2.国外新型垃圾桶功能介绍 1
（三） 本文主要研究内容 2
一、智能垃圾桶的设计及简述 2
（一）智能垃圾桶总体设计理念 3
（二）智能垃圾桶总体设计框图 3
二、方案设计及元器件选择 4
（一）STM32最小系统处理器的简介（核心一） 4
（二）超声波传感器的简介 4
（三）电机及驱动板简介 5
（四）麦克风阵列及智能AI语音识别模块简介（核心二） 6
（五）舵机及万向轮简介 7
（六）红外寻迹及红外人体感应传感器简介 8
（七）蓝牙通信模块、电源模块及LED显示模块简介（二） 9
三、系统硬件设计
（一）STM32最小系统电路设计 10
1.电源系统 10
2. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
时钟电路 11
3.复位电路 11
4.主控芯片 12
（二）超声波电路设计 13
1.超声波发射电路 13
2.超声波接收电路 14
（三）电机驱动板电路设计 15
（四）麦克风阵列及智能AI语音识别模块电路设计 16
（五）红外寻迹及红外测温传感器电路设计 17
（六）蓝牙通信模块、电源模块及LED显示电路设计 18
（七）电源电路设计 18
四、系统外壳架构设计
（一）3Dmaxs软件介绍 19
（二）垃圾桶外壳设计 20
五、系统硬件调试 21
总结 22
参考文献 23
致 谢 24
附录一 原理图 25
附录二 PCB图 26
附录三 元件列表 29
引言
（一）智能垃圾桶的发展背景
近年来，中国社会的快速发展，人们的生活，越来越多的先进技术的质量，人们家具高环境质量的改善的要求越来越高，迎合了人们追求生活品质，追求的健康的生活方式，永远追求环保创意家居更时尚，更方便，更健康，更有效率，从根本上解决清洗的需求。并且我们追求自己更加智能化的产品。
目前市面上销售的普通垃圾桶，在扔垃圾时，需要将垃圾桶的盖子打开或需要用脚踩才能打开，这种投掷垃圾方式的主要缺点是给用户带来很多细菌，非常不方便。在一些公共场所，如火车站，地铁站，公交车站等。虽然垃圾桶随处可见，但因为垃圾桶口设计的太小或者是出于对气味的考虑给垃圾桶安上一个盖子，这样给人们带来许多不方便，所以许多垃圾并没有丢进垃圾桶内，导致到处是垃圾，恶臭严重影响公共场所的环境。
于是通过这种环境卫生、自动、耗能低、有趣的新型智能垃圾桶是人类发展进入小康社会主义取代中国传统垃圾桶的更新换代产品。
（二）智能垃圾桶的国内外发展现状
1.国内目前市场上出现了不少自动开盖垃圾桶，比较先进的大致可以分为这样几类：
小米之家的智能垃圾桶：这一款垃圾桶其主要特点就是可以自动开盖而且还可以自动封口，厂家在垃圾桶身与盖子的连接处装上一个舵机而在垃圾桶盖上安装一个红外传感器或者安装一个超声波传感器用来感应人手，只要人手伸到感应区域，垃圾桶上的舵机就会转动将盖子打开，当垃圾扔进时里面的红外传感器检测的有垃圾扔进，此时舵机再次转动将盖子关闭。这种智能垃圾桶通常不用人手直接接触，在卫生上得到了很好的保障。但是也有三个弊端。
其一，非常费电，一旦垃圾桶盖打开，就会不断需要电来维持垃圾桶盖的平衡使其固定在开盖角度上直到检测到有垃圾进入才会关闭。
其二，这款垃圾桶作为家用型智能垃圾桶，本身比较小巧，垃圾桶投入口的截面积也不会很大，生活中经常会有丢垃圾丢不进去的现象，还要弯腰捡起丢好几次。非常的不方便。
其三，垃圾桶盖在打开时就会一直停留在红外状态，直到检测到有垃圾进入为止，因此，如果使用者需要在同一时间段内多次丢垃圾，就会造成，要么被垃圾桶盖拒之门外，要么就得等它关上后，再重复之前的挥手示意之后，重新开盖。就会非常的麻烦。
优百纳智能自动感应垃圾桶:这一款垃圾桶除了上述所说的功能之外，新加了一个自动套袋和自动打包的功能，它利用垃圾桶内的红外传感器，当检测到有垃圾到顶一直在阻断信号时就会自动打包，之后又给垃圾桶套上新的袋子。
2.国外的新型垃圾桶在功能上有所创新之处主要有这样几种：
垃圾桶的可伸缩性，即可以根据需要在一定范围内调整垃圾桶的尺寸容积，从而使得垃圾桶可以便捷携带。
厨卫垃圾防异味逸出，采用密封圈密封垃圾桶，这样会降低机械结构的使用寿命；乃至用低温保鲜垃圾，又产生大量的电力消耗。
垃圾的回收分类，对垃圾进行人工智能分类是一个技术含量很高的课题，现如今没有哪一款机器能够仅凭产品而不依靠人力来完成垃圾的分类回收工作。况且家用垃圾桶容量很小，没有开展垃圾回收分类的必要。
（三）本文主要研究内容
本课题主要研究随叫随到智能垃圾桶硬件设计，主要包括硬件电路设计和外壳模型设计，硬件电路设计主要有元器件选型、硬件功能设计、电路原理图设计、PCB板制作、硬件电路系统焊接调试、硬件模块驱动设计。外壳模型设计主要有3D外壳建模和设计和材料选择以及模型形状与样式。
硬件电路设计：
其中元器件选型主要有:STM32最小系统模块、电源模块、蓝牙通信模块、语音识别模块、触摸模块、步进电机模块、按键控制模块、LED显示模块、超声波红外测距模块、蓝牙通信模块和激光雷达等。
目录
引言 1
（一）智能垃圾桶的发展背景 1
（二）智能垃圾桶的国内外发展现状 1
1.国内市场种类 1
2.国外新型垃圾桶功能介绍 1
（三） 本文主要研究内容 2
一、智能垃圾桶的设计及简述 2
（一）智能垃圾桶总体设计理念 3
（二）智能垃圾桶总体设计框图 3
二、方案设计及元器件选择 4
（一）STM32最小系统处理器的简介（核心一） 4
（二）超声波传感器的简介 4
（三）电机及驱动板简介 5
（四）麦克风阵列及智能AI语音识别模块简介（核心二） 6
（五）舵机及万向轮简介 7
（六）红外寻迹及红外人体感应传感器简介 8
（七）蓝牙通信模块、电源模块及LED显示模块简介（二） 9
三、系统硬件设计
（一）STM32最小系统电路设计 10
1.电源系统 10
2. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
时钟电路 11
3.复位电路 11
4.主控芯片 12
（二）超声波电路设计 13
1.超声波发射电路 13
2.超声波接收电路 14
（三）电机驱动板电路设计 15
（四）麦克风阵列及智能AI语音识别模块电路设计 16
（五）红外寻迹及红外测温传感器电路设计 17
（六）蓝牙通信模块、电源模块及LED显示电路设计 18
（七）电源电路设计 18
四、系统外壳架构设计
（一）3Dmaxs软件介绍 19
（二）垃圾桶外壳设计 20
五、系统硬件调试 21
总结 22
参考文献 23
致 谢 24
附录一 原理图 25
附录二 PCB图 26
附录三 元件列表 29
引言
（一）智能垃圾桶的发展背景
近年来，中国社会的快速发展，人们的生活，越来越多的先进技术的质量，人们家具高环境质量的改善的要求越来越高，迎合了人们追求生活品质，追求的健康的生活方式，永远追求环保创意家居更时尚，更方便，更健康，更有效率，从根本上解决清洗的需求。并且我们追求自己更加智能化的产品。
目前市面上销售的普通垃圾桶，在扔垃圾时，需要将垃圾桶的盖子打开或需要用脚踩才能打开，这种投掷垃圾方式的主要缺点是给用户带来很多细菌，非常不方便。在一些公共场所，如火车站，地铁站，公交车站等。虽然垃圾桶随处可见，但因为垃圾桶口设计的太小或者是出于对气味的考虑给垃圾桶安上一个盖子，这样给人们带来许多不方便，所以许多垃圾并没有丢进垃圾桶内，导致到处是垃圾，恶臭严重影响公共场所的环境。
于是通过这种环境卫生、自动、耗能低、有趣的新型智能垃圾桶是人类发展进入小康社会主义取代中国传统垃圾桶的更新换代产品。
（二）智能垃圾桶的国内外发展现状
1.国内目前市场上出现了不少自动开盖垃圾桶，比较先进的大致可以分为这样几类：
小米之家的智能垃圾桶：这一款垃圾桶其主要特点就是可以自动开盖而且还可以自动封口，厂家在垃圾桶身与盖子的连接处装上一个舵机而在垃圾桶盖上安装一个红外传感器或者安装一个超声波传感器用来感应人手，只要人手伸到感应区域，垃圾桶上的舵机就会转动将盖子打开，当垃圾扔进时里面的红外传感器检测的有垃圾扔进，此时舵机再次转动将盖子关闭。这种智能垃圾桶通常不用人手直接接触，在卫生上得到了很好的保障。但是也有三个弊端。
其一，非常费电，一旦垃圾桶盖打开，就会不断需要电来维持垃圾桶盖的平衡使其固定在开盖角度上直到检测到有垃圾进入才会关闭。
其二，这款垃圾桶作为家用型智能垃圾桶，本身比较小巧，垃圾桶投入口的截面积也不会很大，生活中经常会有丢垃圾丢不进去的现象，还要弯腰捡起丢好几次。非常的不方便。
其三，垃圾桶盖在打开时就会一直停留在红外状态，直到检测到有垃圾进入为止，因此，如果使用者需要在同一时间段内多次丢垃圾，就会造成，要么被垃圾桶盖拒之门外，要么就得等它关上后，再重复之前的挥手示意之后，重新开盖。就会非常的麻烦。
优百纳智能自动感应垃圾桶:这一款垃圾桶除了上述所说的功能之外，新加了一个自动套袋和自动打包的功能，它利用垃圾桶内的红外传感器，当检测到有垃圾到顶一直在阻断信号时就会自动打包，之后又给垃圾桶套上新的袋子。
2.国外的新型垃圾桶在功能上有所创新之处主要有这样几种：
垃圾桶的可伸缩性，即可以根据需要在一定范围内调整垃圾桶的尺寸容积，从而使得垃圾桶可以便捷携带。
厨卫垃圾防异味逸出，采用密封圈密封垃圾桶，这样会降低机械结构的使用寿命；乃至用低温保鲜垃圾，又产生大量的电力消耗。
垃圾的回收分类，对垃圾进行人工智能分类是一个技术含量很高的课题，现如今没有哪一款机器能够仅凭产品而不依靠人力来完成垃圾的分类回收工作。况且家用垃圾桶容量很小，没有开展垃圾回收分类的必要。
（三）本文主要研究内容
本课题主要研究随叫随到智能垃圾桶硬件设计，主要包括硬件电路设计和外壳模型设计，硬件电路设计主要有元器件选型、硬件功能设计、电路原理图设计、PCB板制作、硬件电路系统焊接调试、硬件模块驱动设计。外壳模型设计主要有3D外壳建模和设计和材料选择以及模型形状与样式。
硬件电路设计：
其中元器件选型主要有:STM32最小系统模块、电源模块、蓝牙通信模块、语音识别模块、触摸模块、步进电机模块、按键控制模块、LED显示模块、超声波红外测距模块、蓝牙通信模块和激光雷达等。
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