室内智能垃圾桶设计与实现(附件)【字数：9821】
摘 要随着科学技术与物联网的发展，推动着智能化产品逐渐从无到有再到快速发展，智能科技逐渐改变社会发展方式，过去很多无法想象的科学技术或者生活方式，现在利用先进的智能化技术可以逐一解决，过去普通的垃圾桶已经不能满足现代生活的需求，为此设计一款基于单片机控制的垃圾桶。本智能垃圾桶主要实现了自动开关桶盖、消除异味并杀菌、自动检测超重后报警、长时间不倒垃圾报警提示。硬件主要包括STC系列单片机最小系统、红外避障模块电路、继电器与蜂鸣器报警电路、语音模块电路、按键电路、重量检测电路、紫外线和电源电路等。本设计软件部分，采用C语言作为程序设计语言，通过KEI-C51完成程序设计，使用仿真器下载软件完成程序的编程和在线调试。?通过搭建实验平台，经过相应的软硬件测试后，逐步验证系统功能。最后，经过实际试验，验证了本系统具有很好的实用性和稳定性。
Keywords: single chip microcomputer; infrared obstacle avoidance; voice module; HX711; system test 目 录
第1章 前言 1
1.1研究背景 1
1.2国内外研究现状 1
1.3研究内容 2
第2章 智能垃圾桶总体方案设计 3
2.1智能垃圾桶功能分析 3
2.2智能垃圾桶的总体设计 3
第3章 智能垃圾桶系统的硬件设计 3
3.1控制电路设计 3
3.1.1 最小系统电路设计 4
3.1.2电源转换电路 6
3.2信号采集与处理电路设计 6
3.2.1红外避障传感器电路设计 6
3.2.2称重信号采集电路设计 7
3.2.3继电器和蜂鸣器控制电路设计 8
3.2.4语音播报电路设计 9
3.2.5按键电路设计 10
3.2.6 LED指示灯电路设计 10
3.3智能垃圾桶的总体硬件电路 10
第4章 智能垃圾桶软件设计 13
4.1开发环境软件与工具 13
4.1.1单片机开发环境 13
4.1.2 软件开发流程 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
14
4.2控制系统软件模块 15
4.3系统信号采集与处理程序设计 16
4.3.1 HX711采集程序设计 16
4.3.2红外传感器程序流程图设计 17
4.3.3语音播放电路程序设计 18
第5章 系统调试与性能验证 18
5.1系统调试环境搭建 18
5.2系统软硬件调试 19
5.2.1系统软件调试 19
5.2.2系统硬件调试 20
5.3测试结果分析 21
第6章 总结与展望 22
6.1总结 22
6.2展望 22
参考文献 23
附录 23
致谢 30
第1章 前言
1.1研究背景
在新材料制作技术和控制技术的发展和进步的带动下，有着快速发展并能广泛的应用在生活之中当数智能控制这一部分，而智能控制在现代控制设备系统的应用最为普遍，越来越受人们推崇。科技迅速进步的同时使得人们的整体生活水平有着质的飞跃，人们不再满足以前落后的技术，所以就对现在科学技术有了更高的要求，在享受高新技术给我们带来的智能和安全的同时，使用更加智能的控制系统，这是科学进步必要的发展过程。在此背景下更加智能的垃圾桶方式也应运而生。
1.2国内外研究现状
在国外，垃圾箱的重要性很早就被认知，因此对于垃圾箱控制系统的设计和研究就比我国国内要早很多。
在2006年08月美国纽约最早出现的太阳能设备控制系统的垃圾箱，这种太阳能垃圾箱因其比传统垃圾箱可多装8倍的垃圾量而被大家称位“大胃王”[1]。“大胃王”拥有自己的学名，即太阳能压缩机，这是根据其系统具体的工作原理所起的名称，它的控制系统是运用阳光作为运作系统的能量来源，并且能够把垃圾的体积通过自动压缩处理减少到原先的八分之一，在这种的功能支撑下，这类垃圾箱就可以塞下1362升垃圾。
继太阳能压缩机出现之后，英国剑桥大学结合英国本土环境，研发出了另一个更符合其实际需求的太阳能垃圾箱控制系统[2] 。和“大胃王”一样，箱内垃圾会被这种垃圾箱的控制系统所压缩，但是这种压缩并不需要大量的阳光供给，由于英国所建造的这类垃圾箱控制系统的动力是从一组太阳能电池里获得的，它只需要从外界得到少量的阳光便可以满足自身机器运作，在英格兰经常是多雾的天气，这样的工作性质正好满足这样的环境要求。以上国外的两种垃圾箱很好的压缩了垃圾，以此可以盛放更多的垃圾，但是时间一长这种垃圾桶会产生很大的异味。
在20世纪末到21世纪初时，一些大型制造厂商逐渐涉入到垃圾桶控制行业中。那些企业把研究垃圾桶控制系统当作企业最重要的研究项目，例如Revolv、NEYWELL、JDS等科技公司、通信制作商陆续进入垃圾桶控制产品的研究与开发。
目前我国室内智能垃圾桶控制功能比较简单,基本分为3类：第一类室内智能垃圾桶是按钮电动式，在垃圾桶的桶盖上有几个按钮，其中一个是按下按钮后垃圾桶盖会自动打开，将垃圾放入后，几秒后自动关闭；另外一种是按下按钮后桶盖打开并需要用户再次按下按钮才会关闭。这种垃圾桶的弊端是需要手动接触，不像传统意义上要以人力靠机械力矩通过力将盖子打开，仅仅节省了人力，但是开盖本身就不要多少力气。第二类室内智能垃圾桶是红外传感翻盖式，在顶部安装一个红外传感器，人在垃圾桶的上方挥动手臂，使传感器采集到信号传到中央处理器，桶盖打开。将垃圾丢入后，几秒后自动关闭。本智能垃圾桶的好处是不需要使用者去打开桶盖，这样会计较卫生。弊端一个是费电；还有一个是翻盖式垃圾桶的桶盖运动轨迹和红外感应区域有大部分重叠，因此其关闭桶盖无法从是否还有感应信号来判断。而是设定一个时间来自动关闭。如果使用者需要在同一时间内多次丢垃圾，就会造成垃圾桶盖已经关闭需要重新启动。第三类室内智能垃圾桶是红外传感侧拉式，其避开了翻盖式的区域重叠遮盖的问题，在第二类的基础上改变了桶盖，将翻盖式变为在中间分开向两边打开的方式。但是它的灵敏性不高，响应速度很慢，最大的问题是对人有很多的要求，不能做到足够的便捷[3]。
Keywords: single chip microcomputer; infrared obstacle avoidance; voice module; HX711; system test 目 录
第1章 前言 1
1.1研究背景 1
1.2国内外研究现状 1
1.3研究内容 2
第2章 智能垃圾桶总体方案设计 3
2.1智能垃圾桶功能分析 3
2.2智能垃圾桶的总体设计 3
第3章 智能垃圾桶系统的硬件设计 3
3.1控制电路设计 3
3.1.1 最小系统电路设计 4
3.1.2电源转换电路 6
3.2信号采集与处理电路设计 6
3.2.1红外避障传感器电路设计 6
3.2.2称重信号采集电路设计 7
3.2.3继电器和蜂鸣器控制电路设计 8
3.2.4语音播报电路设计 9
3.2.5按键电路设计 10
3.2.6 LED指示灯电路设计 10
3.3智能垃圾桶的总体硬件电路 10
第4章 智能垃圾桶软件设计 13
4.1开发环境软件与工具 13
4.1.1单片机开发环境 13
4.1.2 软件开发流程 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
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4.2控制系统软件模块 15
4.3系统信号采集与处理程序设计 16
4.3.1 HX711采集程序设计 16
4.3.2红外传感器程序流程图设计 17
4.3.3语音播放电路程序设计 18
第5章 系统调试与性能验证 18
5.1系统调试环境搭建 18
5.2系统软硬件调试 19
5.2.1系统软件调试 19
5.2.2系统硬件调试 20
5.3测试结果分析 21
第6章 总结与展望 22
6.1总结 22
6.2展望 22
参考文献 23
附录 23
致谢 30
第1章 前言
1.1研究背景
在新材料制作技术和控制技术的发展和进步的带动下，有着快速发展并能广泛的应用在生活之中当数智能控制这一部分，而智能控制在现代控制设备系统的应用最为普遍，越来越受人们推崇。科技迅速进步的同时使得人们的整体生活水平有着质的飞跃，人们不再满足以前落后的技术，所以就对现在科学技术有了更高的要求，在享受高新技术给我们带来的智能和安全的同时，使用更加智能的控制系统，这是科学进步必要的发展过程。在此背景下更加智能的垃圾桶方式也应运而生。
1.2国内外研究现状
在国外，垃圾箱的重要性很早就被认知，因此对于垃圾箱控制系统的设计和研究就比我国国内要早很多。
在2006年08月美国纽约最早出现的太阳能设备控制系统的垃圾箱，这种太阳能垃圾箱因其比传统垃圾箱可多装8倍的垃圾量而被大家称位“大胃王”[1]。“大胃王”拥有自己的学名，即太阳能压缩机，这是根据其系统具体的工作原理所起的名称，它的控制系统是运用阳光作为运作系统的能量来源，并且能够把垃圾的体积通过自动压缩处理减少到原先的八分之一，在这种的功能支撑下，这类垃圾箱就可以塞下1362升垃圾。
继太阳能压缩机出现之后，英国剑桥大学结合英国本土环境，研发出了另一个更符合其实际需求的太阳能垃圾箱控制系统[2] 。和“大胃王”一样，箱内垃圾会被这种垃圾箱的控制系统所压缩，但是这种压缩并不需要大量的阳光供给，由于英国所建造的这类垃圾箱控制系统的动力是从一组太阳能电池里获得的，它只需要从外界得到少量的阳光便可以满足自身机器运作，在英格兰经常是多雾的天气，这样的工作性质正好满足这样的环境要求。以上国外的两种垃圾箱很好的压缩了垃圾，以此可以盛放更多的垃圾，但是时间一长这种垃圾桶会产生很大的异味。
在20世纪末到21世纪初时，一些大型制造厂商逐渐涉入到垃圾桶控制行业中。那些企业把研究垃圾桶控制系统当作企业最重要的研究项目，例如Revolv、NEYWELL、JDS等科技公司、通信制作商陆续进入垃圾桶控制产品的研究与开发。
目前我国室内智能垃圾桶控制功能比较简单,基本分为3类：第一类室内智能垃圾桶是按钮电动式，在垃圾桶的桶盖上有几个按钮，其中一个是按下按钮后垃圾桶盖会自动打开，将垃圾放入后，几秒后自动关闭；另外一种是按下按钮后桶盖打开并需要用户再次按下按钮才会关闭。这种垃圾桶的弊端是需要手动接触，不像传统意义上要以人力靠机械力矩通过力将盖子打开，仅仅节省了人力，但是开盖本身就不要多少力气。第二类室内智能垃圾桶是红外传感翻盖式，在顶部安装一个红外传感器，人在垃圾桶的上方挥动手臂，使传感器采集到信号传到中央处理器，桶盖打开。将垃圾丢入后，几秒后自动关闭。本智能垃圾桶的好处是不需要使用者去打开桶盖，这样会计较卫生。弊端一个是费电；还有一个是翻盖式垃圾桶的桶盖运动轨迹和红外感应区域有大部分重叠，因此其关闭桶盖无法从是否还有感应信号来判断。而是设定一个时间来自动关闭。如果使用者需要在同一时间内多次丢垃圾，就会造成垃圾桶盖已经关闭需要重新启动。第三类室内智能垃圾桶是红外传感侧拉式，其避开了翻盖式的区域重叠遮盖的问题，在第二类的基础上改变了桶盖，将翻盖式变为在中间分开向两边打开的方式。但是它的灵敏性不高，响应速度很慢，最大的问题是对人有很多的要求，不能做到足够的便捷[3]。
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