基于单片机的智能垃圾桶设计和实现 电气工程专业.doc

基于单片机的智能垃圾桶设计 随着现代化进程的日益推进，科技越来越发达，人们的生活水平也提高了，开始追求健康、和谐的生活环境，重视生活周边的环境卫生，因此环保产品与设备也应运而生。在公司、办公室或者是家庭中，垃圾的存放经常是困扰我们的一个问题。无论是在公共场合还是家庭厨房的垃圾大都是没有盖或者有盖但需要人用手打开的。而大量堆积在外的垃圾还会发出刺鼻的异味，既污染了环境也增加了人与细菌接触的几率。系统主要包括报警、垃圾桶状态检测、人体检测、指示灯、垃圾桶控制以及主控制器。系统通过人体检测信号，判断如果有人，则控制垃圾桶打开，可以对垃圾桶状态进行检测，垃圾桶是否满，并且通过报警提示。垃圾满采集选用红外对管模块。垃圾桶控制选择步进电机，步进电机驱动选择ULN2003。选择C语言进行软件设计，应用Keil软件进行程序设计编写。最后达到系统性能要求。根据选择的器件型号，设计初系统各部分电路图，将各个功能的电路图连接在一起，绘制出系统整体电路图。按照连接关系设计软件，软件设计通过C语言进行编程，完成各个功能代码开发，进行模块化设计，最终组合在一起，并且按照逻辑流程设计初软件设计流程图。最终对系统进行调试，对代码的逻辑结构进行验证，是否可以实现功能，对设计缺陷进行优化，直到实现系统功能。 关键词： STC89C52单片机；垃圾桶控制；ULN2003；红外对管 Intelligent trash can design based on single chip microcomputer ABSTRACT With the advancement of the modernization process, science and technology are more and more developed, people's living standards have also improved, and the pursuit of a healthy and harmonious living environment has begun to pay attention to the environmental sanitation around the life. Therefore, environmentally friendly products and equipment have emerged. In companies, offices or homes, the storage of garbage is often a problem that bothers us. Whether it is in public or in the family kitchen, the garbage is mostly uncovered or covered but needs to be opened by hand. A large amount of rubbish that accumulates outside will also give off a pungent odor, which pollutes the environment and increases the probability of human contact with bacteria. The system mainly includes alarm, trash can status detection, human body detection, indicator light, trash can control and main controller. The system uses the human body detection signal to determine if there is someone, then control the trash can to open, the trash can state can be detected, the trash can is full, and the alarm prompts. Infrared pipe module is used for garbage collection. The trash can control selects the stepper motor, and the stepper motor drive selects ULN2003. Choose C language for software design and Keil software for programming. Finally, the system performance requirements are met. According to the selected device model, design the circuit diagram of each part of the initial system, connect the circuit diagrams of each function together, and draw the overall circuit diagram of the system. According to the connection relationship design software, the software design is programmed through C language, complete the development of each function code, modular design, and finally put together, and design the initial software design flow chart according to the logic flow. Finally, the system is debugged, the logic structure of the code is verified, whether the function can be implemented, and the design defects are optimized until the system function is realized. Key Words: STC89C52 single chip computer; garbage bin control; ULN2003; infrared counterpart 目 录 第1章 引言 4 1.1研究背景与现状 4 1.2课题研究内容 4 2系统方案设计 6 2.1系统整体方案设计 6 2.2主控制器方案 6 2.4报警方案 7 2.5垃圾桶满检测方案 7 2.6人体检测方案 8 2.7垃圾桶控制方案 8 第3章 系统电路设计 9 3.1主控制器 9 3.2垃圾桶满（人体）检测电路 10 3.3报警电路 11 3.4垃圾桶控制电路 11 3.5指示灯电路 12 第4章 系统软件设计 13 4.1主机软件设计 13 4.2人体检测软件设计 14 4.3垃圾桶控制子程序设计 15 第5章 系统测试 17 5.1软件调试 17 5.2系统仿真 19 5.2.1系统仿真界面 19 5.2.2系统待机状态仿真 20 5.2.3系统垃圾桶控制状态仿真 21 5.2.4系统垃圾桶满状态仿真 22 5.3故障检查 23 5.4 实物测试 24 5.4.1 实物组装 24 5.4.2 系统待机上电测试 25 5.4.3 系统垃圾桶控制上电测试 26 5.4.4 系统垃圾桶满上电测试 27 结 论 29 参考文献 30 附 录 31 谢 辞 36 4 第1章 引言 1.1研究背景与现状 随着现代化进程的日益推进，科技越来越发达，人们的生活水平也提高了，开始追求健康、和谐的生活环境，重视生活周边的环境卫生，因此环保产品与设备也应运而生。在公司、办公室或者是家庭中，垃圾的存放经常是困扰我们的一个问题。无论是在公共场合还是家庭厨房的垃圾大都是没有盖或者有盖但需要人用手打开的。而大量堆积在外的垃圾还会发出刺鼻的异味，既污染了环境也增加了人与细菌接触的几率。 现在很多领域都对环境参数数据有着特定的要求，在农业耕种、产品制造、汽车电子、生物技术还有当今人们居住环境等很多领域，都要去监测设备参数数据的数据，并且很多时候还要去控制。一些领域对该设备参数的要求更加的高，需要精准控制，比如食品行业、药品行业、服装行业等领域，该设备参数的检测精度都是非常关键的因素。还有，该设备参数对人体的状态也是有影响的，该设备参数过高或者过低都会让人感动不舒服，所有环节因素的检测当中，该设备参数检测技术无疑是检测最为困难的一种[1]。因为该设备参数的检测远远比其他环境因素的检测繁琐，温度检测则是一个单独的因素，但是该设备参数则是会因为很多外接因素的变化而变化，该设备参数和大气压、温度都有一定的代数关系。所以，选取一般的技术检测该设备参数会失去精准度，测量出入也比较大，所以，该设备参数检测准确度需要进一步研究。以前的方法是选取干湿球度方案、毛发该设备参数方案去检测、利用查表获取到该设备参数数据的方案，以上方案已经不能达到很多领域对该设备参数检测的指标要求。干湿球该设备参数方案结合很多其他的方案同事进该设备参数检测，这样造成费用的提升，成本也是考量的一部分，所以有必要进行研究开发一种检测该设备参数的设备。 1.2课题研究内容 课题为基于单片机的智能垃圾桶设计，设计最重要的器件是STC89C52单片机作为主控制器，可以实现智能垃圾桶控制。系统选择单片机进行控制，首先对相关文献进行分析，了解设计现状，对系统的功能进行架构设计，设计出系统个功能连接关系架构图，按照总分的结构对各个功能模块进行方案设计，选择最佳方案实现系统功能。方案确定后设计系统电路，对电路原理进行说明，按照电路连接方式进行软件代码设计，设计系统软件设计流程图，最终对系统进行调试，验证硬件以及软件的设计。完成系统设计。 2系统方案设计 2.1系统整体方案设计 系统主要包括报警、垃圾桶状态检测、人体检测、指示灯、垃圾桶控制以及主控制器。智能垃圾桶需要完成模块方案选择，为系统的各个功能选器件，智能垃圾桶的电路设计很重要，每个模块之间的连接关系，以及各自的电路设计，再对软件进行设计，对各个模块的信号进行处理、判断，通过软件和硬件的搭配，实现智能垃圾桶。系统通过人体检测信号，判断如果有人，则控制垃圾桶打开，可以对垃圾桶状态进行检测，垃圾桶是否满，并且通过报警提示。系统结构如图2-1所示。 图2-1 系统结构框图 2.2主控制器方案 方案一：单片机作为系统核心的控制器，是其他所有模块的连接枢纽，设计选用STC89C52。单片机内部有存储模块，内部的存储模块具有超长时间的存储能力，单片机软件设计时通过MCS-51指令完成的，此指令标准在很多器件上都可以使用，通用性很强。这款单片机的能耗也很小，在低功耗方面表现优异，单片机内核是51内核，现在很多单片机都是使用此内核，单片机是最基础入门级8位单片机，在开发设计上也是最简单的，此款单片机内部可完成8K的代码量，如果代码量超过了8K，还可以设计外围代码存储方案，设计满足所有设计需要。单片机在设计出厂后做了加密处理，后期产品中使用后，不会被盗取设计文件，通过任何技术手段也无法进行解密。单片机的执行速度也很快，一般搭配的晶振是11.0592Mhz晶振，单片机的稳定性很强，在很多复杂场景下都可以稳定运行。此单片机最大优势就是成本方面，成本很低，这