基于51單片機的智能語音垃圾桶

1、論文題目：基于51單片機的智能垃圾桶摘 要：本設(shè)計論文設(shè)計開發(fā)了一種新型智能垃圾桶電路，其主要特點是STC89C52單片機作為實現(xiàn)自動傳感器垃圾桶系統(tǒng)功能的核心，本文分別探究每個模塊，并全面分析和演示各種方案。詳細描述硬件電路的設(shè)計過程并詳細描述該實施例中的用于人體和舵機的傳感器模塊的操作原理和功能，此外介紹了51單片機的軟寫過程：編寫流程圖的方法，Keil開發(fā)環(huán)境的介紹，以及下載軟件的操作方法。最后介紹了調(diào)試步驟中的基本電子電路故障處理步驟和注意事項，并操作演示其功能。關(guān)鍵詞：51單片機；語音模塊；舵機；智能垃圾桶TITLE：51 microcontroller-based intellig

2、ent trashAbstract: This design paper designs and develops a new type of intelligent trash can circuit, its main feature is STC89C52 single-chip microcomputer as the core, to achieve the function of automatic induction trash can system. In this paper, each module is explored, and a comprehensive anal

3、ysis of the various programs. The design process of hardware circuit is described in detail, and the working principle and function of the sensor module of human body and steering gear in this embodiment are described in detail. In addition, the software writing process of 51 MCU is also introduced,

4、 including the writing method of flow chart, the introduction of Keil development environment and the operation method of software downloading. At last, it introduces the basic handling steps of electronic circuit fault and matters needing attention in debugging steps, and explains its functions.Key

5、words：51 microcontroller; Voice module; driver; Smart Trash目 錄一、緒論51.1研究的目的及意義51.2國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀51.3研究的主要內(nèi)容5二、系統(tǒng)總體設(shè)計方案72.1設(shè)計思路72.2方案論證82.2.1主控芯片82.2.2人體檢測模塊92.2.3紅外距離檢測模塊102.2.4電源模塊10三、硬件設(shè)計113.1主控模塊113.1.1主控芯片STC89C52簡介113.1.2晶振電路153.1.3復(fù)位電路163.1.4總控制電路設(shè)計173.2人體檢測模塊設(shè)計193.3倒垃圾提醒模塊設(shè)計203.4 按鍵模塊設(shè)計203.5舵機驅(qū)動模塊設(shè)

6、計213.6輸出顯示模塊設(shè)計223.7語音模塊設(shè)計233.8電源模塊設(shè)計243.9整體電路設(shè)計24四、軟件系統(tǒng)的設(shè)計14.1程序流程設(shè)計14.1.1 舵機子程序設(shè)計14.1.2 垃圾滿檢測子程序設(shè)計24.2 主程序流程圖3五、仿真測試及結(jié)果45.1 軟件調(diào)試45.2 硬件調(diào)試65.3 測試結(jié)果及分析7結(jié)束語8參考文獻9致謝10一、緒論1.1研究的目的及意義對于 “智能垃圾桶”，我認為每個人都應(yīng)當(dāng)很熟悉。 在商場、辦公場所或家中，廢物的儲存和處理往往是一個使我們頭痛的麻煩，打開的容器的蓋子給人的印象是氣味不能停留，帶蓋的容器又是不切實際的。基于這個契機，研究并設(shè)計出了智能垃圾桶，當(dāng)人們手頭有垃圾

7、想丟進垃圾桶時，不用接觸桶身，垃圾桶便能自動打開，讓人們的生活更輕松，又保持環(huán)境清潔。1.2國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀根據(jù)調(diào)查，我國與國外發(fā)達國家還存在一定的差距大多數(shù)地方使用的垃圾桶是開放式的，以下問題主要發(fā)生在垃圾桶中：1、垃圾桶周圍濃烈的異味是由于其糟糕的封閉效果導(dǎo)致的。此外，細菌和寄生蟲很容易繁殖，這對大眾的健康非常不利，城市形象也因此大受損失。2、目前垃圾桶的桶蓋普遍都比較污濁但又必須讓人們用手打開蓋子，這樣增加患病的風(fēng)險并嚴重影響了人們的身體健康。通過多次研究和廣泛的調(diào)查，以上問題有了合理的解決，我們研發(fā)設(shè)計了一種能夠識別人體和自動啟閉的功能。通過傳感器自動識別是否有人靠近進而基于此控制垃圾

8、桶蓋是否開啟，有效地防止氣味的擴散和細菌的繁殖和傳播。一旦垃圾桶自動打開，垃圾被人們?nèi)舆M垃圾桶，當(dāng)感應(yīng)人走遠時，垃圾桶蓋實行關(guān)閉功能，這樣便避免人們直接接近垃圾，在提供了人性化的設(shè)計的同時方便人們的生活。此外當(dāng)感應(yīng)到垃圾慢慢累積到填滿時，垃圾桶的提示音就會自動播報，通知工作人員處理垃圾。1.3研究的主要內(nèi)容本文設(shè)計了一種基于單片機的智能垃圾桶。系統(tǒng)必須具有如下基礎(chǔ)功能：1、基于單片機的智能化垃圾箱，如果一個人靠近垃圾箱并保持駐足時間大于1秒。垃圾箱桶蓋驅(qū)動電路工作，垃圾桶蓋在舵機的帶動下自動打開，語音模塊發(fā)出對應(yīng)的提示音；2、垃圾處理完，人們離開后，垃圾桶蓋可以自動延遲一會兒再實現(xiàn)自動關(guān)閉。3

9、、垃圾裝滿后傳感器將檢測到的信號傳遞到單片機，單片機進行處理后驅(qū)動語音模塊發(fā)出提示音，提醒人們及時清運垃圾；4、本文設(shè)計的智能垃圾桶具有兩種不同的工作模式，分別為自動模式和手動模式，可通過變換開關(guān)進行兩種工作模式的切換。5、使用電源適配器接通電源給電路供電。系統(tǒng)主要由舵機驅(qū)動電路和電源電路、紅外距離傳感器、人體傳感器模塊構(gòu)成。系統(tǒng)軟件的編寫既是核心也是需突破的難題：整個系統(tǒng)程序具有模塊化結(jié)構(gòu)，程序更具有可讀性。開發(fā)環(huán)境為時下相對流行的調(diào)試系統(tǒng)軟件keil，C語言作為開發(fā)語言。二、系統(tǒng)總體設(shè)計方案2.1設(shè)計思路垃圾桶傳感器模塊若檢測有人駐足超過1s則垃圾箱桶蓋驅(qū)動電路工作，垃圾桶蓋在舵機的帶動下

10、自動打開，語音模塊發(fā)出對應(yīng)的提示音；垃圾處理完，人們離開后，垃圾桶蓋可以自動延遲一會兒再實現(xiàn)自動關(guān)閉。垃圾裝滿后傳感器將檢測到的信號傳遞到單片機，單片機進行處理后驅(qū)動語音模塊發(fā)出提示音，提醒人們及時清運垃圾；本文設(shè)計的智能垃圾桶具有兩種不同的工作模式，分別為自動模式和手動模式，可通過變換開關(guān)進行兩種工作模式的切換。使用電源適配器接通電源給電路供電。系統(tǒng)主要由舵機驅(qū)動電路和電源電路、紅外距離傳感器、人體傳感器模塊構(gòu)成。系統(tǒng)原理圖如圖2-1所示。舵機驅(qū)動電路復(fù)位電路鍵盤電路時鐘電路指示電路圖2-1系統(tǒng)框圖2.2方案論證2.2.1主控芯片主控芯片相當(dāng)于產(chǎn)品的控制中心，因此也是本系統(tǒng)的核心所在，要選擇

11、一款好的主控芯片需要從功能、占用資源等方面進行綜合論證，本文針對兩種系列的單片機芯片列出具體兩種不同的方案如下。方案一：由于系統(tǒng)體積小，系統(tǒng)的可靠性高，系統(tǒng)的成本低的優(yōu)勢它可稱為世界上最小的應(yīng)用系統(tǒng)。但要求程序長度小于4K，共四個I/O接口供使用。可編程為5伏電壓，擦除時間僅為10毫秒，只有8751和的分數(shù)之一。此單片機對設(shè)備要求不高不需要很高的配置就能完成任務(wù)，也大大節(jié)省了時間提高了使用者的效率，其所獨特具有的文件加密保護功能又能保留開發(fā)者的成果防止丟失，此外，AT89C51目前的性價比很高。單片機在主控領(lǐng)域具備較強的競爭優(yōu)勢，在正常工作狀態(tài)下能耗低，運算速度快，運行較為穩(wěn)定。芯片具備可多次

12、編寫多次擦除的儲存器，次數(shù)可達1000次，程序可存十年。保存時間為十年。方案二：單片機指令系統(tǒng)與系列中可實現(xiàn)兼容，但是在實際操作中兩者具有顯著差異，具體如下：與器件相比，設(shè)備損壞并不容易。沒有兩個電源要求。當(dāng)芯片被重寫時，可以重復(fù)在多個控制領(lǐng)域進行使用。運行狀態(tài)下的電壓區(qū)間寬泛（一般維持在2.7V6V范圍內(nèi)）。而主控芯片在靜態(tài)模式下運行時，其對應(yīng)的頻率區(qū)間是。相比之下，STC單片機時工作電壓范圍較窄。STC單片機對不需要較高的工作環(huán)境，工作電壓最低至3到4伏之間仍可以正常工作，這也是其穩(wěn)定的表現(xiàn)，明顯優(yōu)于AT系列2。在單片機模塊的選擇中，對比了幾個可行的方案，發(fā)現(xiàn)該型號的單片機除了穩(wěn)定性強、低

13、功耗、低價格成本以外，還因為該單片機的封裝工藝，使得通過自身的兩列管腳直接插入到設(shè)備的底座上。該型號的單片機的輸入輸出端口多，具有P0、P1、P2、P4四個端口，后三個是雙向端口，而第一個端口則需要外接上拉電阻才能當(dāng)常規(guī)I/O口使用。該型號的單片機的制度存儲器能夠根據(jù)使用需要進行擴展，支持的最大擴展內(nèi)存為64KB，而系統(tǒng)的隨機存儲器大小為256字節(jié)。經(jīng)過以上的對比和總結(jié)，系統(tǒng)的主控模塊選擇STC單片機。2.2.2人體檢測模塊人體感應(yīng)模塊其實就是紅外測距傳感器，它具有一對紅外信號發(fā)射與接收二極管，紅外距離傳感器出現(xiàn)于上世紀八十年代，該傳感器廣泛應(yīng)用于對移動目標的探查，在銀行金庫、大型商場倉庫以及

14、多種重要的安保場合中廣泛應(yīng)用。紅外距離傳感器傳感器模塊在結(jié)構(gòu)上引入來了場效應(yīng)，該傳感器可實現(xiàn)阻抗的變換，該傳感器可探查到目標如人體所發(fā)出的紅外線，并采集該信號將其轉(zhuǎn)換為電信號予以輸出，通過傳感器和單片機等微處理器組成的系統(tǒng)即可構(gòu)成一個簡便的報警裝置，紅外距離傳感器可探查到人體活動時所發(fā)出的紅外信號，在探查到紅外源時傳感器內(nèi)部材料溫度將會發(fā)生變化，傳感探測元上的電荷將會減少，溫度越高則電荷量尖山越明顯，基于此原理可實現(xiàn)紅外輻射源能量的動態(tài)監(jiān)測。MH-B型的紅外距離傳感器是基于紅外線技術(shù)的自動控制模塊。紅外距離傳感器廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各行業(yè)領(lǐng)域之中，是一種精度高、性能強大的檢測儀，該傳感器由三大

15、部分組成，分別為傳感探測元、干涉濾光片以及效應(yīng)管匹配器。再設(shè)計時應(yīng)對金屬材料電極進行極化處理，由此可制成熱釋電探測元。在每個探測器中裝入一個或兩個探測元件，并將探測元件通過反極性方式予以串聯(lián)，進而抑制由于元件自身溫度升高所帶來的影響，探測與案件在接收到紅外輻射信號后可將其變換為對應(yīng)的電壓信號，通過傳感器中的放大器將電壓信號進行放大并輸出。為了提升熱釋電紅外傳感器的探測進度和探測距離，通常在探測器前方設(shè)置菲涅爾透鏡，該透鏡由上下部分構(gòu)成，將其與熱釋電傳感器中的放大電路相配合，可將電壓放大70分貝以上，由此可探測一定范圍的紅外信號。本文所選用的MH-B感應(yīng)的范圍是230cm米之間。模塊參數(shù)說明：1

16、、該模塊檢測障礙物時指示燈亮綠色，同時OUT端口輸出低電平，檢測角度35°，可通過電位器對檢測距離進行動態(tài)調(diào)節(jié)。2、傳感器可實現(xiàn)主動紅外線反射探測，由此可知要控制反射率和形狀，實現(xiàn)距離的精準探測。3、傳感器模塊輸出口與單片機輸入輸出接口相連，可以直接驅(qū)動一個5V繼電器；連接方式維：VCC-VCC;GND-GND;OUT-IO4、比較器采用LM393，可實現(xiàn)設(shè)備的穩(wěn)定運行；5、采用3-5V直流電源供電，通電時紅色指示燈亮。2.2.3紅外距離檢測模塊在本文所設(shè)計的智能垃圾桶中采用TCRT5000紅外傳感器對垃圾狀態(tài)進行檢測，該傳感器的主要工作原理與一般紅外傳感器相同，該傳感器主要組成部分

17、包含紅外發(fā)射管和接收管各一個。發(fā)射管發(fā)射的紅外信號被接收管接收到后，其電阻也會發(fā)生變化，在電路上通常以電壓變化體現(xiàn)出來，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換和整形電路后得到相應(yīng)輸出結(jié)構(gòu)，電阻變化與接收的紅外信號強度有關(guān)，表現(xiàn)在反射面顏色以及反射面和接收管的距離上。 2.2.4電源模塊在本設(shè)計中，單片機工作電壓和電流分別為5V、10mA左右；紅外感應(yīng)模塊工作電壓5V，舵機額定電壓和電流分別為5V和500mA。因此在設(shè)計時需要考慮電源具備足夠容量。方案一：使用USB串口進行供電?？蔀閱纹瑱C提供穩(wěn)定電壓，且實現(xiàn)起來較為容易，但在實踐中為有線連接，需要接線長度較長。方案二：采用1.5V干電池串聯(lián)供電，在不超過單片機電壓范圍的

18、情況下可實現(xiàn)其他模塊的驅(qū)動，具有結(jié)構(gòu)簡單、構(gòu)造容易等諸多與優(yōu)勢，但是這種供電方式峰值電流較小。方案三：采用9V2A的穩(wěn)壓電源進行供電，直接將市電轉(zhuǎn)換為驅(qū)動系統(tǒng)工作的直流電，可滿足電動機峰值電流需求。經(jīng)過比較我們選擇方案三作為本系統(tǒng)的供電方案。三、硬件設(shè)計3.1主控模塊本文所設(shè)計的智能垃圾桶核心控制模塊為STC89C52單片機。系統(tǒng)主控模塊在設(shè)計時包含復(fù)位、晶振電路以及總控制電路等。3.1.1主控芯片STC89C52簡介由于系統(tǒng)體積小，系統(tǒng)的可靠性高，系統(tǒng)的成本低的優(yōu)勢它可稱為世界上最小的應(yīng)用系統(tǒng)。但要求程序長度小于4K，共四個I/O接口供使用?？删幊虨?伏電壓，擦除時間僅為10毫秒，只有875

19、1和的分數(shù)之一。與器件相比，設(shè)備損壞并不容易。沒有兩個電源要求。當(dāng)芯片被重寫時，可以重復(fù)在多個控制領(lǐng)域進行使用。運行狀態(tài)下的電壓區(qū)間寬泛（一般維持在2.7V6V范圍內(nèi)）。而主控芯片在靜態(tài)模式下運行時，其對應(yīng)的頻率區(qū)間是。相比之下，使用8751單片機時工作電壓范圍較窄。該類型單片機數(shù)據(jù)總線是在P0節(jié)點位置處，并且是三態(tài)雙向數(shù)據(jù)連接端口，能夠?qū)崿F(xiàn)外接存儲單元的讀取以及寫入。單片機在主控領(lǐng)域具備較強的競爭優(yōu)勢，在正常工作狀態(tài)下能耗低，運算速度快，運行較為穩(wěn)定。芯片具備可多次編寫多次擦除的儲存器，次數(shù)可達1000次，程序可存十年。保存時間為十年。下面詳細介紹了該型號單片機的主要特點：(1)它是8051

20、單片機的升級優(yōu)化版本，所以擁有更加強勁的CPU;(2)P3.0/P3.1端口負責(zé)芯片的程序編任務(wù);(3)單片機的的工作電壓分為3和5V兩種;(4)存儲器通過片上集成最高達到1280字節(jié);(5)設(shè)備的輸入輸出端口眾多;(6)設(shè)備的時鐘輸出有3路;(7)互在系統(tǒng)中可以直接編輯聯(lián)網(wǎng)供應(yīng)商;(8)由大規(guī)模的集成電路實現(xiàn)可編輯技術(shù)列陣/PWN;引腳圖如圖3-1所示，現(xiàn)對其引腳進行介紹如下。圖3-1STC89C52引腳圖RST：在工作過程中起到對輸入進行重置的作用，利用的是兩個機器周期內(nèi)的高電平完成的。：當(dāng)系統(tǒng)需要對外部程序器進行訪問或者是進行訪問數(shù)據(jù)存儲器時，的作用是將地址的低8位脈沖字節(jié)索存。因為通常

21、情況下，的輸出時間是固定的，是時鐘振蕩頻率的1/6，利用這一特性可以用它來實現(xiàn)計時的功能。但是如果要進行外部數(shù)據(jù)存儲的訪問時，系統(tǒng)會自動越過脈沖。系統(tǒng)編程產(chǎn)生的閃存時，引腳還起到輸入輸入的作用。在可能的情況下，禁止操作可以通過在區(qū)域的0號位置安裝來實現(xiàn)。因為在0號位置之后只有一個固定的指令才能實現(xiàn)的激活。此外，引腳會稍微升高，不執(zhí)行內(nèi)部程序時，需要讓禁止位無效。：從外部選取的信號來提供給程序存儲器使用。單片機在外部獲取指令時，只能產(chǎn)生兩次有效的循環(huán)，換言之有兩個脈沖輸出。這時候訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，系統(tǒng)會自動越過兩個信號。：訪問外部的程序內(nèi)存只能夠通過來進行。此時的狀態(tài)應(yīng)該是處于接地狀態(tài)。特別的

22、是，此時編程已經(jīng)加密了的，則在重置期間，狀態(tài)將在內(nèi)部鎖定。單片機有4組8位的可編程I/O口，現(xiàn)對其介紹如下。端口：端口是一個雙向I/O端口，8位漏極開路，驅(qū)動8個邏輯電平來進行數(shù)據(jù)輸出。該端口的輸入來自于管腳。端口需要從外部獲取數(shù)據(jù)再進行存儲，這時候就會對8位地址/數(shù)據(jù)實施多路并重復(fù)利用。端口根據(jù)不同的工作要求對指令字節(jié)進行接收和輸出。這樣的工作模式，端口內(nèi)部會出現(xiàn)上拉的阻力，所以在驗證程序的時候就需要外部的上拉電阻。 端口：端口也可以進行輸入和輸出雙向作用，并且位數(shù)是8位的，和端口一樣存在上拉電阻。該端口只能夠驅(qū)動4個邏輯電平。該端口作為輸入端口時是通過上拉電阻增加端口數(shù)的。端口負責(zé)輸入時，

23、被外部拉下的針腳會由于內(nèi)部電阻會有輸出。而且，端口的0號管腳和2號管腳分別承擔(dān)著定時器/計數(shù)器的外部計數(shù)輸入和觸發(fā)輸入。根據(jù)不同的的工作要求，該端口負責(zé)接收字節(jié)的功能。引腳所具有的的另一個功能 定時器/計數(shù)器：、端口：端口也可以進行輸入和輸出雙向作用，并且位數(shù)是8位的，和端口一樣存在上拉電阻。該端口只能夠驅(qū)動4個邏輯電平。該端口作為輸入端口時是通過上拉電阻升高端口。端口負責(zé)輸入時，被外部拉下的針腳會由于內(nèi)部電阻會有輸出。當(dāng)系統(tǒng)需要端口需要從外部獲取數(shù)據(jù)再進行存儲，它會發(fā)送高8位地址來獲取16位地址的外部數(shù)據(jù)。端口要想發(fā)送“1”需要借助內(nèi)部強大的上拉來完成。在用高8位地址來獲取16位地址的外部數(shù)

24、據(jù)存儲時，會輸出閂鎖的內(nèi)容。在進行其他功能時，該端口也承擔(dān)著接收外部控制信號的責(zé)任。端口：端口也可以進行輸入和輸出雙向作用，并且位數(shù)是8位的，和端口一樣存在上拉電阻。該端口只能夠驅(qū)動4個邏輯電平。該端口作為輸入端口時是通過上拉電阻升高端口。端口負責(zé)輸入時，被外部拉下的針腳會由于內(nèi)部電阻會有輸出。端口還承擔(dān)這單片機的其他功能：接收外部的控制信號，其第二功能表如下表所示。表3-1P3口第二功能表 此外，可通過軟件設(shè)置省電模式，可滿足產(chǎn)品不同工作狀態(tài)的工作需求。3.1.2晶振電路必須外部附加電路。時鐘電路中的XTAL1（18）和XTAL2（19）引腳是芯片內(nèi)部的輸入和輸出反相放大器，在這兩個引腳的兩

25、端上時鐘元件定時元件和2個微調(diào)電容，即可將它們配置為內(nèi)部振蕩模式，振蕩器通電后即可產(chǎn)生自激振蕩，振蕩信號經(jīng)過芯片內(nèi)部的觸發(fā)器分頻處理后，即可芯片的工作提供時序信號。通常情況下，定時元件的頻率在224MHz 之間任選，本設(shè)計中選擇12MHz 的石英晶振，因為該大小的晶振可以得到精準的1us計時時間。電容可以在240pF 之間選擇，本次設(shè)計中選擇30pF。STC89C51晶振電路如圖3-3所示。圖中電容C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值為30pF晶振CYS的振蕩頻率為12MHz4,5。圖3-2晶振電路3.1.3復(fù)位電路(1)復(fù)位操作MCU的復(fù)位電路能夠劃分為上電和按鈕手動復(fù)位這兩種模式。

26、在這一次的課題設(shè)計中所選用的是外部復(fù)位電路進行完成。在VCC上升時間小于1毫秒(),振蕩器啟動時間小于10毫秒。整個電路就會再次開啟微控制器。同時在復(fù)位過程中要在引腳上維持超過2個周期的高電平，才可以完成操作，指導(dǎo)恢復(fù)為低電平之后復(fù)位工作終止，而在復(fù)位按鍵被按下后這時的電容處于斷路狀態(tài)，兩端構(gòu)成一個閉合回路，電容進行放電，此時想要進行復(fù)位也是極為簡便的，只需把引腳和電源連接就能夠順利達成目的。不過要重點提及的是,若是復(fù)位電路里面的R、C的值設(shè)定不合理,導(dǎo)致復(fù)位的時長過久,單片機就會不斷的進行反復(fù)復(fù)位操作。特殊功能寄存器復(fù)位狀態(tài)如下表所示。表3-2特殊功能寄存器SFR的復(fù)位狀態(tài) (2)復(fù)位信號及

27、其產(chǎn)生復(fù)位電路中電容、電阻組成了自動復(fù)位電路的硬件。RST按鍵單獨實現(xiàn)了手動復(fù)位功能。復(fù)位電路有兩種不同的工作方式，其一為上電復(fù)位，其二為按鍵復(fù)位。上電復(fù)位電路是在上電瞬間開始工作，由于電容是儲能器件，它兩端的電壓不能發(fā)生突變，芯片工作的瞬間RESET引腳相當(dāng)于直接連在5V電壓上，芯片瞬間進入復(fù)位狀態(tài)。隨著5V電壓不斷給電容充電，R1上的電壓兩端的電壓在逐漸地減小，當(dāng)某個時刻R3電阻上的電壓減小為0V時，芯片將從復(fù)位狀態(tài)退出，進入正常的工作狀態(tài)。利用RST按鍵控制芯片復(fù)位的按鍵復(fù)位也是同一個道理，只要RST按鍵被下，且該狀態(tài)保持的時間不低于15ms 以上，芯片即可進入復(fù)位狀態(tài)。RST

28、按鍵抬起后，芯片自動從復(fù)位狀態(tài)退出。本系統(tǒng)采用上電復(fù)位方式進行復(fù)位，電路原理圖如下。圖3-3復(fù)位電路3.1.4總控制電路設(shè)計主控模塊的核心是單片機，系統(tǒng)上電時需要進行復(fù)位，在復(fù)位完成后實現(xiàn)工作環(huán)境配置，并從程序的初始狀態(tài)開始運行?？偪刂齐娐啡缦聢D所示。圖3-4總控制電路3.2人體檢測模塊設(shè)計人體感應(yīng)模塊其實就是紅外測距傳感器，它具有一對紅外信號發(fā)射與接收二極管，紅外距離傳感器出現(xiàn)于上世紀八十年代，該傳感器廣泛應(yīng)用于對移動目標的探查，在銀行金庫、大型商場倉庫以及多種重要的安保場合中廣泛應(yīng)用。紅外距離傳感器傳感器模塊在結(jié)構(gòu)上引入來了場效應(yīng)，該傳感器可實現(xiàn)阻抗的變換，該傳感器可探查到目標如人體所發(fā)出

29、的紅外線，并采集該信號將其轉(zhuǎn)換為電信號予以輸出，通過傳感器和單片機等微處理器組成的系統(tǒng)即可構(gòu)成一個簡便的報警裝置，紅外距離傳感器可探查到人體活動時所發(fā)出的紅外信號，在探查到紅外源時傳感器內(nèi)部材料溫度將會發(fā)生變化，傳感探測元上的電荷將會減少，溫度越高則電荷量尖山越明顯，基于此原理可實現(xiàn)紅外輻射源能量的動態(tài)監(jiān)測。MH-B型的紅外距離傳感器是基于紅外線技術(shù)的自動控制模塊。紅外距離傳感器廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各行業(yè)領(lǐng)域之中，是一種精度高、性能強大的檢測儀，該傳感器由三大部分組成，分別為傳感探測元、干涉濾光片以及效應(yīng)管匹配器。再設(shè)計時應(yīng)對金屬材料電極進行極化處理，由此可制成探測元。在每個探測器中裝入一個或

30、兩個探測元件，并將探測元件通過反極性方式予以串聯(lián)，進而抑制由于元件自身溫度升高所帶來的影響，探測與案件在接收到紅外輻射信號后可將其變換為對應(yīng)的電壓信號，通過傳感器中的放大器將電壓信號進行放大并輸出。為了提升熱釋電紅外傳感器的探測進度和探測距離，通常在探測器前方設(shè)置菲涅爾透鏡，該透鏡由上下部分構(gòu)成，將其與熱釋電傳感器中的放大電路相配合，可將電壓放大70分貝以上，由此可探測一定范圍的紅外信號。本文所選用的MH-B感應(yīng)的范圍是230cm米之間。模塊參數(shù)說明：1、該模塊檢測障礙物時指示燈亮綠色，同時OUT端口輸出低電平，檢測角度35°，可通過電位器對檢測距離進行動態(tài)調(diào)節(jié)。2、傳感器可實現(xiàn)主動

31、紅外線反射探測，由此可知要控制反射率和形狀，實現(xiàn)距離的精準探測。3、傳感器模塊輸出口與單片機輸入輸出接口相連，可以直接驅(qū)動一個5V繼電器；連接方式維：VCC-VCC;GND-GND;OUT-IO4、比較器采用LM393，可實現(xiàn)設(shè)備的穩(wěn)定運行；5、采用3-5V直流電源供電，通電時紅色指示燈亮。MH-B模塊與單片機6腳（P15）相連，該模塊原理圖如下所示：圖3-5MH-B模塊原理圖3.3倒垃圾提醒模塊設(shè)計本文設(shè)計的智能垃圾桶垃圾檢測模塊采用TCRT5000紅外反射距離傳感器，該傳感器與單片機7腳即（P16）相連即，倒垃圾提醒模塊電路原理圖如下： 圖3-6TCRT5000紅外感應(yīng)模塊原理圖3.4 按

32、鍵模塊設(shè)計此次系統(tǒng)中選擇的是獨立按鍵去進行各類參數(shù)設(shè)置；主要的工作機理為：一但按鍵被按下，就開始實施實施首次抖動檢測，方法為延時一段時間去判定是不是為有效按鍵，等待之后依舊有按鍵按下就說明是，此時賦予其相應(yīng)的鍵值。程序中就能夠采用鍵值去判定相應(yīng)的執(zhí)行操作，其中K1、S1分別是手動開蓋按鈕和自動選擇開關(guān)。按鍵模塊電路圖如下：圖3-7按鍵電路原理圖3.5舵機驅(qū)動模塊設(shè)計本例要控制1臺舵機的轉(zhuǎn)動。其主要共是實現(xiàn)角度變換控制，舵機的工作原理為將控制信號輸入調(diào)制芯片，并獲得偏置電壓，將其余電位器電壓進行比較即可獲得電壓差輸出，最后電壓差政府輸出到電機驅(qū)動芯片實現(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)的控制。當(dāng)電機轉(zhuǎn)速恒定時，通過減

33、速齒輪帶動電位器轉(zhuǎn)動，且當(dāng)兩者電壓差輸出為0時電機停止轉(zhuǎn)動，本設(shè)計利用單片P14口實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)角度控制，其電路原理圖如下：圖3-8舵機驅(qū)動電路原理圖3.6輸出顯示模塊設(shè)計本文所設(shè)計的智能垃圾桶顯示模塊包含四個指示燈，分別是關(guān)蓋、開蓋、人體傳感器以及垃圾滿指示燈，除此之外本系統(tǒng)還設(shè)計了一套聲音提示電路，包含三極管、電阻以及蜂鳴器，具體電路如下所示：圖3-9輸出指示電路原理圖3.7語音模塊設(shè)計WT588D是一款語言芯片，采用案件控制模式予以觸發(fā)，可驅(qū)動小功率揚聲器，三極管導(dǎo)通后會進行語音播報，三極管控制信號來源于單片機，其中14和16腳與3.3V的電源相連可為語音模塊提供電源，其具體工作電路圖如下所示

34、：圖3-10語音電路原理圖3.8電源模塊設(shè)計本設(shè)計采用LM2940作為電源模塊，同時在電路中連接一穩(wěn)壓器，可將9V電源穩(wěn)壓成5V直流電供系統(tǒng)使用，其中電容的主要功能是濾波，電源模塊具體電路圖如下所示：圖3-11電源電路原理圖3.9整體電路設(shè)計是英國公司開發(fā)的一款工具軟件。該軟件具有傳統(tǒng)仿真功能，還能支持單片機等微處理器仿真，是當(dāng)前性能最為強大、運行可靠性良好的外圍器件仿真工具，雖然當(dāng)前在國內(nèi)的應(yīng)用處于起步階段，但在研究者的推動下已經(jīng)成為各大高校和科研機構(gòu)工作者的重要仿真工具。軟件的特點如下：(1)可生成多種不同類型的電氣連接網(wǎng)絡(luò)表； (2)具有十分強大的編輯功能； (3)在原理圖中可選擇一級器

35、件； (4)同時運行原理圖和PCB。 (5)可實現(xiàn)原理圖和PCB的相互轉(zhuǎn)換； (6)滿足國際化設(shè)計要求； (7)支持用CUPL語言和原理圖設(shè)計PLD； (8)強大的“規(guī)則驅(qū)動”設(shè)計環(huán)境； (9)覆鈾可以自動重鋪； 內(nèi)部具有大量的設(shè)計模板供使用13。利用制作電路圖如附錄所示。畢業(yè)論文（設(shè)計）四、軟件系統(tǒng)的設(shè)計4.1程序流程設(shè)計程序可將不同子模塊連接為一個整體，通過程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的邏輯控制功能，進而使各模塊會見穩(wěn)定運行，按照單片機輸出內(nèi)容實現(xiàn)對電路的控制，進而達到遠程遙控的功能。為了實現(xiàn)控制要求，在軟件設(shè)計中采用了模塊化設(shè)計方法14。本文所采用的程序結(jié)構(gòu)如附錄2。4.1.1 舵機子程序設(shè)計在垃圾桶蓋

36、需要開啟時候?qū)⒍鏅C旋轉(zhuǎn)到45°，此時只要輸出相應(yīng)的控制脈沖即可，垃圾桶蓋打開程序流程圖如下：開始PWM波形產(chǎn)生占空比設(shè)定（1ms）結(jié)束圖4-1開蓋子序流程圖在關(guān)蓋時需將舵機旋轉(zhuǎn)到0°，此時只要輸出占空比為0.5ms的控制脈沖，程序流程圖如下：開始PWM波形產(chǎn)生占空比設(shè)定（0.5ms）結(jié)束圖4-2關(guān)蓋子序流程圖4.1.2 垃圾滿檢測子程序設(shè)計在垃圾桶滿時對應(yīng)的傳感器發(fā)出信號，單片機對信號進行處理后會控制蜂鳴器報警，提醒傾倒垃圾，其程序流程圖如下：開始讀檢測垃圾傳感器檢測垃圾滿？否接通語音報警電路是結(jié)束圖4-3垃圾滿檢測程序流程圖4.2 主程序流程圖主程序流程圖如下所示：開始初

37、始化否檢測到有人？是舵機正轉(zhuǎn)開蓋否開蓋到位？是否檢測到無人？是舵機延時關(guān)蓋關(guān)蓋到位？圖4-4主程序流程圖五、仿真測試及結(jié)果5.1 軟件調(diào)試本系統(tǒng)在的環(huán)境下進行仿真調(diào)試，該工具主要面向C程序語言進行開發(fā)，和機器匯編語言進行對比得知，使用C語言能夠在整體結(jié)構(gòu)以及可讀性上有較強的提升。內(nèi)部集成了較為豐富的庫函數(shù)以供使用者隨時讀取調(diào)用，并且與微軟的系統(tǒng)有較好的兼容性。不僅如此，在該環(huán)境下編譯程序效率較高，尤其是在完成大型軟件與系統(tǒng)設(shè)計中更能發(fā)揮的優(yōu)勢。如圖5-1所示：圖5-1UV2界面圖在新建文件時選擇單片機型號STC89C52，如下：圖5-2主控芯片選擇圖在新建的File中選擇保存新建Project

38、，格式為.c文件，并建立Hex文件，隨后進行編譯，若顯示沒有錯誤則進行燒錄，在新的文件中寫入程序并完成編譯，具體如下圖所示：圖5-3程序運行圖在建立目標文件同時建立Hex文件，出現(xiàn)下圖所示對話框則點擊Create Hex Fi，確定后可新建Hex文件，在燒錄時可找到.c文件。具體如下：圖5-4建立Hex文件圖在添加選項中找到保存文件地址，選中.c文件將其添加到source group 1中，具體如下所示：圖5-5添加.C文件圖5.2 硬件調(diào)試在完成軟件變異之后要將程序燒錄到開發(fā)板總，實現(xiàn)實物和程序之間的胡同，在燒錄之前要在軟件上進行設(shè)置，第一步設(shè)置為；第二步：打開以.hex為后綴的編譯文件；第

39、三步：選擇COM端口；第四步：點擊下載，并為單片機上電，打開開發(fā)板開關(guān)，程序進行自動燒錄，具體對話框如下：圖5-6燒錄程序?qū)υ捒?.3 測試結(jié)果及分析在完成程序調(diào)試和燒錄后可進行功能測試，具體如下：人靠近垃圾桶，舵機正轉(zhuǎn)且自動開蓋，指示燈亮，喇叭播音正常，開啟到位后舵機停轉(zhuǎn)，蓋保持開啟狀態(tài)。當(dāng)人離開垃圾桶時舵機反轉(zhuǎn)，垃圾桶蓋關(guān)閉，指示燈亮，關(guān)閉到位后舵機停轉(zhuǎn)，且一直保持關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)垃圾滿時指示燈亮，喇叭正常播報語音。根據(jù)演示結(jié)果，本文設(shè)計的智能垃圾桶可實現(xiàn)預(yù)期功能。結(jié)束語在大學(xué)里的最后一個課程畢業(yè)設(shè)計結(jié)束了，也將意味著大學(xué)四年的生活即將要結(jié)束了。在大學(xué)的最后一次考核就是畢業(yè)設(shè)計，要檢驗?zāi)愦髮W(xué)四

40、年了的所學(xué)知識的一次綜合性檢測和你掌握知識是否牢固。在畢業(yè)設(shè)計中會遇到不同的困難，那么也要鍛煉你的人際關(guān)系的能力，可以去求助老師和同學(xué)的幫助，和同學(xué)相互幫助討論，解決一些不懂的問題。也讓我懂得了做任何一件事都要仔細嚴謹?shù)膽B(tài)度去做，畢竟在學(xué)習(xí)中需要嚴謹?shù)膽B(tài)度，不能做事馬虎，那樣一件事才能做好，學(xué)會理解別人，學(xué)會多虛心向別人學(xué)習(xí)和合作，相互理解包容。本設(shè)計論文設(shè)計開發(fā)了一種新型智能垃圾桶電路，其主要特點是STC89C52單片機作為實現(xiàn)自動傳感器垃圾桶系統(tǒng)功能的核心，本文分別探究每個模塊，并全面分析和演示各種方案。詳細描述硬件電路的設(shè)計過程并詳細描述該實施例中的用于人體和舵機的傳感器模塊的操作原理和功能，此外介紹了51單片機的軟寫過程：編寫流程圖的方法，Keil開發(fā)環(huán)境的介紹，以及下載軟件的操作方法。最后介紹了調(diào)試步驟中的基本電子電路故障處理步驟和注意事項，并操作演示其功能。通過本次設(shè)計，不僅提高