一种智动控制的户外垃圾桶设计与实现

惠州市技师学院 曾世芳

1 引言

“垃圾桶”作为人类生活中不可或缺的必需品，它伴随着人类走过了每一个时代。随着人们环保意识和审美水平的普遍提高，垃圾桶的种类在不断翻新，人们更加注重它的美观和实用性，产品也向着“智能化”方向发展。

2 系统方案设计

系统以STC89C52RC单片机最小系统作为核心控制电路，设计一个自动感应和语音识别垃圾桶系统。该系统可实现以下几个基本功能。

1)当有人靠近垃圾箱丢垃圾时，并在10厘米的范围内人体识别传感器检测，检测到有人时垃圾桶开盖。

2)当人丢完垃圾离开时，垃圾桶的盖子就会自动闭合。

3)按键控制垃圾桶开盖和关盖。

4)当人寻人体识别传感器检测到有人的同时语音播报“欢迎投放垃圾，请爱护我们的环境，谢谢！”

5)垃圾桶内垃圾快装满的时后，LED点阵显示垃圾桶储存情况，在没有装满的时候LED点阵显示智能垃圾桶或其他的文字广告。

6)垃圾装满后，自动发送短信给环卫局，环卫局能及时安排工作人员前往该区域清运垃圾。

7)实现拨打紧急电话如：环卫局、110、120、119。

系统组成框图如图1所示。

图1 智能垃圾桶的组成框图

3 硬件设计

系统由单片机最小系统、人体识别传感器模块、红外测离传感器模块、GSM通讯模块、语音播报模块、舵机驱动电路模块、按键电路和电源电路组成。下面对部分电路进行功能简述。

3.1 单片机最小系统

本系统以STC89C52RC单片机最小系统作为核心控制电路，控制部分包括单片机的复位电路、晶振电路和总控制电路。

3.2 人体识别传感器模块

在本系统里的人体识别传感器模块其实就是HC-SR501人体感应模块，HC-SR501是基于红外线技术的自动控制模块，LHI778探头设计，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式，广泛应用于各类自动感应电器设备，尤其是干电池供电的自动控制产品。

3.3 GSM GA6通讯模块

GSM模块，是一个类似于手机的通讯模块，集成了手机的若干功能于一块小电路板上，它可以发送短消息，通话等等。GSM模块通过使用AT指令才能控制它，模块可以与电脑RS232串口相连，也可以用单片机来进行控制。

3.4 语音播报模块

本系统的语音电路由模块WT588和三极管Q2和电阻R7组成，当检测到有人接近垃圾桶以及当垃圾桶的垃圾装满时，单片机P35口发出高电平，三极管Q2导通，触发WT588发出语音提示，原理图如图2所示。

图2 语音模块连接单片机原理图

3.5 红外传感器模块

本系统的红外传感器模块的功能介绍如下。

1)当检测到前方障碍物信号时，电路板上绿色指示灯点亮电平，同时OUT端口持续输出低电平信号。该模块检测距离2～30cm，检测角度35°，检测距离可以通过电位器进行调节，顺时针调电位器，检测距离增加；逆时针调电位器，检测距离减少。

2)传感器主动红外线反射探测,因此目标的反射率和形状是探测距离的关键。其中黑色探测距离最小,白色最大;小面积物体距离小,大面积距离大。

3)传感器模块输出端口OUT可直接与单片机IO口连接即可，也可以直接驱动一个5V继电器。

4)比较器采用LM393，工作稳定。

5)可采用3-5V直流电源对模块进行供电。

3.6 舵机驱动电路

舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。本系统需要控制1台舵机的转动，用单片机P20口输出PWM信号来控制舵机的旋转角度。

3.7 按键电路

本系统的按键功能分配如下：SW_L1是手动开盖按建，SW_L2是拨打环卫局电话按键、SW_L3是拨打110电话按键、SW_L4是拨打120电话。按键电路的原理图如图3所示。

图3 按键电路原理图

图4 主程序流程图

3.8 电源电路

本系统使用稳压电源供电，采用LM2940将12V电源稳压成5V的直流电供系统使用。

4 系统软件设计

单片机内的应用系统软件主要采用顺序结构的设计方法，完成垃圾桶的智动控制。软件的主程序流程图如图4所示。

智能垃圾桶的开、关盖子程序流程图如图5、图6所示。

图5 开盖子序流程图

图6 关盖子序流程图

5 调试与总结

当有人靠近人体检测传感器时，舵机正转，带动垃圾桶开盖，同时，正转指示灯点亮。当开盖到位时，舵机停转，垃圾桶保持开启状态。当人员离开人体检测传感器时，舵机反转，带动垃圾桶关盖，同时，反转指示灯点亮。当关盖到位时，舵机停转，垃圾桶保持关闭状态。

经过测试实验，系统运行结果良好，功能全部实现。本设计主要是硬件部分，着重考虑的是硬件电路的简单性和可行性，尽可能简化硬件电路，节省线路板的空间，从而达到硬件电路的最优化设计。智能垃圾桶实现了垃圾桶盖子的智能控制，从运行情况来看控制的效果比较好。