基于ARM的户外垃圾桶的设计

徐启明 杨伟新

摘 要：随着科学技术的不断发展，人们对生活质量有了新的要求，垃圾桶无论是在家里，还是在公共场所都是不可或缺的基础设施。目前在大多数的公共场合，户外垃圾桶已随处可见，但都千篇一律，毫无新意，缺乏一些人性化、智能化的设计，传统露天的垃圾桶还会散发出阵阵恶臭，影响环境，垃圾倾倒处理不及时，不但不美观也不卫生，还影响人们的心情。

关键词：太阳能;STM32;智能垃圾桶

1 绪论

本设计使用STM32主控制器，为实现智能垃圾桶在大多数的露天公共场所能够普及而设计的一个智能垃圾桶系统。采用机械传动进行垃圾桶盖的打开和关闭，同时，本设计还具有自动感应、垃圾量监测、防盗报警功能。同时以太阳能电池板作为能源的供应，符合低碳环保、绿色经济的要求。

2 硬件设计

在硬件设计上，采用由局部到整体的设计理念，首先进行各模块的分散设计，后进行整体组装测试和调整。

在能源方面，本设计采用的10W的单晶硅太阳能板。即使工作环境比较恶劣，太阳能板也能正常工作，工作时，通过稳压电路输出电压为5V，电流根据负载情况在本设计中也完全满足要求。单晶硅太阳能板使用寿命长，同时使用的蓄电池容量较大，输出电压电流符合要求。

在主控方面，本设计采用ARM公司的STM32F103单片机。该系列的单片机成本低廉、性能好、功耗也是在目前市場上最低的一种芯片。STM32F103系列是32位的处理器，具有72MHz的晶振，拥有M3的内核，处理速度极快，在各种嵌入式系统的设计中，该系列处理器应用十分广泛。

在主体设计上，整体外观采用塑料设计，它具有轻便、耐脏、耐腐蚀等优良特点。同时内部垃圾桶与外壳分离，方便工作人员的清理。在垃圾桶盖的开关的设计上使用了机械传动装置，底部安装有一个大力矩舵机，舵机转盘连接在连杆底部，连杆顶部连接于桶盖，此时舵机转盘转动时就会带动连杆移动控制垃圾桶盖的打开与闭合。

在感应器的设计上，我们通过调节电路的电位器来改变感应器的灵敏度，通过LM393电压比较器对采集的电压与标准电压（阈值）进行比较，比较后的输出电压输送至控制器的IO口。

在交互方面，设计上有语音提示和液晶显示两种。语音提示模块使用RS232串口通信，通过计算机串口对模块进行设置，可以将MP3、WAV格式语音录入存储器中，在主控制器的控制下，通过外置喇叭来实现语音播报，从而达到语音提示功能。OLED液晶显示屏采用IIC协议进行通信，通过设置，可以进行白色、蓝色和黄蓝双色显示，正常工作时电压仅需2.8V，电流为20mA，休眠模式下在μA级别电流。

在终端方面，采用了ESP8266WIFI无线通信模块。该模块可以将主控制器接收到的信息通过串口发送至无线模块上，再通过WIFI方式与终端（工作人员）进行通信，它可以将垃圾桶的各个信息参数以无线形式发送给工作人员。

3 软件设计

在软件设计上，依然采用由局部到整体的设计思路。通过使用KEIL5软件编程，将各个模块的编程代码封装于不同的文件夹中的.c和.h文件中，然后在主函数中调用一个功能模块函数，从而实现整体功能的运行。

在垃圾量的检测上，我们使用了16位的AD转换器对模拟量进行转换，将采集的数字量与模拟量进行数据记录，采用最小二乘法和折现拟合法对其建立模拟量和数字量的联系即可实现对垃圾量的检测。

在通信交互方面，我们使用了IIC通信协议、RS232串口通信协议和无线网WIFI进行数据的发送与接收。液晶显示屏使用IIC协议，IIC协议具有数据线SDA和时钟线SCL，按照协议编写程序即可实现通信，屏幕的显示位置可用X轴和Y轴进行定位。串口通信具有发送端TXD和接收端RXD，按照协议进行编写程序（发送缓冲，接收锁存）即可实现通信。

4 总结

智能的户外垃圾桶可以有效地提高人们生活质量，改善环境问题，提高环卫工人的工作效率，减少了生活中各种病菌交叉感染的概率，解决垃圾异味溢出问题，确保马路和公共场所等户外区域空气的清新。同时电源的供给摆脱了传统供电方式的束缚，使用太阳能电池板更加绿色经济，符合社会发展的创新要求。