基于单片机的智能垃圾桶设计
王涛 马宁 张兰云
【摘? 要】科技水平的不断提升，使城市化程度和人们的生活水平有了显著提高。生活垃圾越来越多，垃圾桶随处可见，但存在诸多问题，如扔垃圾需要手动翻盖、各种垃圾混杂在一起，导致垃圾回收难度大甚至造成资源浪费。论文设计了一种基于单片机智能系统控制的垃圾桶，该系统以单片机为基础，通过热释电传感器和电涡流传感器实现语音播报、自动翻盖和金属垃圾分类功能。经实验测试，该系统操作简单、易于推广。
【Abstract】The continuous improvement of the level of science and technology has significantly improved the degree of urbanization and people's living standards. There are more and more domestic garbage， garbage cans can be seen everywhere， but there are many problems existing in them， such as the need to manually flip the cover for throwing garbage， all kinds of garbage mixed together， resulting in the difficulty of garbage collection and even resources waste. This paper designs a kind of garbage can based on the control of intelligent system of single chip microcomputer. The system is based on single chip microcomputer， and realizes functions by pyroelectric sensor and eddy current sensor， such as voice broadcast， automatic flip of the cover and metal waste classification. After experimental testing， the system is simple to operate and easy to popularize.
【關键词】单片机;热释电传感器;电涡流传感器;语音播报
【Keywords】single chip microcomputer; pyroelectric sensor; eddy current sensor; voice broadcast
【中图分类号】TS959.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文献标志码】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章编号】1673-1069（2020）05-0180-02
1 引言
垃圾桶随处可见，不但方便了生活还在一定程度上保护了生活环境，但是由于设计得不合理，也存在诸多问题，如由于垃圾桶很不卫生，大多数人都不愿意直接接触垃圾桶去扔垃圾，有的人甚至直接将垃圾丢在垃圾桶盖上或者垃圾桶周围，使得垃圾桶内“无垃圾”桶外“垃圾遍地”，同时，也使得资源再回收变得十分困难。针对垃圾桶的现状和缺陷，本文设计了一种基于单片机智能系统的垃圾桶，主要可以实现有人语音提示、满桶语音提示、自动翻盖和金属垃圾分类功能。
2 主要设计内容
本次设计是利用单片机系统设计的一种智能垃圾桶。该系统不仅具有自动语音提示的功能和自动感应的功能，还可以自动进行金属与非金属材质垃圾的混合自动检测，并可以进行简单的垃圾分类。该控制系统以单片机自动控制系统为工作中心，通过热释电传感器自动检测是否有人要向桶内扔垃圾，并自动打开每个垃圾桶的桶盖，感应到垃圾进桶后再自动将桶盖关闭，利用语音提示模块的识别功能直接实现垃圾类别语音识别提示，利用电涡流感应传感器功能实现金属与其他非金属的精确分类[1，2]。
2.1 语音播报与自动翻盖功能
系统启动后进行初始化操作，由人体红外检测电路探测在设定距离内是否有人扔垃圾，如果有人扔垃圾，经单片机判断后桶盖自动打开，若不再检测到有人在设定距离内，则延时3s后桶盖自动恢复原位。当人一直站在桶前时，桶盖会一直保持打开的状态直到人离开。当垃圾桶装满时，由超限检测电路检测垃圾高度是否达到设定高度，经单片机判断后控制语音报警电路，喇叭播放录制好的语音。只有在开盖后垃圾桶才会发出垃圾已装满的报警，提醒人们不要继续投入垃圾，然后程序返回到检测有没有人扔垃圾处并继续循环下去。主程序流程框图如图1所示。
两个红外对管传感器模块作为单片机主要的信号输入源，单片机处理输入信号后，将控制信号输出到电机驱动模块和语音模块，完成本系统的设计功能。稳压模块则是在使用非USB供电时，使系统的输入电压保持在5V，是保证工作时系统的稳定性所必需的模块。通过人体检测模块中的红外对管传感器检测出有人，把此信号传输给单片机，单片机收到该信号处理后控制电机驱动模块进行开盖，人离开后经延时一段时间后自动关盖。当垃圾高度达到设定高度时，垃圾检测模块中的红外对管传感器发送信号至单片机，单片机接收和处理信号后控制语音模块播放语音报警。结构框图如图2所示。
2.2 金属垃圾自动分类功能
该系统的设计模块包括单片机信号控制处理系统、热释放继电器和红外线信号传感器控制模块、语音控制模块、金属垃圾检测系统模块、电机电源驱动控制模块、稳压模块。稳压模块是针对不同模块对电源的不同要求所设计的，保证整个系统的能量充足和工作时系统的稳定性。红外线激光传感器控制模块、语音信号播报控制模块和其他语音信号识别控制模块均与单片机的主机系统交互相连，将系统输出的语音信号进行实时传递，并反馈给单片机的主机系统。
在系统工作过程中，如果当人体红外传感器通过感应器探测到桶外有人投放垃圾的信息时，则将此信息传输给单片机系统，单片机系统接收该信息，并进行处理后，控制驱动电机模块驱动电机进行工作，进而打开桶盖。如果桶内垃圾已满盖，则单片机系统通过控制电脑语音播报模块自动进行语音播报。传感器通过感应器得到桶外没有人投放垃圾的信息时，将该信息再次传递给单片机系统，单片机系统再次调用电机驱动模块，控制电机工作并将垃圾桶盖关闭。垃圾桶盖自动关闭后，单片机系统自动接收分类信息后再调用分类电机，并驱动分类电机进行分类工作，利用电涡流感应传感器的相关功能，进而将桶中的垃圾进行分类，尤其是金属与非金属垃圾的分类[3，4]。
2.3 软件设计
本次设計采用单片机STC89C52作为主控系统，控制各个模块协调配合共同完成自动感应。利用热释电红外传感器检测是否有垃圾要投入垃圾箱，语音部分可以简单地分为语音输出和语音输入，分别是语音播报和语音执行两部分，语音播报部分通过ISD4004播报事先录好的录音给出语音提示，语音执行部分则由1D3320实现语音接收并给出数字信号输出[5]。分类部分由电涡流传感器对金属与非金属输出的数字信号的不同实现金属与非金属的检测。电机驱动部分选用简单常用的ULN2003模块，并且选用转角好控制的步进电机作为执行器[6]。在实际的软硬件联调过程中难免会出现一些故障，这就需不断的调试，查找其中的原因，再一个个地将故障排除，最后实现软硬件联调成功。
3 结语
本文设计了一种基于微型单片机技术控制的智能垃圾桶，该智能系统基于智能单片机，利用热释电传感器、电驱动传感器和电涡流驱动传感器实现各种功能，如自动语音播报和自动翻盖功能，并对垃圾桶内金属与非金属垃圾进行分类处理。该智能垃圾桶既方便了生活，保护了环境，还可以实现资源的回收与再利用，具有一定的发展前景。
【参考文献】
【1】阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006.
【2】童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2001.
【3】张毅刚，刘杰.单片机项理及应用[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004.
【4】马忠梅，张凯，马岩，等.单片机的C语言应用程宁设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.
【5】陈涛.单开机应用及C51程年设[M].北京：杭械工业大学团版社，2008.
【6】徐爱钧，彭秀华.Keil Cx51 V7.0单片机高级语言编程[M].北京：北京电子工业出版社，2004.
