基于51單片機的室內(nèi)智能垃圾桶設計

王智群 張婉晴 黃劍林 韋國全

摘 要：本項目以STC89C52RC為核心，紅外傳感器檢測人們與桶蓋的距離，單片機控制舵機實現(xiàn)自動開蓋與自動關蓋;語音模塊對人們發(fā)出的指令識別，可以實現(xiàn)垃圾桶在短距離的移動，主動“收取”主人的垃圾，不僅解放主人的雙手，還可以節(jié)約人們在去回垃圾桶的短距離移動消耗的時間。

關鍵詞：STC89C52RC;紅外識別;語音識別;智能垃圾桶

隨著人們生活節(jié)奏的提升，人們對生活品質(zhì)的有較高追求，傳統(tǒng)的垃圾桶的問題也隨之凸顯。傳統(tǒng)的垃圾桶多數(shù)是沒有桶蓋且桶壁多孔的非密閉環(huán)境，不能隔離垃圾帶來的異味，且很大程度上為病毒繁殖與傳播提供優(yōu)良的環(huán)境。因此，人們迫切需要一個區(qū)別于傳統(tǒng)的垃圾桶，在廚房，衛(wèi)生間，辦公室等室內(nèi)不同環(huán)境下，不僅滿足正常存儲垃圾，垃圾打包的需要，還要解放人們的雙手，節(jié)約日常寶貴的時間。因此一款智能垃圾桶應運而生，不僅自動識別人們的行為來控制桶蓋的開與關，還能通過人們的語音指令進行自身的移動，減少人們的不必要的活動，便利人們的生活，還保證了環(huán)境的衛(wèi)生。

1 系統(tǒng)整體設計

硬件結構由兩大部分組成：垃圾桶和運載垃圾桶的小車。垃圾桶由STC89C52RC作為主控，由紅外傳感器，舵機，和按鍵和開關指示電路組成;運載小車由STC89C52RC作為主控，由語音模塊和電機驅(qū)動模塊組成。

（1）紅外傳感器。紅外傳感器放置在桶蓋張開處前，呈環(huán)繞形狀排列。在檢測到人體距離桶蓋及桶蓋周圍一定距離時，向主控芯片的IO口傳送高電平，主控芯片根據(jù)IO口采集到的電平進行處理。

本項目采用E18-D80NK漫反射式紅外光電開關傳感器模塊，它對自身周圍的環(huán)境有很強的感應能力。這款漫反射式紅外光電開關有發(fā)射管與接收管組成，而且在其紅外光電開關的上部有可調(diào)電阻，可對反應距離進行調(diào)節(jié)。這款漫反射式紅外光電快關輸入電壓在5V，電流100mA，感應距離在80cm以內(nèi)，在機器人避障，流水線設計等自動化產(chǎn)品中廣泛應用。

（2）舵機模塊。舵機在本項目中放置在桶蓋和桶身連接處，當檢測到人們有扔垃圾的行為的時候，主控芯片驅(qū)動舵機進行打開蓋子與關閉蓋子、保持一定時間的角度控制等操作。舵機內(nèi)部由直流電機，角度傳感器，控制電路與齒輪等組成。舵機控制信號為20ms的脈寬調(diào)制信號，其中脈寬從0.5ms～2.5ms，對應舵盤位置從0～180度，呈線性變化。本項目的智能垃圾桶采用P1.5口來控制舵機的旋轉角度。

（3）語音識別模塊。運載小車上的語音識別模塊對主人的指令進行識別，并根據(jù)指令來控制運載小車的運動。語音識別模塊采用LD3320芯片，這款芯片是基于非特定人語音識別技術的語音識別聲控芯片，它不需要用戶進行錄音訓練，且支持最多50天關鍵詞語識別，在51等MCU編程中，只需要簡單的設置芯片的寄存器，芯片就可以識別特定的關鍵詞語，操作對于其他芯片來說，簡單好用。

（4）電機驅(qū)動模塊。運載小車的主控芯片控制小車的行走，需要電機驅(qū)動模塊對電機進行驅(qū)動。運載小車采用L298N驅(qū)動模塊，L298N是專用驅(qū)動集成電路，屬于H橋，輸出電流為2A，最高電流為4A，最高工作電壓為50v，可以驅(qū)動大功率的電機，電磁閥等。輸入端可以直接與單片機相連接，方便單片機控制。在本項目中，完全滿足項目需要。

（5）主控芯片。本項目采用STC89C52RC。STC是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能的CMOS的8位微控制器，使用經(jīng)典的MCS-內(nèi)核，且相對應傳統(tǒng)的51單片機，有很大性能上的提升。STC支持5v供電，和串口下載，可以外加晶振或者振蕩器起振電路來給芯片起振。STC89C52RC采用高電平復位，需要一個10k左右的電阻和10uf的電容，即可對芯片進行初始化和復位操作。

2 軟件設計

本項目是具有人體感應識別的自動開合蓋垃圾桶和配套運載小車。垃圾桶桶蓋周圍的紅外傳感器檢測到有人靠近時候，打開垃圾蓋，如果檢測到?jīng)]有人在桶蓋上面時候，垃圾桶蓋就可以自動關閉，并為下一次開蓋做準備。運載小車的語音模塊識別到主人的指令的時候，進行移動，到有障礙物時候停下，主人再進行扔垃圾的操作。作為可以運行短距離的小車，在室內(nèi)的狹小環(huán)境下，運行路線會很短，因此檢測到障礙物即可停下。

3 結束語

智能垃圾桶很好的解決了人在扔垃圾的時候，與垃圾桶的零接觸，只在扔垃圾時候才打開蓋子，并且自動關閉蓋子，垃圾桶與運載小車作為一個整體，提高了人們?nèi)永男?，?jié)約人們的寶貴時間，具有性能穩(wěn)定，操作簡單，成本低廉，智能化等優(yōu)點，使大眾用起來方便，提升了人們的生活質(zhì)量。

參考文獻

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[2]陳釗，鄧利華.一種新型簡易自動分類垃圾桶的研發(fā)[J].智能城市. 2016，（11）.