基于ARM的戶外垃圾桶的設計

徐啟明 楊偉新

摘?要：隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們對生活質量有了新的要求，垃圾桶無論是在家里，還是在公共場所都是不可或缺的基礎設施。目前在大多數的公共場合，戶外垃圾桶已隨處可見，但都千篇一律，毫無新意，缺乏一些人性化、智能化的設計，傳統(tǒng)露天的垃圾桶還會散發(fā)出陣陣惡臭，影響環(huán)境，垃圾傾倒處理不及時，不但不美觀也不衛(wèi)生，還影響人們的心情。

關鍵詞：太陽能;STM32;智能垃圾桶

1 緒論

本設計使用STM32主控制器，為實現(xiàn)智能垃圾桶在大多數的露天公共場所能夠普及而設計的一個智能垃圾桶系統(tǒng)。采用機械傳動進行垃圾桶蓋的打開和關閉，同時，本設計還具有自動感應、垃圾量監(jiān)測、防盜報警功能。同時以太陽能電池板作為能源的供應，符合低碳環(huán)保、綠色經濟的要求。

2 硬件設計

在硬件設計上，采用由局部到整體的設計理念，首先進行各模塊的分散設計，后進行整體組裝測試和調整。

在能源方面，本設計采用的10W的單晶硅太陽能板。即使工作環(huán)境比較惡劣，太陽能板也能正常工作，工作時，通過穩(wěn)壓電路輸出電壓為5V，電流根據負載情況在本設計中也完全滿足要求。單晶硅太陽能板使用壽命長，同時使用的蓄電池容量較大，輸出電壓電流符合要求。

在主控方面，本設計采用ARM公司的STM32F103單片機。該系列的單片機成本低廉、性能好、功耗也是在目前市場上最低的一種芯片。STM32F103系列是32位的處理器，具有72MHz的晶振，擁有M3的內核，處理速度極快，在各種嵌入式系統(tǒng)的設計中，該系列處理器應用十分廣泛。

在主體設計上，整體外觀采用塑料設計，它具有輕便、耐臟、耐腐蝕等優(yōu)良特點。同時內部垃圾桶與外殼分離，方便工作人員的清理。在垃圾桶蓋的開關的設計上使用了機械傳動裝置，底部安裝有一個大力矩舵機，舵機轉盤連接在連桿底部，連桿頂部連接于桶蓋，此時舵機轉盤轉動時就會帶動連桿移動控制垃圾桶蓋的打開與閉合。

在感應器的設計上，我們通過調節(jié)電路的電位器來改變感應器的靈敏度，通過LM393電壓比較器對采集的電壓與標準電壓（閾值）進行比較，比較后的輸出電壓輸送至控制器的IO口。

在交互方面，設計上有語音提示和液晶顯示兩種。語音提示模塊使用RS232串口通信，通過計算機串口對模塊進行設置，可以將MP3、WAV格式語音錄入存儲器中，在主控制器的控制下，通過外置喇叭來實現(xiàn)語音播報，從而達到語音提示功能。OLED液晶顯示屏采用IIC協(xié)議進行通信，通過設置，可以進行白色、藍色和黃藍雙色顯示，正常工作時電壓僅需2.8V，電流為20mA，休眠模式下在μA級別電流。

在終端方面，采用了ESP8266WIFI無線通信模塊。該模塊可以將主控制器接收到的信息通過串口發(fā)送至無線模塊上，再通過WIFI方式與終端（工作人員）進行通信，它可以將垃圾桶的各個信息參數以無線形式發(fā)送給工作人員。

3 軟件設計

在軟件設計上，依然采用由局部到整體的設計思路。通過使用KEIL5軟件編程，將各個模塊的編程代碼封裝于不同的文件夾中的.c和.h文件中，然后在主函數中調用一個功能模塊函數，從而實現(xiàn)整體功能的運行。

在垃圾量的檢測上，我們使用了16位的AD轉換器對模擬量進行轉換，將采集的數字量與模擬量進行數據記錄，采用最小二乘法和折現(xiàn)擬合法對其建立模擬量和數字量的聯(lián)系即可實現(xiàn)對垃圾量的檢測。

在通信交互方面，我們使用了IIC通信協(xié)議、RS232串口通信協(xié)議和無線網WIFI進行數據的發(fā)送與接收。液晶顯示屏使用IIC協(xié)議，IIC協(xié)議具有數據線SDA和時鐘線SCL，按照協(xié)議編寫程序即可實現(xiàn)通信，屏幕的顯示位置可用X軸和Y軸進行定位。串口通信具有發(fā)送端TXD和接收端RXD，按照協(xié)議進行編寫程序（發(fā)送緩沖，接收鎖存）即可實現(xiàn)通信。

4 總結

智能的戶外垃圾桶可以有效地提高人們生活質量，改善環(huán)境問題，提高環(huán)衛(wèi)工人的工作效率，減少了生活中各種病菌交叉感染的概率，解決垃圾異味溢出問題，確保馬路和公共場所等戶外區(qū)域空氣的清新。同時電源的供給擺脫了傳統(tǒng)供電方式的束縛，使用太陽能電池板更加綠色經濟，符合社會發(fā)展的創(chuàng)新要求。