基于STC12單片機(jī)的智能垃圾桶的設(shè)計(jì)

楊偉兵 陳亞麗

摘 要：文章研究的智能垃圾桶采用STC12單片機(jī)作為控制器，舵機(jī)作為驅(qū)動器，采用顯示屏顯示分類提示圖案，超聲波傳感器檢測投放者靠近垃圾桶距離，語音模塊播放提示語音，舵機(jī)驅(qū)動桶蓋自動開啟與關(guān)閉。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了垃圾的正確投放，提高了垃圾分類時(shí)效性。

關(guān)鍵詞：智能；垃圾桶；語音模塊

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市產(chǎn)生的生活和工業(yè)垃圾急劇增加。雖然大部分垃圾會得到衛(wèi)生填埋、焚燒等無公害處理，但也有些垃圾會釋放有害氣體，導(dǎo)致大氣質(zhì)量下降。如廢舊電池、節(jié)能燈等有害垃圾，不分類處理不僅會污染土壤資源，還會危害人體健康。目前，城市垃圾分類現(xiàn)狀及主要問題是：垃圾分類管理不完善；垃圾收集處理方式落后；居民垃圾分類意識??；缺乏監(jiān)管和約束。

在一些大城市的街道和生活區(qū)垃圾桶有四分類。但大部分城市采取的是兩分類型：可回收桶和不可回收桶。兩分類垃圾桶辨識雖然比例較高，但其效果并不明顯。民眾對于垃圾的正確處理意識較為薄弱，在行為上沒能自覺參與到環(huán)境保護(hù)中。垃圾分類要依賴居民的素質(zhì)和自覺性，但素養(yǎng)的提高是一個(gè)長期過程。本文提出在提高居民素質(zhì)和加強(qiáng)宣傳的同時(shí)，采用智能垃圾桶，提高垃圾分類時(shí)效。

1 設(shè)計(jì)思路

本設(shè)計(jì)的智能化垃圾桶，考慮智能垃圾桶的成本符合中小城市經(jīng)濟(jì)承受力。在普通垃圾桶上加裝經(jīng)濟(jì)實(shí)用的驅(qū)動垃圾桶翻蓋的機(jī)械部件，智能垃圾桶主要有語音和智能指示和自動翻蓋功能。用單片機(jī)做控制單元，價(jià)格便宜，不會造成智能垃圾桶的高成本。用超聲波傳感器檢測人靠近垃圾桶的距離，發(fā)出分類提示語音。語音可以設(shè)計(jì)為：“請分類文明投放”。目前的垃圾桶分類提示字都在桶的側(cè)面，對于匆忙趕路和不自覺的人，不會仔細(xì)看側(cè)面提示。本研究在桶蓋上方設(shè)計(jì)分類顯示屏，每個(gè)分類桶上面顯示屏用代表性圖案，回收利用和有害垃圾的簡單漫畫。城市居民素質(zhì)培養(yǎng)應(yīng)該從孩子開始，本研究用精美圖案和語音吸引孩子，對沒有分類意識的成年人進(jìn)行提醒。

2 系統(tǒng)工作原理

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)的智能垃圾桶，采用超聲波傳感器檢測前方是否有投放者，采用STC12單片機(jī)作為控制器，顯示屏顯示提示圖案。舵機(jī)作為驅(qū)動器驅(qū)動桶蓋，采用語音提示，桶蓋只有在語音提示后，投放者確定垃圾所投放的桶，超聲波傳感器檢測到人進(jìn)一步靠近，桶蓋打開，投放者投放，離開投放檢測距離，桶蓋合上。通過圖案提示、語音提示、桶蓋自動開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)垃圾的正確投放，提高垃圾分類時(shí)效性。系統(tǒng)主要構(gòu)成如圖1所示。單片機(jī)輸出口與顯示屏模塊的輸入口連接。兩分類桶上方安裝的檢測投放者靠近的超聲波傳感器模塊1和超聲波傳感器模塊2的輸出口與單片機(jī)單元的輸入I/O口連接，單片機(jī)單元的輸出I/O口與語音模塊的輸入口連接；單片機(jī)單元的輸出I/O口與舵機(jī)模塊的輸入口連接。

智能垃圾桶工作，兩分類桶顯示屏分別顯示代表性圖案。若前方有投放者，則超聲波傳感器1將信號傳遞給單片機(jī)單元，單片機(jī)輸出信號。投放者確定所投放的分類桶，走近分類桶，超聲波傳感器將信號傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)輸出信號，舵機(jī)工作，垃圾桶蓋打開，投放者離開檢測范圍，桶蓋自動關(guān)閉。

2.2 系統(tǒng)所用元件

本系統(tǒng)由STC12單片機(jī)做控制單元，電源模塊為5號干電池，語音模塊為ISD1720，顯示屏模塊為12864LCD液晶顯示屏，舵機(jī)為MG995。單片機(jī)采用STC12單片機(jī)作為主控單元。STC單片機(jī)是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)。其指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，但速度比傳統(tǒng)8051單片機(jī)快8～12倍是國產(chǎn)單片機(jī)中性能較好的單片機(jī)。

HC-SR04超聲波傳感器電路包括超聲波發(fā)射器、超聲波接收器、超聲波控制器。圖1中包括：（1）U2，U3超聲波傳感器工作電壓為5 V；（2）VCC接電源正極；（3）GND接電源負(fù)極；（4）Trig是傳感器觸發(fā)信號輸入引腳；（5）Echo是傳感器測距數(shù)據(jù)輸出引腳。HC-SR04超聲波模塊性能穩(wěn)定、測量距離精確、模塊精度高、盲區(qū)小，主要用于液位檢測、物體距離檢測、公共安防檢測。

本設(shè)計(jì)中采用MG995舵機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動，驅(qū)動垃圾桶蓋開與關(guān)。舵機(jī)控制電路模塊對外三根線，VCC接電源正，GND接電源負(fù)，另一端為信號線接收單片機(jī)輸出的PWM信號。電機(jī)帶動齒輪組，驅(qū)動舵盤位置在0°～180°之間線性變化，轉(zhuǎn)動不同位置。舵機(jī)內(nèi)部的基準(zhǔn)電路會產(chǎn)生相應(yīng)的基準(zhǔn)信號，舵機(jī)控制電路中的比較器將外加信號與基準(zhǔn)信號相比較，判斷出方向和大小，從而產(chǎn)生電機(jī)的轉(zhuǎn)動信號。

本設(shè)計(jì)中的ISD1720語音模塊可錄放音10萬次，存儲內(nèi)容可以斷電保留100年，可處理多達(dá)255段信息，語音模塊音質(zhì)好，應(yīng)用靈活，價(jià)格低。

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

主程序流程如圖2所示。程序初始為各個(gè)引腳IO初始化，單片機(jī)相應(yīng)外設(shè)功能初始化；初始化完成，顯示屏顯示分類提示圖案。當(dāng)垃圾桶前方有投放者，距離小于150 cm，語音模塊工作，發(fā)出語音：“請分類投放，謝謝！”。投放者繼續(xù)走近，單片機(jī)接收超聲波傳感器信號，程序計(jì)算距離。當(dāng)距離小于100 cm時(shí)，舵機(jī)模塊工作，垃圾桶蓋打開。投放者投放結(jié)束離開，程序計(jì)算距離，當(dāng)距離大于150 cm，垃圾桶蓋關(guān)閉。

3 系統(tǒng)仿真

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)電路是否可行，采用PROTEUS 軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。仿真電路如圖1所示，程序輸入單片機(jī)后進(jìn)行仿真。在仿真電路中，U2為不可回收垃圾桶超聲波傳感器；U3為可回收垃圾桶超聲波傳感器；P2為不可回收垃圾桶舵機(jī)；P3為可回收垃圾桶舵機(jī)；LS1為聲音播放模塊。

仿真時(shí)，第一步，先設(shè)定U3超聲波傳感器檢測距離大于150 mm，U2超聲波檢測距離為小于150 mm的數(shù)值，可設(shè)為130 mm，這是會看到語音模塊工作；再設(shè)定U2超聲波傳感器檢測距離大于150 mm，U3超聲波檢測距離為小于150 mm的數(shù)值，可設(shè)為130 mm，同樣會看到語音模塊工作；證明當(dāng)人走進(jìn)垃圾桶接近150 mm，語音提示電路可行。第二步，先設(shè)定U3超聲波傳感器檢測距離大于150 mm，U2超聲波檢測距離為小于100 mm的數(shù)值，可設(shè)為80 mm，這是會看到P2工作；再設(shè)定U2超聲波傳感器檢測距離大于150 mm，U3超聲波檢測距離為小于150 mm的數(shù)值，可設(shè)為80 mm，這是會看到P3工作，證明控制電路可行。第三步，設(shè)定U2，U3超聲波傳感器檢測距離都大于150 mm，語音模塊與P2，P3都停止工作。本仿真證明了本設(shè)計(jì)的智能垃圾桶電路可行性。

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的智能垃圾桶，使用STC12單片機(jī)作為主控芯片，采用超聲波傳感器檢測有無投放者靠近，舵機(jī)自動打開分類垃圾桶蓋。本文設(shè)計(jì)的智能垃圾桶具有圖案提示和語音提示功能。在城市居民分類習(xí)慣沒有形成的情況下，本系統(tǒng)提高了垃圾分類的時(shí)效性。

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（編輯 姚 鑫）

Design of a smart trash based on single chip microcomputer

Yang Weibing， Chen Yali（Department of Electrical and Electronics Engineering， Luohe Vocational Technology College， Luohe 462000， China）

Abstract：The intelligent trash can of the paper designs adopted The STC12 single chip microcomputer. steering gear as the driver. using the display screen to display the pattern of classification prompt， adopted the ultrasonic sensor to detect the distance between the thrower and the trash can， the voice module played the prompt voice， The steering gear dried the barrel cover to open and close automatically. This designs realized the disposal of garbage correctly， improved the timeliness of garbage classification.

Key words：intelligent； trash can； voice module