盛群杯智能垃圾桶复赛报告_盛群杯复赛报告样板

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（20110035）：（智能垃圾桶）

2011年重庆地区第四届“盛群杯”大学生单片机应用设计竞赛

智能垃圾桶

参赛编号：20110035 重庆工商大学 计算机科学与信息工程学院

指导老师： 参赛队员：

E-mail Addre: 328387795@qq.com

日期：2011年5月1日

摘要

垃圾桶作为人类生活中的必需品，伴随着人类走过了每一个时代。随着生活水平的提高，人们对生活品质更为关注，智能垃圾桶应运而生。

本作品主要由HT46F49E芯片控制，由电源模块、人体感应模块，震动传感器模块、红外对管模块、语音电路模块与门控模块六部份组成，是集机、光、音、电于一体的科技新产品。作品通过信号检测电路模块检测到探测范围内有人进入或者其他检测信号时，经过芯片控制中心模块的分析处理后启动控制电路模块做出相开盖、关盖等应动作，语音电路模块也随之启动并播放设定的语音，在增添气氛的同时也提醒人们要保护环境。若在设定时间内无人进入探测范围内或探测范围内无信号触发时，开始启用HT46F49E单片机特有的休眠功能，自动的将除人体感应模块以外的电路电源关闭，之后单片机进入休眠，从而大大减少能源的浪费，做到了节能环保。休眠过程中若有人走进探测范围内，又通过人体感应模块电路部分将单片机唤醒，并将以前关闭电源的电路重新通电进入正常工作状态。

本作品可自动打开桶盖，减少卫生感染的隐患，能有效杜绝各种传染性疾病通过垃圾进行传播，为人们的健康提供了有力的保障。

关键词:单片机、模块、智能垃圾桶

一、前言

1.创作动机

目前市面上销售的带盖垃圾桶，开盖时均需采用手动或脚踩方式实现，这种开盖方式主要的缺点是给使用者带来既不卫生又不方便。在一些公共场合，虽然到处都有垃圾桶，但陈旧无新意，而且许多垃圾仍然没有丢进桶内，导致遍地狼藉、臭气冲天，严重污染环境……

2.创作目的

为了彻底解决了传统垃圾桶对使用者存在卫生感染的隐患，能有效杜绝各种传染性疾病通过垃圾进行传播，本项目致力于设计出一种通过检测并自动打开垃圾桶盖的一种智能系统。当人的手或物体接近投物口时,垃圾桶盖便会自动开启,等垃圾投入完毕，在设定时间内垃圾桶盖又会自动关闭，人、物不需接触垃圾桶，在长时间不使用的情况下会自动进入休眠模式以便节能。使用的过程中，垃圾桶会根据不同的情况播放不同的语音。这种卫生、自动、耗能低、有趣的新型智能垃圾桶是人类进入小康社会取代传统垃圾桶的更新换代产品。

二、工作原理

程序分为2大块：主程序查询和定时中断两个模块。

工作原理：

当人走到热释红外传感器的探测范围内，传感器热释电元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，经过人体感应模块内部电路处理将此信号转换成电平变换，当检测到人时向单片机提供了一个高电平，通过I/O口单片机可以查询到此信号（在设计此方案的时候，我们还想到检测的时候运用图像处理法，他的优点就能够容易区分垃圾种类和准确是否是人，但其缺点是处理信息大，受到环境影响大，所以放弃）；震动传感器是将垃圾桶的震动（被物体撞击）或者重量变化转变成电平信号，通过I/O口单片机可以查询到此信号；红外对管模块将垃圾的投入和垃圾桶是否满转变成电平信号，通过I/O口单片机可以查询到此信号；单片机在进行初始化与设定定时时间后，就等待中断信号，当查询热式红外传感器有信号时，认为此时有人来，通过查询I/O信号，判断是否打开垃圾桶盖，当垃圾桶未满即红外对管模块端无信号打开垃圾桶盖（单片机控制电磁铁通电，盖打开），通过震动传感器和红外对管模块信号的综合判断此人是否是投垃圾的，与此同时单片机控制语音芯片发出一些幽默的话语，提示大家爱护环境，也给大家带来一些快乐。正因为盛群单片机有很方便休眠唤醒功能，在PA口加下降沿可是单片机唤醒，并且唤醒后执行唤醒的吓一跳指令，所以在长时间没有人来投垃圾，单片机自动的将除人体感应模块以外的电路电源关闭，之后单片机进入休眠，从而大大减少能源的浪费。做到了节能环保。当有人来时，通过人体感应模块电路部分将单片机唤醒，单片机将以前关闭电源的电路从新通电进入正常工作状态。

三、作品结构

3.1系统概述

本系统采用可重复烧录芯片盛群单片机HT46F49E为主控芯片，建立基本输入输出模型。此作品共分为6个核心模块，分别为稳压电源模块、人体感应模块、震动传感模块、红外对管模块、门控模块、语音模块。电源模块为系统提供电源；系统中所用的人体感应模块是基于红外线技术的自动感应模块，可以检测人体进入或者离开检测范围，并将信号传给单片机以此来控制桶盖的开关；震动传感模块用来实现对外部重量和形变的检测；红外对管模块来判断是否有垃圾丢入以及垃圾是否装满；门控模块主要通过驱动推动式电磁铁并以杠杆的原理来直接控制桶盖的开与关；语音模块通过人体感应模块、红外对管模块和震动传感器模块的信号检测处理后再由ISD1820P语音芯片发出相应的语音。

图3.1 系统框图

3.2硬件部分

包括：稳压电源模块、人体感应模块、震动传感模块、红外对管模块、门控模块、语音模块。

3.2.1稳压电源模块

电源电路是通过7805集成器将电压稳定成为5v的直流电压，给单片机HT46F49E供电。7805为一种线性稳压电路，输入电压可为5~18V，最大输入电压为24V，最大输出电压为5.2V，最大输出电流为1.5A。

电路图如下所示：

图3.2.1 稳压电源模块图

3.2.2人体感应模块

（20110035）：（智能垃圾桶）

为了感应到人体的走动，从而达到控制的目的，我们采用了HC-SR501人体感应模块。该人体感应模块能全自动感应，人进入其感应范围则输出

高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。工作电压范围为直流4.5V~20V。

图3.2.2 人体感应模块图

3.2.3震动传感模块

由于本作品需要实现对系统整体震动的检测，感应系统是否被大力击打，因此需要震动感应模块，本部分的震动传感器感应到震动时输出的是短暂的开关信号，因此需要RS锁存器进行锁存和清零。

图32.3 震动传感模块图

3.2.4红外对管模块

由于本作品需要实现对垃圾是否投入以及充满进行检测，因此我们用红外对管来实现。

图3.2.4 红外对管模块图

3.2.5门控模块

此模块主要采用电磁铁来控制垃圾桶盖的打开与关闭，本作品中选用推动式电磁铁。当电磁铁通电后，产生电磁吸力，再运用杠杆原理使桶盖打开；当电磁铁断电后，电磁吸力消失，此时垃圾桶盖由于重力作用关闭。

图3.2.5 门控模块图

3.2.6语音模块

本作品需要用编程实现智能垃圾桶的提醒功能及播报功能，因此采用了ISD1820语音芯片。该芯片拥有在3~5V单电源下工作，可自动节电，保持0.5uA电流，不耗电信息保存100年，8~20秒语音录放等功能特性。该芯片只能录一段语音，语音长度由下图中的R1的阻值决定。由于该限制我们采用了4片该语音芯片，分别接到盛群单片机的PB0、PB1、PB2、PB3。该芯片采用上升沿触发语音芯片的PE脚播放语音段。当其他几个模块产生相应的触发条件时，播放该模块相对应的语音段。

（20110035）：（智能垃圾桶）

图3.2.6 语音模块图

3.3软件部分

软件设计在HT-IDE集成开发环境中完成，运用汇编语言进行程序的编译与调试。软件开发采用的是模块化编程的方式，将软件系统分为主程序查询、定时中断两个模块。

程序流程图如下图所示：

图3.3.1 定时中断程序流程图

图3.3.2 主程序流程图

四、测试环境与方法

4.1测试环境

单片机供电5V 稳压电源供电5V 电磁铁供电电源12V 普通平坦地面

4.2测试方法步骤

1、将智能垃圾桶置于较平坦、较宽阔的场地，后分别接通各模块电源，LED灯亮，开始调试；

2、人进入红外感应区，桶盖接到感应后0.5秒左右开启，丢入垃圾，红外对管检测到垃圾丢入后语音系统播放对应语音片段，15秒后桶盖自动关闭。

3、红外感应区外，抛出物体撞击垃圾桶，震动传感系统接受到震动信号后语音系统播放对应语音片段。

4、垃圾桶在正常工作状态下约30秒无任何信号输入时，自动进入休眠模式，此时LED灯熄灭。

5、在休眠模式下，走进红外感应区，此时单片机接受到信号，唤醒系统，垃圾桶进入正常工作模式。

4.3测试结果

系统测试结果表明，系统的各个模块运行正常。当人进入红外检测范围时，垃圾桶盖自动打开，发出相应的语音，约15秒后桶盖自动关闭；再正常状态下约30秒后无信号输入时，系统自动进入休眠，再有信号输入时，系统又自动进入正常工作状态；当垃圾桶感应到震动时，语音系统会发出相应语音。经测试，满足设计要求，智能垃圾桶研制成功。

五、作品应用及商业价值

1、本作品可放置于厨房、客厅、办公室、宾

（20110035）：（智能垃圾桶）

馆等私人或公共场所，提高了环境的档次和生活的品味。

2、本作品的桶盖无触摸式自启功能既方便又卫生，满足大众对健康的要求。

3、本作品的休眠唤醒模式环保省电，符合低碳环保的生活标准。

4、本作品的语音芯片的语音播放功能在提醒人们注意环保点的同时也增添了生活的乐趣。

5、本作品作为一个基础平台，能扩展到其他不同领域，从而应用到不同的行业中去，满足不同人群的使用需求，具有广阔的市场。

六、参考资料

《HT46XX单片机原理与实践》 北京航空航天出版社 钟启仁 编著

《数字电子技术基础》 高等教育出版社 《模拟电子技术基础》 高等教育出版社