智能垃圾桶设计

简啸虎郭效伯董晓杰邓书毅于浩凡

摘要：鉴于智能家居的快速发展，人们生活水平的提高，环境卫生的要求也随之提高，因此，我们提出了智能垃圾桶的设计方案。该设计通过单片机控制和信息交流，运用红外模块，人体感应等模块对外界进行检测，实现了垃圾桶的定时运输，感应开关的智能化。使用该设计方案，可以减少环境污染，智能化生活，提高生活效率。

关键词：智能家具；垃圾桶；单片机

一、引言

至今智能化已经变成为一种时代的趋势，现今人们的需求使智能化家居成为一种必不可少的一部分。而垃圾桶是人们日常生活中不可或缺的家具，但是因为现有垃圾桶设计结构过于简单，功能过于单一，已经无法满足人们日常对智能化家具的要求，所以本次设计决定以STC89C52单片机作为多功能垃圾箱系统的控制核心，由红外感应、红外循迹、手机蓝牙遥控系统、蓝牙接收系统、驱动系统等系统构成，对垃圾桶进行优化升级，改造。旨在为智能家具生活提供一些新的思路，满足日常生活的同时让居家环境更加干净舒适。

二、硬件部分设计

系统硬件设计总体框图如图1所示。

图1系统硬件设计总体框图

1、控制系统

在本实验中，我们采用的是STC公司生产的89C52RC芯片。此芯片具有低功耗、价格低廉、性能良好等特点，广泛应用于工业测控系统之中。我们使用此芯片进行对L298N、红外循迹模块、舵机等元件进行控制。

2、红外感应和红外循迹模块

通过红外模块原理特性，我们将其用在循迹功能和感应功能上，在循迹模块的应用中，在相同的距离下，遇到黑色线条不会接收到返回信号，当遇到其他反光颜色时，会接收到反光信号；当三路模块都接收不到返回信号时，小车的运动就会停止。在感应功能中，将其放在垃圾筒壁边缘，当接收到到返回信号时，默认有人向垃圾桶投掷物品，小车会立刻停车，垃圾桶盖自动打开，直到接收信号的消失，垃圾桶盖会自动闭合。

3、L298N驱动模块

L298N是高电压，大电流电机驱动芯片，支持最大7V-35V电压驱动，最大工作电流2.5A，最佳的电压范围是7V-12V，内含两个H桥的驱动器，适合用于直流电机驱动或不进电机，具有两个使能控制端，且两个输入端信号相互不受影响，同时还有方向指示灯，方便程序调试；通过7805稳压芯片，在7V-12V时可以为其他模块提供5V电压供电，集成度高，性能好。

下图是L298N控制直流电机的逻辑图

图2直流电机控制时序

4、HC-06蓝牙接受模块

选择HC-06是主从一体化的蓝牙串口模块，主从可指令切换，指令少于HC-05，使用简单；默认波特率9600与STC89C52RC单片机11.0592MHz晶振产生的波特率更加匹配，不易出现12MHZ晶振下的误差；支持AT指令集，既方便PC端调试设置，也方便单片机调试。通过此模块可以与手机蓝牙连接后，通过SPP蓝牙串口软件直接控制垃圾桶运动到指定位置。

5、舵机

舵机的控制一般需要一个20ms的时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为0.5ms~2.5ms范围内的角度控制脉冲部分。我们所采用的180度角度舵机。我们利用舵机，当红外感应模块感应到物体接近的时候通过单片机控制舵机转向顶起垃圾桶盖.

三、软件部分设计

软件设计程序流程图如图2所示。

图3软件设计程序流程图

如图所示，首先等待蓝牙接收模块接收信息。如果接收到左转，右转，前进，后退，更改速度，单片机控制输出PWM的高低电平占比，来控制L298N的输出电流，当左、右转的时候控制电机左右形成差速，当前进的时候给出正相电流，后退的时候给出反相电流，当高速的时候提供PWM波的占空比低，低速时时PWM波的占空比高

倘若接收到的是循迹，单片机会开启循迹功能，自动根据循迹模块的返回信号，做出处理，当左边检测到有黑线时，垃圾桶就会向左转；右边检测到黑线时就会右转；当三个循迹模块都检测到黑线时，垃圾桶就会停止到黑线前，直到接收到控制信号时，就可以进行手机蓝牙控制。

倘若接收到定时，单片机会开启定时器中断，进行定时操作，定时20s，在该时间内，将不会接收到任何信息，直到记时结束，开启自动循迹模式，等待接收控制命令。

倘若任何时候红外感应模块感应到有物体靠近时，发出信号时，垃圾桶都会默认停止运行，并且打开垃圾桶盖，直到信号消失，垃圾桶盖关闭，运动默认停止，等待蓝牙模块接收到信号，做出下一次活动。

四、实验结果

实验成果如图4所示，此垃圾桶可以蓝牙控制运行到任一位置，也可以通过循迹到达指定位置，还可以根据自己的习惯定时通过循迹到达指定位置，然后只要将垃圾放到个盖子附近垃圾桶就会自动开盖，十分方便。

图4具体实验成果

五、结语

智能垃圾桶设计，从实际应用出发，设计新颖，适用于家庭、办公室、教室等场合。有多种模式可以选择：循迹、控制和定时，可根据不同情况任意切换。通过51单片机和红外传感技术控制直流电机和伺服电机实现垃圾桶的移动和自动开盖。该设计是对未来智能家居的展望。

参考文献：

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[2]李振杰，吴松涛.STC51单片机综合设计性实验综述报告[J].科学技术创新，2018（16）：168-169.

[3]刘子莘.基于AT89C51单片机检测障碍小车的设计[J].江西电力职业技术学院学报，2018，31（05）：3-4.