緒論課題研究的背景2019年底新冠肺炎疫情突然開(kāi)始爆發(fā)，在較短時(shí)間的范圍內(nèi)疫情就已經(jīng)蔓延到了全國(guó)各地。由于此次疫情爆發(fā)的十分突然，再加上人們對(duì)這種疫情的應(yīng)對(duì)方式不正確，導(dǎo)致了許多人在不知不覺(jué)間感染了病毒。在疫情初期，醫(yī)療救護(hù)人員并沒(méi)有較為有效的治療手段去對(duì)付這種新型的冠狀病毒，只能采取常規(guī)的手段去減輕病人的癥狀。疫情發(fā)生過(guò)后，經(jīng)過(guò)有關(guān)專家的鑒定，此類病毒可以通過(guò)空氣的飛沫、密切接觸傳播等途徑感染正常人。在新聞里也有播放一些人員用手通過(guò)觸摸被病毒附著上的電梯的按鈕后，沒(méi)有進(jìn)行消毒處理就直接用手觸摸口鼻等器官后感染了新冠病毒。還有就是人們外出把垃圾扔到垃圾桶時(shí)，由于接觸到垃圾桶和垃圾的幾率增大，如果此時(shí)恰好垃圾桶蓋上附著的有一些殘留的病毒時(shí)，這時(shí)就會(huì)增大感染病毒的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)對(duì)以上內(nèi)容的了解可知，如果人們用手觸摸了某些不干凈不衛(wèi)生的東西就有可能會(huì)感染上未知的病毒，從而對(duì)自身的身體健康造成危害。而本設(shè)計(jì)所研究的智能垃圾桶就可以避免人們直接接觸垃圾桶蓋等臟亂的物品，從而大大減少了被感染病毒的風(fēng)險(xiǎn)。因此，本設(shè)計(jì)研究的智能垃圾桶不僅能夠減少人們直接接觸病毒的幾率，而且使得傳統(tǒng)垃圾桶也實(shí)現(xiàn)了智能化的改良，為未來(lái)智能化垃圾桶的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。本設(shè)計(jì)的主要功能是通過(guò)采用熱釋電紅外傳感器來(lái)感應(yīng)是否有人員前來(lái)扔垃圾，從而控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)桶蓋的開(kāi)閉；通過(guò)超聲波探測(cè)器模塊發(fā)送和接收超聲波的時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)模擬檢測(cè)桶內(nèi)的垃圾高度是否超高，從而把數(shù)據(jù)反饋給單片機(jī)，最后由單片機(jī)發(fā)送信號(hào)給SIM800L模塊，最后由該模塊發(fā)送短信給垃圾處理人員，從而完成整個(gè)垃圾處理的過(guò)程。研究現(xiàn)狀國(guó)外研究據(jù)國(guó)外專家預(yù)測(cè)，在未來(lái)的幾十年間垃圾的排放量將會(huì)持續(xù)的增加。而垃圾的堆放與處理的難題一直困擾著人類，甚至有的國(guó)家的個(gè)別城市因?yàn)槭衷愀獾睦幚硐到y(tǒng)設(shè)計(jì)再加上城市清潔工的人員太少導(dǎo)致垃圾被所處堆放，甚至出現(xiàn)整個(gè)城市都仿佛淹沒(méi)在垃圾之中的現(xiàn)象。因此，如何實(shí)施將垃圾進(jìn)行有效的回收利用以及如何進(jìn)行垃圾分類等措施需要世界人民共同努力。二十一世紀(jì)，智能垃圾桶的研究伴隨著自動(dòng)感應(yīng)技術(shù)的發(fā)展也迎來(lái)了一個(gè)發(fā)展的時(shí)期。美國(guó)的企業(yè)研制了一款名為Transhbot的垃圾桶，它能夠利用內(nèi)置攝像頭、金屬探測(cè)器及馬達(dá)、傳感器等器件，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)行分類處理的功能，解決了人們將垃圾投錯(cuò)垃圾桶的難題。但是對(duì)于目前的垃圾桶來(lái)說(shuō)，它的功能還相對(duì)簡(jiǎn)單，不足以真正意義上取代現(xiàn)有的垃圾桶。況且此垃圾桶售價(jià)昂貴無(wú)法進(jìn)行大面積推廣。還有一種智能垃圾桶，由于在相同的垃圾桶體積下它能夠裝下比它大5倍的垃圾量，所以它被命名為“大胃王”。此垃圾桶融合了太陽(yáng)能、物聯(lián)網(wǎng)和高效壓縮機(jī)等多項(xiàng)技術(shù)，可以說(shuō)其智能化程度是比較高的的。它能夠完成的主要功能是：當(dāng)垃圾將要裝滿時(shí)，壓縮機(jī)會(huì)將垃圾進(jìn)行壓縮處理，這樣就會(huì)使得垃圾桶的盛放容量變大提高垃圾桶的利用效率。當(dāng)垃圾裝滿時(shí)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)功能，可以及時(shí)把垃圾桶的是否已經(jīng)裝滿和垃圾桶的位置等信息發(fā)送給垃圾處理中心，以此來(lái)通知有關(guān)人員前來(lái)及時(shí)清理垃圾。另外，此垃圾桶是采用太陽(yáng)能電池板，利用太陽(yáng)能來(lái)儲(chǔ)存能量發(fā)電，于是起到了環(huán)保與節(jié)約能源的作用。國(guó)內(nèi)研究由于國(guó)內(nèi)智能垃圾桶的發(fā)展與國(guó)外相比起步較晚，導(dǎo)致了我國(guó)智能垃圾桶的發(fā)展水平低于國(guó)際同期水平。我國(guó)的垃圾桶因受科技發(fā)展水平和國(guó)民素質(zhì)等因素的影響所生產(chǎn)出來(lái)的垃圾桶，不僅制作粗糙而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。我國(guó)的智能垃圾桶的類型在大體上可以分為感應(yīng)型和太陽(yáng)能型垃圾桶。感應(yīng)型垃圾桶主要體現(xiàn)在紅外線測(cè)距技術(shù)或者是超聲波感應(yīng)。此類型的垃圾桶實(shí)現(xiàn)的功能是：通過(guò)感應(yīng)器感應(yīng)到是否有人員接近垃圾桶，當(dāng)感應(yīng)到有人時(shí)就自動(dòng)打開(kāi)桶蓋，人員離開(kāi)后就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。這種智能垃圾桶既抑制了難聞的氣味也減少了人員與垃圾桶蓋接觸的機(jī)會(huì)，也減少了對(duì)細(xì)菌和病毒接觸的概率，因此大大減少了人們感染生病的風(fēng)險(xiǎn)，本設(shè)計(jì)就是屬于此種類型的垃圾桶。太陽(yáng)能型垃圾桶主要的電源是通過(guò)太陽(yáng)光作為能源。比如我國(guó)匯眾豐源品牌的太陽(yáng)能垃圾桶。此類垃圾桶還有個(gè)特點(diǎn)是全封閉能夠有效地阻止氣味的傳播。但它的不足之處是電源完全依靠太陽(yáng)能發(fā)電，一旦遇到連續(xù)若干天的陰雨天氣就會(huì)使得儲(chǔ)存的電量消耗殆盡，所以它的商用價(jià)值不高，難以推廣。綜上所述，智能化垃圾桶的研究已經(jīng)開(kāi)展了近幾十年，但是它的商業(yè)化的發(fā)展仍然存在一些比較難以解決的問(wèn)題。例如：容量有限、分類不徹底、頻發(fā)故障、造價(jià)昂貴難以推廣等問(wèn)題。因此，下一步將要解決的問(wèn)題就是降低開(kāi)發(fā)成本、制造成本、提高產(chǎn)品的合格率等。只有解決以上問(wèn)題，智能垃圾桶的發(fā)展才能更上一層樓，距離真正大面積的應(yīng)用上智能化的垃圾桶指日可待。本文研究?jī)?nèi)容本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容可以分為三個(gè)部分：第一部分是硬件電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)。具體的硬件電路包括單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)、熱釋電紅外檢測(cè)電路設(shè)計(jì)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、超聲波檢測(cè)垃圾高度電路設(shè)計(jì)、GSM模塊電路和按鍵電路設(shè)計(jì)。第二部分是軟件的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。此部分設(shè)計(jì)所使用的的編程語(yǔ)言是C語(yǔ)言，利用了Keil軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)把程序燒錄到單片機(jī)中。此部分的系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要通過(guò)程序流程圖的方式來(lái)介紹主要程序編寫(xiě)的邏輯結(jié)構(gòu)。第三部分是進(jìn)行軟件調(diào)試和結(jié)果分析。從軟件調(diào)試的過(guò)程中，可以發(fā)現(xiàn)編程語(yǔ)言是否正確，有沒(méi)有出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤等。最后把生成的.hex文件燒錄到實(shí)際的硬件電路中，看看是否符合預(yù)期結(jié)果。如果符合預(yù)期結(jié)果，說(shuō)明整個(gè)設(shè)計(jì)是正確的，最終就可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。REF_Ref72446721\h總體設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)包括硬件與軟件設(shè)計(jì)。對(duì)于硬件方案設(shè)計(jì)，本文主要介紹了硬件模塊的選擇方法。軟件方案設(shè)計(jì)主要是使用了C語(yǔ)言編程、Keil、AD軟件。硬件方案設(shè)計(jì)單片機(jī)硬件電路的主控芯片的選擇主要有兩種。一種是DSP芯片，另外一種是單片機(jī)芯片。這兩種芯片相比較，其中DSP芯片性能最好，在功能方面也比單片機(jī)更加的強(qiáng)大。但是如果使用DSP芯片做開(kāi)發(fā)時(shí)需要學(xué)習(xí)固定的語(yǔ)法，這樣就會(huì)增加設(shè)計(jì)的難度，而且更突出的缺點(diǎn)是它的售價(jià)相比于單片機(jī)來(lái)說(shuō)比較昂貴，這樣所設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)成本就會(huì)增加。如果選擇單片機(jī)的話，上述問(wèn)題就會(huì)很好的規(guī)避過(guò)去，并且單片機(jī)物美價(jià)廉，在一定的程度上節(jié)約了成本。綜上所述：本設(shè)計(jì)采用的是STC89C52RC單片機(jī)。此芯片對(duì)本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)開(kāi)發(fā)資料相對(duì)豐富，有較為成熟的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。對(duì)于本設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)研究是十分有利的。紅外檢測(cè)模塊常見(jiàn)的用于檢測(cè)人體的傳感器有紅外對(duì)和熱釋電等傳感器。其中紅外對(duì)管傳感器的特點(diǎn)是檢測(cè)距離短、指向性強(qiáng)，只要能夠發(fā)出紅外波被反射回來(lái)就會(huì)產(chǎn)生輸出信號(hào)。正是由于這些特點(diǎn)導(dǎo)致它無(wú)法有效區(qū)分人和動(dòng)物，因此它不適合作為人體檢測(cè)傳感器；而熱釋電傳感器則廣泛應(yīng)用在人體檢測(cè)方面，例如制作報(bào)警器和監(jiān)控等設(shè)備上。它的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)更加靈敏，距離更遠(yuǎn)，它的額定工作電壓為3.3V~20V。除此之外該模塊有一個(gè)菲涅爾透鏡，它的優(yōu)點(diǎn)是可以把紅外信號(hào)更有效折射到傳感器上。綜合以上兩個(gè)傳感器可以看出熱釋電傳感器更加適合本設(shè)計(jì)的要求。電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)模塊本設(shè)計(jì)需要控制垃圾桶蓋的開(kāi)啟與關(guān)閉，而且最重要的是控制開(kāi)啟與關(guān)閉桶蓋的角度要符合實(shí)際中的應(yīng)用。所以電機(jī)的選擇有兩種方式，一個(gè)是直流電機(jī)一個(gè)是步進(jìn)電機(jī)。對(duì)于直流電機(jī)來(lái)說(shuō)，它的工作方式是控制通過(guò)電流的時(shí)間和電壓的極性變化從而改變轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度的大小，顯然這種方式對(duì)于本設(shè)計(jì)而言并不適合。而采用步進(jìn)電機(jī)就可以避免直流電機(jī)的這些缺點(diǎn)。因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)能夠較為完美的控制輸出軸旋轉(zhuǎn)的角度和方向。驅(qū)動(dòng)模塊選擇的是ULN2003。此驅(qū)動(dòng)具有耐高壓和電流的特點(diǎn)，利用這個(gè)特點(diǎn)就可以使得單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行正常的工作。超聲波模塊超聲波模塊采用的是HC-SR04元件。該元件具有十分可靠的性能、精確地測(cè)量距離長(zhǎng)度、而且價(jià)格低廉體積小的特點(diǎn)。對(duì)于本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，是非常符合設(shè)計(jì)要求的。GSM模塊對(duì)于GSM模塊的選擇，首先要考慮的是模塊的大小問(wèn)題。如果選擇的模塊較大那么在以后的布局中難以和其它模塊相聚集，為以后的成品設(shè)計(jì)帶來(lái)麻煩。其次要按照對(duì)于本設(shè)計(jì)所需要用到的功能要求選擇合適的器件，最后按照選擇元器件的成本問(wèn)題從中挑選合適的模塊。按照這個(gè)選擇方式，本設(shè)計(jì)最終選中了SIM800L這個(gè)元器件來(lái)作為GSM模塊使用。SIM800L模塊的優(yōu)點(diǎn)是它與單片機(jī)的通信方式較為簡(jiǎn)單，只要串聯(lián)一個(gè)二極管就可以正常工作。軟件方案設(shè)計(jì)軟件方案是本設(shè)計(jì)主要利用三種軟件來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。其中利用AD軟件畫(huà)出電路原理圖，利用C語(yǔ)言編寫(xiě)設(shè)計(jì)程序，利用Keil軟件來(lái)把程序燒錄到單片機(jī)中。最后通過(guò)軟件的不斷調(diào)試才制作出本設(shè)計(jì)的智能垃圾桶。本章小結(jié)本章內(nèi)容闡述了總體設(shè)計(jì)方案。該方案總共分為三部分進(jìn)行論述，其中占據(jù)主要部分的為硬件電路設(shè)計(jì)。本章主要通過(guò)對(duì)于硬件電路各個(gè)模塊元器件的選擇方法以及每個(gè)電路模塊功能的簡(jiǎn)單介紹使得讀者對(duì)本設(shè)計(jì)論文內(nèi)容有一個(gè)整體性認(rèn)識(shí)。REF_Ref72446740\h硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)是指：?jiǎn)纹瑱C(jī)能夠正常發(fā)揮作用所需要用到的最小元件組成的系統(tǒng)。一般包括:單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。具體如圖3.1所示：圖3.1STC89C52最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)位電路設(shè)計(jì)（1）復(fù)位電路的用途：當(dāng)系統(tǒng)受到干擾溢出時(shí)，就會(huì)執(zhí)行復(fù)位操作。復(fù)位電路如圖3.2所示。（2）如果進(jìn)行復(fù)位操作只需要在RST處接個(gè)高電平持續(xù)一段時(shí)間就可以實(shí)現(xiàn)。圖3.2復(fù)位電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)此時(shí)鐘電路采用的是內(nèi)部時(shí)鐘方式。振蕩頻率選擇的是11.0592MHZ。具體設(shè)計(jì)如圖3.3所示：圖3.3時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)人體紅外檢測(cè)電路設(shè)計(jì)人體紅外采集電路設(shè)計(jì)在紅外感應(yīng)器中有兩個(gè)主要的元器件。一個(gè)是熱釋電紅外傳感器(PIR)，一個(gè)是菲涅爾透鏡。實(shí)物圖請(qǐng)見(jiàn)下圖3.4所示：圖3.4菲涅爾透鏡與HC-SR501實(shí)物圖本設(shè)計(jì)采用的熱釋電紅外傳感器(PIR)為HC-SR501PIR傳感器。它具有功耗低、成本低、堅(jiān)固耐用、靈敏度高、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于各類自動(dòng)感應(yīng)電器設(shè)備。HC--SR501人體感應(yīng)模塊功能介紹（1）全自動(dòng)感應(yīng):當(dāng)人進(jìn)入其感應(yīng)范圍時(shí)就會(huì)輸出高電平，否則輸出低電平。（2）光敏控制：當(dāng)時(shí)間為白天或光照強(qiáng)度高時(shí)沒(méi)有感應(yīng)。（3）溫度補(bǔ)償（4）兩種觸發(fā)方式：不可重復(fù)和可重復(fù)觸發(fā)兩種方式選擇。（5）具有感應(yīng)封鎖時(shí)間：（6）工作電壓范圍寬：默認(rèn)工作電壓DC4.5V-20V。（7）功耗低。（8）輸出信號(hào)為高電平。HC--SR501人體感應(yīng)模塊使用說(shuō)明（1）感應(yīng)模塊通電后會(huì)有一定的初始化時(shí)間。（2）應(yīng)盡量避免干擾源直射透鏡，防止引進(jìn)干擾信號(hào)。（3）感應(yīng)模塊采用雙元探頭。（4）感應(yīng)范圍如下圖所示：圖3.5感應(yīng)范圍菲涅爾透鏡介紹菲涅爾透鏡，有兩種制作方法：一種為聚烯烴材料注壓成的薄片，這種制作而成的透鏡被廣泛采用。另外一種為玻璃制作的，其用途比較狹窄，一般情況下不會(huì)考慮使用。工作原理：從透鏡的剖面看，它的表面是由鋸齒型凹槽組成，它的中心部分是橢圓形弧線。雖然它們相鄰的凹槽的傾斜角度不同，但是它們能將接收到的光線聚集在一個(gè)位置，從而形成一個(gè)焦點(diǎn)。人體檢測(cè)原理人的身體都有恒定的溫度，通常為37度左右，因此人體會(huì)發(fā)出特定的紅外線。此紅外線通過(guò)菲涅爾透鏡聚集在PIR上。當(dāng)PIR接收到人體發(fā)射出來(lái)的紅外線時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)失去電荷平衡的現(xiàn)象。這時(shí)熱釋電元件對(duì)外釋放能量，方便后續(xù)電路經(jīng)過(guò)處理后產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)介紹步進(jìn)電機(jī)工作原理是將直流變換為交流達(dá)到控制的目的。用這種方法給電機(jī)輸入信號(hào)，這樣電機(jī)就會(huì)正常運(yùn)行?，F(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)有反應(yīng)式、永磁式、混合式三種。本設(shè)計(jì)采用的是永磁式步進(jìn)電機(jī)其型號(hào)為28BYJ48。由于它步距角大、動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩特性好而且價(jià)格低廉等特點(diǎn)，完全滿足負(fù)責(zé)作為智能垃圾桶的桶蓋開(kāi)啟與閉合的功能的要求。28BYJ48介紹本設(shè)計(jì)使用的步進(jìn)電機(jī)是四相永磁式電機(jī)，內(nèi)部有6個(gè)齒輪可以記作0-5，每個(gè)齒輪上都有磁性。實(shí)物圖如圖3.6所示。此電機(jī)有5根線，一般情況下，紅色線為公共端，此電機(jī)接5V電源供電。另外的四種顏色為橙、黃、粉、藍(lán)。這四種顏色對(duì)應(yīng)的線就是A、B、C、D。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)原理：當(dāng)ULN2003接收到脈沖信號(hào)時(shí)，就會(huì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度。因此可以通過(guò)控制脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)決定電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度大小。圖3.628BYJ48步進(jìn)電機(jī)實(shí)物圖超聲波檢測(cè)電路設(shè)計(jì)此電路設(shè)計(jì)采用的是HC-SR04器件。因?yàn)榇似骷枰獪y(cè)量垃圾表面與垃圾桶蓋之間的距離是否超過(guò)所設(shè)定的距離長(zhǎng)度，以此距離的長(zhǎng)度來(lái)判斷桶內(nèi)垃圾是否已經(jīng)裝滿。所以此器件在實(shí)際應(yīng)用中需要安裝在垃圾桶蓋的位置。具體電路如圖3.7所示：圖3.7超聲波檢測(cè)電路設(shè)計(jì)模塊HC-SR04基本工作原理:（1）采用I0口Trig觸發(fā)測(cè)距。（2）發(fā)送8個(gè)40khz的方波，檢測(cè)是否有信號(hào)返回。（3）當(dāng)有信號(hào)返回，通過(guò)I0口Echo輸出高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。實(shí)物圖如圖3.8圖3.8超聲波探測(cè)模塊電氣參數(shù)通過(guò)對(duì)HC-SR04超聲波模塊電氣參數(shù)的了解可以清晰的看出該模塊的功能特性，方便后續(xù)的硬件電路設(shè)計(jì)，比如在硬件電路板上要確保它的供電電壓大小、電流大小合適、工作頻率等處在適合的參數(shù)，防止因電流過(guò)大導(dǎo)致電路板損壞。而此模塊的工作電壓為5V、電流為15mA、頻率為40KHz。超聲波時(shí)序圖圖3.9超聲波時(shí)序圖GSM短信模塊電路設(shè)計(jì)GSM模塊發(fā)送短信使用的是SIM800L元件。該元件需要并聯(lián)一個(gè)二極管才能使用5V的電壓進(jìn)行供電，因?yàn)槠湓乃矔r(shí)電流很大,如果單獨(dú)對(duì)該元件直接供電則會(huì)直接導(dǎo)致元件工作不穩(wěn)定無(wú)法正常運(yùn)行。具體的電路連線如圖3.10所示：圖3.10SIM800L短信模塊接線圖SIM800L功能特性SIM800L的功能比較豐富，它可以完成普通手機(jī)的一些基本功能，比如：發(fā)送短信、撥打或接聽(tīng)電話、通過(guò)GPRS，TCP/IP等連接到互聯(lián)網(wǎng)等功能。具體特性如表3.1所示：表3.1SIM800L功能特性說(shuō)明功能特性說(shuō)明支持四頻GSM850、EGSM900、DCS1800、PCS1900。支持網(wǎng)絡(luò)2G網(wǎng)絡(luò)。支持廣播FM廣播。數(shù)據(jù)類型發(fā)送和接收GPRS數(shù)據(jù)。發(fā)射功率GSM850的4類（2W）DCS1800的1類（1W）。信息類型短信和語(yǔ)音電話等。通訊錄管理支持類型SM、FD、LD、RC、ON、MC。SIM800L的工作模式SIM800L的工作模式總體上可分為三種工作模式：正常工作、關(guān)機(jī)模式和最小功能模式。在正常工作模式中，該模塊可以正常接收和發(fā)送信息。本設(shè)計(jì)在此模式下利用AT命令發(fā)送短信給垃圾處理人員通知前來(lái)收集垃圾。關(guān)于該AT命令的用法在本文的附錄中有詳細(xì)的程序說(shuō)明，這里不在一一敘述。關(guān)機(jī)模式可以使用PWRKEY引腳關(guān)機(jī)。最小功能模式是用“AT+CFUN”命令實(shí)現(xiàn)。GSM天線接口該模塊提供了GSM天線接口引腳。為了方便天線調(diào)試和認(rèn)證測(cè)試，應(yīng)該增加一個(gè)射頻連接器和天線匹配網(wǎng)絡(luò)。此電路圖如下圖3.11所示：圖3.11GSM天線接口連接電路SIM800L實(shí)物圖SIM800L實(shí)物圖中黃色螺旋金屬管為天線，文字部分為硬件基本信息。實(shí)物圖如圖3.12所示：圖3.12SIM800L實(shí)物圖按鍵電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的按鍵電路總共有兩個(gè)按鍵。它們執(zhí)行的功能是控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到手動(dòng)控制垃圾桶的開(kāi)啟與關(guān)閉。按鍵原理圖如圖3.13所示：圖3.13按鍵電路本按鍵電路的設(shè)計(jì)是為了在人體檢測(cè)模塊出現(xiàn)故障，無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別出人員扔垃圾時(shí)，人們可以通過(guò)手動(dòng)按鍵的方式控制垃圾桶蓋的開(kāi)啟與關(guān)閉。結(jié)合本設(shè)計(jì)程序以及總原理圖可知：K1按鍵的功能是控制垃圾桶蓋的關(guān)閉，K2按鍵的功能是控制垃圾桶的關(guān)閉。本章小結(jié)本章內(nèi)容從硬件電路設(shè)計(jì)中詳細(xì)的介紹了每個(gè)模塊的使用方法以及它在電路中起到的作用。通過(guò)對(duì)以上內(nèi)容的分析，可以了解到一下內(nèi)容：（1）單片機(jī)如果要正常工作，必須要有最小系統(tǒng)組成。（2）人體紅外檢測(cè)電路要選擇合適的元件以及功能模式。（3）在超聲波檢測(cè)電路中了解了HC-SR04工作原理并能計(jì)算出檢測(cè)范圍大小。（4）在GSM模塊中了解SIM800L的使用手冊(cè)，掌握該元件的使用功能。（5）在步進(jìn)電機(jī)模塊中了解28BYJ48的工作方式以及使用方法。（6）在按鍵電路設(shè)計(jì)中掌握了兩個(gè)按鍵的功能。REF_Ref72446757\h系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主程序設(shè)計(jì)主程序流程圖系統(tǒng)的展示了整個(gè)系統(tǒng)軟件的編程內(nèi)容，更可以大致的反映出本設(shè)計(jì)編程的邏輯思維，有助于幫助理解本程序。主程序流程框圖如圖4.1所示：開(kāi)始開(kāi)始開(kāi)機(jī)延時(shí)距離大于10厘米測(cè)距系統(tǒng)初始化掃描按鍵函數(shù)串口系統(tǒng)初始化發(fā)送短信結(jié)束發(fā)送標(biāo)志位為1發(fā)送標(biāo)志位清零測(cè)距系統(tǒng)初始化秒清零啟動(dòng)一次測(cè)距否否是是圖4.1主程序流程圖檢測(cè)電路子程序設(shè)計(jì)本程序框圖模擬了當(dāng)人員靠近垃圾桶準(zhǔn)備扔垃圾時(shí)，人體檢測(cè)電路的工作流程。此流程圖主要是依據(jù)熱釋電人體感應(yīng)模塊是否接收到紅外信號(hào)，來(lái)判斷人員是否靠近垃圾桶從而控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)來(lái)模擬垃圾桶蓋的開(kāi)啟與關(guān)閉。打開(kāi)蓋子開(kāi)始打開(kāi)蓋子開(kāi)始熱釋電有信號(hào)延時(shí)10秒熱釋電無(wú)信號(hào)結(jié)束計(jì)時(shí)清零關(guān)閉蓋子否否否是是是圖4.2檢測(cè)電路流程圖自動(dòng)翻蓋子程序設(shè)計(jì)自動(dòng)翻蓋程序主要寫(xiě)了步進(jìn)電機(jī)的工作內(nèi)容。在程序中主要是通過(guò)向電機(jī)發(fā)送脈沖的方式來(lái)控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)以及轉(zhuǎn)動(dòng)的角度大小。自動(dòng)翻蓋程序流程圖如圖4.3所示：電機(jī)正轉(zhuǎn)打開(kāi)蓋子電機(jī)正轉(zhuǎn)打開(kāi)蓋子開(kāi)始有人靠近開(kāi)始人離開(kāi)電機(jī)反轉(zhuǎn)關(guān)閉蓋子是是否否圖4.3自動(dòng)翻蓋流程圖GSM短信子程序設(shè)計(jì)GSM模塊是通過(guò)超聲波感應(yīng)器檢測(cè)到桶內(nèi)垃圾已滿，然后經(jīng)過(guò)一個(gè)延時(shí)程序后，由GSM模塊發(fā)送信息給垃圾處理人員。GSM短信子程序流程圖如下：超聲波模塊檢測(cè)超聲波模塊檢測(cè)開(kāi)始垃圾滿時(shí)GSM模塊發(fā)送短信報(bào)警延時(shí)30秒結(jié)束否是圖4.4GSM短信報(bào)警程序流程圖本章小結(jié)通過(guò)本章各個(gè)模塊的子程序流程圖的介紹，可以大致了解到本程序的設(shè)計(jì)流程以及編程語(yǔ)言的邏輯框架，也為后續(xù)的程序編程的解讀提供了理論參考依據(jù)。REF_Ref72446775\h系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)軟件調(diào)試（1）首先要選擇單片機(jī)型號(hào)。圖5.1選擇單片機(jī)型號(hào)（3）編譯程序代碼圖5.2編譯程序代碼（3）編寫(xiě)好項(xiàng)目的軟件代碼，生成.HEX文件。如圖5.2所示。圖5.3設(shè)置生成.HEX文件（4）燒錄.HEX文件。（5）調(diào)試步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試與結(jié)果在實(shí)驗(yàn)測(cè)試時(shí)出現(xiàn)了一些硬件電路焊接問(wèn)題，比如在焊接時(shí)出現(xiàn)了虛焊漏焊的情況。這種情況主要是因?yàn)楹附拥牟僮鞑灰?guī)范出現(xiàn)焊錫用量不合理導(dǎo)致的。本設(shè)計(jì)在實(shí)際動(dòng)手操作中還出現(xiàn)了由于焊槍溫度過(guò)高導(dǎo)致差點(diǎn)燒壞電路板的情況。最后把焊接好的電路板利用萬(wàn)能表檢查每個(gè)引腳看是否能夠正常工作。最后，經(jīng)過(guò)本次畢設(shè)，已經(jīng)完全滿足了設(shè)計(jì)要求。具體功能如下所示：（1）利用PIR探測(cè)是否有人靠近垃圾桶。當(dāng)人靠近垃圾桶正前方時(shí)，桶蓋經(jīng)過(guò)10秒延時(shí)自動(dòng)開(kāi)蓋，當(dāng)人扔完垃圾遠(yuǎn)離垃圾桶后，在經(jīng)過(guò)10秒延時(shí)桶蓋自動(dòng)關(guān)閉。（2）超聲波實(shí)時(shí)檢測(cè)桶內(nèi)垃圾高度：當(dāng)垃圾高度距離桶蓋不到12厘米左右時(shí)，經(jīng)30秒延時(shí)，GSM模塊就會(huì)發(fā)送短信報(bào)警到手機(jī)。（3）短信報(bào)警內(nèi)容：垃圾箱將滿，請(qǐng)盡快處理。實(shí)物展示：圖5.4智能垃圾桶外觀圖5.5智能垃圾桶正面圖5.6智能垃圾桶背面焊接本章小結(jié)本章內(nèi)容主要介紹了軟件的系統(tǒng)調(diào)試步驟與硬件電路焊接時(shí)所出現(xiàn)問(wèn)題的研究。最后是本設(shè)計(jì)成品功能的展示。此實(shí)物成果在功能上已經(jīng)基本滿足本設(shè)計(jì)要求，在功能要求上也基本實(shí)現(xiàn)了智能化垃圾桶的設(shè)計(jì)目標(biāo)。REF_Ref72446793\h總結(jié)與展望總結(jié)與展望總結(jié)本設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)查閱書(shū)籍和搜集網(wǎng)上關(guān)于智能垃圾桶的討論等資料內(nèi)容，再查找了國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料后，最終對(duì)智能垃圾桶的認(rèn)識(shí)達(dá)到了一定的基礎(chǔ)。在對(duì)比了國(guó)內(nèi)外此類產(chǎn)品的研究后，才確定了本設(shè)計(jì)的研究功能。本次設(shè)計(jì)的智能垃圾桶主要使垃圾桶具有了紅外感應(yīng)、自動(dòng)開(kāi)蓋、垃圾超限短信報(bào)警的功能。而本次設(shè)計(jì)由于本人目前知識(shí)水平有限無(wú)法做出功能更強(qiáng)大的智能垃圾桶，只是在垃圾桶上加入了一些感應(yīng)性的功能來(lái)讓它顯示的智能。因此，此設(shè)計(jì)也能算上實(shí)現(xiàn)了智能化的基本要求。由于自己知識(shí)水平有限，導(dǎo)致本次設(shè)計(jì)的智能垃圾桶還有很多不足之處。比如：按照設(shè)計(jì)要求短信報(bào)警延時(shí)時(shí)間無(wú)法達(dá)到精確控制、當(dāng)垃圾桶內(nèi)有超長(zhǎng)或超寬的紙箱等未經(jīng)過(guò)壓縮的垃圾時(shí)超聲波探測(cè)會(huì)誤判為垃圾已滿發(fā)送短信報(bào)警、人體紅外感應(yīng)模塊太過(guò)靈敏會(huì)導(dǎo)致誤判開(kāi)啟桶蓋等問(wèn)題。這些問(wèn)題正是以后本設(shè)計(jì)需要進(jìn)行改進(jìn)的地方。展望本論文已經(jīng)完成了對(duì)智能垃圾桶的設(shè)計(jì)與研究工作。在設(shè)計(jì)過(guò)程中也基本涵蓋了本科階段所學(xué)習(xí)的專業(yè)課知識(shí)。但是隨著科技的日新月異的發(fā)展，本設(shè)計(jì)還有很多地方能夠通過(guò)升級(jí)改造，進(jìn)一步增加設(shè)計(jì)的功能。以下內(nèi)容就是可以升級(jí)改造的方向：（1）由于時(shí)間精力有限，在硬件的設(shè)計(jì)過(guò)程，其實(shí)可以采用多個(gè)步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制多個(gè)垃圾桶，每個(gè)垃圾桶都對(duì)應(yīng)一種垃圾的類型，這樣也可以起到垃圾分類的作用。（2）本設(shè)計(jì)后續(xù)也可以加入語(yǔ)音識(shí)別功能，比如通過(guò)人說(shuō)出垃圾的名字，智能垃圾桶就會(huì)打開(kāi)相應(yīng)的垃圾桶。通過(guò)此功能也可以實(shí)現(xiàn)垃圾分類。（3）可以利用基于GPU深度學(xué)習(xí)來(lái)設(shè)計(jì)垃圾桶。通過(guò)應(yīng)用Tensorflow深度學(xué)習(xí)框架大量的對(duì)垃圾圖片進(jìn)行學(xué)習(xí)識(shí)別，在用步進(jìn)電機(jī)來(lái)打開(kāi)相應(yīng)的垃圾桶從而達(dá)到垃圾分類的功能。（4）可以把超聲波探測(cè)器改為液位感應(yīng)器，這樣可以避免因桶內(nèi)有未經(jīng)壓縮的紙箱或者其它超高的固體垃圾而導(dǎo)致垃圾桶內(nèi)垃圾已滿的誤判。但改為液位感應(yīng)器后，此設(shè)計(jì)只適用于一些裝有廚余泔水之類液體垃圾。參考文獻(x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