智能垃圾桶設(shè)計(jì)方案

1、1、工作原理整體架構(gòu)如圖1所示:圖1作品系統(tǒng)架構(gòu)圖程序分為3大塊：主程序?yàn)榈却訒r(shí)、定時(shí)中斷，熱釋紅外傳感器中斷。工作原理：當(dāng)人走到熱釋紅外傳感器的探測(cè)范圍內(nèi)，傳感器熱釋電元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，經(jīng)過(guò)hn 911內(nèi)部電路處理將此信號(hào)轉(zhuǎn)換成電平變換，當(dāng)檢測(cè)到人時(shí)向單片機(jī)提供了一個(gè)低電平下降沿，將此信號(hào)作為一個(gè)外部中斷信號(hào)在設(shè)計(jì)此方案的時(shí)候，我們還想到檢測(cè)的時(shí)候運(yùn)用圖像處理法，他的優(yōu)點(diǎn)就能夠容易區(qū)分垃圾種類(lèi)和準(zhǔn)確是 否是人，但其缺點(diǎn)是處理信息大，受到環(huán)境影響大，所以放棄；震動(dòng)傳感器I/O 口是將垃圾桶的震動(dòng)被物體撞擊或者重量變化轉(zhuǎn)變成電平信號(hào)，通過(guò) 單

2、片機(jī)可以查詢(xún)到此信號(hào)；當(dāng)PT2262/2272 是一對(duì)帶地址、數(shù)據(jù)編碼功能的 紅外遙控發(fā)射 / 接收芯片，其中發(fā)射芯片 PT2262-IR 將載波振蕩器、編碼器和 發(fā)射單元集成于一身，將垃圾的投入和垃圾桶是否滿轉(zhuǎn)變成電平信號(hào)，通過(guò)I/O 口單片機(jī)可以查詢(xún)到此信號(hào)；單片機(jī)在進(jìn)行初始化與設(shè)定定時(shí)時(shí)間后，就等待 中斷信號(hào)，當(dāng)外部中斷端有信號(hào)時(shí)，單片機(jī)進(jìn)入處理中斷，認(rèn)為此時(shí)有人來(lái)， 通過(guò)查詢(xún) I/O 信號(hào)，判斷是否翻開(kāi)垃圾桶蓋，當(dāng)垃圾桶未滿即 PT2262/2272 端無(wú)信號(hào)翻開(kāi)垃圾桶蓋單片機(jī)控制電磁鐵通電，蓋翻開(kāi)，通過(guò)震動(dòng)傳感器 和PT2262/2272 信號(hào)的綜合判斷此人是否是投垃圾的，與此同時(shí)單

3、片機(jī)控制 語(yǔ)音芯片發(fā)出一些幽默的話語(yǔ)，提示大家保護(hù)環(huán)境，也給大家?guī)?lái)一些快樂(lè)。 正因?yàn)槭⑷簡(jiǎn)纹瑱C(jī)有很方便休眠喚醒功能，在 PA 口加下降沿可是單片機(jī)喚醒， 并且喚醒后執(zhí)行喚醒的嚇一跳指令，所以在長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有人來(lái)投垃圾， 單片機(jī)自 動(dòng)的將除 HN911 以外的電路電源關(guān)閉 ，之后單片機(jī)進(jìn)入休眠，從而大大減少能 源的浪費(fèi)。做到了節(jié)能環(huán)保。當(dāng)有人來(lái)時(shí)，通過(guò)HN911電路局部將單片機(jī)喚醒， 單片機(jī)將以前關(guān)閉電源的電路從新通電進(jìn)入正常工作狀態(tài)。四、 作品功能、特色本作品節(jié)能環(huán)保，干凈衛(wèi)生，具有一定的娛樂(lè)性，運(yùn)用廣泛，可適用于各 種中高級(jí)辦公樓等公共場(chǎng)合，其原理也可運(yùn)用至其他領(lǐng)域，如防盜作用等，具 有很強(qiáng)的

4、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。作品采用了 HT46F49E 作為主控單片機(jī)，以紅外傳感器、震動(dòng)傳感器、 語(yǔ)音芯片為主要模塊，主要特點(diǎn)如下： 1 節(jié)能環(huán)保。本作品有休眠喚醒功能，在長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有人來(lái)投垃圾，單片 機(jī)自動(dòng)的將除紅外感應(yīng)以外的電路電源關(guān)閉，之后單片機(jī)進(jìn)入休眠，從而大大 減少能源的浪費(fèi)；做到了節(jié)能環(huán)保。當(dāng)有人來(lái)時(shí)，又通過(guò)該電路局部將單片機(jī) 喚醒，單片機(jī)將以前關(guān)閉電源的電路從新通電進(jìn)入正常工作狀態(tài)。2干凈衛(wèi)生。 智能垃圾桶順應(yīng)了現(xiàn)代社會(huì)的追求， 突破了傳統(tǒng)帶蓋垃圾 桶用手或腳開(kāi)蓋的思維屏障，感應(yīng)開(kāi)、關(guān)桶蓋讓人們?cè)趤G時(shí)少了份擔(dān)憂，減少 了生活中各種病菌交叉感染的機(jī)率。同時(shí)具有良好的密封性好，無(wú)垃圾異味溢 出，確

5、保四週空氣清新。 3 娛樂(lè)性。本作品的語(yǔ)音系統(tǒng)會(huì)根據(jù)不同情況發(fā)出一些幽默詼諧的話語(yǔ)， 娛樂(lè)群眾的同時(shí)也吸引人們有意識(shí)地將垃圾丟進(jìn)桶內(nèi)，更能吸引小孩去撿垃圾 往里丟，從而使人們養(yǎng)成不亂扔垃圾的好習(xí)慣，讓我們周?chē)沫h(huán)境更加美麗。4運(yùn)用廣泛。本作品可有多種色彩、多種容量、多種材料選擇，提升 了公共場(chǎng)合及居家檔次，滿足了人們崇尚人性和時(shí)尚，不斷塑造個(gè)性和魅力的 生活品味；是辦公、家用、公用、會(huì)議、醫(yī)療等使用的理想選擇。五、 作品結(jié)構(gòu)一 硬件局部硬件電路部份包括：電源電路模塊 HT46F49E 芯片控制中心模塊；信號(hào) 檢測(cè)電路模塊；控制電路模塊與語(yǔ)音電路模塊四部份。分別說(shuō)明如下 :Mod_1 模塊：電源

6、電路模塊實(shí)現(xiàn)給 HT46F49E 單片機(jī)供電功能。Mod_2 模塊：使用 HT46F49E 芯片，建立根本輸入輸出模型。實(shí)現(xiàn)與Mod_3 模塊的串行通信功能，以及實(shí)現(xiàn)根本控制功能。Mod 3模塊：信號(hào)檢測(cè)電路模塊是由各插孔的檢測(cè)電路分別與各個(gè)用電器相串聯(lián)組成，實(shí)現(xiàn)外部信號(hào)的檢測(cè)。 熱式紅外傳感器模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)外部紅外熱源的檢測(cè)。 震動(dòng)傳感器模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)外部重量和形變的檢測(cè)。 紅外光傳感器模塊在Mod_2模塊中HT46F49E的控制下對(duì)帶地址、數(shù)據(jù)編碼功能的紅外遙控發(fā)射/接收。Mod_4模塊： 控制電路模塊用一個(gè)電磁鐵實(shí)現(xiàn)桶蓋的翻開(kāi)與關(guān)閉。 語(yǔ)音電路模塊主要用編程實(shí)現(xiàn)智能垃圾桶的提醒功能及播報(bào)功能。1

7、、Mod_1模塊解析：電源電路是由變壓器、橋式整流電路、集成器7085及一些電容所組成。家用電器使用的220v交流電壓通過(guò)變壓器降壓、橋式整流電路整流后，再通過(guò)7805集成器將電壓穩(wěn)定成為5v的直流電壓，給單片機(jī)HT46R23供電。 為了解決電信號(hào)中的干擾問(wèn)題，我們?cè)诩善?085的兩邊并接電容用以濾波。 電路圖如下所示：圖2 電源模塊電路圖2、Mod_2模塊解析:P輻匚12BZPB6PB4匚227 PB7PA3PFDEZ326PA2匚42S二 PAS'lVTF那亡524 PA6匚G23 PA?PB3AN3C122 OSC2PB2-AN2Cg21 osciPB1-AN1C920 VDD

8、PBO-'ANO 匚10柏 FSVSS匚111B PDrPWMIPCO匚121F PDOFY/MOPC忙18 PC4PC2匚1+1S PC3MT46FWE圖3 HT46F49E單片機(jī)引腳功能表工作電壓:fSYS=4MHz : 2.2V 5.5V fSYS=8MHz : 3.3V5.5VfSYS=12MHz : 4.5V5.5V? 13到23個(gè)雙向輸入/輸出口?與輸入/輸出口共用引腳的外部中斷輸入? 8位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，具有溢出中斷和7級(jí)預(yù)分頻器?內(nèi)置晶體和RC振蕩驅(qū)動(dòng)電路?看門(mén)狗定時(shí)器?具有PFD功能，可以用來(lái)發(fā)聲?暫停和喚醒功能可降低功耗?在VDD =5V，系統(tǒng)頻率為48MHz

9、時(shí)，指令周期為0.5 在本作品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中，HT46F49E單片機(jī)采用5V穩(wěn)壓電源供電。工作在48MHz時(shí)鐘頻率。由于采用RISC結(jié)構(gòu)，此系列單片機(jī)具有高運(yùn)算速度和 高性能的特性有了集成的A/D和PWM功能的優(yōu)勢(shì)，再加上低功耗、高性能、3 、Mod_2 模塊解析： 信號(hào)檢測(cè)電路局部分為三大塊：熱式紅外傳感器、震動(dòng)傳感器、紅外光傳感器。1熱式紅外傳感器模塊這種探頭是以探測(cè)人體輻射為目標(biāo)的 。所以熱釋電元件對(duì)波長(zhǎng)為 10UM 左右 的紅外輻射必須非常敏感。 為了僅僅對(duì)人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲泥爾 濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。 被動(dòng)紅外探頭，其傳感器包含兩

10、個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元。而且制成的 兩個(gè)電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作 用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測(cè)器無(wú)信號(hào)輸出。 一旦人侵入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過(guò)局部鏡面聚焦，并被熱釋電元接 收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號(hào) 處理而報(bào)警。 菲泥爾濾光片根據(jù)性能要求不同，具有不同的焦距 感應(yīng)距離，從而產(chǎn)生不 同的監(jiān)控視場(chǎng)，視場(chǎng)越多，控制越嚴(yán)密。HN911 型熱釋電紅外探頭模塊的內(nèi)部電路框圖如下圖。斗53HK91126圖4 HN911型熱釋電紅外探頭模塊以及內(nèi)部電路框圖平時(shí)端輸出低電平，端輸出高電平。當(dāng)有移動(dòng)發(fā)熱體迸太監(jiān)視范

11、圍時(shí)， 熱釋電紅外傳感器接收到紅外能量，并輸出檢測(cè)信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)放大器放大后, 由比擬器進(jìn)行比擬判斷，再由信號(hào)處理電路處理后輸出控制信號(hào)。此時(shí)輸出端 變?yōu)楦唠娖?，而輸出端變?yōu)榈碗娖健Ｔ谀K的外部可接增益調(diào)節(jié)電位器， 以調(diào)節(jié)放大器的增益。HN911型熱釋電紅外探買(mǎi)模塊的主要特性參數(shù)見(jiàn)表。表:HN911型熱釋電紅外探頭模塊主要特性參數(shù)« 11項(xiàng)目電漂電ffiCV)放丈器頓寬£旳0.3*7輸出番時(shí)(心>2> KMT掙帝電施3刖C20>80°監(jiān)控距A(m)13*放大>70工斥船廈£).-40Ml1J w Itt"電于帀 Ujiq

12、m1WWW.OZSCXOMLKQIjfrkI ?na_JL (* TT | (.15 ffl y 占注：根據(jù)傳感器視場(chǎng)和靈敏度經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定傳感器放置角度來(lái)合理確定監(jiān)控距濾光片人體發(fā)出的紅外線波長(zhǎng)10um左右，將濾光片設(shè)置在窗口處，組成紅外線通過(guò)的窗口光燈的短波濾光片。濾光片為 6um多層膜干預(yù)濾光片，這種對(duì)太陽(yáng)光和熒(約為5um 一下)具有高的反射作用，而對(duì)6um以上的人體發(fā)出的紅外熱源(10um )有高的穿透性，其光譜特性。如下圖:10056 1廠<tX尸/ -/雕/放大電路為單片機(jī)提供一個(gè)中斷信號(hào)，單片機(jī)進(jìn)入處理“是否丟垃圾程序流程 圖。2震動(dòng)傳感器此模塊運(yùn)用應(yīng)變器對(duì)重量和形變非常敏

13、感，加上一個(gè)差動(dòng)橋，大大提高了 靈敏度在經(jīng)過(guò)A/D將其轉(zhuǎn)換為電平信號(hào)。下面介紹： 薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變片圖6薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變片這種應(yīng)變片是利用真空沉積技術(shù)將半導(dǎo)體材料沉積在帶有絕緣層的試件上 或藍(lán)寶石上制成的上圖所示。它通過(guò)改變真空沉積時(shí)襯底的溫度來(lái)控制沉積 層電阻率的上下，從而控制電阻溫度系數(shù)和靈敏度系數(shù)。因而能制造出適于不 同試件材料的溫度自補(bǔ)償薄膜應(yīng)變片。薄膜型半導(dǎo)體應(yīng)變片吸收了金屬應(yīng)變片 和半導(dǎo)體應(yīng)變片的優(yōu)點(diǎn)，并防止了它的缺點(diǎn)，是一種較理想的應(yīng)變片。差動(dòng)電橋應(yīng)變片、薄膜和厚膜應(yīng)變片傳感器一般采用惠斯通電橋。惠斯通電橋?qū)?yīng)變片應(yīng)變產(chǎn)生的電阻轉(zhuǎn)換為差分電壓如圖1所示。+Exc和-Exc終端加上

14、鼓勵(lì)電壓后，+VOUT和-VOUT終端上出現(xiàn)與應(yīng)變成正比的差分電壓圖7惠斯通電橋配置中連接的應(yīng)變片全橋電路時(shí)單臂靈敏度的四倍.為了提高其靈敏度采用全橋電路.將應(yīng)變片 貼在垃圾桶的內(nèi)側(cè)面，利用全橋電路靈敏度高的特點(diǎn)測(cè)量垃圾桶震動(dòng)幅度 .并轉(zhuǎn) 換成電壓接入單片機(jī)分析。3紅外光傳感器PT2262/2272是一對(duì)帶地址、數(shù)據(jù)編碼功能的無(wú)線遙控發(fā)射 /接收芯片。A0匸1 18J VBDAO 1：1 18J ¥DDAl C2 173 DouiAl C2 17J VTA2匚31 OSC112 cS IS1 OSC1AS匚4 151 OSC2AS 匚4 151 OSC2A4 1：5 14Zl TE貞

15、 4 1：5 14:UIKA5匸& 13Zl AL1/D5A3 1：E 13Zl MAB/DO L7 12J AL0/D4DO 匸T 12J 134A7/B1 Cg nJ A9/D3II CS 11J D3Vss C9 10鵬Vss C$ 10 D2Dl FT2262-IRBoutA10/D4A11/D5OSC1 OSC2FT2262-IK內(nèi)部原理框圖圖8紅外光傳感器PT2262-IR 發(fā)射芯片地址編碼輸入有“ 1 、“ 0和“開(kāi)路三種狀態(tài), 數(shù)據(jù)輸入有“ 1和“ 0兩種狀態(tài)。由各地址、數(shù)據(jù)的不同接腳狀態(tài)決定，編 碼從輸出端 Dout 輸出，通過(guò)紅外發(fā)射管發(fā)射出去。其編碼時(shí)序波形如圖

16、2 所 示。Dout輸出的編碼信號(hào)是調(diào)制在38kHz載波上的，OSC1、OSC2外接 的電阻決定載頻頻率 ，一般電阻可在 430k 470k 之間選擇即可 。 PT2272 的 暫存功能是指當(dāng)發(fā)射信號(hào)消失時(shí)， PT2272 的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)輸出位即變?yōu)榈碗娖健?而鎖存功能是指，當(dāng)發(fā)射信號(hào)消失時(shí)， PT2272 的數(shù)據(jù)輸出端仍保持原來(lái)的狀 態(tài)，直到下次接收到新的信號(hào)輸入。圖 3 是紅外發(fā)射和接收的典型應(yīng)用原理 圖，為了能正確解調(diào)出調(diào)制的編碼信號(hào)，接收端需加一級(jí)前置放大級(jí)，保證輸 入 PT2272 的信號(hào)幅度足夠大。 PT2272 各輸出端通過(guò)各種接口即可控制相 應(yīng)的負(fù)載。 PT2262/2272 是一

17、對(duì)帶地址、數(shù)據(jù)編碼功能的紅外遙控發(fā)射 / 接 收芯片。其中發(fā)射芯片 PT2262-IR 將載波振蕩器、編碼器和發(fā)射單元集成于 一身，使發(fā)射電路變得非常簡(jiǎn)潔。接收芯片 PT2272 的數(shù)據(jù)輸出位根據(jù)其后綴不同而不同，數(shù)據(jù)輸出具有 “暫存和“鎖存兩種方式，方便用戶使用。后綴為“ M 為“暫存型， 后綴為“ L為“鎖存型。 因此可以用這一對(duì)芯片外加輔助電路對(duì)垃圾進(jìn)行檢測(cè) .將其輸出 電壓 放大調(diào) 節(jié)接入單片機(jī)。4 、 Mod_4 模塊解析： 1 控制電路模塊 此模塊主要采用電磁鐵來(lái)控制垃圾桶蓋的翻開(kāi)與關(guān)閉。本作品中選用拍合 式電磁鐵，其結(jié)構(gòu)如下列圖所示。圖9拍合式電磁鐵結(jié)構(gòu)圖線圈1套在鐵心2上，兩者

18、固定不動(dòng)，銜鐵3是運(yùn)動(dòng)局部。當(dāng)線圈局部通過(guò)一定值電流過(guò)后，在鐵心、銜鐵、氣隙中間就產(chǎn)生一定數(shù)量的磁通。圖中虛線 所示為磁通流過(guò)的路徑。在磁通的作用下，產(chǎn)生一定大小的電磁吸力，將銜鐵 吸向鐵心，企圖是氣隙4減到最小。圖中箭頭表示銜鐵吸引時(shí)運(yùn)動(dòng)的方向。當(dāng) 線圈中電流停止后，電磁吸力就消失。當(dāng)電磁鐵通電后，產(chǎn)生電磁吸力，再運(yùn)用杠桿原理使桶蓋翻開(kāi)；當(dāng)電磁鐵 斷電后，電磁吸力消失，此時(shí)垃圾桶蓋由于重力作用關(guān)閉。2語(yǔ)音電路模塊ISD25120 有10個(gè)地址輸入端A0A9 ,錄址能力可達(dá)1024 位，地址空間01023。其分配情況是：地址0299作為分段用，地址600767未使用, 址7681023為工作模式選擇即 A8、A9均為高。ISD25120 的地址線 有兩用途，一是作為工作模式控制，二是作為分段錄放音的起始段地址。當(dāng)最