【基于單片機(jī)的智能垃圾桶的設(shè)計(jì)9000字（論文）】

引言現(xiàn)在，許多發(fā)達(dá)國(guó)家都在致力于研究新型智能型垃圾桶，使墳圾桶具有自動(dòng)工作能力。e傳統(tǒng)的垃圾桶都是采用不封口、手動(dòng)或者腳踩的方式打開(kāi)桶蓋投遞垃圾，不但操作麻煩，而且對(duì)人體的衛(wèi)生健康有不利影響，對(duì)空氣環(huán)境也不利。針對(duì)以上問(wèn)題提，本文提出了-種簡(jiǎn)單實(shí)用的智能型垃圾桶的設(shè)計(jì)方案，能夠在人們需要的時(shí)候自動(dòng)開(kāi)合桶蓋的垃圾桶。垃圾桶通過(guò)及時(shí)的關(guān)閉桶蓋，可以有效地抑制異味的散發(fā)以及能遮雨，當(dāng)人們需要扔垃圾時(shí)能自動(dòng)開(kāi)蓋，避免接觸，從而抑制病菌傳播。它能夠在人的手或物體接近投物口約-米時(shí)，垃圾桶自動(dòng)開(kāi)蓋，等垃圾投入完畢，人離開(kāi)后，垃圾桶桶蓋又自動(dòng)關(guān)閉。1選題背景及意義1.1選題的依據(jù)及意義目前，隨著我國(guó)人口的不斷增長(zhǎng)和人民生活水平的提高，城市生活垃圾每年以5%~10%的速度增長(zhǎng)，這對(duì)城市的發(fā)展和人們的生活環(huán)境造成了很大的影響"。據(jù)報(bào)道,我國(guó)歷年垃圾的堆積量l達(dá)60多億噸，占用的土地面積超過(guò)5億平方米21,僅城市垃圾的年產(chǎn)量約1.5億噸，近200座城市無(wú)適合場(chǎng)所堆放垃圾。雖然垃圾衛(wèi)生填埋、垃圾發(fā)電、垃圾制沼氣等技術(shù)為垃圾處理開(kāi)辟了新途徑，但在垃圾無(wú)害化處理之前，首要解決的問(wèn)題是垃圾的分類(lèi)收集和回收再利用，以及初步的殺菌消毒!31。目前作為存放垃圾的垃圾桶往往留出專(zhuān)門(mén)的投物口，這樣很容易污染周邊環(huán)境。此外,工作人員往往需要逐個(gè)檢查并清理垃圾桶，以防止垃圾溢出。此管理模式效率很低。目前，垃圾桶樣式和結(jié)構(gòu)單一化，不能較好地發(fā)揮分類(lèi)回收，蚊蠅滋生、污水四溢、異味難耐等弊端暴露無(wú)異，因此設(shè)計(jì)集多種功能于--身的環(huán)保垃桶具有重要意義。垃圾桶是城市不可分割的一部分，是城市形象的-個(gè)重要組成部分，設(shè)想如果一個(gè)城市中的垃圾桶設(shè)計(jì)不好，直接影響到-一個(gè)城市的形象，垃圾桶的作用是回收垃圾，清潔環(huán)境。與周?chē)h(huán)境不協(xié)調(diào)、外觀設(shè)計(jì)粗俗、簡(jiǎn)陋的垃圾桶，本身就是一個(gè)視覺(jué)垃圾。垃圾桶雖小，卻能折射出-一個(gè)城市對(duì)細(xì)節(jié)的重視程度。比較而言，很多發(fā)達(dá)國(guó)家垃圾桶的設(shè)計(jì)，多采用流線型的外觀，設(shè)計(jì)新穎，功能合理，并注重與周?chē)h(huán)境的融合,對(duì)一個(gè)城市形象的提升頗有益處。而在國(guó)內(nèi)，垃圾桶內(nèi)的垃圾多數(shù)成為拾荒者的目標(biāo)，拾荒者撿走可以賣(mài)錢(qián)的垃圾后，隨之也使垃圾桶周?chē)?片狼藉。有些垃圾桶設(shè)計(jì)與城市形象、周?chē)h(huán)境割裂，垃圾桶成為城市建設(shè)中不和的音符，垃圾桶外觀設(shè)計(jì)效果差完全是丑陋的工業(yè)產(chǎn)品，缺乏藝術(shù)氣息，缺乏視覺(jué)美感，垃圾桶旁邊成為了城市中最需要清理的衛(wèi)生死角，城市環(huán)境的整體提高受到阻礙，影響了城市的整體形象。垃圾桶應(yīng)該與周?chē)h(huán)境融為-~體,不應(yīng)當(dāng)是簡(jiǎn)單、機(jī)械地?cái)[放到每個(gè)角落，至少在視覺(jué)上應(yīng)該讓人感覺(jué)是舒服的,在心理上是愉悅的。垃圾桶外觀設(shè)計(jì)應(yīng)有一-定的藝術(shù)欣賞性，同時(shí)要與周?chē)h(huán)境相協(xié)調(diào)，在垃圾桶的表面設(shè)計(jì)宣傳保護(hù)環(huán)境衛(wèi)生的標(biāo)語(yǔ)和口號(hào)，倡導(dǎo)人們愛(ài)護(hù)環(huán)境、保護(hù)環(huán)境，同時(shí)可以充分利用垃圾桶外殼的廣告功能，設(shè)計(jì)-些廣告宣傳畫(huà)等31。通過(guò)查資料,我們獲悉，全國(guó)約60%以上的城市陷入垃圾圍城的困境。僅“城市垃圾”的年產(chǎn)量就近1.5億噸，這些垃圾絕大部分都處于露天堆放的狀況。它不僅是響城市景觀，同時(shí)也污染大氣、水和土壤，對(duì)人民健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。實(shí)際上，如果你手上拿著香蕉皮想扔，但--想到臟兮兮的垃圾桶，還要用手打開(kāi)桶蓋，實(shí)在是不想靠近的。那么怎么解決這--問(wèn)題，讓垃圾桶變得更具親和力,就是首先要考慮的問(wèn)題之一。對(duì)于解決垃圾桶這個(gè)問(wèn)題的設(shè)計(jì)，可以從分類(lèi)上加以研究。其實(shí)，垃圾桶的設(shè)計(jì)很大程度上是向著垃圾分類(lèi)化發(fā)展的。當(dāng)今世界,控制人口，節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與人口、資源、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，已成共識(shí)。像我們這樣-一個(gè)人口眾多、能源資源匱乏的國(guó)家來(lái)說(shuō)，垃圾真是太寶貴了。垃圾回收再利用可以消滅污染，保護(hù)市民健康,創(chuàng)造財(cái)富,節(jié)約一大批人的就業(yè)問(wèn)題等等。所以說(shuō)，垃圾是放錯(cuò)了地方的財(cái)富。1.2我國(guó)垃圾處理現(xiàn)狀目前，我國(guó)城市生活垃圾最主要的處理方式仍然是采用集中堆放填埋，約占全國(guó)垃圾處理量的70%以上;其次是高溫堆肥，這是我國(guó)早期采用的方法，如今約占20%以上;我國(guó)垃圾焚燒處理方式史于80年代中期，采用焚燒法處理城市生活垃圾的數(shù)量t還很少。近年來(lái)，我國(guó)進(jìn)行了大量的城市生活垃圾處理研究，并陸續(xù)興建了一批大、中型的城市垃圾處理設(shè)施，城市垃圾處理率得到迅速的提高，在--些垃圾熱值較高的地區(qū)，已經(jīng)開(kāi)始采用垃圾余熱發(fā)電141。但是，由于資金原因，國(guó)內(nèi)仍然有許多城市采用集中堆放或簡(jiǎn)易填埋方式處H城市垃圾。并且在填埋時(shí)，由于沒(méi)有很好的壓實(shí)機(jī)械，這些填埋場(chǎng)未達(dá)使用年限就填滿(mǎn)封場(chǎng)。沿海的許多城市垃圾填埋很難找到合適的場(chǎng)地。另有許多城市因?yàn)槿狈Y金,無(wú)法按標(biāo)準(zhǔn)要求建造填埋場(chǎng)或焚燒設(shè)施。有些城市或地區(qū)，雖然-次性的建設(shè)投資解決了，但長(zhǎng)期運(yùn)行的費(fèi)用也難以維持，因而也很難達(dá)到無(wú)害化處理的目標(biāo)。可堆腐的有機(jī)垃圾是我國(guó)城市垃圾中的主要成分之一。將垃圾中的可堆腐有機(jī)物進(jìn)行堆肥處理是提高垃圾再生利用水平的主要途徑。通過(guò)垃圾的堆肥處理，可顯提高垃圾資源化水平。促使垃圾堆肥處理發(fā)展的重要因素是實(shí)行垃圾分類(lèi)收集。例如，廚余垃圾、園林修剪物、果品蔬菜加工殘?jiān)?、養(yǎng)殖場(chǎng)、屠宰場(chǎng)廢棄物等,單獨(dú)分類(lèi)收集后用于堆肥，既簡(jiǎn)化堆肥工藝，降低堆肥成本，又可提高堆肥質(zhì)t,為打開(kāi)堆肥市場(chǎng)開(kāi)創(chuàng)有利條件。在焚燒方面，我國(guó)發(fā)展較慢，目前只有少數(shù)經(jīng)濟(jì)水平較高的城市引進(jìn)國(guó)外設(shè)備或部分引進(jìn)國(guó)外設(shè)備建設(shè)了一些垃圾焚燒廠，并開(kāi)發(fā)了--些小型焚燒爐,但同國(guó)外引進(jìn)的大型爐排爐相比，技術(shù)上仍有差距。我國(guó)城市垃圾回收仍然以混合回收為主，采用定點(diǎn)垃圾箱回收，然后集中運(yùn)至中轉(zhuǎn)站,最后轉(zhuǎn)運(yùn)至處理廠。可回收的物資和有毒物質(zhì)混合-起，加大了回收的難度。造成垃圾具有有機(jī)物含高、水分高、熱值低和成分復(fù)雜。我國(guó)垃圾連年產(chǎn)增加其實(shí)是未能從源頭上處理好垃圾的減t化，近年來(lái)，商品的包裝越來(lái)越趨于種類(lèi)多樣化和數(shù)量t劇增。包裝物約占城市垃圾的30%,垃圾中的廢紙、廢塑料很大一部分來(lái)源于包裝。一次性的筷子，一次性水，一次性拖鞋更多的消耗了資源，增加了垃圾的產(chǎn)量。1.3垃圾處理建議實(shí)行分類(lèi)收集，加強(qiáng)廢品回收。動(dòng)員居民在垃圾的源頭進(jìn)行垃圾分類(lèi),提高居民環(huán)保意識(shí)的同時(shí)，還保護(hù)了環(huán)境，降低了回收的成本。建立-一個(gè)健全的分類(lèi)回收系統(tǒng)和運(yùn)輸系統(tǒng)，做好回收和利用相結(jié)合。針對(duì)我國(guó)國(guó)情，研究適合我國(guó)發(fā)展的垃圾處理方式。我國(guó)垃圾中含水高，熱值低,生活垃圾多的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)更加清潔的生產(chǎn)，減少有毒物質(zhì)的產(chǎn)生。提高我國(guó)焚燒技術(shù)水平。借鑒國(guó)外技術(shù)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)中小焚燒設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化。針對(duì)不同的地區(qū)，因地制宜對(duì)垃圾進(jìn)行處理。具備衛(wèi)生填埋條件的地區(qū)，以填埋為主。缺乏衛(wèi)生填埋,但垃圾熱值高,主要以焚燒為主，余熱用于發(fā)電供暖等。在條件適宜的地區(qū)，可以采用堆肥處理，產(chǎn)生沼氣和高溫堆肥[5]。加強(qiáng)居民的環(huán)保意識(shí)。目前我國(guó)居民的環(huán)保意識(shí)大大提高，但是不可避免的，還有一些環(huán)保意識(shí)比較差。環(huán)衛(wèi)部門(mén)的信息證實(shí):分類(lèi)回收上來(lái)的垃圾仍然需要重新分揀。居民的垃圾分類(lèi)意識(shí)薄弱，是推進(jìn)我國(guó)衛(wèi)生事業(yè)的主要障礙。據(jù)調(diào)查,垃圾箱雖貼有“可回收”、“不可回收”和“有毒物質(zhì)”字樣,但是人們?nèi)匀灰暥灰?jiàn)，胡亂扔進(jìn)去再說(shuō)。一位青年女子坦言:“垃圾都是一扔了之，沒(méi)想到還要分類(lèi)?！?-位錯(cuò)扔垃圾的先生說(shuō):“分類(lèi)標(biāo)志看是看到了，但扔的時(shí)候沒(méi)去多想。因?yàn)槠綍r(shí)在家垃圾都是混在一塊兒扔，早就習(xí)慣了!”一位中年婦女說(shuō)，她所理解的垃圾分類(lèi),就是把能夠賣(mài)錢(qián)的廢品挑出來(lái)，比如廢舊報(bào)紙、雜志、易拉制等。不知道為何要分類(lèi)，哪些垃圾可回收，哪些不可回收。因此,提高居民的環(huán)保意識(shí)顯得尤為重要。

2功能設(shè)計(jì)本系統(tǒng)是一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)下智能化控制系統(tǒng)，它運(yùn)用了傳感器、通信技術(shù)、無(wú)線傳輸技術(shù)、及自動(dòng)控制技術(shù)等，交叉了多種學(xué)科技術(shù)。主要研究?jī)?nèi)容如下：2.1桶身外部主體及桶蓋以HDPE（高密度聚乙烯）為基底附加金屬烤漆工藝，內(nèi)部為不銹鋼雙色桶膽，綠色為可回收，紅色為不可回收。桶身后側(cè)置有扶手，將扶手旋開(kāi)，內(nèi)部桶膽向后傾斜約60度用于回收垃圾袋，將新的回收袋固定在卡槽上將桶膽推回并關(guān)閉扶手。2.2桶蓋開(kāi)啟采用紅外傳感器和舵機(jī)實(shí)現(xiàn)，紅外傳感器感應(yīng)到人手接近時(shí)，把信息傳給開(kāi)發(fā)板，開(kāi)發(fā)板同時(shí)將開(kāi)啟命令傳給舵機(jī)，舵機(jī)工作，開(kāi)啟桶蓋，延遲4至5秒后關(guān)閉。2.3垃圾裝滿(mǎn)報(bào)警當(dāng)垃圾快要裝滿(mǎn)時(shí)，超聲波測(cè)量到距離小于某一個(gè)值就發(fā)出警報(bào)如何亮起指示燈提醒工作人員盡快處理垃圾，因此在垃圾統(tǒng)一清收銷(xiāo)毀時(shí)只需查看哪些地方的指示燈是否亮起，提高了工作效率。2.4垃圾狀態(tài)信息檢測(cè)在垃圾桶底部到頂部5/6處安裝傳感器，兩側(cè)桶壁各有一個(gè)傳感裝置。當(dāng)垃圾集到此處時(shí)，傳感器將信息傳給開(kāi)發(fā)板，開(kāi)發(fā)板將信息通過(guò)WiFi上傳云端，環(huán)衛(wèi)工人手機(jī)從云端接收信息。3系統(tǒng)整體實(shí)現(xiàn)3.1硬件選材3.1.1硬件（1）stm32f1（2）超聲波HC-SRO4（3）OLED12864（4）BEEP3.1.2硬件參數(shù)（1）單片機(jī)stm32f1（2）超聲波模塊HC-SRO41：使用電壓：DC5V2：靜態(tài)電流：小于2mA3：電平輸出：高5V4：電平輸出：底0V5：感應(yīng)角度：不大于15度6：探測(cè)距離：2cm-450cm7:高精度：可達(dá)0.3cm板上接線方式，VCC+5V、trig（控制端）--PA8、echo（接收端）--PA7、out（空腳）、GND--地（3）BEEP(無(wú)源)無(wú)源蜂鳴器意思是需要加音頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)才能使其發(fā)出聲音，與有源蜂鳴器相對(duì)應(yīng)。有源蜂鳴器只需要通上直流電即會(huì)發(fā)出蜂鳴聲，有源蜂鳴器內(nèi)部自帶振蕩器！3.2STM32最小系統(tǒng)硬件組成詳解0組成：電源復(fù)位時(shí)鐘調(diào)試接口啟動(dòng)1、電源：一般3.3VLDO供電加多個(gè)0.01uf去耦電容2、復(fù)位：有三種復(fù)位方式：上電復(fù)位、手動(dòng)復(fù)位、程序自動(dòng)復(fù)位通常低電平復(fù)位：（51單片機(jī)高電平復(fù)位，電容電阻位置調(diào)換）上電復(fù)位，在上電瞬間，電容充電，RESET出現(xiàn)短暫的低電平，該低電平持續(xù)時(shí)間由電阻和電容共同決定，計(jì)算方式如下：t=1.1RC（固定計(jì)算公式）1.1*10K*0.1uF=1.1ms需求的復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間約在1ms左右。手動(dòng)復(fù)位：按鍵按下時(shí)，RESET和地導(dǎo)通，從而產(chǎn)生一個(gè)低電平，實(shí)現(xiàn)復(fù)位。3、時(shí)鐘：晶振+起振電容+（反饋電阻MΩ級(jí)）如使用內(nèi)部時(shí)鐘：對(duì)于100腳或144腳的產(chǎn)品，OSC_IN應(yīng)接地，OSC_OUT應(yīng)懸空。2）對(duì)于少于100腳的產(chǎn)品，有2種接法：i）OSC_IN和OSC_OUT分別通過(guò)10K電阻接地。此方法可提高EMC性。32.768KHZ：可選擇只接高速外部時(shí)鐘8MHZ或既多接一個(gè)32.768MHZ的外部低速時(shí)鐘。32.768KHZ時(shí)鐘作用：用于精準(zhǔn)計(jì)時(shí)電路萬(wàn)年歷通常會(huì)選擇32.768KHz的晶振，原因在于32768=2^15，而嵌入式芯片分頻設(shè)置寄存器通常是2的次冪的形式，這樣經(jīng)過(guò)15次分頻后，就很容易的1HZ的頻率。實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定時(shí)。用于精準(zhǔn)計(jì)時(shí)電路萬(wàn)年歷晶振：一般選擇8MHZ方便倍頻有源：更穩(wěn)定成本更高需要接電源供電不需要外圍電路3腳單線輸出無(wú)源：精度基本夠方便靈活便宜最大區(qū)別：是否需要單獨(dú)供電無(wú)源晶振需要外接起振電容：晶振的兩側(cè)有兩個(gè)電容OSC——OUT不接，懸空有源晶振作用：1、使晶振兩端的等效電容等于或接近于負(fù)載電容；2、起到一定的濾波的作用，濾除晶振波形中的高頻雜波；該起振電容的大小一般選擇10~40pF，當(dāng)然根據(jù)不同的單片機(jī)使用手冊(cè)可以具體查閱，如果手冊(cè)上沒(méi)有說(shuō)明，一般選擇20pF、30pF即可，這是個(gè)經(jīng)驗(yàn)值。調(diào)整電容可微調(diào)振蕩頻率：一般情況下，增大電容會(huì)使振蕩頻率下降，而減小電容會(huì)使振蕩頻率升高，反饋電阻：1M負(fù)反饋同時(shí)也是限流1、連接晶振的芯片端內(nèi)部是一個(gè)線性運(yùn)算放大器，將輸入進(jìn)行反向180度輸出，晶振處的負(fù)載電容電阻組成的網(wǎng)絡(luò)提供另外180度的相移；整個(gè)環(huán)路的相移360度，滿(mǎn)足振蕩的相位條件。2、晶振輸入輸出連接的電阻作用是產(chǎn)生負(fù)反饋，保證放大器工作在高增益的線性區(qū)，一般在M歐級(jí)；3、限流的作用，防止反向器輸出對(duì)晶振過(guò)驅(qū)動(dòng)，損壞晶振，有的晶振不需要是因?yàn)榘堰@個(gè)電阻已經(jīng)集成到了晶振里面。4、啟動(dòng)：用戶(hù)使用通常都設(shè)置成Boot0Boot1均為0即均為低電平M3核的器件有3種啟動(dòng)方式，M4的有4種。通過(guò)BOOT0，BOOT1的電平進(jìn)行選擇。STM32三種啟動(dòng)模式對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)介質(zhì)均是芯片內(nèi)置的，它們是：1）用戶(hù)閃存=芯片內(nèi)置的Flash。2）SRAM=芯片內(nèi)置的RAM區(qū)，就是內(nèi)存啦。3）系統(tǒng)存儲(chǔ)器=芯片內(nèi)部一塊特定的區(qū)域，芯片出廠時(shí)在這個(gè)區(qū)域預(yù)置了一段Bootloader，就是通常說(shuō)的ISP程序。這個(gè)區(qū)域的內(nèi)容在芯片出廠后沒(méi)有人能夠修改或擦除，即它是一個(gè)ROM區(qū)，它是使用USART1作為通信口。M4在上述基礎(chǔ)上又增加了可在FSMC的BANK1區(qū)域啟動(dòng)。5、調(diào)試接口：STM32有兩種調(diào)試接口，JTAG為5針，SWD為2線串行（一共四線）此外還有采用USB進(jìn)行程序燒寫(xiě)和數(shù)據(jù)輸出：和電腦USB口連接也可以進(jìn)行小負(fù)載驅(qū)動(dòng)供電。通常采用CH340G的芯片：實(shí)現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口。需要單獨(dú)的振蕩電路12MHZ使用該芯片將電腦的USB映射為串口使用，注意電腦上應(yīng)安裝串口驅(qū)動(dòng)程序，否則不能正常識(shí)別。當(dāng)燒寫(xiě)程序時(shí)，我們希望BOOT0=1，BOOT1=0。當(dāng)燒寫(xiě)完成后我們希望BOOT0=0，BOOT1=0（這個(gè)模式BOOT1可以是0可以是1，這里我們讓BOOT1拉低，即整個(gè)過(guò)程BOOT1都為L(zhǎng)接地，簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)）。3.3系統(tǒng)整體實(shí)現(xiàn)此多功能垃圾箱控制系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能包括:垃圾箱的自動(dòng)翻蓋、箱滿(mǎn)自動(dòng)報(bào)警、定時(shí)噴灑等。實(shí)現(xiàn)以上這些功能可以使用戶(hù)方便投放垃圾，將兩者初步隔離,且防止垃圾箱內(nèi)細(xì)菌滋生。設(shè)計(jì)使用STC89C52RC單片機(jī)為核心元件。3.4復(fù)位電路為了不影響系統(tǒng)運(yùn)行后的正常工作,在單片機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)時(shí),都需要重新復(fù)位，使得CPU以及系統(tǒng)各部分處于初始狀態(tài)，并且從初態(tài)開(kāi)始工作。常見(jiàn)的復(fù)位方式有2種:手動(dòng)復(fù)位和上電復(fù)位。由于本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是位于垃圾箱內(nèi)部，考慮到實(shí)際使用過(guò)程中,在垃圾箱外安裝手動(dòng)復(fù)位按鈕容易被來(lái)往人流按到造成不便，所以使用了上電復(fù)位的方式。復(fù)位電路圖如圖3所示。.如.上圖所示，.上電復(fù)位的電路便是在單片機(jī)的復(fù)位輸入引腳RST.上接-一個(gè)電容到電源Vcc端，而后下接-一個(gè)電阻到地，這樣組成的。上電復(fù)位電路的工作原理:復(fù)位電路，通過(guò)電容加給RST端-一個(gè)短暫信號(hào)，由于上電的瞬間電容充電電流最大，所以電容就相當(dāng)于短路，即RST斷獲得--高電平信號(hào)。這個(gè)高電平信號(hào)是跟著Vcc對(duì)電容的充電過(guò)程逐漸回落，所以RST端的高電平持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短取決于電容的充電時(shí)間。電容兩端的電壓--且達(dá)到與電源Vcc相同的電壓值時(shí),給電容充電的電流就會(huì)減少至零,即停止給電容充電，電容就相當(dāng)于開(kāi)路，RST端就為低電平,程序就能夠正常運(yùn)行。2.2.3晶振電路晶振電路是用來(lái)給系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。為了使得系統(tǒng)各部分能夠保持同步,一般來(lái)說(shuō)-一個(gè)系統(tǒng)共用一一個(gè)晶振。本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用的是僅用-一個(gè)晶振來(lái)實(shí)現(xiàn)同步的。晶振電路如圖4所示。3.5蜂鳴器模塊蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車(chē)電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類(lèi)型。壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成，當(dāng)接通電源后（1.5~15V直流工作電壓），多諧振蕩器起振,輸出1.5～5kHZ的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過(guò)電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。開(kāi)發(fā)板上的無(wú)源蜂鳴器模塊電路原理圖如下所示。主函數(shù)實(shí)現(xiàn)的功能比較簡(jiǎn)單，首先將使用到的外設(shè)硬件進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入while循環(huán)，間隔100us對(duì)蜂鳴器管腳電平翻轉(zhuǎn)，這樣就產(chǎn)生了一個(gè)頻率為5KHz的脈沖，因此無(wú)源蜂鳴器就會(huì)發(fā)聲，當(dāng)然有源蜂鳴器的控制可以更簡(jiǎn)單，只需要給它一個(gè)低電平即可，為了實(shí)現(xiàn)2塊板子程序的兼容，這里就統(tǒng)一采用此種方式控制蜂鳴器。間隔200ms對(duì)led1管腳電平翻轉(zhuǎn)，因?yàn)槭褂玫搅薲elay_us延時(shí)函數(shù)，所以在main函數(shù)開(kāi)始處就需要調(diào)用SysTick_Init(72)初始化，這個(gè)在我們后面所有程序都會(huì)使用，后面就不重復(fù)。3.6舵機(jī)模塊什么是舵機(jī)？舵機(jī)也叫也叫RC伺服器，通常用于機(jī)器人項(xiàng)目，也可以在遙控汽車(chē)，飛機(jī)等航模中找到它們。類(lèi)似舵機(jī)這樣的伺服系統(tǒng)通常由小型電動(dòng)機(jī)，電位計(jì)，嵌入式控制系統(tǒng)和變速箱組成。電機(jī)輸出軸的位置由內(nèi)部電位計(jì)不斷采樣測(cè)量，并與微控制器（例如STM32,Arduino）設(shè)置的目標(biāo)位置進(jìn)行比較；根據(jù)相應(yīng)的偏差，控制設(shè)備會(huì)調(diào)整電機(jī)輸出軸的實(shí)際位置，使其與目標(biāo)位置匹配。這樣就形成了閉環(huán)控制系統(tǒng)。控制原理通過(guò)向舵機(jī)的信號(hào)信號(hào)線發(fā)送PWM信號(hào)來(lái)控制舵機(jī)的輸出量；一般來(lái)說(shuō)，PWM的周期以及占空比，我們是可控的，所以PWM脈沖的占空比直接決定了輸出軸的位置。下面舉個(gè)例子；當(dāng)我們向舵機(jī)發(fā)送脈沖寬度為1.5毫秒（ms）的信號(hào)時(shí)，舵機(jī)的輸出軸將移至中間位置（90度）；脈沖寬度為1ms時(shí)，舵機(jī)的輸出軸將移至最小的位置（0度）；脈沖寬度為2ms時(shí)，舵機(jī)的輸出軸將移至最小的位置（180度)；注意：不同類(lèi)型和品牌的伺服電機(jī)之間最大位置和最小位置的角度可能會(huì)不同。許多伺服器僅旋轉(zhuǎn)約170度（或者只有90度），但寬度為1.5ms的伺服脈沖通常會(huì)將伺服設(shè)置為中間位置（通常是指定全范圍的一半）；具體可以參考下圖：占空比=t/T相關(guān)參數(shù)如下：t=0.5ms——————舵機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)到0°t=1.0ms——————舵機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)到45°t=1.5ms——————舵機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)到90°t=2.0ms——————舵機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)到135°t=2.5ms——————舵機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)到180°部分編寫(xiě)步驟：<1>開(kāi)啟TIM4，GPIOB時(shí)鐘，配置PB9為復(fù)用輸出。RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4,ENABLE);//使能定時(shí)器4時(shí)鐘RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO|RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);//復(fù)用時(shí)鐘使能<2>初始化TIM4,設(shè)置TIM4的ARR和PSC。TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=arr;//設(shè)置自動(dòng)重裝載值TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=psc;//設(shè)置預(yù)分頻值TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=0;//設(shè)置時(shí)鐘分割:TDTS=Tck_timTIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;//向上計(jì)數(shù)模式TIM_TimeBaseInit(TIM4,&TIM_TimeBaseStructure);//根據(jù)指定的參數(shù)初始化TIMx的<3>設(shè)置TIM4_CH4的PWM模式，使能TIM4的CH4輸出。voidTIM_OC4Init(TIM_TypeDef*TIMx,TIM_OCInitTypeDef*TIM_OCInitStruct)；1看看結(jié)構(gòu)體TIM_OCInitTypeDef的定義：typedefstruct{ uint16_tTIM_OCMode; uint16_tTIM_OutputState; uint16_tTIM_OutputNState; uint16_tTIM_Pulse; uint16_tTIM_OCPolarity; uint16_tTIM_OCNPolarity; uint16_tTIM_OCIdleState; uint16_tTIM_OCNIdleState;}TIM_OCInitTypeDef;3.7超聲波測(cè)距模塊超聲波測(cè)距[14,16]環(huán)境要求不高，由于穿透力強(qiáng)能夠在雨霧天正常工作。所以本次設(shè)計(jì)的超聲波電路中就使用了HC-SR04超聲波測(cè)距模塊。這個(gè)模塊有4個(gè)引腳，1和4引腳分別接5V電源和接地，2腳是觸發(fā)信號(hào)的輸入端，3腳是回響信號(hào)的輸出端2腳和3腳分別接在單片機(jī)的P3.4口和P3.5口。超聲波測(cè)距模塊的工作原理是:采用單片機(jī)的I/0口觸發(fā)測(cè)距，即當(dāng)單片機(jī)發(fā)送一~個(gè)10us的高電平脈沖給超聲波模塊的輸入端TRIG后，單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器清零。當(dāng)超聲波傳感器的輸出端ECHO為高電平時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器開(kāi)始工作;當(dāng)輸出端ECHO變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，定時(shí)器停止工作,讀取定時(shí)器T0的時(shí)間，通過(guò)公式算出距離。超聲波測(cè)距模塊電路圖如圖7所示。5v和GND為模塊提供電能，Trig用于觸發(fā)模塊測(cè)距，Echo用于接受返回電平信號(hào)。其操作時(shí)序圖如下：如上圖所示，STM32給Trig引腳一個(gè)超過(guò)10us的高電平，就可以使能模塊內(nèi)部的測(cè)距電路，模塊會(huì)循環(huán)發(fā)出8個(gè)40kHz脈沖，發(fā)射出超聲波，然后通過(guò)檢測(cè)Echo引腳的高電平時(shí)間就可以測(cè)量出模塊與障礙物之間的距離。其計(jì)算公式可表示如下：distance=340?Echo高電平時(shí)間23.8實(shí)現(xiàn)材料STM323f103開(kāi)發(fā)板，最小系統(tǒng)均可。超聲波模塊（HC-SR04模塊）舵機(jī)一個(gè)，串口蜂鳴器，電池垃圾桶模型4軟件編程4.1超聲波測(cè)距代碼如下超聲波模塊固定在托盤(pán)旁邊，使用超聲波傳感器可測(cè)量放置于托盤(pán)表面的垃圾距超聲波傳感器的距離D1D_1D1?#-*-coding:utf-8-*-"""CreatedonSatDec1221:33:422020@author:qiqi此文件用于實(shí)現(xiàn)四分類(lèi)垃圾桶的5個(gè)超聲波測(cè)距的控制"""importtimeimportRPi.GPIOasGPIOGPIO.setmode(GPIO.BCM)GPIO.setwarnings(False)defgetDistance(TRIG=None,ECHO=None):'''函數(shù)功能：獲取ECHO與TRIG指定的超聲波傳感器測(cè)定的距離''''''TRIG為超聲波發(fā)射腳位，ECHO為超聲波接收腳位'''ifTRIGisNoneorECHOisNone:print('引腳未接好')return0GPIO.output(TRIG,GPIO.HIGH)time.sleep(0.1)GPIO.output(TRIG,GPIO.LOW)whilenotGPIO.input(ECHO):passt1=time.time()whileGPIO.input(ECHO):passt2=time.time()Distence=(t2-t1)*340/2*100returnDistencedefultrasonic(pin):dis=pin.copy()key=list(pin.keys())forkinkey:dis[k]=getDistance(TRIG=pin[k][0],ECHO=pin[k][1])returndis4.2舵機(jī)部分代碼舵機(jī)是通過(guò)高電平的占空比來(lái)調(diào)節(jié)輸出軸的角度，舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是50Hz的方波信號(hào)，每個(gè)周期為20ms，其中高電平的占比在0.5ms-2.5ms之間。#include"servo.h"/*我這里采用通用計(jì)時(shí)器3*/staticvoidServo_GPIO_Config(){ GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure; /*開(kāi)啟GPIO時(shí)鐘*/ RCC_APB2PeriphClockCmd(BASIC_GPIOA_CLK,ENABLE); /*配置GPIO*/ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIOA_CH1_PIN;//TIM_CH1 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_AF_PP;//復(fù)用推挽輸出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed =GPIO_Speed_50MHz; /*初始化*/ GPIO_Init(GPIOA_CH1_PORT,&GPIO_InitStructure); }staticvoidServo_TIM2_Config(){ TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_TimeBaseInitStructure; TIM_OCInitTypeDefTIM_OCInitStructure; /*開(kāi)啟定時(shí)器時(shí)鐘*/ RCC_APB1PeriphClockCmd(BASIC_TIM_CLK,ENABLE); /* TIM2時(shí)基單元配置重要配置：TIM_Prescaler（預(yù)分頻值）TIM_Period（定時(shí)周期）將TIM_Period設(shè)置成999，則計(jì)數(shù)器會(huì)數(shù)1000個(gè)（TIM_Period+1）節(jié)拍為一個(gè)定時(shí)器的周期。這個(gè)和后面需要配置的TIM_Pulse共同控制著定時(shí)器輸出波形的占空比。TIM_Prescaler用來(lái)指定TIM時(shí)鐘的分頻值。也就是說(shuō)它是進(jìn)一步來(lái)分頻TIMclock的。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)也就是定時(shí)器每一次數(shù)數(shù)的時(shí)間間隔是多少。 */ /*配置TIM3，一般的驅(qū)動(dòng)PWM信號(hào)都是周期20毫秒，頻率為50HZ。所以我們?cè)O(shè)定周期為20ms*/ /*時(shí)基結(jié)構(gòu)體成員配置*/ //自動(dòng)重裝載值寄存器的值 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period =BASIC_TIM_Period; //時(shí)鐘預(yù)分頻數(shù) TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = BASIC_TIM_Prescaler; //時(shí)鐘分頻因子 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision =TIM_CKD_DIV1; //計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)模式，設(shè)置向上計(jì)數(shù)， TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode =TIM_CounterMode_Up; /*初始化結(jié)構(gòu)體*/ TIM_TimeBaseInit(BASIC_TIM,&TIM_TimeBaseInitStructure); /*定時(shí)器輸出比較結(jié)構(gòu)體成員初始化*/ TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode =TIM_OCMode_PWM2; //輸出使能 TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState =TIM_OutputState_Enable; //TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState =TIM_OutputNState_Enable; //設(shè)置占空比大小,主要取主函數(shù)里設(shè)置占空比這邊先設(shè)置成0 TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse =0; //輸出通道電平極