用STM32F103C8T6+红外传感器DIY一个自动开盖垃圾桶（附完整代码与接线图）

用STM32F103C8T6+红外传感器DIY自动开盖垃圾桶实战指南

周末整理工作室时，被角落里散发着异味的传统垃圾桶惹恼了——每次扔垃圾都得手动掀盖，手上沾满颜料时尤其不便。这让我萌生了改造一个智能垃圾桶的念头：当手靠近时自动开盖，离开后延时关闭。经过多次迭代，最终用最经济的STM32方案实现了这个功能，整套成本不到百元。下面将完整分享这个项目的实现细节，从元器件选型到代码调试的每个环节。

1. 硬件选型与成本控制

1.1 核心控制器选择

在创客圈里，STM32F103C8T6（俗称"蓝 pill"）堪称性价比之王。这款Cortex-M3内核的MCU具有：

• 72MHz主频处理传感器数据绰绰有余
• 64KB Flash + 20KB RAM 的存储配置
• 丰富的GPIO和外设接口
• 市面上单价仅10元左右

相比Arduino Uno动辄七八十元的价格，STM32方案在性能翻倍的情况下成本反而更低。需要注意的是购买时要认准"ST"原厂标志，市面上存在国产仿制芯片，虽然便宜但稳定性较差。

1.2 传感器方案对比

测试了三种常见的人体检测方案：

最终选择HC-SR501的原因在于：

• 价格低廉且满足基础需求
• 自带延时调节电位器（可设置2-5秒保持）
• 3.3V/5V兼容，与STM32直连无需电平转换

1.3 执行机构选型

垃圾桶盖开合需要扭矩足够的舵机，测试数据如下：

# 常见舵机参数对比 servos = { 'SG90': {'price':12, 'torque':1.8kg/cm', 'angle':180}, 'MG996R':{'price':25, 'torque':13kg/cm', 'angle':120}, 'DS3218':{'price':35, 'torque':18kg/cm', 'angle':270} }

普通塑料垃圾桶盖重量约200-300g，SG90在力臂10cm时理论可承受1.8kg重量，实测完全够用。若使用金属桶盖，则需要选择MG996R等高扭矩型号。

2. 电路连接与供电设计

2.1 整体接线方案

系统连接关系如下图所示（实际接线时建议使用杜邦线+面包板过渡测试）：

[红外传感器] --GPIO--> [STM32] --PWM--> [舵机] | | +--5V电源------------+

具体引脚分配：

• HC-SR501 OUT → PA0（外部中断引脚）
• 舵机信号线 → PA6（TIM3_CH1 PWM输出）
• OLED显示屏 → I2C1（PB6/PB7）

注意：舵机供电需单独处理，当多个舵机同时动作时，USB供电可能不足导致STM32复位。建议使用5V/2A以上的外接电源，通过7805稳压芯片为系统供电。

2.2 防干扰设计

在工作室测试时发现，当附近有手机充电器工作时，红外传感器会出现误触发。通过以下措施解决：

1. 在传感器输出端添加0.1μF去耦电容
2. 使用带屏蔽层的双绞线连接传感器
3. 在代码中增加软件去抖逻辑：

// 去抖检测代码示例 if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_SET){ HAL_Delay(50); // 延时50ms再次检测 if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_SET){ // 确认有效触发 open_lid(); } }

3. 固件开发关键实现

3.1 PWM舵机控制

SG90舵机控制需要50Hz的PWM信号，脉宽0.5ms-2.5ms对应0-180度。使用STM32的硬件PWM实现：

// TIM3初始化代码 TIM_HandleTypeDef htim3; TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0}; htim3.Instance = TIM3; htim3.Init.Prescaler = 72-1; // 72MHz/72 = 1MHz htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; htim3.Init.Period = 20000-1; // 1MHz/20000 = 50Hz HAL_TIM_PWM_Init(&htim3); sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1; sConfigOC.Pulse = 1500; // 初始位置(1.5ms) sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH; HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim3, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1); HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1);

角度转换函数：

void set_servo_angle(uint16_t angle){ // 将角度转换为Pulse值 (500-2500) uint16_t pulse = 500 + angle * (2000 / 180); __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, pulse); }

3.2 状态机设计

为避免快速连续触发导致舵机抖动，采用状态机管理垃圾桶盖状态：

stateDiagram [*] --> CLOSED CLOSED --> OPENING: 检测到人体 OPENING --> OPEN: 舵机到达位置 OPEN --> CLOSING: 持续5秒无人 CLOSING --> CLOSED: 舵机复位完成

对应代码实现：

typedef enum { LID_CLOSED, LID_OPENING, LID_OPEN, LID_CLOSING } LidState; LidState lid_state = LID_CLOSED; void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin){ if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_0 && lid_state == LID_CLOSED){ lid_state = LID_OPENING; set_servo_angle(90); // 开盖角度 } } // 在main循环中处理状态转换 while(1){ switch(lid_state){ case LID_OPENING: if(servo_reached_position()) lid_state = LID_OPEN; break; case LID_OPEN: if(HAL_GetTick() - open_time > 5000){ // 5秒后开始关盖 lid_state = LID_CLOSING; set_servo_angle(0); } break; // 其他状态处理... } }

4. 外壳改造与安装技巧

4.1 垃圾桶结构改造

普通塑料垃圾桶改造需要注意：

1. 在桶盖转轴处钻孔安装舵机支架
2. 使用3M VHB双面胶固定红外传感器（避免打孔破坏外观）
3. 线路走线可用热熔胶固定在桶壁内侧

实测发现，将传感器安装在距桶口15-20cm高度时检测效果最佳。角度略微向下倾斜（约15度），可以避免远处经过误触发。

4.2 功耗优化技巧

为提升电池供电时的续航能力：

• 设置STM32进入Stop模式，通过外部中断唤醒
• 调整红外传感器检测间隔为500ms
• 关闭未使用的LED指示灯

// 进入低功耗模式 void enter_low_power(){ HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON, PWR_STOPENTRY_WFI); // 唤醒后需要重新初始化时钟 SystemClock_Config(); }

经过优化后，使用2000mAh锂电池可连续工作约3周时间。若想进一步延长续航，可换用RCWL-0516微波传感器（持续工作电流仅3mA）。

5. 常见问题排查指南

5.1 舵机抖动问题

现象：上电后舵机不停抖动但不转动 解决方法：

1. 检查供电是否充足（建议单独5V供电）
2. 确认PWM信号接地与电源共地
3. 更换优质舵机线（劣质线内阻会导致电压下降）

5.2 红外传感器灵敏度调节

HC-SR501有两个调节电位器：

• 灵敏度：顺时针旋转增加检测距离（建议设置在3米内）
• 延时时间：控制输出信号保持时长（通常调至3秒左右）

调试技巧：用手机摄像头观察传感器（红外LED会显示为白光），测试不同距离的触发情况。

5.3 OLED显示异常

当I2C显示屏出现乱码时：

1. 检查上拉电阻（4.7KΩ到3.3V）
2. 降低I2C时钟频率（STM32默认100kHz可能过高）
3. 确认初始化序列正确，特别是对于SSD1306驱动：

// 正确的初始化命令序列 const uint8_t oled_init_cmds[] = { 0xAE, // 关闭显示 0xD5, 0x80, // 设置时钟分频 0xA8, 0x3F, // 设置多路复用比例 0x20, 0x00, // 设置内存地址模式 // 更多命令... };

这个项目最让我惊喜的是其扩展性——后续可以轻松添加超声波测距模块实现防夹手功能，或者增加WiFi模块实现满桶提醒。实际使用三个月后，传感器位置积灰会导致灵敏度下降，建议定期用酒精棉片清洁红外透镜。