基于51单片机的智能垃圾桶(设计源文件+万字报告+讲解)（支持资料、图片参考_降重降ai）_文章底部可以扫码

论文题目：基于51单片机的智能垃圾桶

摘 要：本设计论文设计开发了一种新型智能垃圾桶电路，其主要特点是STC89C52单片机作为实现自动传感器垃圾桶系统功能的核心，本文分别探究每个模块，并全面分析和演示各种方案。详细描述硬件电路的设计过程并详细描述该实施例中的用于人体和舵机的传感器模块的操作原理和功能，此外介绍了51单片机的软写过程：编写流程图的方法，Keil开发环境的介绍，以及下载软件的操作方法。最后介绍了调试步骤中的基本电子电路故障处理步骤和注意事项，并操作演示其功能。

关键词：51单片机；语音模块；舵机；智能垃圾桶

TITLE：51 microcontroller-based intelligent trash
Abstract: This design paper designs and develops a new type of intelligent trash can circuit, its main feature is STC89C52 single-chip microcomputer as the core, to achieve the function of automatic induction trash can system. In this paper, each module is explored, and a comprehensive analysis of the various programs. The design process of hardware circuit is described in detail, and the working principle and function of the sensor module of human body and steering gear in this embodiment are described in detail. In addition, the software writing process of 51 MCU is also introduced, including the writing method of flow chart, the introduction of Keil development environment and the operation method of software downloading. At last, it introduces the basic handling steps of electronic circuit fault and matters needing attention in debugging steps, and explains its functions.

Keywords：51 microcontroller; Voice module; driver; Smart Trash

目 录
一、绪 论 5
1.1 研究的目的及意义 5
1.2 国内外研究的现状 5
1.3 研究的主要内容 5
二、系统总体设计方案 7
2.1 设计思路 7
2.2 方案论证 8
2.2.1 主控芯片 8
2.2.2 人体检测模块 9
2.2.3红外距离检测模块 10
2.2.4电源模块 10
三、硬件设计 11
3.1 主控模块 11
3.1.1 主控芯片STC89C52简介 11
3.1.2 晶振电路 15
3.1.3 复位电路 16
3.1.4 总控制电路设计 17
3.2 人体检测模块设计 19
3.3 倒垃圾提醒模块设计 20
3.4 按键模块设计 20
3.5 舵机驱动模块设计 21
3.6 输出显示模块设计 22
3.7 语音模块设计 23
3.8 电源模块设计 24
3.9 整体电路设计 24
四、软件系统的设计 1
4.1 程序流程设计 1
4.1.1 舵机子程序设计 1
4.1.2 垃圾满检测子程序设计 2
4.2 主程序流程图 3
五、仿真测试及结果 4
5.1 软件调试 4
5.2 硬件调试 6
5.3 测试结果及分析 7
结束语 8
参考文献 9
致谢 10

一、绪 论

1.1 研究的目的及意义
对于 “智能垃圾桶”，我认为每个人都应当很熟悉。 在商场、办公场所或家中，废物的储存和处理往往是一个使我们头痛的麻烦，打开的容器的盖子给人的印象是气味不能停留，带盖的容器又是不切实际的。基于这个契机，研究并设计出了智能垃圾桶，当人们手头有垃圾想丢进垃圾桶时，不用接触桶身，垃圾桶便能自动打开，让人们的生活更轻松，又保持环境清洁。
1.2 国内外研究的现状
根据调查，我国与国外发达国家还存在一定的差距大多数地方使用的垃圾桶是开放式的，以下问题主要发生在垃圾桶中：
1、垃圾桶周围浓烈的异味是由于其糟糕的封闭效果导致的。此外，细菌和寄生虫很容易繁殖，这对大众的健康非常不利，城市形象也因此大受损失。
2、目前垃圾桶的桶盖普遍都比较污浊但又必须让人们用手打开盖子，这样增加患病的风险并严重影响了人们的身体健康。
通过多次研究和广泛的调查，以上问题有了合理的解决，我们研发设计了一种能够识别人体和自动启闭的功能。通过传感器自动识别是否有人靠近进而基于此控制垃圾桶盖是否开启，有效地防止气味的扩散和细菌的繁殖和传播。一旦垃圾桶自动打开，垃圾被人们扔进垃圾桶，当感应人走远时，垃圾桶盖实行关闭功能，这样便避免人们直接接近垃圾，在提供了人性化的设计的同时方便人们的生活。此外当感应到垃圾慢慢累积到填满时，垃圾桶的提示音就会自动播报，通知工作人员处理垃圾。
1.3 研究的主要内容
本文设计了一种基于单片机的智能垃圾桶。系统必须具有如下基础功能：
1、基于单片机的智能化垃圾箱，如果一个人靠近垃圾箱并保持驻足时间大于1秒。垃圾箱桶盖驱动电路工作，垃圾桶盖在舵机的带动下自动打开，语音模块发出对应的提示音；
2、垃圾处理完，人们离开后，垃圾桶盖可以自动延迟一会儿再实现自动关闭。
3、垃圾装满后传感器将检测到的信号传递到单片机，单片机进行处理后驱动语音模块发出提示音，提醒人们及时清运垃圾；
4、本文设计的智能垃圾桶具有两种不同的工作模式，分别为自动模式和手动模式，可通过变换开关进行两种工作模式的切换。
5、使用电源适配器接通电源给电路供电。系统主要由舵机驱动电路和电源电路、红外距离传感器、人体传感器模块构成。系统软件的编写既是核心也是需突破的难题：整个系统程序具有模块化结构，程序更具有可读性。开发环境为时下相对流行的调试系统软件keil，C语言作为开发语言。

二、系统总体设计方案

2.1 设计思路
垃圾桶传感器模块若检测有人驻足超过1s则垃圾箱桶盖驱动电路工作，垃圾桶盖在舵机的带动下自动打开，语音模块发出对应的提示音；垃圾处理完，人们离开后，垃圾桶盖可以自动延迟一会儿再实现自动关闭。
垃圾装满后传感器将检测到的信号传递到单片机，单片机进行处理后驱动语音模块发出提示音，提醒人们及时清运垃圾；本文设计的智能垃圾桶具有两种不同的工作模式，分别为自动模式和手动模式，可通过变换开关进行两种工作模式的切换。使用电源适配器接通电源给电路供电。系统主要由舵机驱动电路和电源电路、红外距离传感器、人体传感器模块构成。
系统原理图如图2-1所示。

图2-1 系统框图
2.2 方案论证
2.2.1 主控芯片
主控芯片相当于产品的控制中心，因此也是本系统的核心所在，要选择一款好的主控芯片需要从功能、占用资源等方面进行综合论证，本文针对两种系列的单片机芯片列出具体两种不同的方案如下。
方案一：由于系统体积小，系统的可靠性高，系统的成本低的优势它可称为世界上最小的应用系统。但要求程序长度小于4K，共四个I/O接口供使用。可编程为5伏电压，擦除时间仅为10毫秒，只有8751和的分数之一。此单片机对设备要求不高不需要很高的配置就能完成任务，也大大节省了时间提高了使用者的效率，其所独特具有的文件加密保护功能又能保留开发者的成果防止丢失，此外，AT89C51目前的性价比很高。单片机在主控领域具备较强的竞争优势，在正常工作状态下能耗低，运算速度快，运行较为稳定。芯片具备可多次编写多次擦除的储存器，次数可达1000次，程序可存十年。保存时间为十年。
方案二：单片机指令系统与系列中可实现兼容，但是在实际操作中两者具有显著差异，具体如下：
与器件相比，设备损坏并不容易。没有两个电源要求。当芯片被重写时，可以重复在多个控制领域进行使用。运行状态下的电压区间宽泛（一般维持在2.7V~6V范围内）。而主控芯片在静态模式下运行时，其对应的频率区间是。相比之下，STC单片机时工作电压范围较窄。
STC单片机对不需要较高的工作环境，工作电压最低至3到4伏之间仍可以正常工作，这也是其稳定的表现，明显优于AT系列[2]。
在单片机模块的选择中，对比了几个可行的方案，发现该型号的单片机除了稳定性强、低功耗、低价格成本以外，还因为该单片机的封装工艺，使得通过自身的两列管脚直接插入到设备的底座上。该型号的单片机的输入输出端口多，具有P0、P1、P2、P4四个端口，后三个是双向端口，而第一个端口则需要外接上拉电阻才能当常规I/O口使用。该型号的单片机的制度存储器能够根据使用需要进行扩展，支持的最大扩展内存为64KB，而系统的随机存储器大小为256字节。经过以上的对比和总结，系统的主控模块选择STC单片机。
2.2.2 人体检测模块
人体感应模块其实就是红外测距传感器，它具有一对红外信号发射与接收二极管，红外距离传感器出现于上世纪八十年代，该传感器广泛应用于对移动目标的探查，在银行金库、大型商场仓库以及多种重要的安保场合中广泛应用。红外距离传感器传感器模块在结构上引入来了场效应，该传感器可实现阻抗的变换，该传感器可探查到目标如人体所发出的红外线，并采集该信号将其转换为电信号予以输出，通过传感器和单片机等微处理器组成的系统即可构成一个简便的报警装置，红外距离传感器可探查到人体活动时所发出的红外信号，在探查到红外源时传感器内部材料温度将会发生变化，传感探测元上的电荷将会减少，温度越高则电荷量尖山越明显，基于此原理可实现红外辐射源能量的动态监测。
MH-B型的红外距离传感器是基于红外线技术的自动控制模块。红外距离传感器广泛应用于生产生活的各行业领域之中，是一种精度高、性能强大的检测仪，该传感器由三大部分组成，分别为传感探测元、干涉滤光片以及效应管匹配器。再设计时应对金属材料电极进行极化处理，由此可制成热释电探测元。在每个探测器中装入一个或两个探测元件，并将探测元件通过反极性方式予以串联，进而抑制由于元件自身温度升高所带来的影响，探测与案件在接收到红外辐射信号后可将其变换为对应的电压信号，通过传感器中的放大器将电压信号进行放大并输出。为了提升热释电红外传感器的探测进度和探测距离，通常在探测器前方设置菲涅尔透镜，该透镜由上下部分构成，将其与热释电传感器中的放大电路相配合，可将电压放大70分贝以上，由此可探测一定范围的红外信号。本文所选用的MH-B感应的范围是2～30cm米之间。
模块参数说明：
1、该模块检测障碍物时指示灯亮绿色，同时OUT端口输出低电平，检测角度35°，可通过电位器对检测距离进行动态调节。
2、传感器可实现主动红外线反射探测，由此可知要控制反射率和形状，实现距离的精准探测。
3、传感器模块输出口与单片机输入输出接口相连，可以直接驱动一个5V继电器；连接方式维：VCC-VCC;GND-GND;OUT-IO
4、比较器采用LM393，可实现设备的稳定运行；
5、采用3-5V直流电源供电，通电时红色指示灯亮。
2.2.3红外距离检测模块
在本文所设计的智能垃圾桶中采用TCRT5000红外传感器对垃圾状态进行检测，该传感器的主要工作原理与一般红外传感器相同，该传感器主要组成部分包含红外发射管和接收管各一个。发射管发射的红外信号被接收管接收到后，其电阻也会发生变化，在电路上通常以电压变化体现出来，经过数模转换和整形电路后得到相应输出结构，电阻变化与接收的红外信号强度有关，表现在反射面颜色以及反射面和接收管的距离上。
2.2.4电源模块
在本设计中，单片机工作电压和电流分别为5V、10mA左右；红外感应模块工作电压5V，舵机额定电压和电流分别为5V和500mA。因此在设计时需要考虑电源具备足够容量。
方案一：使用USB串口进行供电。可为单片机提供稳定电压，且实现起来较为容易，但在实践中为有线连接，需要接线长度较长。
方案二：采用1.5V干电池串联供电，在不超过单片机电压范围的情况下可实现其他模块的驱动，具有结构简单、构造容易等诸多与优势，但是这种供电方式峰值电流较小。
方案三：采用9V2A的稳压电源进行供电，直接将市电转换为驱动系统工作的直流电，可满足电动机峰值电流需求。
经过比较我们选择方案三作为本系统的供电方案。

三、硬件设计

3.1 主控模块
本文所设计的智能垃圾桶核心控制模块为STC89C52单片机。系统主控模块在设计时包含复位、晶振电路以及总控制电路等。
3.1.1 主控芯片STC89C52简介
由于系统体积小，系统的可靠性高，系统的成本低的优势它可称为世界上最小的应用系统。但要求程序长度小于4K，共四个I/O接口供使用。可编程为5伏电压，擦除时间仅为10毫秒，只有8751和的分数之一。与器件相比，设备损坏并不容易。没有两个电源要求。当芯片被重写时，可以重复在多个控制领域进行使用。运行状态下的电压区间宽泛（一般维持在2.7V~6V范围内）。而主控芯片在静态模式下运行时，其对应的频率区间是。相比之下，使用8751单片机时工作电压范围较窄。该类型单片机数据总线是在P0节点位置处，并且是三态双向数据连接端口，能够实现外接存储单元的读取以及写入。单片机在主控领域具备较强的竞争优势，在正常工作状态下能耗低，运算速度快，运行较为稳定。芯片具备可多次编写多次擦除的储存器，次数可达1000次，程序可存十年。保存时间为十年。
下面详细介绍了该型号单片机的主要特点：
(1)它是8051单片机的升级优化版本，所以拥有更加强劲的CPU;
(2)P3.0/P3.1端口负责芯片的程序编任务;
(3)单片机的的工作电压分为3和5V两种;
(4)存储器通过片上集成最高达到1280字节;
(5)设备的输入输出端口众多;
(6)设备的时钟输出有3路;
(7)互在系统中可以直接编辑联网供应商;
(8)由大规模的集成电路实现可编辑技术列阵/PWN;
引脚图如图3-1所示，现对其引脚进行介绍如下。
图3-1 STC89C52引脚图
RST：在工作过程中起到对输入进行重置的作用，利用的是两个机器周期内的高电平完成的。
：当系统需要对外部程序器进行访问或者是进行访问数据存储器时，的作用是将地址的低8位脉冲字节索存。因为通常情况下，的输出时间是固定的，是时钟振荡频率的1/6，利用这一特性可以用它来实现计时的功能。但是如果要进行外部数据存储的访问时，系统会自动越过脉冲。
系统编程产生的闪存时，引脚还起到输入输入的作用。
在可能的情况下，禁止操作可以通过在区域的0号位置安装来实现。因为在0号位置之后只有一个固定的指令才能实现的激活。此外，引脚会稍微升高，不执行内部程序时，需要让禁止位无效。
：从外部选取的信号来提供给程序存储器使用。单片机在外部获取指令时，只能产生两次有效的循环，换言之有两个脉冲输出。这时候访问外部数据存储器，系统会自动越过两个