智能垃圾桶設計方案

1、1、工作原理整體架構如圖1所示:圖1作品系統(tǒng)架構圖程序分為3大塊：主程序為等待延時、定時中斷，熱釋紅外傳感器中斷。工作原理：當人走到熱釋紅外傳感器的探測范圍內(nèi)，傳感器熱釋電元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，經(jīng)過hn 911內(nèi)部電路處理將此信號轉(zhuǎn)換成電平變換，當檢測到人時向單片機提供了一個低電平下降沿，將此信號作為一個外部中斷信號在設計此方案的時候，我們還想到檢測的時候運用圖像處理法，他的優(yōu)點就能夠容易區(qū)分垃圾種類和準確是 否是人，但其缺點是處理信息大，受到環(huán)境影響大，所以放棄；震動傳感器I/O 口是將垃圾桶的震動被物體撞擊或者重量變化轉(zhuǎn)變成電平信號，通過 單

2、片機可以查詢到此信號；當PT2262/2272 是一對帶地址、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，通過I/O 口單片機可以查詢到此信號；單片機在進行初始化與設定定時時間后，就等待 中斷信號，當外部中斷端有信號時，單片機進入處理中斷，認為此時有人來， 通過查詢 I/O 信號，判斷是否翻開垃圾桶蓋，當垃圾桶未滿即 PT2262/2272 端無信號翻開垃圾桶蓋單片機控制電磁鐵通電，蓋翻開，通過震動傳感器 和PT2262/2272 信號的綜合判斷此人是否是投垃圾的，與此同時單

3、片機控制 語音芯片發(fā)出一些幽默的話語，提示大家保護環(huán)境，也給大家?guī)硪恍┛鞓贰?正因為盛群單片機有很方便休眠喚醒功能，在 PA 口加下降沿可是單片機喚醒， 并且喚醒后執(zhí)行喚醒的嚇一跳指令，所以在長時間沒有人來投垃圾， 單片機自 動的將除 HN911 以外的電路電源關閉 ，之后單片機進入休眠，從而大大減少能 源的浪費。做到了節(jié)能環(huán)保。當有人來時，通過HN911電路局部將單片機喚醒， 單片機將以前關閉電源的電路從新通電進入正常工作狀態(tài)。四、 作品功能、特色本作品節(jié)能環(huán)保，干凈衛(wèi)生，具有一定的娛樂性，運用廣泛，可適用于各 種中高級辦公樓等公共場合，其原理也可運用至其他領域，如防盜作用等，具 有很強的

4、市場競爭力。作品采用了 HT46F49E 作為主控單片機，以紅外傳感器、震動傳感器、 語音芯片為主要模塊，主要特點如下： 1 節(jié)能環(huán)保。本作品有休眠喚醒功能，在長時間沒有人來投垃圾，單片 機自動的將除紅外感應以外的電路電源關閉，之后單片機進入休眠，從而大大 減少能源的浪費；做到了節(jié)能環(huán)保。當有人來時，又通過該電路局部將單片機 喚醒，單片機將以前關閉電源的電路從新通電進入正常工作狀態(tài)。2干凈衛(wèi)生。 智能垃圾桶順應了現(xiàn)代社會的追求， 突破了傳統(tǒng)帶蓋垃圾 桶用手或腳開蓋的思維屏障，感應開、關桶蓋讓人們在丟時少了份擔憂，減少 了生活中各種病菌交叉感染的機率。同時具有良好的密封性好，無垃圾異味溢 出，確

5、保四週空氣清新。 3 娛樂性。本作品的語音系統(tǒng)會根據(jù)不同情況發(fā)出一些幽默詼諧的話語， 娛樂群眾的同時也吸引人們有意識地將垃圾丟進桶內(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慣，讓我們周圍的環(huán)境更加美麗。4運用廣泛。本作品可有多種色彩、多種容量、多種材料選擇，提升 了公共場合及居家檔次，滿足了人們崇尚人性和時尚，不斷塑造個性和魅力的 生活品味；是辦公、家用、公用、會議、醫(yī)療等使用的理想選擇。五、 作品結構一 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 檢測電路模塊；控制電路模塊與語音電路模塊四部份。分別說明如下 :Mod_1 模塊：電源

6、電路模塊實現(xiàn)給 HT46F49E 單片機供電功能。Mod_2 模塊：使用 HT46F49E 芯片，建立根本輸入輸出模型。實現(xiàn)與Mod_3 模塊的串行通信功能，以及實現(xiàn)根本控制功能。Mod 3模塊：信號檢測電路模塊是由各插孔的檢測電路分別與各個用電器相串聯(lián)組成，實現(xiàn)外部信號的檢測。 熱式紅外傳感器模塊實現(xiàn)對外部紅外熱源的檢測。 震動傳感器模塊實現(xiàn)對外部重量和形變的檢測。 紅外光傳感器模塊在Mod_2模塊中HT46F49E的控制下對帶地址、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電磁鐵實現(xiàn)桶蓋的翻開與關閉。 語音電路模塊主要用編程實現(xiàn)智能垃圾桶的提醒功能及播報功能。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交流電壓通過變壓器降壓、橋式整流電路整流后，再通過7805集成器將電壓穩(wěn)定成為5v的直流電壓，給單片機HT46R23供電。 為了解決電信號中的干擾問題，我們在集成器7085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/計數(shù)器，具有溢出中斷和7級預分頻器?內(nèi)置晶體和RC振蕩驅(qū)動電路?看門狗定時器?具有PFD功能，可以用來發(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，指令周期為0.5 在本作品的開發(fā)設計過程中，HT46F49E單片機采用5V穩(wěn)壓電源供電。工作在48MHz時鐘頻率。由于采用RISC結構，此系列單片機具有高運算速度和 高性能的特性有了集成的A/D和PWM功能的優(yōu)勢，再加上低功耗、高性能、3 、Mod_2 模塊解析： 信號檢測電路局部分為三大塊：熱式紅外傳感器、震動傳感器、紅外光傳感器。1熱式紅外傳感器模塊這種探頭是以探測人體輻射為目標的 。所以熱釋電元件對波長為 10UM 左右 的紅外輻射必須非常敏感。 為了僅僅對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。 被動紅外探頭，其傳感器包含兩

10、個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元。而且制成的 兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有相同的作 用，使其產(chǎn)生釋電效應相互抵消，于是探測器無信號輸出。 一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過局部鏡面聚焦，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 處理而報警。 菲泥爾濾光片根據(jù)性能要求不同，具有不同的焦距 感應距離，從而產(chǎn)生不 同的監(jiān)控視場，視場越多，控制越嚴密。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)部電路框圖平時端輸出低電平，端輸出高電平。當有移動發(fā)熱體迸太監(jiān)視范

11、圍時， 熱釋電紅外傳感器接收到紅外能量，并輸出檢測信號。該信號經(jīng)放大器放大后, 由比擬器進行比擬判斷，再由信號處理電路處理后輸出控制信號。此時輸出端 變?yōu)楦唠娖?，而輸出端變?yōu)榈碗娖?。在模塊的外部可接增益調(diào)節(jié)電位器， 以調(diào)節(jié)放大器的增益。HN911型熱釋電紅外探買模塊的主要特性參數(shù)見表。表:HN911型熱釋電紅外探頭模塊主要特性參數(shù)« 11項目電漂電ffiCV)放丈器頓寬£旳0.3*7輸出番時(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)傳感器視場和靈敏度經(jīng)過試驗確定傳感器放置角度來合理確定監(jiān)控距濾光片人體發(fā)出的紅外線波長10um左右，將濾光片設置在窗口處，組成紅外線通過的窗口光燈的短波濾光片。濾光片為 6um多層膜干預濾光片，這種對太陽光和熒(約為5um 一下)具有高的反射作用，而對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/放大電路為單片機提供一個中斷信號，單片機進入處理“是否丟垃圾程序流程 圖。2震動傳感器此模塊運用應變器對重量和形變非常敏

13、感，加上一個差動橋，大大提高了 靈敏度在經(jīng)過A/D將其轉(zhuǎn)換為電平信號。下面介紹： 薄膜型半導體應變片圖6薄膜型半導體應變片這種應變片是利用真空沉積技術將半導體材料沉積在帶有絕緣層的試件上 或藍寶石上制成的上圖所示。它通過改變真空沉積時襯底的溫度來控制沉積 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償薄膜應變片。薄膜型半導體應變片吸收了金屬應變片 和半導體應變片的優(yōu)點，并防止了它的缺點，是一種較理想的應變片。差動電橋應變片、薄膜和厚膜應變片傳感器一般采用惠斯通電橋。惠斯通電橋?qū)兤瑧儺a(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、鼓勵電壓后，+VOUT和-VOUT終端上出現(xiàn)與應變成正比的差分電壓圖7惠斯通電橋配置中連接的應變片全橋電路時單臂靈敏度的四倍.為了提高其靈敏度采用全橋電路.將應變片 貼在垃圾桶的內(nèi)側面，利用全橋電路靈敏度高的特點測量垃圾桶震動幅度 .并轉(zhuǎn) 換成電壓接入單片機分析。3紅外光傳感器PT2262/2272是一對帶地址、數(shù)據(jù)編碼功能的無線遙控發(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，通過紅外發(fā)射管發(fā)射出去。其編碼時序波形如圖

16、2 所 示。Dout輸出的編碼信號是調(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 暫存功能是指當發(fā)射信號消失時， PT2272 的對應數(shù)據(jù)輸出位即變?yōu)榈碗娖健?而鎖存功能是指，當發(fā)射信號消失時， PT2272 的數(shù)據(jù)輸出端仍保持原來的狀 態(tài)，直到下次接收到新的信號輸入。圖 3 是紅外發(fā)射和接收的典型應用原理 圖，為了能正確解調(diào)出調(diào)制的編碼信號，接收端需加一級前置放大級，保證輸 入 PT2272 的信號幅度足夠大。 PT2272 各輸出端通過各種接口即可控制相 應的負載。 PT2262/2272 是一

17、對帶地址、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。 因此可以用這一對芯片外加輔助電路對垃圾進行檢測 .將其輸出 電壓 放大調(diào) 節(jié)接入單片機。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控制垃圾桶蓋的翻開與關閉。本作品中選用拍合 式電磁鐵，其結構如下列圖所示。圖9拍合式電磁鐵結構圖線圈1套在鐵心2上，兩者

18、固定不動，銜鐵3是運動局部。當線圈局部通過一定值電流過后，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運動的方向。當 線圈中電流停止后，電磁吸力就消失。當電磁鐵通電后，產(chǎn)生電磁吸力，再運用杠桿原理使桶蓋翻開；當電磁鐵 斷電后，電磁吸力消失，此時垃圾桶蓋由于重力作用關閉。2語音電路模塊ISD25120 有10個地址輸入端A0A9 ,錄址能力可達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。當最