基于單片機的智能垃圾桶設計

1、基于單片機的智能垃圾桶設計基于單片機的智能垃圾桶設計摘要：摘要：由于現在人家的生活水平越來越好，科學技術不斷發(fā)展，大家的對生活的要求越來越高，大家都向往更好的生活質量，更好重視生活品質，尤其是對于居家生活更加重視，所以在這種形勢下，出現了很多關于環(huán)境衛(wèi)生的產品。在任何場所，垃圾無疑是最領人頭疼的事情，所以對于垃圾桶的管理是非常重要的，有必要設計一款智能垃圾桶產品。而大量堆積在外的垃圾還會發(fā)出刺鼻的異味，既污染了環(huán)境也增加了人與細菌接觸的幾率。系統主要包括報警、垃圾桶狀態(tài)檢測、人體檢測、指示燈、垃圾桶控制以及主控制器。系統通過人體檢測信號，判斷如果有人，則控制垃圾桶打開，可以對垃圾桶狀態(tài)進行檢測

2、，垃圾桶是否滿，并且通過報警提示。垃圾滿采集選用紅外對管模塊。垃圾桶控制選擇步進電機，步進電機驅動選擇ULN2003。選擇 C 語言設計系統軟件代碼，C 語言使用簡單，編輯器選擇 Keil，進行代碼編寫、編譯、執(zhí)行，完成系統的功能，實現功能運行。關鍵詞：關鍵詞：STC89C52 單片機；垃圾桶控制；ULN2003；紅外對管Design of intelligent trash can based on single chip microcomputerAbstract：As peoples living standards are getting better and better, scie

3、nce and technology are constantly developing, and peoples requirements for life are getting higher and higher. Everyone is yearning for better quality of life and attaches more importance to quality of life, especially for home life. Therefore, in this situation, there are a lot of products about en

4、vironmental health. In any place, garbage is undoubtedly the most troublesome thing, so the management of the trash can is very important, it is necessary to design a smart trash product. And a lot of waste outside can also emit a pungent smell, polluting the environment and increasing the chances o

5、f contact with bacteria. The system mainly includes alarm, trash status detection, human detection, indicator light, trash control and main controller. The system determines if there is someone by detecting the signal of human body, and then controls the trash can to open. It can test the status of

6、the trash can, determine whether the trash can is full, and give an alarm. Infrared tube module is selected for garbage full collection. Trash control select stepper motor, stepper motor drive select ULN2003. Select C language to design system software code, C language is simple to use, the editor s

7、elect Keil, code writing, compilation, execution, complete the system functions, to achieve functional operation.Key Words: STC89C52 single chip computer; garbage bin control; ULN2003; infrared counterpart目錄目錄第一章 引言.1.1 研究背景與現狀.1.2 課題研究內容.第二章 系統方案設計.2.1 系統整體方案設計.2.2 主控制器方案.2.4 報警方案.2.5 垃圾桶滿檢測方案.2.6

8、人體檢測方案.2.7 垃圾桶控制方案.第三章 系統電路設計.3.1 主控制器.3.2 垃圾桶滿（人體）檢測電路.3.3 報警電路.3.4 垃圾桶控制電路.3.5 指示燈電路.第四章 系統軟件設計.4.1 主機軟件設計.4.2 人體檢測軟件設計.4.3 垃圾桶控制子程序設計.第五章 系統測試.5.1 軟件調試.5.2 系統仿真.5.2.1 系統仿真界面.5.2.2 系統待機狀態(tài)仿真.5.2.3 系統垃圾桶控制狀態(tài)仿真.5.2.4 系統垃圾桶滿狀態(tài)仿真.5.3 故障檢查.5.4 實物測試 .5.4.1 實物組裝.5.4.2 系統待機上電測試.5.4.3 系統垃圾桶控制上電測試.5.4.4 系統垃圾

9、桶滿上電測試.結 論.致 謝.參考文獻.第一章第一章 引言引言1.1 研究背景與現狀研究背景與現狀由于現在人家的生活水平越來越好，科學技術不斷發(fā)展，大家的對生活的要求越來越高，大家都向往更好的生活質量，更好重視生活品質，尤其是對于居家生活更加重視，所以在這種形勢下，出現了很多關于環(huán)境衛(wèi)生的產品。在任何場所，垃圾無疑是最領人頭疼的事情，所以對于垃圾桶的管理是非常重要的，有必要設計一款智能垃圾桶產品。現在，很多領域對工作、制作、加工等環(huán)境衛(wèi)生都有要求。比如養(yǎng)殖、漁業(yè)、牧業(yè)、食品行業(yè)等眾多領域都對環(huán)境衛(wèi)生有要求。還有一些領域對環(huán)境衛(wèi)生的要求更加嚴格，比如鑄造行業(yè)、制造行業(yè)、汽車行業(yè)等。溫度的高低直接

10、回影響產品的質量，影響產品的壽命，不僅僅是對產品，環(huán)境衛(wèi)生的變化對人體也有一定的影響。1.2 課題研究內容課題研究內容課題為基于單片機的智能垃圾桶設計，可以實現智能垃圾桶控制。系統選擇單片機進行控制，首先對相關文獻進行分析，了解設計現狀，對系統的功能進行架構設計，設計出系統個功能連接關系架構圖，按照總分的結構對各個功能模塊進行方案設計，選擇最佳方案實現系統功能。方案確定后設計系統電路，對電路原理進行說明，按照電路連接方式進行軟件代碼設計，完成軟件設計流程邏輯圖，結合硬件對設計進行測試，不斷優(yōu)化軟件和硬件。完成系統設計。第二章第二章 系統方案設計系統方案設計2.1 系統整體方案設計系統整體方案設

11、計系統主要包括報警、垃圾桶狀態(tài)檢測、人體檢測、指示燈、垃圾桶控制以及主控制器。智能垃圾桶需要完成模塊方案選擇，為系統的各個功能選器件，智能垃圾桶的電路設計很重要，每個模塊之間的連接關系，以及各自的電路設計，再對軟件進行設計，對各個模塊的信號進行處理、判斷，通過軟件和硬件的搭配，實現智能垃圾桶。系統通過人體檢測信號，判斷如果有人，則控制垃圾桶打開，可以對垃圾桶狀態(tài)進行檢測，垃圾桶是否滿，并且通過報警提示。系統結構如圖 2-1 所示。人體檢測垃圾桶狀態(tài)檢測主控制器指示燈垃圾桶控制報警圖 2-1 系統結構框圖2.2 主控制器方案主控制器方案方案一：單片機作為系統核心的控制器，是其他所有模塊的連接樞紐

12、，設計選用 STC89C52。單片機內部有存儲模塊，內部的存儲模塊具有超長時間的存儲能力，單片機軟件設計時通過 MCS-51 指令完成的，此指令標準在很多器件上都可以使用，通用性很強。這款單片機的能耗也很小，在低功耗方面表現優(yōu)異，單片機內核是 51內核，現在很多單片機都是使用此內核，單片機是最基礎入門級 8 位單片機，在開發(fā)設計上也是最簡單的，此款單片機內部可完成 8K 的代碼量，如果代碼量超過了8K，還可以設計外圍代碼存儲方案，設計滿足所有設計需要。單片機在設計出廠后做了加密處理，后期產品中使用后，不會被盜取設計文件，通過任何技術手段也無法進行解密。單片機的執(zhí)行速度也很快，一般搭配的晶振是

13、11.0592Mhz 晶振，單片機的穩(wěn)定性很強，在很多復雜場景下都可以穩(wěn)定運行。此單片機最大優(yōu)勢就是成本方面，成本很低，這對于很多設計來說也是最重要的一點，所以這就是為什么在很多產品設計中可以看到它的聲影。方案二：選擇 MSP430 型號處理器，人們也把這種單片機叫做混合信號處理器，這種處理器集成了多種電路模塊，主要有三種電路模塊，第一種是模擬電路模塊，第二種是數字電路模塊，第三種是微處理器模塊。由德國德州儀器公司生產，1996年這種產品開始在市場上推廣，它是一種混合信號處理器，其指令精簡，功耗低。在一些便攜式的儀器儀表中，對這種單片機的應用比較廣泛。但利用這種單片機的開發(fā)的難度比較大，價格也

14、相當昂貴。因此，即使是在一些簡單的設計中，也不宜采用這種單片機。方案三：STM32F103RBT6 是 32 位處理器，是目前位數較高的單片機，一般在要求交稿的產品中只用，處理器內部有很多實用的配置，此單片機內部設計了數模轉換，這樣就不需要進行外圍電路的設計，節(jié)約了開發(fā)的時間成本，加快了項目的進度，器件的外接 IO 口數量較多，在一些大型的產品設計要求中比較合適，電源要求是 3.3V，功耗也較低，此方案最大的特點就是運行速度快，可以嵌入很多的算法，在很多具有圖像識別的場合使用也很多，對攝像頭數據的處理非常適用。方案選擇: 系統開發(fā)需要考慮成本問題，以及時間成本，方案 2 電源要求和系統電源不匹

15、配，需要進行電源轉換設計，所以時間以及費用成本都會增加，方案 3的利用率會很低，在本設計中不是非常合適的方案 1 可以實現整個系統的功能， 成本遠遠低于方案 1，所以選擇方案 1。2.4 報警方案報警方案聲音報警系統要求設計報警功能，選擇蜂鳴器實現報警功能，蜂鳴器能夠進行蜂鳴，完全可以滿足報警功能的需要。單片機通過一個接口就可以對蜂鳴器進控制。單片機通過 PWM 波就可以對蜂鳴器進行控制，實現報警功能。2.5 垃圾桶滿檢測方案垃圾桶滿檢測方案垃圾高度檢測方案選擇紅外對管模塊。紅外對管可以對障礙物進行檢測，發(fā)射管發(fā)出的紅外光如果有障礙物，則紅外光遇到障礙物反射回紅外接受關，檢測到信號，這樣實現垃

16、圾桶滿，以及人體檢測功能。2.6 人體檢測方案人體檢測方案人體檢測方案選擇紅外對管，和垃圾桶滿檢測方案一致。2.7 垃圾桶控制方案垃圾桶控制方案通過 ULN2003 對電機進行驅動，完成垃圾桶的開關控制，控制電機運行，進而控制垃圾桶的開與關。ULN2003 是專用的步進電機驅動器件，對于步進電機的驅動，經常會使用 ULN2003，此芯片在步進電機驅動方案中非常成熟，芯片結構由集電極開路組成，這樣芯片的驅動電流范圍很寬，可以搭配很多設備使用。第三章第三章 系統電路設計系統電路設計3.1 主控制器主控制器STC89C52 可以存儲 8K 的代碼量，對于大多數項目是夠用的，此款單片機在產品中使用頻率

17、很高，主要因為單片機的開發(fā)設計更容易上手，對于工程師而言難度較小。所以很多產品都使用它來作為主控制器方案。這對于產品的成本很有優(yōu)勢，而且時間成本也會大大減小。此款產品常用接口有 32 個，包括 P0、P1、P2、P3 四組接口，每組 8 個接口，這樣數量的接口對于大部分設計都可以滿足要求，而且有的 IO 口還配備有第二功能，既可以作為常用 IO，也可以作為特殊功能使用，比如P3.0 為串口通信的輸入端，P3.1 為串口通信的輸出端，P3.2 為定時器 0 的中斷信號輸入口，P3.3 為定時器 1 的中斷信號輸入口，這 4 個 IO 為特殊功能，也可以作為普通 IO 使用。單片機除了設計有普通

18、IO，還有一些必要的接口，單片機的運行必須有復位電路、晶振電路。單片機的 9 腳接單片機的復位電路，此引腳可以輸入有效得到復位信號對單片機的運行進行復位，單片機的晶振電路通過單片機的 18 腳、19 腳輸入時鐘信號。還有 31 腳 EA，此引腳的信號會覺得單片機的運行程序的位置，如果EA 不接或者接低電平，單片機會默認從芯片內部存儲模塊讀取運行程序，如果 EA接高電平，單片機會從外部讀取運行程序，這時 P0 口就會作為地址以及數據接口，作為程序讀取的通道。作為一款控制器，電源是比不可少的，40 腳為電源，20 腳為電源地。單片機最小系統電路如圖 3-1 所示。單片機可以運行代碼，必須要有晶振電

19、路的支持，每一句代碼的運行，每一條指令的運行。晶振電路不穩(wěn)定時，單片機的運行將會停止，甚至無法燒寫程序，所以晶振電路是比不可少的電路。單片機的定時器相關設計，都是建立在晶振的基礎上，定時器的時間計時，定時器初始值等，都需要晶振電路的支持，綜上所述，晶振電路的重要性可想而知。電路搭配的是 11.0592Mhz 的晶振，所以定時器的各項參數，都需要通過這個頻率進行計算，晶振是無源晶振，所以必須搭配兩個起振電容，沒有起振電容，晶振是電路無法工作。晶振電路中晶振對于起振電容也是有要求的，需要選擇 20 到 50pf 的電容，電容的種類也很多，選擇瓷片電容就可以，電容的選擇可以在數據手冊中找到相關的內容

20、，晶振電路的布局也必須離單片機的 XTAL0、XTAL1 越近越好，這樣避免過長，在晶振信號傳輸過程中引入干擾，造成系統不穩(wěn)定，單片機運行不穩(wěn)定，電容的布局需要在單片機的接口處，這樣晶振信號傳輸的過程中，到達單片機接口，通過電容進行處理，信號會更加穩(wěn)定，在晶振兩端串聯大小為 30pF 的電容，構成自激振蕩器，為單片機提供時鐘頻率。晶振電路很重要，但是單片機光有晶振電路還不行，復位電路同樣重要，復位電路，顧名思義就是復位，可以回到原位，對于電子系統而言，就是重新運行，單片機在啟動時會復位，叫做上電復位，也是因為復位電路提供了復位信號，同時設計的復位按鍵，可以通過按鍵進行復位，復位在系統調試時起到

21、了很關鍵的作用，在數據手冊中要求的復位信號持續(xù)時間為 5 毫秒，只要滿足要求，并且輸入到復位引腳腳，單片機就會復位。在設計調試時，尤其軟件調試，復位可以讓工程師了解軟件設計的問題所在，不光是在產品使用中起作用。電路見圖 4 所示。由一個 10K 電阻、一個 10uF 電容和一個開關組成復位電路。電容跟開關的連接方式為并聯，再串聯上一個電阻，復位電路的復位方式分為兩種：一種是手動復位；另一種是自動復位。手動復位運用到開關來進行實現復位；而自動復位則是運用電容充放電原理。然而電阻的電壓就會下降，電壓會減小。復位接口的電壓會下降。處理器的復位端就是低電平，處理器就會執(zhí)行復位動作。以下圖 3-1 是最

22、小系統電路原理圖。 P10P11P12P13P14P15P16P17P00P01P02P03P04P05P06P07P30P31P32P33P34P35P36P37P20P21P22P23P24P26P27XT1XT2RSTALEPSENGNDVCC10KR4Res230C2Cap30C3Cap10uC1Cap Pol112XT111.0592S2SW-PBVCCP1.0人T2人1P1.1(T2EX)2P1.23P1.34P1.45P1.5(MOSI)6P1.6(MISO)7P1.7(SCK)8RST9P3.0(RXD)10P3.1(TXD)11P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13

23、P3.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(WR)16P3.7(RD)17XTAL218XTAL119GND20P2.0(A8)21P2.1(A9)22P2.2(A10)23P2.3(A11)24P2.4(A12)25P2.5(A13)26P2.6(A14)27P2.7(A15)28PSEN29ALE/(PROG)30EA(VPP)31P0.7(AD7)32P0.6(AD6)33P0.5(AD5)34P0.3(AD3)36P0.4(AD4)35P0.2(AD2)37P0.1(AD1)38P0.0(AD0)39VCC40U1STC89C52VCC圖 3-1 單片機引腳圖3.2 垃圾桶滿（人

24、體）檢測電路垃圾桶滿（人體）檢測電路垃圾高度檢測方案選擇紅外對管模塊。紅外對管可以對障礙物進行檢測，發(fā)射管發(fā)出的紅外光如果有障礙物，則紅外光遇到障礙物反射回紅外接受關，檢測到信號，這樣完成垃圾桶滿信號采集，人體信號采集的原理也是此電路，電路如圖 3-2所示。Q19013GNDVCCOUT1人人人人人人R22.2kP1.7VCCR110k圖 3-2 垃圾桶滿檢測電路圖3.3 報警電路報警電路蜂鳴器實現系統報警功能，蜂鳴器的控制需要的電流比較高，單片機的 IO 口并不能滿足，需要外圍驅動電路的支持，三極管是最基本的驅動型器件，選擇 PNP 三極管 8550，三極管的發(fā)射機接電源，基極接電阻后接單片

25、機，集電極接蜂鳴器的正極，蜂鳴器負極接地，單片機控制三極管的基極就可以實現對蜂鳴器的控制。設計通過單片機的 P1.6 進行控制。驅動設計圖如圖 3-3 所示。GNDVCCBUZ1KAXIAL-0.3R312 B1S9013TO-092BJT1圖 3-3 蜂鳴器報警電路圖3.4 垃圾桶控制電路垃圾桶控制電路垃圾桶的控制由步進電機實現，驅動由 ULN2003 實現，步進電機對驅動電流要求比較高，ULN2003 的驅動電流范圍寬，所以比較合適，ULN2003 是專用的步進電機驅動器件，對于步進電機的驅動，經常會使用 ULN2003，此芯片在步進電機驅動方案中非常成熟。步進電機是 2 兩相四線，所以單

26、片機需要 4 個獨立接口進行控制，通過 P2.1 到 P2.3 連接，步進電機能否轉動是靠相序的通電順序，這就需要結合軟件實現，完成步進電機的控制，電路如圖 3-4 所示。IN11IN22IN33IN44IN55IN66IN77GND8COM9OUT710OUT611OUT512OUT413OUT314OUT215OUT116ULN2003U2ULN2003123456Motor1Header 6D1D2D3D4GND圖 3-4 垃圾桶控制電路3.5 指示燈電路指示燈電路系統還需要對各種垃圾桶狀態(tài)進行指示，所以設計了四路發(fā)光二極管，在垃圾桶的不同狀態(tài)、檢測狀態(tài)進行指示，垃圾桶在待機狀態(tài)下，D1

27、 亮，垃圾桶檢測到人分體，D2 亮，垃圾桶檢測到人體信號超過 2 秒，D3 亮，垃圾桶內垃圾滿，D4 亮，如圖 3-5 所示。 P10P11P12P13D11KR5VCCD21KR6VCCD31KR7VCCD41KR8VCC圖 3-5 指示燈電路第四章第四章 系統軟件設計系統軟件設計本研究中，其編程過程是利用來實現的。來源于美國，它是美國公司出品的，它是一個針對 51 系列單片機而開發(fā)的 C 語言編程系統。在單片機的編程中，主要有兩種語言，一種是匯編語言，另一種是 C 語言，C 語言在各方各面上都有明顯的優(yōu)勢性，比如說它的可讀性更強、功能更強大、結構更簡單、維護更方便。單片機C 語言編程更容易

28、學，更容易用。為廣大的軟硬件愛好者提供了一個完整的開發(fā)方案，它融合了一個強大的仿真調試器。如果在單片機編程中使用的是 c 語言編程，最佳的選擇軟件便是，即使是用匯編語言來編程，使用，也可以非常方便地進行仿真調試。4.1 主機軟件設計主機軟件設計主機軟件設計包括液晶顯示、蜂鳴器控制、無線數據接收、垃圾重量采集、垃圾高度采集。系統通過人體檢測信號，判斷如果有人，則控制垃圾桶打開，可以對垃圾桶狀態(tài)進行檢測，垃圾桶是否滿，并且通過報警提示。主機軟件設計流程圖見圖 4-1。 開開始始初初始始化化檢檢測測到到有有人人？檢檢測測到到垃垃圾圾桶桶滿滿？聲聲光光報報警警打打開開垃垃圾圾桶桶5 5S S未未檢檢測

29、測到到有有人人？關關閉閉垃垃圾圾桶桶結結束束Y YY YN NY YN NN N圖 4-1 系統軟件設計流程圖4.2 人體檢測軟件設計人體檢測軟件設計紅外對管可以對障礙物（人）進行檢測，發(fā)射管發(fā)出的紅外光如果有障礙物（人） ，則紅外光遇到障礙物（人）反射回紅外接受關，檢測到信號，這樣實現垃圾桶滿，以及人體檢測功能。 ，其軟件流程如圖 4-2 所示。 初始化開始是是否有人否5秒是否達到其他子程序是否圖 4-2 人體檢測流程圖4.3 垃圾桶控制子程序設計垃圾桶控制子程序設計垃圾桶的開與關通過步進電機實現。步進電機選擇的是 2 相四線制，四線分別為 1、2、3、4。當電機繞組通電時序為 1-12-2

30、-23-3-34-4-41 時為正轉，通電時序為41-4-34-3-23-2-12-1 時為反轉，所以可以判斷按鍵信號控制步進電機的轉動，如果是垃圾桶開，控制電機正轉，垃圾桶關，則電機反轉。軟件設計流程圖如 4-3 圖所示。 初始化開始是正轉數據其他子程序是否有人否反轉數據圖 4-3 垃圾桶控制軟件設計流程圖第五章第五章 系統測試系統測試5.1 軟件調試軟件調試本課題的設計是使用 Keil 公司研發(fā)的 uVision4 軟件編寫與調試程序。程序由C 語言組成。 我們的設計的系統作用要實現對垃圾桶的控制達到我們的預想值，并且在特定情況下報警。系統程序一開始初始化參數，判定按鍵是否按下，假如收到脈

31、沖信號，則進入按鍵處理步進電機進行驅動，沒有收到信號則定時器處理紅外數據是否到時，到時數據會進行計算，然后蜂鳴器判定是否報警，液晶顯示屏更新數據顯示，進入循環(huán)。系統的系統控制程序采用 C 設計，C 方便快捷，適用于單片機產品的設計。用于編程的軟件是 keill。當用 C 編程時，當數組下標超出界限時，只有程序員需要確認程序是否正確。軟件調試時，窗口會提示錯誤的地方，如果格式正確，則會提示0 erroe（s） ，0 警告（s）;確定程序正確后，可以將軟件下載到微控制器上測試按鈕，屏幕等。是否可以實現功能。還需要檢查它是否與微控制器的端口地址一致。關于單片機 C 軟件的調試，將提示語句中的語法錯誤

32、來糾正它。另一種思考軟件調試的方法是做出假設并使用程序的內容來設計關于錯誤原因的許多假設，以便可以更快地找到程序中不容易找到的錯誤。在犯錯時要小心不要引入新的錯誤。最后，根據軟件的執(zhí)行步驟，順序檢測程序的運行條件和結構，例如，主程序和子程序之間的關聯是否有錯，以及整個系統的運行要求是否為滿意。經過上述一系列步驟，整個軟件調試基本完成。然后，根據軟件實施步驟，逐一檢查程序的可行性以及程序附件是否符合項目要求。在調試過程中，發(fā)現按鈕信號表現出嚴重的抖動。在修改程序之后，延遲被去抖。上述情況基本消失。通過 Keil 編寫完代碼，編譯器編譯完成，生成可執(zhí)行文件 HEX，此文件可以燒錄到單片機，但在燒錄

33、之前，可以通過 Keil 對代碼進行簡單的調試，很多時候代碼編譯沒有問題，也可以生成可執(zhí)行文件 HEX，但是在邏輯以及設計思路上會有錯誤，也可能是某個電路控制錯誤，都有可能，所以借助 Keil 還需要進行一步一步調試。1：軟件代碼設計完成后，首先編譯必須沒有錯誤，警告可以有，邏輯錯誤需要通過調試修改，所以只需要編譯沒有錯誤即可，通過 Debug 模式進行調試，選擇菜單欄的 Debug，選擇第一項 Start/Stop Debug，啟動 Debug 模式。如圖所示： 圖 5-1 調試一2：選擇菜單欄的 View，電機 Watch Window，調出監(jiān)控窗口，如圖所示： 圖 5-2 調試二3：調出

34、監(jiān)控窗口，窗口如下圖所示： 圖 5-3 調試三4：在調出的監(jiān)控窗口中，可以添加想要觀察的變量，必須選擇 Watch1，然后點擊輸入欄，輸入需要監(jiān)控的變量名稱，啟動運行，就可以看到變量的變化是否和程序設計一致： 圖 5-4 調試四5：點擊調試，代碼運行可以進行單步調試，也就是按一下按鈕代碼運行一句代碼，如下圖所示： 圖 5-5 調試五6：通過工具欄的調試工具，控制代碼運行，選擇模式有單步、循環(huán)、跳出函數、全速等調試模式，安裝代碼的運行情況進行運行，監(jiān)控變量的變化。5.2 系統仿真系統仿真5.2.1 系統仿真界面系統仿真界面此節(jié)主要對系統電路在仿真軟件中進行繪制，完成仿真的前期準備工作，繪制出系統

35、整個電路圖。具體電路模塊包括單片機最小系統、數碼管顯示電路、指示燈電路、蜂鳴器電路、步進電機控制電路，由于仿真中沒有紅外對管，所以用按鍵代替。設計仿真界面如圖 5-6 所示。P20P21P22P23P20P22P21P23SPKXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/

36、A1427P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115U180C51C122pFC222pFX112MR110kC310uR2330R3330R4330D1LED-YELLOWD3LED-GREEND2LED-REDD4LED-GREENR53301B11C162B22C153B33C144B44C135B55C126B66C117B77C10COM9U2ULN2003A+88.8D5LED-YELLOW

37、D6LED-YELLOWR6100R7100R8100R9100Q1PNPR151kBUZ1BUZZER圖 5-6 系統仿真界面5.2.2 系統待機狀態(tài)仿真系統待機狀態(tài)仿真系統待機下，指示燈 D2 亮起。仿真如圖 5-7 所示。P20P21P22P23P20P22P21P23SPKXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A11

38、24P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115U180C51C122pFC222pFX112MR110kC310uR2330R3330R4330D1LED-YELLOWD3LED-GREEND2LED-REDD4LED-GREENR53301B11C162B22C153B33C144B44C135B55C126B66C117B77C10COM9

39、U2ULN2003A 0.00D5LED-YELLOWD6LED-YELLOWR6100R7100R8100R9100Q1PNPR151kBUZ1BUZZER圖 5-7 系統待機仿真5.2.3 系統垃圾桶控制狀態(tài)仿真系統垃圾桶控制狀態(tài)仿真通過開關模擬有人信號，開關關閉，單片機 P0.0 接收到低電平，表示有人體信號，指示燈 D3 亮起，同時單片機的 P2.1 到 P2.3 控制步進電機垃圾正轉，表示垃圾桶打開。仿真如圖 5-8 所示。P20P21P22P23P20P22P21P23SPKXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P

40、0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115U180C51C122pFC222pFX112MR110kC310uR2330R3330R

41、4330D1LED-YELLOWD3LED-GREEND2LED-REDD4LED-GREENR53301B11C162B22C153B33C144B44C135B55C126B66C117B77C10COM9U2ULN2003A-88.5D5LED-YELLOWD6LED-YELLOWR6100R7100R8100R9100Q1PNPR151kBUZ1BUZZER圖 5-8 垃圾桶開仿真5.2.4 系統垃圾桶滿狀態(tài)仿真系統垃圾桶滿狀態(tài)仿真通過開關模擬垃圾桶滿信號，開關關閉，單片機 P0.5 接收到低電平，表示有垃圾桶滿，指示燈 D4 亮起，蜂鳴器報警。仿真如圖 5-9 所示。P20P21P2

42、2P23P20P22P21P23SPKXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T01

43、4P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115U180C51C122pFC222pFX112MR110kC310uR2330R3330R4330D1LED-YELLOWD3LED-GREEND2LED-REDD4LED-GREENR53301B11C162B22C153B33C144B44C135B55C126B66C117B77C10COM9U2ULN2003A-0.08D5LED-YELLOWD6LED-YELLOWR6100R7100R8100R9100Q1PNPR151kBUZ1BUZZER圖 5-9 垃圾桶滿仿真5.3 故障檢查故障檢查目前大部分用的焊接方式都是智能機械手臂

44、焊接，手動焊接都不怎么用了。但是我們做設計的時候就會經常使用最初的手動焊接，而且焊接的好與壞代表著這個系統能不能正常使用。以下是焊接步驟：（1）開始焊接：先把焊接的位置清潔好，保持無塵狀態(tài)沒有雜物，,然后掰一下元器件的兩個腳不要連在一起不然焊接的時候影響我們作業(yè)。再之后在板子上的元器件上放上焊錫絲用電烙鐵去接觸，這個時候一定要注意電烙鐵不要接觸到其他元器件的腳，因為有很大幾率會焊到一起。（2）提高焊接溫度：用燒熱好的電烙鐵放在焊錫絲邊上讓它們自己慢慢熔化，冷卻之后融化后的錫絲會固定到元器件管腳上，在這個過程中一定要把握好電烙鐵的加熱時長和它的溫度，如果加熱過度會有很大幾率直接焊穿我們的板子，所

45、以大部分作業(yè)的時候調到 400左右，加熱個幾秒鐘，但是這不是適用于全部的電烙鐵，不同種類也要區(qū)別對待，按照電烙鐵自己說明書上的來。（3）清潔焊接面板：焊接結束之后，如果看到焊接的不好影響操作的或者有的是虛焊上去的，是一定要改回來的。這兩種情況的話第一種一般是錫焊的不夠多，坑坑洼洼不是很飽滿，這樣的只要在焊接點補補錫填的來看著很圓潤就可以了，但是也不要過多，因為多了會把相鄰的管腳連在一起。第二種虛焊就是焊的錫太多，多出來的都是虛的，要用加熱好的電烙鐵把冷卻的錫融化開來回的滾動把錫弄走，如果還是弄不掉就只好買個吸錫器吸走了。5.4 實物測試實物測試5.4.1 實物組裝實物組裝進行實物組裝時，首先需

46、要準備系統設計需要的元器件，制作工具包括烙鐵、焊錫等，對照電路圖，找到對應的器件進行布局焊接，焊接時安裝電路模塊進行焊接，焊接完成每一模塊電路都必須進行測試，保證電源不短路，沒有錫渣，防止信號短路，必須保證測量正常，才可以通電測試，任何一處的短路，或者接觸不良，都有可能燒壞電路。一定要一步一步進行測試，常見的異?，F象都要檢查明確，有正負極要求的器件，不可接反，否則將燒壞元器件。實物組裝焊接好之后，打開電源開關，電源指示燈是否正常，電源指示燈亮，這時可以對單片機燒錄代碼，代碼燒錄后，觀察系統狀態(tài)是否正確，驗證系統功能，之后可以進行其他功能的驗證，按照系統功能要求進行驗證。所有功能驗證完成后，實物

47、上電測試完成。整個硬件設計完成后，按照上述步驟，第一步是檢查電路板的工作狀態(tài)，然后檢查每個元件的工作狀態(tài)，是否處于工作狀態(tài)，是否有任何工作狀態(tài)。錯誤的運動條件。各個電線是否連接在正確的位置以及電流是否能正常流動。解決方案如下：使用萬用表檢查電容器，電阻器，電線等的狀況。檢查過程中發(fā)現問題，即單片機的引腳接觸不良。重復重新安裝后，再次檢查單片機是否正常運行。檢查時要小心。如果您不確定電線是否有任何問題，請將其短暫打開，然后快速觀察每個設備的溫度狀況。如果溫度瞬間升高，請立即中斷電源以防止損壞設備。然后使用萬用表根據剛找到的有問題的設備檢測連接問題。觀察接地端子是否接地。在整個硬件檢查正確后，啟動

48、信號波形測試。整個測試環(huán)節(jié)中最重要的工具是示波器。當示波器中出現的波形異常時，找出原因并發(fā)現紅外傳感器的波形失真。原因是波形不符合要求，波形整體向上移動。解決方案是添加一個上拉。電阻將波形恢復正常。最后一步是在線調試。在此過程中，它不是作為一個整體進行調試，而是分為幾個部分進行調試，以便更快地找到問題。在調試過程中，單片機系統存在問題，無法檢測單片機的運行。檢查，發(fā)現晶體振蕩器損壞，進入裝扮，再按上述步驟調試，整個單片機正常工作，調試部分結束。實物組裝如圖 5-10 所示，1 為紅外對管。2 為紅外對管。3 為指示燈。4 為單片機主控制器，5 為 ULN2003 步進電機驅動，6 為蜂鳴器提示

49、電路，7 為電源電路，8 為步進電機。圖 5-10 系統組裝5.4.2 系統待機上電測試系統待機上電測試實物組裝焊接好之后，就可以進行上電驗證，上電之前再次確認電源是否短路，通過萬用表進行測量，電源正常后，打開電源開關，電源指示燈是否正常，電源指示燈亮，這時可以對單片機燒錄代碼，代碼燒錄后，觀察顯示狀態(tài)是否正確，之后可以通過人機交互按鍵控制系統運行，驗證系統功能，之后可以進行其他功能的驗證，按照系統功能要求進行驗證。所有功能驗證完成后，實物上電測試完成。系統待機黃燈亮起，測試如圖 5-11 所示。圖 5-11 系統待機上電測試5.4.3 系統垃圾桶控制上電測試系統垃圾桶控制上電測試通過紅外對管檢測