智能全自动垃圾回收系统的设计

智能应用

0 引言

本论文设计了以STC15为控制的智能全自动垃圾回收系统，其由电机驱动模块、超声测距模块、红外循迹模块组成手机装置的主要硬件驱动部分，结合人体感应模块、OLED显示模块、WIFI通信模块组成系统。利用自身检测控制的形式，实现垃圾自动回收。

解决了垃圾异味的散发，提高环卫工人的效率，减轻环卫工人的工作压力。

1 控制系统框图设计

如图1为系统的框图设计。以STC15作为主控制芯片，垃圾收集装置利用人体感应模块实时检测并通过电机驱动模块控制直流电机实现桶盖开合；通过桶内的超声波探头对垃圾数量进行测量，超过设置阀值时，启动装在桶底部轮子上的直流电机，并通过红外对管检测运动轨迹是否偏移，循迹到垃圾处理装置处，垃圾处理装置接收收集装置的垃圾，并通过金属传感器对垃圾粗分类，重力传感器检测垃圾重量，并对垃圾进行压缩。两装置采用WIFI模块进行数据传输以达到协调工作。

2 硬件电路设计

硬件电路的设计要满足是高质量、安全性、简略性等。本主要控制-显示-反馈系统由设计组成有：按键控制电路、OLED显示模块、状态指示灯和报警模块组成。主要驱动系统由供电系统、滤波稳压模块、电机驱动模块、超声测距模块、红外循迹模块组成。通过WIFI通信模块进行数据通信。其中我们选取红外循迹电路和超声波测距电路进行说明。

■2�1 红外循迹电路设计

红外循迹电路是通过红外对管及LM339比较器实现，红外发射管的功率由限流电阻控制，红外接收管接收由地面漫反射的红外光，其接受灵敏度由R9可调电阻控制，调节同向输入端电压值，当比较器反向输入端电压大于同向输入端时，其输出端输出低电平。如图2

为红外循迹电路原理图。

图2 红外循迹电路

智能全自动垃圾回收系统的设计

吴华彬，戴丽华，钱梓峰，张磊

（苏州工业职业技术学院，江苏苏州，215104）

基金项目：江苏省大学生创新创业训练计划（201812686017X）。

摘要：本设计是基于STC15微控制器的智能全自动垃圾回收系统。本系统由垃圾收集装置和垃圾处理装置构成。垃圾收集装置通过人体感应模块实现桶盖开合控制，结合超声测距及红外循迹模块实现垃圾运输并通过WiFi与垃圾处理装置进行数据交换，垃圾处理装置通过WiFi 与垃圾收集装置进行数据交换，通过后台专有传感器数据确定垃圾属性实现第一级分类，借助垃圾收集装置的机械结构完成垃圾压缩-封口-推送-换袋一系列操作，整体设计集智能化，自动化及信息化于一体，清洁人员只需安置处理后已分装打包的垃圾，避免了与垃圾的直接接触，更加卫生，更加高效。

关键词：STC15单片机；超声波测距；循迹；WIFI通信；垃圾分类

图1 系统设计框图

DOI:10.16589/11-3571/tn.2019.07.014

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利用不同颜色的障碍物对红外光的反射能力不同。白颜

色对红外光的反射能力最强，黑色对红外光的反射能力最

弱。因此可以在地面张贴黑色循迹线，四组循迹灯一字等距

离排列，其循迹线宽度略大等于两个灯的距离，四个输出端

依次连接到单片机的P40-P43口，就可以通过对端口电平

确定是否出循迹线。

■2�2 超声测距电路设计

依据设计需求，进行超声测距模块的选取。由数据手

册可知，HC-SR04超声波测距模块可提供范围为2cm到

4m，精度为3mm的非接触式距离感测。模块由超声波发

射器、接收器与控制电路组成。当检测到Trig引脚接收到

至少10us的高电平，模块会自动发送8个频率为40kHz

的方波，同时监测是否有返回信号。当接收到返回信号即拉

低Ecoh引脚。如图3为超声测距接口电路。

图3 超声测距接口电路

发射控制脚（Trig）接单片机的P05口，接收脚（Ecoh）

接单片机的P36口。

3 软件驱动程序设计

按照智能全自动垃圾回收系统设计目标，要对系统软件

程序设计主要有以下几点，分别为：STC15初始化，WIFI

初始化OLED显示初始化，超声波测距检测程序，电机控

制程序，人体感应检测程序，循迹线红外检测程序等。我们

选取循迹线红外检测程序和超声波测距检测程序进行详细

的说明。

■3�1 循迹线红外检测程序设计

本系统采用红外对管进行对黑色循迹线进行检测。P40

为最左边的红外对管，P43为最右边的红外对管，当启动

循迹前进时，不断的检测P40-P43端口电平，如果只有

P41，P42为高电平就认为没有偏离循迹线，正常前进；若

只有P42为高电平，就认为微微向左偏离，右轮电机速度

减慢10；若有P42，P43为高电平，就认为严重向左偏离，

右轮电机速度减慢20；直到P41，P42为高电平；向右偏

离处理与向左偏离相同。若P40，P43全为低电平就是出了

循迹线，电机停止，并进行报警。

■3�2 超声测距程序设计

超声波是一种声波，具有一定的传播速度，可以测量

其传播时间并通过计算公式来获得当前与障碍物的距离。

在测距时，将HC-SR04发射引脚拉高20μs，然后超声波发

射器向某一方向发射超声波同时将定时器清零并启动定时

器，超声波在向前传播过程中遇到障碍物会立即返回回来，

若返回的声波被超声波接收器接收，会将接收引脚拉低，此

时定时器停止计时，定时器记下的这个时间t即为超声波由

发射到返回的总时长，代入声波在空气介质中的传播速度

340m/s，根据速度公式V=s/t；可以得到距离障碍物的距

离s=340t/2(m)。

图4 循迹线红外检测程序设计图

图5 超声测距软件程序设计流程图

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38 | 电子制作 2019年04月