基于单片机的智能垃圾桶的设计分解

石家庄经济学院信息工程学院电子信息工程专业

专业课程设计报告

题目基于Arduino的智能垃圾桶的设计姓名王彤

学号410109060209

班级4101090102

指导教师李明亮

2014年1 月8 日

要求：

1．指导教师按照课程设计大纲要求完成学生课程设计指导工作。2．课程设计任务书由指导教师照大纲要求填写，内容要全面。

3．课程设计报告由参加本学生填写。课程设计结束时交指导教师。4．指导教师要根据每一位学生课程设计任务完成情况，认真审核设计报告，并在课程设计结束时，给出客观、准确的评语和成绩。

5．课程设计任务书和报告要语言流畅，图表正确规范。

6．本表要用钢笔、圆柱笔填写或打印，字迹工整。

课程设计任务书

班级 4101090102 姓名王彤学号 410109060209 课程设计题目基于Arduino的智能垃圾桶的设计

课程设计起止日期 2013.12.23 至 2014.1.10 实习地点实验楼 106

课程设计内容与要求

设计任务：基于Arduino的智能垃圾桶

要求：

1.可以用遥控器控制垃圾桶的行走，并由人们实时随意控制；

2.垃圾桶在行进过程中可以躲避障碍物；

3.有人伸手扔垃圾时，垃圾桶盖自动打开，之后自动关闭；

4.圾桶内垃圾到达一定程度时，垃圾桶能自动发出提醒声；

指导教师：李明亮

2013 年 12月 23 日

注：此表可加附页

课程设计报告

一、设计原理与技术方法

（包括：电路工作原理分析与原理图、元器件选择、电路调试方法与结果说明；

软件设计说明书与流程图、软件源程序代码、软件调试方法与运行结果说明。）

1.智能垃圾桶的功能分析

为实现所有功能，需要一个控制中心，即主控单元，实时接收各方面信息并处理，然后发出指令，从而实现功能。

要实现无线遥控功能，需要一个外置的遥控器，垃圾桶主体还要设置一个信号接收的模块接受遥控的指令并把信号转换为电信号传输给主控单元，再由主控单元处理并发送指令，驱动发动机转动和控制轮子以改变方向。

而对于自动避障功能，需要设置一个避障模块和电机驱动模块，能够检测前方是否有障碍。若有，则发送电信号至主控单元，再由主控单元发送指令至发动机，从而停止行进。需要检测环境的功能还有自动开盖功能和自动提醒垃圾已满功能。自动开盖功能需要一个感应模块和一个轴承控制模块。如果有人体靠近，感应模块就发送信号到主控单元，通过主控单元控制轴承控制模块，打开垃圾桶盖。自动提醒垃圾已满功能需要一个测试模块和语音控制模块。桶内垃圾达到一定高度时测试模块就发送信号给主控单元，从而使语音控制模块发出提醒声。以上三个功能都需要传感器来检测外界环境从而判断是否发出信号给主控单元，实现其相应的功能。

1.1 设计方案的选择

以Arduino板作为控制中心的主控单元，为实现垃圾桶的智能化，还需要加入其他功能模块，分别与主控单元相连接，接收主控单元的命令从而实现其特有功能。需要的功能模块如下：

用于为各个模块供电的电源模块，其电源输出端分别连接上述各个模块的电源端；

用于接收遥控命令的无线信号接收模块；

用于避免障碍物的红外避障模块，用于测试垃圾高度的红外测试模块，用于自动感应人体靠近的红外感应模块；

用于驱动电机工作的电机驱动模块；

用于当垃圾桶内物品到达指定高度时，自动发出提醒声的语音控制模块。

用于当人体靠近时自动开盖的轴承控制模块。

1.2 设计方案的各模块关系框图及说明

遥控器B1

电源A

主控单元G

电机驱动模

块D 语音控制模

块E 轴承控制模

块F

红外测试模

块C2红外感应模

块C3

无线模块B2

红外避障模

块C1无线信号

图1 各模块关系框图

图1 各模块关系框图

各模块关系图如图1 所示，电源模块A 用于为各个模块供电的，其电源输出端分别连接所用到的各个模块的电源端。当使用时，首先通过遥控器B1发送命令，此命令通过无线信号传输给无线电模块B2，无线模块B2将信号处理后传送至Arduino 主控单元G ，由主控单元G 发送命令至电机驱动模块D ，垃圾桶按照命令，在电机驱动模块D 的驱动下实现前进、后退、左移、右移功能。在行驶过程中，距离障碍物20cm 处，垃圾桶可通过红外避障模块C1感应前方障碍物，此模块发送命令至主控单元G ，再发送给电机驱动模块指令，此时垃圾桶会向左或向右转弯，控制者可根据自己的方位对垃圾桶进行实时控制以使垃圾桶到达控制者附近，控制者向垃圾桶内扔垃圾，当手靠近垃圾桶时，垃圾桶可通过红外控制模块C3发送命令到主控单元G ，再由主控单元G 发送命令到轴承控制模块F ，使垃圾桶自动开盖，5秒后自动关盖。如果垃圾桶内物品装满时，可通过红外测试模块C2感应到垃圾桶内物品高度，如果桶内物品高度到达距桶盖5厘米处，红外测试模块C3可向主控单元G 发送命令，主控单元G 向语音控制模块E 传输命令，使得语音控制模块E 自动发出提醒声。

2. 智能垃圾桶设计器材的选择

由于时间及材料有限，我们仅利用红外避障模块和红外感应模块及Arduino 板模拟 了躲避障碍物，自动感应周围的人来自动开盖关盖的功能。所需材料如表一所示:

表一设计所需器材说明表

元件名称参考规格数量实物参考图Arduino开发板

Uno R3

一块

9V电池---- 一块

红外避障模块---- 三个

红外测距模块夏普GP2Y0D805Z0 一个

两个

无线遥控模块OPENJUMPER蓝牙模

块v2.0

红外感应模块HC-SR501一块