基于51单片机的室内智能垃圾桶设计

王智群 张婉晴 黄剑林 韦国全

摘 要：本项目以STC89C52RC为核心，红外传感器检测人们与桶盖的距离，单片机控制舵机实现自动开盖与自动关盖;语音模块对人们发出的指令识别，可以实现垃圾桶在短距离的移动，主动“收取”主人的垃圾，不仅解放主人的双手，还可以节约人们在去回垃圾桶的短距离移动消耗的时间。

关键词：STC89C52RC;红外识别;语音识别;智能垃圾桶

随着人们生活节奏的提升，人们对生活品质的有较高追求，传统的垃圾桶的问题也随之凸显。传统的垃圾桶多数是没有桶盖且桶壁多孔的非密闭环境，不能隔离垃圾带来的异味，且很大程度上为病毒繁殖与传播提供优良的环境。因此，人们迫切需要一个区别于传统的垃圾桶，在厨房，卫生间，办公室等室内不同环境下，不仅满足正常存储垃圾，垃圾打包的需要，还要解放人们的双手，节约日常宝贵的时间。因此一款智能垃圾桶应运而生，不仅自动识别人们的行为来控制桶盖的开与关，还能通过人们的语音指令进行自身的移动，减少人们的不必要的活动，便利人们的生活，还保证了环境的卫生。

1 系统整体设计

硬件结构由两大部分组成：垃圾桶和运载垃圾桶的小车。垃圾桶由STC89C52RC作为主控，由红外传感器，舵机，和按键和开关指示电路组成;运载小车由STC89C52RC作为主控，由语音模块和电机驱动模块组成。

（1）红外传感器。红外传感器放置在桶盖张开处前，呈环绕形状排列。在检测到人体距离桶盖及桶盖周围一定距离时，向主控芯片的IO口传送高电平，主控芯片根据IO口采集到的电平进行处理。

本项目采用E18-D80NK漫反射式红外光电开关传感器模块，它对自身周围的环境有很强的感应能力。这款漫反射式红外光电开关有发射管与接收管组成，而且在其红外光电开关的上部有可调电阻，可对反应距离进行调节。这款漫反射式红外光电快关输入电压在5V，电流100mA，感应距离在80cm以内，在机器人避障，流水线设计等自动化产品中广泛应用。

（2）舵机模块。舵机在本项目中放置在桶盖和桶身连接处，当检测到人们有扔垃圾的行为的时候，主控芯片驱动舵机进行打开盖子与关闭盖子、保持一定时间的角度控制等操作。舵机内部由直流电机，角度传感器，控制电路与齿轮等组成。舵机控制信号为20ms的脉宽调制信号，其中脉宽从0.5ms～2.5ms，对应舵盘位置从0～180度，呈线性变化。本项目的智能垃圾桶采用P1.5口来控制舵机的旋转角度。

（3）语音识别模块。运载小车上的语音识别模块对主人的指令进行识别，并根据指令来控制运载小车的运动。语音识别模块采用LD3320芯片，这款芯片是基于非特定人语音识别技术的语音识别声控芯片，它不需要用户进行录音训练，且支持最多50天关键词语识别，在51等MCU编程中，只需要简单的设置芯片的寄存器，芯片就可以识别特定的关键词语，操作对于其他芯片来说，简单好用。

（4）电机驱动模块。运载小车的主控芯片控制小车的行走，需要电机驱动模块对电机进行驱动。运载小车采用L298N驱动模块，L298N是专用驱动集成电路，属于H桥，输出电流为2A，最高电流为4A，最高工作电压为50v，可以驅动大功率的电机，电磁阀等。输入端可以直接与单片机相连接，方便单片机控制。在本项目中，完全满足项目需要。

（5）主控芯片。本项目采用STC89C52RC。STC是STC公司生产的一种低功耗、高性能的CMOS的8位微控制器，使用经典的MCS-内核，且相对应传统的51单片机，有很大性能上的提升。STC支持5v供电，和串口下载，可以外加晶振或者振荡器起振电路来给芯片起振。STC89C52RC采用高电平复位，需要一个10k左右的电阻和10uf的电容，即可对芯片进行初始化和复位操作。

2 软件设计

本项目是具有人体感应识别的自动开合盖垃圾桶和配套运载小车。垃圾桶桶盖周围的红外传感器检测到有人靠近时候，打开垃圾盖，如果检测到没有人在桶盖上面时候，垃圾桶盖就可以自动关闭，并为下一次开盖做准备。运载小车的语音模块识别到主人的指令的时候，进行移动，到有障碍物时候停下，主人再进行扔垃圾的操作。作为可以运行短距离的小车，在室内的狭小环境下，运行路线会很短，因此检测到障碍物即可停下。

3 结束语

智能垃圾桶很好的解决了人在扔垃圾的时候，与垃圾桶的零接触，只在扔垃圾时候才打开盖子，并且自动关闭盖子，垃圾桶与运载小车作为一个整体，提高了人们扔垃圾的效率，节约人们的宝贵时间，具有性能稳定，操作简单，成本低廉，智能化等优点，使大众用起来方便，提升了人们的生活质量。

参考文献

[1]黄冬梅，王树鑫.基于STM32单片机设计的非接触式电流检测控制系统[J].无线互联科技，2019，（01）.

[2]陈钊，邓利华.一种新型简易自动分类垃圾桶的研发[J].智能城市. 2016，（11）.