Science and Technology &Innovation ┃科技与创新
2021年第07期
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自动排污阀文章编号：2095－6835（2021）07－0043－02
基于STM32的智能垃圾桶系统
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郭昌鑫1，郑祺文1，梁钰明1，巫坤铤2，周宇媚1，周卫星1
（1.广州理工学院电气与电子工程学院，广东广州510540；2.广州棒谷科技股份有限公司，广东广州510435）
摘要：为了使传统的垃圾桶更加人性化、智能化，提出了基于STM32的智能垃圾桶的设计方案。该系统以STM32单片机为核心的控制模块，采用人体红外感应模块感应人体开盖。当人体接近垃圾桶时，STM32单片机控制步进电机打开垃圾桶盖子，直至人离开后自动关闭盖子，最后由盖子内部的红外避障 模块检测垃圾高度，满桶时由蜂鸣器提示清理垃圾，系统还具备毒气报警、清除异味等功能。通过测试，系统功能稳定，其误差较小，具有一定的应用价值。
无机粘结剂关键词：红外感应；辅助感应；满桶报警；自动开盖中图分类号：TP311文献标志码：A
DOI ：10.15913/jki.kjycx.2021.07.0131引言
目前，随着智能垃圾桶制造行业的不断发展与成熟，其系统一般具备自动开关盖、装满自动报警、智能语音提示等功能。自动开关盖功能的实现一般是由人体靠近时垃圾桶感应到并由电动机驱动盖子开关，常见的人体靠近感应方式有声音传感器感应、超声波测距感应、红外避障感应以及人体红外感应等。
本设计主要以STM32系列单片机作为微控制器，采用人体红外传感器作为人体检测部件，外加超声波测距模块辅助感应，当人体经过时，人体发出的红外线经人体红外传感器检测后自动开盖并维持一段时间，人离开后自动关盖，系统还具备实时检测桶内垃圾高度、烟雾传感器检测毒气、负离子发生器清除异味等功能。2智能垃圾桶的系统结构2.1硬件结构2.1.1
步进电机
本系统采用的是五线四相的步进电机。步进电机控制系统一般包括三部分：控制器、驱动器及步进电
机主体。其控制器为STM32主控芯片，负责产生所需的速度轮廓；驱动器负责将脉冲信号放大为可以驱动步进电机的绕组电流（主控芯片的电流驱动能力弱，无法驱动电机旋转），而脉冲信号主要是通过单片机或者CPU 产生，电机的转速越高占空比越大，一般脉冲信号占空比为0.4左右[1]；步进电机主体负责产生磁场，旋转时带动盖子打开，该电机的转动速度则由脉冲的频率所决定，频率越快则转动的速度越快，但是当转动频率过快时步进电机会失步或丢步，即转的角度不够，或者原地不动。
2.1.2
人体红外感应模块
人体红外感应模块是控制装置的核心部件，主要功能是采集室内人体红外对象的活动情况[2]，它是基于红外线技术的自动控制模块，其灵敏度高、功耗低，当人进入感应范围时输出高电平，人离开感应范围时则自动延时关闭高电平，输出低电平。正常情况下，人体能够发出波长约为10μm 的红外线。这种人发出的红外线首先经过红外感应元件的菲尼尔滤光片，由滤光片对红外线信号实施增强，然后将增强信号聚集至能够感应红外线的感应源上[3]，当人进入感应范围后将电平变化信号传送给单片机后打开盖子。2.1.3
超声波模块
作为辅助盖子维持开启状态的模块，防止在丢垃圾时间过长造成人体红外传感器误判，提前由高电平变成低电平而盖子突然关闭。启动该模块时只需提供一个10μs 以上的脉冲触发信号，该模块内部将发出8个40kHz 周期电平并检测回波。一旦检测到右回波信号则输出回响信号。回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比。由此通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离。2.1.4
对苯树脂电源模块
供电模块原理如图1所示，由于本系统的硬件部分由三个电压等级的电源供电，即提供3.3V 电压给主控芯片、5V 电压给传感器、12V 电压给步进电机使用。其中供电系统的输入电压是12V ，由三节可循环充电的18650锂电池串联后提供，而3.3V 和5V 电压由LM25965稳压芯片稳压而得。2.2软件主要组成部分2.2.1
红外避障程序
当传感器检测到障碍物时，传感器输出由高电平变为低
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＊［基金项目］2020年广东大学生科技创新培育专项资金项目（攀登计划专项）（编号：pdjh2020b0851）；2020年国家级大学生创新创业训练计划项目（编号：202012668002X ）
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电平，因此，在正常没有检测到障碍物的情况下，为高电平，其扫描程序框图如图2所示。当检测到障碍物时输出低电平，此时打开蜂鸣器报警提示，直至低电平变为高电平后，
关闭报警（该扫描函数在盖上盖子后才被调用）。
图1供电模块原理图
2.2.2步进电机程序
步进电机的扫描程序框图如图3所示。扫描函数主要内
容是控制电机的正逆旋转和旋转角度大小。对于电机旋转角度的控制，可通过编写正反转码来控制转动的角度，其涉及到数字电路的循环码，同时步进电机还需要配置两个相应的定时器（一个定时1ms ，另一个用于产生脉冲）。实验发现，
如果将定时1ms 的定时器中断优先级设置为0级，用于发脉冲的定时器中断优先级设置为1级，即用于定时1ms 的定时器中断优先级高于用于产生脉冲定时器中断优先级，则会出现输出脉冲间断且丢脉冲的现象，步进电机运行不平稳产生抖动且定位不准[4]
。
图2红外避障扫描程序框图图3步进电机扫描程序框图
3实验结果与分析
系统调试时，首先制定一个系统的调试方案，先是软件调试：即先对本系统中的各个模块进行单独测试，包括对各个模块的软件部分的参数调试与参数分析，其次是将所有调试完的模块进行软件部分的整合，再进行整体的功能调试和
参数的改进。
其次是对硬件连接：根据各模块的大小和特定的安装位置，如红外避障传感器要安装在垃圾桶盖的内面，实现对传感器与障碍物的距离检测，然后对电路进行整体布局，包括各元器件的摆放位置，特别注意的是，不同模块的所需要的电压是不同的，比如主控芯片需要3.3V 电压供电；步进电机的输入电压不能过低，刚开始调试时只给了3.3V ，随后电机的旋转不正常，且当三节电池的剩余电量不足时，电机的旋转驱动能力出现不足的情况，导致无法正常开盖。智能垃圾桶实物如图4
所示。
图4智能垃圾桶实物图
4结束语
本文介绍了基于STM32单片机的智能垃圾桶设计方案和实现过程，系统以高性能STM32主控芯片、人体红外感应模块、步进电机等核心部件实现了垃圾桶自动开关盖、满桶报警和毒气报警等功能。最开
始筛选了几款不一样的单片机作为主控芯片，但经过对比之后，最终确定了使用功能强大的STM32为主控芯片。经过测试表明，该智能垃圾桶的反应速度快、系统的误差较低、功能稳定，具有一定的利用价值，在今后还可对本系统进行完善和改进，比如垃圾自动分类和自动倒垃圾的功能，这将对人们生活环境的保护具有一定的价值和意义。参考文献：
内衣生产［1］孙笑宾，吴其.步进电动机驱动器设计［J ］.计算机产品
与流通，2019（7）：79.
［2］王小虎，窦超萍，钟钦强.基于红外感应空调节能控制
器的设计［J ］.机电工程技术，2018，47（6）：62-63，131.
［3］郝磊.基于红外感应的简易自来水开关控制电路设计［J ］.
现代工业经济和信息化，2017，7（14）：26-28，31.［4］赵成龙，张春雷，陈龙.基于定时器的步进电机控制程
序设计［J ］.精密制造与自动化，2018（4）：30-32.————————
伴热管线
作者简介：郭昌鑫（1998—），男，广东潮州人，在读本科生，主要从事电气工程及其自动化的研究。
〔编辑：丁琳〕
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