编号：
M22004-02C-LW
设计摘要：
智能垃圾桶在当今社会中起着越来越重要的作用，可以引导人们养成良好的垃圾处理习惯，提高垃圾处理效率，减少对环境的负面影响。设计方案的核心部件是51单片机，作为一款常用的微控制器，51单片机具有强大的计算和控制能力，以及丰富的外设接口，非常适合用于开发物联网应用。首先，本次设计使用HCSR04超声波传感器来测量垃圾桶内部的垃圾容量，该传感器可以实时监测垃圾桶的填充程度，并将测量结果传输给51单片机进行处理。当垃圾桶的容量达到一定阈值时，51单片机将通过语音发送信号给用户或相关管理人员，提示垃圾需要及时清理；其次，我们将添加人体红外传感器，以便在有人靠近垃圾桶时自动打开盖子。这样能够方便用户投放垃圾，同时也减少了与垃圾桶接触的次数，提高了卫生性能。为了实现远程监控和管理功能，我们还将集成4G模块，通过4G网络，51单片机可以将垃圾桶的状态、填充程度等信息发送给云服务器。总的来说，基于51单片机的智能垃圾桶设计结合了多种传感器和功能模块，实现了垃圾容量监测、自动开盖、远程监控和语音播报等功能。它能够为城市垃圾管理工作带来了便利，未来的发展中，还可以进一步完善设计，使智能垃圾桶更加智能化和高效化。
关键词：单片机；4G模块；智能垃圾桶；语音模块
字数：12000+
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摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 显示方案的选择
2.4 容量检测方案的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 主控电路设计
3.2.1 STC89C52单片机
3.2.2 晶振电路和复位电路
3.3 液晶屏显示模块
3.4 DY-SV17F语音播报模块
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主程序流程设计
4.3 按键函数流程设计
4.4 处理函数流程设计
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 LCD显示实物测试
5.3 按键功能实物测试
5.4 自动模式下实物测试
5.5 4G模块提示实物测试
6 仿真调试
6.1仿真总体设计
6.2显示检测测试
6.3手动开关垃圾桶测试
6.4模式切换的测试
6.5自动模式下垃圾桶满状态测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
智能家居行业高速发展与垃圾分类政策并行的时代背景下,垃圾桶的用户需求正在发生改变.同时,随着场景时代的到来,以智能家居为核心的场景体验展现了未来生活的美好愿景.智能垃圾桶作为智能家居的组成部分,需要进行创新设计以满足用户和场景需求变化[1]。传统的垃圾桶无法满足对垃圾容量监测和管理的需求。因此，基于单片机的智能垃圾桶应运而生。
因此，本次设计的一个基于单片机的智能垃圾桶能够解决这些问题。它结合了多种传感器和功能模块，通过单片机的控制和处理能力，实现了垃圾容量监测、自动开盖、远程监控和语音播报等功能。具体来说，智能垃圾桶采用STC89C52单片机作为核心控制器。通过人体红外模块和超声波测距模块，可以检测到是否有人靠近垃圾桶以及垃圾桶的填充程度。独立按键可以用于打开垃圾桶和切换模式。同时智能垃圾桶还配备了LCD1602显示模块，用于显示当前垃圾桶的状态和填充程度。语音输出模块可以通过语音提示来提醒用户垃圾桶是否已满。舵机模块则用于控制垃圾桶的开盖和关盖动作。此外，智能垃圾桶还集成了4G模块，实现了远程监控和管理功能。当垃圾桶装满时，系统会通过4G模块向管理者发送短信提醒，以便及时清理垃圾。
这个选题的意义在于，通过设计基于单片机的智能垃圾桶，可以提高垃圾分类的准确性和效率，降低环境污染。智能垃圾桶的自动开盖和语音播报功能提升了用户体验，同时也激励用户积极参与垃圾分类行动。远程监控和管理功能可以提高垃圾处理的效率，并为城市垃圾管理工作带来便利。这些特点使智能垃圾桶有着广泛的应用前景和社会意义。总而言之，基于单片机的智能垃圾桶是当前社会对垃圾处理和管理需求的有效回应。它通过结合多种传感器和功能模块，实现了垃圾容量监测、自动开盖、远程监控和语音播报等功能，提高了垃圾分类的效率和准确性，降低了环境污染，并为城市垃圾管理工作带来便利。这个选题的研究对于改善城市环境质量和推动可持续发展具有重要意义。
1.2 国内外研究现状
智能垃圾桶作为近年来新兴的科技产品，吸引了国内外许多研究机构和企业的关注。在国内，智能垃圾桶的研究和开发工作已经取得了一定的进展。例如，清华大学的研究团队设计了一款基于物联网的智能垃圾桶系统，可以实现垃圾分类、垃圾容量监测和垃圾桶状态显示等功能。该系统利用嵌入式技术和传感器技术，通过物联网平台实现对智能垃圾桶的远程监控和管理。此外，国内的一些企业也积极推进智能垃圾桶的研发。比如，阿里巴巴集团联合合作伙伴推出了一款名为“云垃圾桶”的智能垃圾分类系统。该系统利用AI技术和云计算技术，对垃圾进行识别和分类，并通过智能垃圾桶实现自动开盖和自动分拣。该产品已经在实际使用中取得了良好的效果。
王智群，张婉晴等（2020）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[2]。
张宗帅，孙吉檀（2021）设计的智能垃圾桶控制系统采用STC89C52单片机核心,同时外围搭配红外检测模块,继电器驱动,金属检测模块,物体位置检测模块及蓝牙报警模块,以通过此系统能够准确判断用户和垃圾的所在位置,完成对垃圾的分类,以及桶内垃圾装满时可通过蓝牙报警给管理员提供信息,充分表现出现代家具的智能化和人性化[3]。
为了解决垃圾清理不及时,垃圾桶不能物尽其用的问题,孟心涛，赵富琦等（2022）设计了一个智能垃圾桶监管调控系统.系统采用物联网技术,以红外测距及重力感应器为主体,可以对桶内垃圾容量进行实时监控以便及时调派清洁人员.通过硬件与软件的结合完成通信互联监管调控系统,并对收集的数据进行分析,利用蚁群算法推测人流量和清洁车的最优路径,实现了在不增加垃圾桶的情况下,进一步削减清洁人员清理次数[4]。
在国外，智能垃圾桶也受到了广泛的关注和研究。例如，美国的一家创业公司设计了一款名为“Bin-e”的智能垃圾桶系统。该系统通过视觉识别技术和机器学习算法，可以对垃圾进行自动分类和分拣。该产品已经在多个国家的机场、办公楼和商场等场所得到了应用。此外，日本也是智能垃圾桶研发方面的先行者之一。日本的一家公司推出了一款名为“Smart Can”的智能垃圾桶系统。该系统利用传感器和控制器，实现了垃圾容量监测和自动开盖等功能。用户可以通过手机APP远程监控垃圾桶的填充程度，并及时接收到提醒。
为避免出现公共垃圾桶没有的到及时清理问题，请保持环境清洁并创造健康的环境。超声波传感器检测垃圾桶中的垃圾量。 Karthik M , Sreevidya L , Devi R N ,et al（2021）为城市卫生创建了一个低成本的嵌入式设备，允许网络服务器跟踪每条街道的位置。判断垃圾箱是否装满很简单。一旦液位达到某个预设的最大限制，信息就会自动发送到箱收集器。垃圾收集者将使用互联网访问他们的手机，并立即采取行动清理城市[5]。
Moore C R（2021）研究了一个垃圾桶;垃圾容器包括外壳、真空吸尘器、盖子、至少一个开盖装置、控制器和电源。在一些实施例中，垃圾容器包括碎纸机、语音命令单元、动力系统、用户显示器和容量传感器。垃圾容器为用户提供了一个改进的垃圾容器，能够使垃圾收集和处置变得更加容易和方便[6]。
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
本设计基于单片机的智能垃圾桶的系统软件。系统软件由STC89C52最小单片机，HC-SR04超声波测距模块，人体红外模块，SG舵机、4G模块和语音播报模块设计等，并具有单独的功能键控制模块一起形成。主要设计内容如下：
1、通过舵机实现垃圾桶盖的开关
2、通过超声波可以检测垃圾桶是否装满
3、通过红外传感器判断是否检测到人，当检测到人时，垃圾桶自动打开
4、可实现当垃圾桶装满时不自动打开当有人靠近时并且语音播报：垃圾桶已满。清理完成后，正常运行
5、当垃圾桶满时，可以通过4G向管理者发送短信
