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1、西安科技大学电控学院课程设计 第 1页 电控学院课程设计（论文） 课程名称：ARM嵌入式系统基础 题 目：基于ARM的智能垃圾桶设计 摘 要垃圾桶作为人类生活中的必需品，伴随着人类走过了每一个时代。随着生活水平的提高，人们对生活品质更为关注，智能垃圾桶应运而生。本作品主要由ARM最小系统和ULN2003芯片控制中心模块和步进电机驱动控制为主。信号检测电路模块、驱动电路模块、控制电路模块和显示电路模块四部分组成，是集机光、湿度、电于一体的科技新产品。作品通过红外感应器信号检测电路模块检测到探测范围内有人进入或者其他检测信号时，经过芯片控制中心模块的分析处理后启动控制电路模块做出相开盖、关盖等应动
2、作；垃圾进去垃圾桶时，通过温湿度传感器检测垃圾类别，显示电路模块也随之启动并显示投入垃圾的种类，同时也提醒人们要保护环境。本作品图文并茂，易识别，可自动打开桶盖和进行垃圾的固液体分类，减少卫生感染的隐患，能有效杜绝各种传染性疾病通过垃圾进行传播，为人们的健康提供了有力的保障。关键词：ARM最小系统 、热红外传感器、 温湿度传感器、步进电机目 录绪论-一课题设计要求-二课题设计目的-三课题设计原理及方案-3.1课设总原理-3.1.1 EasyARM2131最小系统-3.1.2步进电机原理-3.1.3热红外传感器原理-3.2系统总体方案-四课题设计硬件设计-4.1智能垃圾桶机的组成-4.2智能垃圾
3、桶工作流程-4.3硬件设计电路图-五课题设计软件设计-5.1软件设计流程图-5.2软件设计程序-结果及总结-致谢-附录-附录一（心得体会）-附录二（硬件电路图）-附录三（软件程序）-附录四（作品实物图）-参考文献 -绪 论现在，许多发达国家如美国、英国都致力于研究新型智能型垃圾桶，使垃圾桶具有多项智能型功能。本文提出了一种实用型智能垃圾桶的方案，这种垃圾桶能够调节开盖的角度，控制垃圾桶走近消费者、从功能方面更侧重于在生活细节上为消费者带来便利，卫生、环保、健康。传统的垃圾桶都是采用不封口，手打开或脚踩的方式打开桶盖投递垃圾，不但操作麻烦，而且很对人身体健康影响，对空气环境也不利。例如：1、垃圾
4、桶对垃圾的密封效果不好，导致垃圾桶附近异味较大，并且极易滋生细菌、寄生虫等，对人们的健康造成较大的危害。 2、现有的垃圾桶不能自动处理桶内垃圾，经常出现大量垃圾溢出垃圾桶的现象，影响环境卫生，造成污染，危害人们的健康。 3、现有的垃圾桶不能及时封装桶内垃圾，垃圾长时间裸露在外，环卫工人处理垃圾时与垃圾直接接触，增大环卫工人患病几率。4、许多人对于产生的垃圾没有合理分类，给环卫工人造成一定的工作负担。对于“智能垃圾桶”这个名词，相信大家已不陌生，现在市场上已出现一种技术成熟的智能垃圾桶产品。它能够在人的手或物体接近投物口一定距离时，垃圾桶自动开盖，等垃圾投入完毕，垃圾桶桶盖又自动关闭。虽然该产品
5、已不需用手直接接触垃圾桶桶盖，但要真正使垃圾桶实现智能化，这还只能算是第一步。由于这种垃圾桶的功能还比较单一，并且直接开关盖这一功能机械耗损程度较高，所以还有许多需要改进的地方。 为解决上述问题，经过多方调查研究，我们设计了一款具有对垃圾自动分类感应识别以及自动开合盖等功能的垃圾桶。垃圾桶可通过及时关闭桶盖，可以有效地抑制异味的散发以及病菌的传播。该垃圾桶自动打开后，可进行自动分类，从而可使该垃圾桶分成两类垃圾，有效地避免了垃圾种类混乱，不好处理的现象。该垃圾桶将垃圾自动分类后，可分别进入A或B箱，环卫工人直接从此两中收取垃圾。从而使环卫工人在处理垃圾时，减少了工作量，体现了人性化设计垃圾桶作
6、为人类生活中的必需品，伴随着人类走过了每一个时代。一、 课题设计要求1.用protel画出ARM最小系统及外围扩展电路。2.设计硬件部分，实现桶盖的自动打开，垃圾的自动分类。3.显示部分可用12864或者数码管，最好用上位机（VB或者Labvll仿真）。二、 课题设计目的通过红外感应器信号检测电路模块检测到探测范围内有人进入或者其他检测信号时，经过芯片控制中心模块的分析处理后启动控制电路模块，通过步进电机的转动做出开盖、关盖等应动作；垃圾进去垃圾桶时，通过温湿度传感器检测垃圾类别，步进电机正转是垃圾放入A箱，电机反转使得垃圾放入B箱，显示电路模块也随之启动并显示投入垃圾的种类，为人们带来便利
7、、卫生 、环保 、健康。三、 课题设计原理及方案3.1系统设计总原理本作品主要由ARM最小系统和ULN2003A芯片做驱动来实现。通过红外感应器信号检测电路模块检测到探测范围内有人靠进或者其他检测信号时，经过芯片控制中心模块的分析处理后启动控制电路模块，步进电机做出相应开盖、关盖等应动作；垃圾进去垃圾桶时，通过温湿度传感器检测垃圾类别，显示电路模块也随之启动并显示投入垃圾的种类。3.1.1 EasyARM2131最小系统EasyARM2131开发板是广州周立功公司设计的EasyARM系列开发套件之一，采用了PHILIPS公司基于ARM7TDMI-S 核、单电源供电、LQFP64封装的LPC21
8、31，具有JTAG仿真调试、ISP编程等功能。可进行GPIO的控制实验，如LED闪烁控制、键盘输入、蜂鸣器控制、模拟SPI等； 可进行外部中断实验，学习向量中断控制器(VIC)； 定时器控制实验，如定时控制LED、按键捕获输入、匹配比较输出等；使用RS232转换电路，完成UART通讯实验等。图1 EasyARM2131开发板功能框图3.1.2步进电机原理步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，其原理是通过对它每相线圈中的电流和顺序切换来使电机作步进式旋转。驱动电路由脉冲信号来控制，所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速。通俗地说:当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方
9、向转动一个固定的角度(及步进角)。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的。同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR)、永磁式步进电机(PM)，混合式步进电机(HB)和单相式步进电机等。3.1.3 热红外传感器原理这种传感器有三个引脚，其中标有“+”端是正电源，标有“”端是地，标有“OUT”端是输出引脚。当人靠近时，输出电压为3V，当无人靠近时输出电压为0V，电源工作电压为4.5-20V；感应角度为110；静态电流小于40uA；感应距离为1-5米。 这种检测模块的优点是本身不发生任何类型的辐射，一般手
10、机的电磁信号、照明等不会引起误动作。器件功耗小，价格低廉。缺点是只能测试运动的生物体，且容易受到较强热源、射频辐射干扰，当环境温度接近时，灵敏度会下降。实物如下图所示：图2-热红外传感器3.2系统总体方案本课题主要由ARM及其外围电路、红外检测电路、步进电机控制电路等组成。正常工作时,ARM循环检测红外检测电路输出信号，据此产生电动机控制信号，电动机带动桶盖运行，当系统检测到控制方式发生改变时，系统进入相应式。如垃圾桶在的控制方关闭盖子过程中遇到人或其他障碍物时盖子无条件朝相反方向打开。其原理方框图如所示。显示模块EasyARM2131最小系统 步进电机ARM外围电路电机驱动电路红外检测电路图3 原理方框图四、 课题设计硬件设计4.1智能垃圾桶机的组成：（1） 主控制器（ARM）：它是智能垃圾桶的指挥中心，通过内部编有指令程序的大规模集成块，发出相应指令，指挥步进电机系统工作；同时人们通过主控器调节桶盖的开启速度、开启幅度等参
