基于单片机的智能垃圾桶设计(32+WIFI+4G版)-设计说明书
电子校园网 编号：
M22004-04M-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STM32单片机，作为一款常用的微控制器，该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，通过HCSR04超声波测距模块，智能垃圾桶可以实时检测垃圾桶内的垃圾容量。当垃圾桶容量达到一定阈值时，系统会发送信号进行语音、短信等方式提醒用户及时清空垃圾桶，减少垃圾溢出的情况发生。其次，引入人体红外传感器，可以感知用户的接近，并触发相应的动作。当用户靠近垃圾桶时，人体红外传感器将检测到用户的存在，系统会自动打开垃圾桶的盖子以便用户投放垃圾。本次设计的智能垃圾桶结合了HCSR04超声波测距、人体红外、语音播报、WIFI和4G模块等关键技术，实现了垃圾容量检测、智能投放、语音提示和远程监控等功能，使智能垃圾桶更加智能化和高效化，为环境保护和可持续发展作出积极贡献。该智能垃圾桶具有较高的实用价值和推广潜力，在未来的城市智能化建设中具有重要意义。
关键词：单片机；4G模块；智能垃圾桶；WIFI模块
字数：11000+
实物链接：
基于单片机的智能垃圾桶设计(32+WIFI+4G版)-实物设计
开题报告链接：
基于单片机的智能垃圾桶设计(32+WIFI+4G版)-开题报告
仿真链接：
内容预览：
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 人体红外传感器
3.3 STM32F103C8T6单片机
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 显示函数流程设计
4.5 处理函数流程设计
5 实物调试
5.1 OLED显示实物测试
5.2 按键功能实物测试
5.3 自动模式下实物测试
5.4 WIFI模块实物测试
5.5 4G模块实物测试
6 仿真调试
6.1仿真总体设计
6.2超声波容量检测测试
6.3手动开关垃圾桶测试
6.4语音播报的测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
科技水平的不断提升,使城市化程度和人们的生活水平有了显著提高.生活垃圾越来越多,垃圾桶随处可见,但存在诸多问题,如扔垃圾需要手动翻盖,各种垃圾混杂在一起,导致垃圾回收难度大甚至造成资源浪费[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，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STM32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OLED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。该垃圾桶优化了垃圾收集和处理流程，通过实时监测垃圾容量和状态，可以及时通知相关管理人员进行处理。这不仅提高了工作效率，还减少了人力成本。此外，智能垃圾桶的使用可以降低垃圾混装和污染，最大限度地利用资源，推动环境保护和可持续发展。
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STM32最小单片机，HC-SR04超声波测距模块，人体红外模块，SG舵机、WIFI模块、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内剩余空间
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
6、可以通过WiFi连接手机，监测垃圾桶的状态
