基于单片机的垃圾分类系统设计(32基础版)-设计说明书
电子校园网 编号：
M22005-02M-LW
设计摘要：
本文设计了一种基于32单片机的垃圾分类系统，旨在解决目前严重的垃圾污染问题。该系统利用了多种传感器和模块实现了对垃圾进行快速准确的分类。系统通过火焰传感器可以及时检测到垃圾中的火源，并触发相应的报警机制，避免了垃圾分类过程中的火灾事故发生；还加设了DHT11温湿度检测模块可以监测垃圾箱内的温度和湿度情况；同时运用HC-SR04超声波模块可以实现对垃圾箱内垃圾的填充情况进行检测，最后，通过声控模块，用户可以直接使用声音指令来控制垃圾分类系统的运行。本文设计的基于32单片机的垃圾分类系统结合了多种传感器和模块，实现了火灾预警、温湿度检测、垃圾分类检测以及声控操作等功能。该系统具有智能化、高效性和安全性的特点，能够有效地解决垃圾分类问题，为环境保护和可持续发展做出贡献。
关键词：单片机；垃圾分类；智能系统
字数：11000+
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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 DHT11温湿度传感器
3.3 STM32F103C8T6单片机
3.4 OLED显示模块
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显示屏显示检测实物测试
5.2 语音识别控制实物测试
5.4 垃圾桶开关功能实物测试
6 仿真调试
6.1仿真总体设计
6.2温湿度检测测试
6.3手动开关垃圾桶检测测试
6.4语音指令打开垃圾桶测试
6.5垃圾桶着火提示测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
随着城市化进程飞速发展,城市的垃圾越来越多,如果不进行合理的处理,垃圾所含有有害物质,会对人们的生产,生活产生极大地不良影响.当前的垃圾分类工作主要依靠人工进行，存在诸多问题。首先，由于人工分类受到主观因素的影响，分类准确率较低，容易出现错误分类的情况。其次，人工分类速度慢，无法满足大规模垃圾处理的需求。此外，传统垃圾处理方式还存在环境污染、资源浪费等问题。因此进行垃圾分类,可以降低污染的同时,实现资源再利用,故研究垃圾分类具有一定的社会应用价值[1]。
基于以上考虑，本次设计采用32单片机作为主控芯片，具有高性能和低功耗的特点，单片机可以实现对各种传感器和执行器的控制和协同工作，这大大提高了垃圾分类系统的智能化水平和可操作性。同时，系统集成了火焰传感器，可以及时检测到垃圾中的火源，火灾是垃圾处理过程中常见的安全隐患，一旦发生火灾，不仅会造成人员伤亡和财产损失，还会释放出大量有毒气体和污染物，对环境造成严重的破坏。因此，火焰传感器的应用可以有效避免垃圾分类过程中的火灾事故，保障人员和环境的安全。此外，还加设了DHT11温湿度检测模块可以实时监测垃圾箱内部的温度和湿度情况，当温度或湿度超过设定的阈值时，系统会自动发出警报提示，提醒相关人员及时处理垃圾箱中的问题。这可以避免因为温度过高或湿度过大导致垃圾腐臭和细菌滋生，从而减少环境污染和健康风险。最后，系统还配备有声控模块，用户可以通过声音指令来控制垃圾分类系统的运行。这种直观、简便的操作方式，使得系统更加易于使用和操作，提高了用户的参与度和垃圾分类的积极性。本次设计提高了垃圾分类的效率和准确性，降低了人工参与的成本和错误率，还有助于改善环境质量，推动可持续发展，创造更加清洁、美丽的生活环境。
1.2 国内外研究现状
近年来，智能垃圾分类系统的研究和应用在国内外取得了显著进展，在中国，随着对环境问题的日益重视，垃圾分类已成为广泛关注的话题。许多大学、科研机构和企业都在开展与垃圾分类相关的研究工作。首先，北京大学开展了一项关于智能垃圾分类系统的研究。他们提出了一种基于深度学习的图像识别算法，可以准确地对垃圾进行分类。他们利用卷积神经网络对垃圾图像进行训练，实现了高精度的分类效果。该系统已在实际环境中进行了测试，取得了良好的效果。此外，上海交通大学也在垃圾分类系统方面做出了一定的研究。他们设计了一种基于机器视觉和深度学习的智能垃圾分类系统。通过分析垃圾图像中的颜色、纹理和形状等特征，结合深度学习算法，实现了对垃圾的自动分类。该系统在实际使用过程中，准确率超过了90%。此外，中国科学院计算技术研究所也在智能垃圾分类系统方面进行了一系列研究。他们开发了一种结合了计算机视觉、机器学习和传感器技术的智能垃圾分类系统。该系统可以通过分析垃圾的外观特征和气味信息，实现对不同类型垃圾的准确分类。他们还利用物联网技术和云计算平台，实现了远程监控和管理垃圾分类系统。
胡振山，江振青，吕海燕（2021）介绍了以STM32F103ZET6为核心处理器,完成语音识别智能垃圾分类的功能.本系统由语音识别模块,微控制单元(MCU),舵机组成.语音识别模块实现对语音信号的采集,处理,并利用串口将处理后的数据发送到主控MCU,根据接收的数据驱动对应的舵机,打开对应的垃圾桶,从而实现智能垃圾分类的功能[2]。
苏世雄，马新华等（2022）设计并实现一种基于物联网的智能垃圾分类系统.该系统基于STM32单片机为主控制单元,利用LD3320语音识别芯片及SYN6288中文语音合成模块判断并播报用户所扔垃圾的分类,同时控制舵机打开/关闭相应的垃圾桶盖,利用HX711压力传感器实时监测垃圾桶的容载情况,并且通过Wi-Fi联网的方式将垃圾桶的容载情况上传至远程服务器,垃圾清洁员可以通过手机App等软件远程实时查看垃圾桶的容载情况,以此来提高垃圾的分类效果和垃圾清洁员的工作效率.实验结果表明:系统实现了语音识别,控制垃圾桶盖打开/关闭和远程查看垃圾桶容载情况,增强了垃圾分类的效果,提高了垃圾处理的效率,具有一定的实用性和社会价值[3]。
窦红真，丁楚童（2022）设计智能垃圾分类系统以单片机为控制核心,可以实现对金属垃圾,干湿垃圾分类,通过红外识别有无人员的到来,通过测距判断垃圾桶满度等.主要功能模块包括继电器驱动模块,红外感应电路,金属垃圾检测模块,湿垃圾检测模块,垃圾桶满度检测模块,蜂鸣器报警模块.LCD1602能显示当前垃圾分类的状态为干垃圾,湿垃圾还是金属垃圾.金属传感器和湿度传感器可以分别检测出金属垃圾与湿垃圾.确定是某类垃圾时,继电器驱动垃圾桶盖打开,同时蜂鸣器发出警报提醒进行处理[4]。
国外对智能垃圾分类系统的研究也取得了一些重要进展，美国康奈尔大学开展了一项关于智能垃圾分类的研究项目。他们将计算机视觉和机器学习技术应用于垃圾分类系统中，并且利用传感器收集垃圾箱的实时数据。他们还开发了一种基于深度学习的算法，可以对垃圾进行实时分类，并通过移动应用程序提供垃圾分类指导和反馈。
德国柏林自由大学也在垃圾分类系统方面做出了一定的研究。他们开发了一种基于机器视觉和人工智能的垃圾分类系统，可以实现对垃圾的实时识别和分类。通过利用深度学习算法，该系统可以自动将垃圾分为可回收、有害和非可回收等不同类别，并提供相关的处理建议。此外，日本东京大学也在垃圾分类系统领域进行了一系列的研究。他们开发了一种基于机器视觉和机器学习的垃圾分类系统，可以实时、准确地对垃圾进行分类。该系统还结合了自然语言处理技术，可以通过语音命令控制垃圾分类系统的运行。
Yuya M(2020)为提高垃圾分类的便利性提出了解决方案：终端设备包括：用于获取图像信息的输入单元;用于测量终端设备位置的定位单元;控制单元，用于生成垃圾分类确定请求，包括垃圾图像信息和终端设备位置信息;通信单元，用于将垃圾分类确定请求发送到服务器并接收垃圾分类响应;输出单元用于从垃圾分类响应中获取指示垃圾分类方法的图像信息，以组合并显示指示垃圾分类方法的图像和垃圾桶的图像。所述服务器包括：识别单元，用于从垃圾分类判断请求中获取垃圾图像信息和终端设备位置信息，根据垃圾分类图像信息获取垃圾分类名称，根据垃圾分类名称和终端设备位置信息获取垃圾分类方法， 并在垃圾分类方法的基础上获取指示垃圾分类方法的图像信息;一种图像识别单元，用于生成垃圾分类响应，包括指示垃圾分类方法的图像信息;以及用于将垃圾分类响应发送到终端设备的通信单元[5]。
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[6]。
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[7]。
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
本设计基于基于单片机的智能垃圾桶分类的系统软件。系统软件由STM32最小单片机，DHT11温湿度检测模块，火焰传感器，HC-SR04超声波测距模块和声控模块等，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、垃圾桶能够手动开盖、关盖，也可以根据语音指令自动开盖、关盖
2、当垃圾桶装满垃圾时，自动进行语音提示
3、能够实现简单的垃圾分类，根据投放者所说垃圾名称，语音模块将自动识别并显示其垃圾类型
4、显示屏显示当前垃圾桶是否已满，显示当前投放垃圾的垃圾类型
5、当垃圾桶着火时，自动进行语音提示
