羅杰斌，劉存香

(廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程系，廣西南寧 530023)

1 系統(tǒng)總體方案論證

人機(jī)交互式智能垃圾收集系統(tǒng)主控部分采用AT89S52單片機(jī)控制所有輸入輸出設(shè)備、實現(xiàn)電動機(jī)的啟停和正反轉(zhuǎn)控制、傳感器信號的采集和分析等等.并對所有的行程開關(guān)的通斷狀態(tài)進(jìn)行檢測處理.采用AT89S52單片機(jī)的控制系統(tǒng)，其優(yōu)點是工作電壓為直流5伏，工作電壓小、安全性好、外圍電路比較簡單.由于其I/O口比較多，因此控制靈活穩(wěn)定.本系統(tǒng)所用控制電路板為以單片機(jī)為核心的控制電路電路圖如圖1所示，該板由 AT89S52單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片unl2003、步進(jìn)電機(jī)、7805穩(wěn)壓塊行程開關(guān)、降壓電路組成.上下限位開關(guān)分別裝在活動蓋得上極限和下極限位置.當(dāng)紅外傳感器接收到反射回來的紅外線后便可輸出將變?yōu)榈碗娖?，單片機(jī)P1.4識別到低電平后將執(zhí)行相應(yīng)程序使P2.0～P2.3不斷的輸出脈沖送至驅(qū)動芯片的輸入端，當(dāng)驅(qū)動芯片輸入端有高電平時輸出為低電平，電源可經(jīng)步進(jìn)電機(jī)線圈再經(jīng)驅(qū)動芯片回到地，步進(jìn)電機(jī)線圈得電，由于驅(qū)動芯片可通過最大電流為500ma電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能轉(zhuǎn)子產(chǎn)生扭矩經(jīng)減速機(jī)構(gòu)傳到活動箱蓋.當(dāng)單片機(jī)的P1.2或p1.7受外部低電平觸發(fā)時單片機(jī)將使P2口復(fù)位輸出低電平，驅(qū)動芯片UN12003輸出將變?yōu)楦唠娖讲竭M(jìn)電機(jī)線圈兩端電勢平衡將停止轉(zhuǎn)動完成一個工作周期，此時單片機(jī)復(fù)位重新恢復(fù)到監(jiān)控狀態(tài)等待下一個工作周期.電路供電部分由市電220V電壓經(jīng)降壓線圈后降為低壓交流電，輸入二極管整流橋后輸出直流電壓，輸出直接并聯(lián)穩(wěn)壓二極管和濾波電容，電壓穩(wěn)定為直流12V可供步進(jìn)電機(jī)使用，單片機(jī)電源由穩(wěn)壓管7805提供.

圖1 控制電路Fig.1 Controlled circuit

1.1 控制器模塊的選擇

AT89S52單片機(jī)是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8 KB的程序存儲器(ROM/EPROM/Flash)［1］.使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容.片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器.在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52單片機(jī)為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案.

1.2 電機(jī)模塊的選擇

用步進(jìn)電機(jī)可實現(xiàn)活動蓋的精確定位和方向及速度控制.步進(jìn)電機(jī)是一種脈沖控制電機(jī)，它是一種能將脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，可廣泛用于無需反饋控制但要求有精確位置的場合［2－3］.

1.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊

步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，適合于單片機(jī)控制系統(tǒng)，其驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作，控制信號控制步進(jìn)電機(jī)的換相順序、轉(zhuǎn)向和速度.電機(jī)驅(qū)動電路采用芯片UN12003控制，一塊芯片可驅(qū)動一個四相八拍步進(jìn)電機(jī).芯片的4個輸入端接單片機(jī)的4個I/O端口，通過單片機(jī)內(nèi)部計數(shù)器的設(shè)置，以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使用很方便.

1.4 傳感器的選擇

紅外線感器是目前使用比較普遍的一種避障傳感器，通過調(diào)節(jié)可變電位器，使其檢測距離范圍在10～80 cm之間.該傳感器開關(guān)量輸出TTL電平.采用這種電路，能可靠地檢測左前方、右前方、前方的障礙情況，為成功避障提供了保證.為此選擇紅外線避障傳感器［4］.

1.5 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片

UN12003可以驅(qū)動兩相或四相步進(jìn)電機(jī)，可以直接用單片機(jī)的I/O口提供控制信號，通過UN12003控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向和速度.該驅(qū)動電路接線很簡單，也很容易控制，使用很方便.一個UN12003驅(qū)動一個電機(jī)的工作，本設(shè)計只要用到一個UN12003.驅(qū)動電路的四個輸入引腳分別接單片機(jī)的四個I/O端口，當(dāng)輸入腳為高電平時，相應(yīng)的輸出就是高電平，四個輸出端口則會驅(qū)動四相電機(jī)的換相動作.引腳高低電平轉(zhuǎn)化的頻率會直接影響電機(jī)的轉(zhuǎn)速.其轉(zhuǎn)速的規(guī)定是由一個高電平并延時一段時間，之后再給一個低電平，這樣電機(jī)的速度就由延時的時間決定.

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示.本系統(tǒng)主要由箱體、門蓋、運行軌道、齒輪減速機(jī)構(gòu)、內(nèi)箱、控制電路、傳感器等 7部分組成［5－6］.本系統(tǒng)具有自動模式和強(qiáng)制模式兩種模式.①自動模式:當(dāng)有人進(jìn)入垃圾桶監(jiān)控范圍內(nèi)時(約為1～40 cm)垃圾箱活動門蓋立即打開當(dāng)運動到下端極限位置時自動停止，整個開蓋時間為3s.再經(jīng)5s后垃圾箱活動蓋將會自動關(guān)閉，在關(guān)閉的過程中如果又有人想往箱內(nèi)仍垃圾此時活動蓋會自動終止關(guān)閉動作反向執(zhí)行開蓋動作.若人體一直靠近垃圾箱監(jiān)測范圍，則桶蓋一直處于打開狀態(tài)，直至人體離開監(jiān)測范圍后，延時5s自動關(guān)閉桶蓋.垃圾箱的內(nèi)箱設(shè)計成近似半圓的形狀將原點固定于外箱兩側(cè)，扳開內(nèi)箱即可將內(nèi)箱的垃圾倒出于普通垃圾桶相比清理垃圾更為方便快捷.②強(qiáng)制模式:由于斷電后垃圾箱將處于斷電時刻的位置所以垃圾箱開始(下轉(zhuǎn)第77頁)上電，系統(tǒng)強(qiáng)制執(zhí)行關(guān)蓋動作，以便使箱蓋重新處于初始狀態(tài)(閉合狀態(tài)).

圖2 系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡圖Fig.2 System institutions sketch

3 試驗結(jié)果

人機(jī)交互式智能垃圾收集系統(tǒng)研制完成后，對其可靠性和穩(wěn)定性開展了相關(guān)試驗.具體如表1所示.試驗結(jié)果表明，所設(shè)計的人機(jī)交互式智能垃圾收集系統(tǒng)能在人與垃圾箱10～40 cm距離內(nèi)，可靠識別并有效控制，開蓋時間基本穩(wěn)定在3 s內(nèi)，關(guān)蓋時間穩(wěn)定在5 s內(nèi).

表1 試驗結(jié)果Tab.1 Experiment result

4 結(jié)語

本文所設(shè)計的人機(jī)交互式智能垃圾收集系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)為控制核心，通過紅外傳感器接收發(fā)射原理，實現(xiàn)智能判斷垃圾扔入及垃圾蓋自動開啟、關(guān)閉功能.通過試驗證明，所研制的人機(jī)交互式智能垃圾收集系統(tǒng)具有很高的可靠性和穩(wěn)定性.

［1］劉存香，劉學(xué)軍.基于LabVIEW的差動電感式位移傳感器校準(zhǔn)裝置研制［J］.儀表技術(shù)，2008(10):68－70.

［2］張爾利，劉學(xué)軍，劉存香，等.基于虛擬儀器的壓阻式壓力傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)［J］.制造業(yè)自動化，2009(7):69－71.

［3］劉存香，何仁.電磁制動與摩擦制動集成系統(tǒng)測試臺架設(shè)計及試驗研究［J］.汽車技術(shù)，2012(1):51－55.

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［5］劉學(xué)軍，劉存香，韋志康.基于LabVIEW的電液伺服減振器綜合試驗臺的研制［J］.拖拉機(jī)與農(nóng)用運輸車，2009，36(5):87－88+93.

［6］張爾利，劉學(xué)軍，劉存香.多技術(shù)融合的車用傳感器與執(zhí)行器實訓(xùn)系統(tǒng)研制［J］.西部交通科技，2010，31(1):71－74+83.