周朝霞

(廈門大學嘉庚學院，福建 漳州 361305)

0 引言

隨著科技的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們越來越追求舒適、安全、節(jié)能、智能化的家居生活，而垃圾桶作為日常生活的必需品，越來越受到大眾關注[1]。

1 系統(tǒng)總體設計

本文設計的藍牙智能垃圾桶，以STM32F103C8T6單片機為主控芯片，外圍包括超聲波傳感器、紅外接收傳感器、HC05藍牙通信模塊、步進電機、直流電機、RGB燈。系統(tǒng)整體硬件框架如圖1所示[2-4]。

圖1 整體硬件框

2 系統(tǒng)功能和特色

(1)自動開關桶蓋功能：當扔垃圾時，無需接觸，超聲波傳感器自動感應人手，電機快速反應，迅速打開垃圾桶蓋；人手離開，延時20 s，垃圾桶蓋自動關閉。

(2)垃圾桶容量提醒功能：RGB三色顯示垃圾桶容量，當垃圾桶未滿30%時，顯示綠燈；當30%～70%時，顯示藍燈；當超過70%時，顯示紅燈。

(3)紅外遙控功能：用戶通過紅外遙控器控制垃圾桶的前進、后退、轉(zhuǎn)彎、開蓋、關蓋。

(4)手機藍牙控制功能：系統(tǒng)里嵌入HC05藍牙模塊，可遠程控制垃圾桶的移動、轉(zhuǎn)彎、自動開關蓋等功能，同時手機端也可顯示桶內(nèi)垃圾容量。

3 系統(tǒng)硬件設計

3.1 STM32單片機

智能藍牙垃圾桶采用意法半導體(ST Microelect ronics)開發(fā)的增強型微控芯片STM32F103C8T6為主控器，是ARM Cortex-M3的內(nèi)核，具有32位CPU、64 K的存儲器容量、72 MHz的系統(tǒng)時鐘、10×12 bit的模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D，片內(nèi)外設主要有存儲器(DMA)、電機控制脈沖寬度調(diào)制(PWM)和溫度傳感器[5]。最小系統(tǒng)電路如圖2所示。

圖2 最小系統(tǒng)電路

3.2 超聲波模塊

設計選用HS-SR04超聲波模塊實現(xiàn)桶蓋和物體的測距及桶蓋到桶底的測距，HS-SR04型超聲波模塊的工作原理是發(fā)送端發(fā)出超聲波信號后，以340 m/s的聲速向前面的目標定向發(fā)射，遇到障礙物后立刻反射回來，被HS-SR04型超聲波模塊的接收模塊接收。通過STM32單片機快速計算，按照“距離=時間×聲速”的計算公式，得出桶蓋與桶底之間的距離，實現(xiàn)垃圾桶容量的檢測。

3.3 藍牙模塊

本次設計使用HC-05無線藍牙模塊實現(xiàn)單片機和手機的無線通信，將其正常工作的頻段2.4 GHz ISM，GFSK作為它的調(diào)制方式。主控芯片STM32F103 C8T6單片機通過串口連接HC-05，安卓手機端自帶藍牙，通過手機App與單片機藍牙設備建立配對，藍牙模塊將接收的數(shù)據(jù)傳送給單片機，單片機處理后控制電機的運轉(zhuǎn)和桶蓋的開關[7]。工作原理如圖3所示。

圖3 藍牙工作原理

3.4 電機模塊

本設計選用L293D驅(qū)動芯片控制兩個獨立運轉(zhuǎn)的直流電機，該驅(qū)動芯片采用單H橋集成電路，具有很強的驅(qū)動能力和工作電壓高、輸出電流大、響應頻率高、穩(wěn)定性好等特點，一個L293D芯片有4個輸出端，能夠同時控制兩直流電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及停止[8]。

3.5 電源模塊

電源是整個硬件電路的重要組成部分,它為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的工作電壓。如圖4所示，使用兩節(jié)3.7 V充電鋰電池串聯(lián)給系統(tǒng)供電，供電電壓為7.4 V，因STM32外圍硬件模塊的工作電壓是5 V。為保證電源正常運行，選用LM7805穩(wěn)壓芯片對7.4 V的電壓進行降壓處理，將7.4 V電源電壓穩(wěn)定到5 V。電源模塊結構如圖4所示。

圖4 電源模塊

3.6 手機藍牙App

4 系統(tǒng)軟件設計

軟件設計方面，系統(tǒng)初始化設定參數(shù)，超聲波測距檢測垃圾桶用量并用不同顏色RGB燈指示，超聲波測距判斷是否需打開桶蓋和是否有紅外遙控信號或手機藍牙指令，單片機接收到指令做相應處理并控制執(zhí)行元器件做出反應。主程序流程如圖5所示。

圖5 主程序流程

5 結語

本文設計的藍牙智能垃圾桶實物如圖6所示，4輪驅(qū)動小車安裝在桶底，4個電機的正負極銅片通過杜邦線和桶內(nèi)底部的2個L293D驅(qū)動板連接，桶蓋下有1個超聲波傳感器，與主控單片機STM32F103C8T6相連，以測量垃圾桶的容量。垃圾桶的桶口安裝另一超聲波傳感器、紅外接收傳感器和1個RGB燈，該超聲波傳感器用來測量桶蓋上方物體距離，實現(xiàn)自動開蓋功能，紅外接收傳感器用來接收來自紅外遙控器的信號，實現(xiàn)紅外控制桶蓋的開啟與閉合、垃圾桶的前進后退轉(zhuǎn)彎，RGB燈用來提醒用戶垃圾容量。

圖6 自動開蓋