《智能家居分類垃圾桶硬件實(shí)現(xiàn)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《智能家居分類垃圾桶硬件實(shí)現(xiàn)（33頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、

智能家居分類垃圾桶 硬件實(shí)現(xiàn) 智能家居分類垃圾桶 摘  要 本文是通過以Keil5軟件與protues仿真軟件結(jié)合，對(duì)stm32單片機(jī)，sg90舵機(jī)和tcs3200識(shí)別系統(tǒng)等進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真，編寫代碼而設(shè)計(jì)一款智能家居分類垃圾桶。該智能垃圾桶具有以下的功能，當(dāng)垃圾進(jìn)入檢測范圍是立刻啟動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)檢測垃圾的種類，然后舵機(jī)動(dòng)作把垃圾倒入分類區(qū)內(nèi)，具有省去人工分類的勞動(dòng)力，直接進(jìn)入機(jī)械化的垃圾分類時(shí)代，可提高居民的生活效率，提高垃圾分類的準(zhǔn)確性的特點(diǎn)。 本次設(shè)計(jì)所用到的關(guān)鍵技術(shù)有以下幾個(gè)：采用了三原色識(shí)別技術(shù)幫助系統(tǒng)快速對(duì)顏色的信號(hào)采集，每一個(gè)濾光器都工作采集一遍，解決了識(shí)別中出現(xiàn)的顏

2、色漏缺現(xiàn)象，采用單片機(jī)PWM脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，是驅(qū)動(dòng)tcs3200和sg90舵機(jī)主要信號(hào)，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)主控功能，而且解決了單片機(jī)輸出信號(hào)可能與識(shí)別模塊采集的信號(hào)產(chǎn)生混亂的影響，采用了單片機(jī)內(nèi)的通用定時(shí)器多路輸出脈沖技術(shù)，幫助系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多臺(tái)舵機(jī)控制，這些技術(shù)都是能幫助整個(gè)系統(tǒng)順利完成垃圾分類的過程重要的技術(shù)支持，使得垃圾分類達(dá)到快速識(shí)別，快速動(dòng)作，系統(tǒng)穩(wěn)定的性能指標(biāo)。 關(guān)鍵詞：垃圾分類  智能化  PWM脈沖技術(shù) Smart home sorting bin Summary In this article, I designed a smart

3、 home sorting trash can by combining Keil5 software and protues simulation software to design and simulate the stm32 microcontroller, sg90 servo and tcs3200 recognition system, etc., and write the code. The intelligent trash can has the following functions. When the garbage enters the detection rang

4、e, the recognition system is immediately activated to detect the type of garbage, and then the steering gear acts to dump the garbage into the classification area, which saves the labor of manual classification and directly enters the mechanized garbage classification Times, can improve the efficien

5、cy of residents lives, improve the characteristics of garbage classification accuracy. The key technologies I used in this design are using the three primary color recognition technology to help us quickly collect the color signal, each filter works to collect it once, and solves the color leakage p

6、henomenon in the recognition. Use The single-chip PWM pulse width modulation technology is the main signal to drive the tcs3200 and sg90 servos, to achieve the main control function of the single-chip computer, and to solve the influence of the single-chip microcomputer output signal and the signal

7、collected by the recognition module may cause confusion The multi-output pulse technology of the device helps me realize the control of multiple steering gears. These technologies are all important technical supports that can help the entire system to successfully complete the process of garbage cla

8、ssification, so that the garbage classification can achieve rapid recognition, fast action, and stable system performance.. Keywords: waste classification, intelligence, PWM pulse technology 目錄         前言……………………………………………………………………………(1) 第一章 概述…………………………………………………………………(1

9、) 1． 1任務(wù)提出……………………………………………………………(1) 1．2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀……………………………………………………(1) 1．3 本畢業(yè)設(shè)計(jì)所做的工作……………………………………………(2) 第二章 工具介紹……………………………………………………………(2) 2．1 對(duì)所能用工具的簡介………………………………………………(3) 2.2對(duì)所選工具的較詳細(xì)介紹…………………………………………(3) 第三章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì).……………………………………………………(9) 3．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)…………………………………………………………(9) 3.2 系統(tǒng)全部模塊…………………………

10、…………………………（9） 第四章 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì).……………………………………………………(9) 4．1 整體形狀設(shè)計(jì)……………………………………………………(10) 4．2 單片機(jī)模塊………………………………………………………(10) 4．3 舵機(jī)模塊…………………………………………………………(13) 4．4 識(shí)別模塊…………………………………………………………(14) 第五章 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn).…………………………………………………………(15) 5．1 系統(tǒng)的流程………………………………………………………(15) 5．2 系統(tǒng)電路圖仿真…………………………………………………(16) 5．3 系

11、統(tǒng)PCB仿真……………………………………………………(18) 5.4 系統(tǒng)調(diào)試…………………………………………………………（19） 第六章 系統(tǒng)總結(jié)…………………………………………………………(22)           6．1 系統(tǒng)特點(diǎn)………………………………………………………(22)         6．2 系統(tǒng)不足及解決措施…………………………………………(23)         6．3 系統(tǒng)展望………………………………………………………(24) 參考

12、資料……………………………………………………………………(25) 致謝…………………………………………………………………………(26) 1 前言 第一章 概述 1.1任務(wù)的提出 隨著智能化科技的發(fā)展和改革開放以來居民生活質(zhì)量的提高，日常中居民生活活動(dòng)這些環(huán)節(jié)產(chǎn)生的垃圾類型也因此越來越豐富，所以城市里進(jìn)行垃圾分類可以將可回收垃圾轉(zhuǎn)化為其他一些能循環(huán)利用的生活用品或者以可回收垃圾制造而成的建筑材料。在生活中，伴隨著生活水平的提高許多人們開始享受物質(zhì)帶來的快感，開始購買各式各樣材料合成的生活用品，但同時(shí)也使得垃圾無處不在。如果可將這些垃圾劃分為不同的類別，分開處理不同種類的垃圾這樣

13、能使這些垃圾得到針對(duì)性的處理。在生活中能發(fā)生自身降解或者人工分解無害的垃圾其實(shí)很少的，如果將這些垃圾直接填埋可能產(chǎn)生很多的有毒物質(zhì)，垃圾堆埋場土壤產(chǎn)生嚴(yán)重的污染，以后都不能種植植物，如果滲入地下水系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致周圍的水源污染，動(dòng)物出現(xiàn)死亡的現(xiàn)象，更有甚者動(dòng)物因?yàn)轱嬘美廴镜乃椿蛘叱缘轿廴就寥浪N植的植物會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物體內(nèi)自帶病毒，這樣的病毒帶到人類的食物鏈上可能導(dǎo)致嚴(yán)重的流行病。所以進(jìn)行垃圾分類處理能有效的減少垃圾的危害性。分類好的垃圾還能按照不同種類加以再次利用，譬如餐廚垃圾可以作為堆肥再次生成肥料，無害的可燃燒垃圾可以拿去燃燒發(fā)電，可回收垃圾甚至可以做成建筑材料等等。這就是我國現(xiàn)階段大力推廣

14、垃圾分類的原因，貫徹我國科學(xué)發(fā)展觀的思路之一。 本文章通過對(duì)STM32F103單片機(jī)的功能研究分析,學(xué)習(xí)和分析舵機(jī)驅(qū)動(dòng)和識(shí)別硬件的工作原理和方法,研究出一款由STM32F103單片機(jī)及顏色識(shí)別傳感器組成的智能分類垃圾桶，這款智能分類垃圾桶主要是通過STM32F103所驅(qū)動(dòng)tcs3200顏色識(shí)別器識(shí)別出垃圾的顏色，并向單片機(jī)反饋?zhàn)R別信號(hào)，單片機(jī)處理信號(hào)后輸出的脈沖驅(qū)動(dòng)舵機(jī)的角度旋轉(zhuǎn)，將垃圾分類到其所在的區(qū)間，這樣就能完成一次垃圾分類的動(dòng)作。為了保證各方面不出問題，我們需要對(duì)STM32F103這單片機(jī)性能做好分析，并且保證tcs3200顏色識(shí)別器能做到最高準(zhǔn)確率的識(shí)別精度，舵機(jī)的動(dòng)作要保證把垃圾準(zhǔn)

15、確丟棄進(jìn)垃圾分類種類正確的區(qū)域。 1.2垃圾分類在國內(nèi)外的發(fā)展概況 在國外城市化水平很高的國家，垃圾處理的問題也更早的顯現(xiàn)出來，所以國外關(guān)注這些垃圾的問題比較早。國外的學(xué)者也在長時(shí)間的探討中制定了符和其國家國情的垃圾分類措施。例如我國的鄰居日本，他們是在垃圾的源頭進(jìn)行分類的控制，日本的家庭中都有四五個(gè)垃圾桶來進(jìn)行垃圾分類。這不僅靠的是居民的自覺性，還有日本不斷完善的法律體系，在長期的宣傳和教育的過程中形成的習(xí)慣。 還有就是巴西的拾荒模式，巴西政府因?yàn)榇罅康讓尤嗣裰荒芸孔冑u垃圾中可回收的材料來生存，那么創(chuàng)建拾荒者聯(lián)合社不僅給一些底層人民提供了生活的可能,也增加了社會(huì)的穩(wěn)定,當(dāng)然也為巴西的垃圾分類

16、回收貢獻(xiàn)了力量。 1957年7月12日，我國首都的《北京日?qǐng)?bào)》上有一篇文章就呼吁當(dāng)?shù)鼐用褚獙?duì)生活中產(chǎn)生的垃圾進(jìn)行分類回收，這是中國第一次提出了垃圾分類的概念。而且我國在那個(gè)時(shí)候因?yàn)椴艅偨▏?，處于?jīng)濟(jì)發(fā)展的初級(jí)階段，各個(gè)產(chǎn)業(yè)沒有迅猛發(fā)展，導(dǎo)致社會(huì)中物資的非常稀缺，居民們當(dāng)時(shí)的節(jié)約意識(shí)都引導(dǎo)他們將生活垃圾分開來裝袋，紙皮箱鐵這些可再次利用的垃圾都裝到專門回收這些垃圾的回收廠賣錢，補(bǔ)貼家用?？筛母镩_放以后，我國經(jīng)濟(jì)得到快速發(fā)展，居民需要的物資開始大量生產(chǎn)，生活用品食材甚至各種新型材料層出不窮，居民也因?yàn)榇罅肯M(fèi)購買各式各類的用品使得垃圾日益增多，使得我國環(huán)保方面面臨巨大的壓力。許多城市因?yàn)榘胪径鴱U，

17、沒有對(duì)垃圾進(jìn)行源頭處理，在直接垃圾填埋時(shí)有的垃圾無法進(jìn)行分解使得土地資源的流失。有的城市還干脆把工作重點(diǎn)轉(zhuǎn)向末端分類，指望靠著清潔工人的勞動(dòng)來分類，加重清潔工人的工作難度?；氐嚼诸愡@件事上來，居民在進(jìn)行垃圾分類過程中，其實(shí)只需要居民們把它們分別裝到不同的垃圾袋上，雖然有居民積極地執(zhí)行這樣的方法同時(shí)付出精力去記住這些習(xí)慣，但大部分卻為了減少勞動(dòng)而直接把垃圾丟放在一起，把這些工作寄托在別人身上去完成垃圾分類工作，直接享用社會(huì)福利改善的成果。久而久之，居民會(huì)自覺分類垃圾行動(dòng)就難以形成，致使垃圾分類行動(dòng)少部分人在努力工作分類，但大部分人都圖省事直接垃圾扎堆丟棄，使得工作進(jìn)展無法張開，無法真正落地。

18、這是限制我國垃圾分類開展的阻力。 這樣的情況下，設(shè)計(jì)出一款能自動(dòng)分類的智能垃圾桶，實(shí)現(xiàn)投擲垃圾即可自動(dòng)識(shí)別自動(dòng)分類的功能，能讓垃圾在源頭上就做好分類的處理，那么運(yùn)送到垃圾處理的末端環(huán)節(jié)是可以省下大量的人力物力來再次分類，可以加速資源的回收利用和減少垃圾二次的污染。而且有一款如此方便的垃圾桶，也更能讓居民們接受各城市垃圾分類的政策，學(xué)習(xí)和宣傳教育成本大大的減少。 1.3本畢業(yè)設(shè)計(jì)所做的工作   對(duì)于這次智能家居分類垃圾桶設(shè)計(jì)，是通過對(duì)國內(nèi)外相關(guān)理論的深入查閱和學(xué)習(xí)，充實(shí)理論功底，增加設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的可能性。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行各個(gè)環(huán)節(jié)的具體設(shè)計(jì)。隨后進(jìn)行制作，并查找相關(guān)網(wǎng)站與

19、分類資料，收集相關(guān)的資料和各地的政策 。 通過顏色識(shí)別和機(jī)械的配合完成垃圾分類，設(shè)計(jì)出一款體積小，速度快且能自動(dòng)分類的垃圾桶。不用出現(xiàn)人工分類垃圾而是轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑瘷C(jī)械化，由舵機(jī)的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)負(fù)責(zé)輸送垃圾，這樣的做法不僅將減少城市垃圾分類需要的大量的人力、物力和財(cái)力，還能讓居民們不用專門去學(xué)習(xí)垃圾分類的要求，將簡單便利的推廣進(jìn)居民的生活中，使得居民對(duì)分類垃圾這些要求或者動(dòng)作不再抗拒。 1. 設(shè)計(jì)整體形狀時(shí)，設(shè)計(jì)出符合放在家庭里家用垃圾桶的形狀。 2. 顏色識(shí)別時(shí)反饋給單片機(jī)的信號(hào)不應(yīng)與輸出的脈沖信號(hào)相沖突 3. 如何通過單片機(jī)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)舵機(jī)驅(qū)動(dòng)來控制擋板。 4. 實(shí)現(xiàn)按照垃圾顏色分類，對(duì)垃圾進(jìn)

20、行分別進(jìn)倉操作。 第2章 工具介紹 2.1所使用的的工具簡介： 本次設(shè)計(jì)所用到的工具是KEIL5軟件和 protues軟件，Keil5是一款非常適合學(xué)習(xí)使用的C語言開發(fā)編程軟件，Protues是我用來進(jìn)行硬件仿真，查找系統(tǒng)工作是否出錯(cuò)的軟件，當(dāng)然它的仿真結(jié)果給我啟發(fā)，能查從中找出系統(tǒng)的改進(jìn)之處。Solidwork是一款為機(jī)械設(shè)計(jì)而開發(fā)的視窗產(chǎn)品，是一種三維的CAD系統(tǒng)，使用這款軟件可以讓我們?cè)O(shè)計(jì)出來的機(jī)械結(jié)構(gòu)能夠3d可視化，查找出結(jié)構(gòu)不足之處。 2.2對(duì)所選工具的較詳細(xì)介紹 2.2.1 Keil 5 Keil是美國keil software公司針對(duì)51系列的單片機(jī)，為其設(shè)計(jì)包含c編譯器，宏匯

21、編，庫文件等，功能強(qiáng)大的仿真軟件,現(xiàn)在已更新到支持stm32f103系列的版本，它可以讓用戶定義密碼序列的全功能編輯器，匯編編譯與連接外部應(yīng)用程序的生成程序的功能，通過編譯項(xiàng)目生成的HEX文件，能讓單片機(jī)的編譯器識(shí)別出來并根據(jù)編碼好的程序執(zhí)行動(dòng)作。而且程序出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤時(shí)候，它會(huì)詳細(xì)的指出什么類型的錯(cuò)誤，在第幾行，怎么修改。 Keil 5使用方法： 打開keil5界面，如圖： 圖2.2.1 keil界面 上面是各種功能的快捷方式圖標(biāo)，如果我們建立新的工程就需要電機(jī)菜單欄里的project，如圖: 圖2.2.2 keil建立工程頁面 點(diǎn)擊new uvision project就能成功建立新的工

22、程，當(dāng)我們保存這個(gè)工程后，我們就進(jìn)入了單片機(jī)芯片型號(hào)選擇界面，這是根據(jù)我們所需要的來選擇，本設(shè)計(jì)選用的是stm32f103系列芯片，所以我們找到該芯片型號(hào)點(diǎn)擊確定就行了 圖2.2.3 建立工程中選擇芯片型號(hào) 當(dāng)我們選擇好芯片就可以進(jìn)行代碼的編寫，只需電機(jī)File先空白紙樣式的圖標(biāo)，就可以成功建立一個(gè)工程的文件，我們?cè)谏厦婢帉懙拇a就是該芯片能編譯的程序。這樣我們就能為我們的單片機(jī)編寫出驅(qū)動(dòng)程序和識(shí)別程序了。 圖2.2.4 為工程建立空白文件 2.2.2 Protues Protues是一款EDA工具軟件，它為我們?cè)谡J(rèn)識(shí)單片機(jī)，學(xué)習(xí)單片機(jī)，進(jìn)行單片機(jī)內(nèi)部電路辨別這些內(nèi)容帶來全方位的知識(shí)和視覺

23、支持，從畫寫電路布線圖，單片機(jī)燒入代碼，單片機(jī)和外部電路配合協(xié)調(diào)仿真，各個(gè)層面帶來最全面的功能。重要的是它包含了許多系列的單片機(jī)，51系列,ACR，PIC等，都可以在其庫元器件里找到，而且資源豐富的庫元器件里面還有示波器交直流電壓表這些工具，能讓開發(fā)者在軟件層面就能用來測試所設(shè)計(jì)的電路是否有出現(xiàn)錯(cuò)誤，這些功能疊加配合使用，廣受學(xué)習(xí)單片機(jī)，開發(fā)單片機(jī)的人員青睞和使用。而且從原理圖切換到PCB也只是鼠標(biāo)點(diǎn)擊一下這么快速，支持自動(dòng)布線，還能進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真來查找問題，避免設(shè)計(jì)出來錯(cuò)誤的版圖。能在設(shè)計(jì)階段就能完善所有的誤差。 Protues的使用：   首先我們打開Protues是這樣的界面，

24、如圖： 圖2.2.5 protues界面   點(diǎn)擊上面的文件新建文件輸入好名稱，設(shè)置好選項(xiàng)后進(jìn)入設(shè)計(jì)電路圖，如圖： 圖2.2.6 為工程命名 圖2.2.7 選擇是否創(chuàng)建原理圖 圖2.2.8 建立工程總結(jié) 完成這些步驟，進(jìn)入的設(shè)計(jì)頁面，點(diǎn)擊上面的元器件庫或者按P鍵召喚出選擇元器件頁面，如圖： 圖2.2.9 元器件庫選擇界面 左側(cè)就是本次設(shè)計(jì)我選用的硬件元器件，接下來我們就可以設(shè)計(jì)電路和對(duì)電路進(jìn)行仿真了。 第3章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)  垃圾桶整體設(shè)計(jì)如圖所示，分為了識(shí)別模塊區(qū)域，舵機(jī)模塊區(qū)域，垃圾分類區(qū)域。下方的分類區(qū)代表著紅藍(lán)綠三種垃圾的分開存放，避

25、免污染，符合設(shè)計(jì)理念。舵機(jī)模塊包含著垃圾停放，垃圾輸送的功能，我把分類的動(dòng)作簡易化，直接集成在舵機(jī)模塊上面，這樣這塊擋板既是識(shí)別模塊所能識(shí)別到的區(qū)域，也是和別完成后，舵機(jī)運(yùn)送垃圾的工具。識(shí)別模塊因?yàn)槭艿狡浔旧硇阅苡绊?，所以需要放置在離垃圾投擲口最近的地方，這樣垃圾一旦投擲進(jìn)來，識(shí)別模塊馬上開始運(yùn)作。 3.2 系統(tǒng)的全部模塊 當(dāng)然，垃圾桶整體系統(tǒng)還包括如下的模塊： 圖3.2.1系統(tǒng)各部分圖解 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體包括垃圾檢測模塊，單片機(jī)控制模塊，舵機(jī)模塊，分別對(duì)應(yīng)tcs230傳感器，stm32f103單片機(jī)，sg90舵機(jī)。輔助模塊是為了增加系統(tǒng)的功能性而設(shè)計(jì)的，比如能增加一個(gè)屏幕顯示，垃圾測滿這些功

26、能。補(bǔ)光模塊是為了能在黑暗的環(huán)境下仍能保持識(shí)別精確度。 第四章 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì) 4.1整體設(shè)計(jì)  智能分類垃圾桶作為家庭里的一種日用品，其模型不應(yīng)過大也不應(yīng)該過于笨重。所以對(duì)于垃圾桶的形狀的設(shè)計(jì)顯得尤為重要，很長一段時(shí)間里垃圾桶都是以塑料作為原材料來制成的，因?yàn)樗芰鲜且环N輕量且強(qiáng)度高、內(nèi)部的化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定而且價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)可以運(yùn)用在許多生活甚至工業(yè)場景里面，但是它的缺點(diǎn)也很明顯，不可分解處理起來異常麻煩，填埋時(shí)間長久會(huì)對(duì)我國土壤造成傷害，焚燒生成的有毒氣體會(huì)對(duì)空氣質(zhì)量，周圍生物造成巨大的影響。本設(shè)計(jì)因?yàn)槭秦瀼貒掖罅ν苿?dòng)垃圾分類的理念，也算是實(shí)現(xiàn)科學(xué)發(fā)展觀的思路之一，為了環(huán)保事

27、業(yè)，我選擇使用一種環(huán)保的材料可降解塑料。用乳酸作為原料通過其他材料配合聚合而成的聚乳酸（PLA）就是一種可再生降解材料，僅僅靠環(huán)境中的微生物配合光線的作用就能分解成二氧化碳和水，不污染環(huán)境的環(huán)保材料。它是由玉米，番薯這些含有淀粉的可再生植物所提取的淀粉原料制成。下一步將這些淀粉通過反應(yīng)生成一種糖類，乳酸就是這種糖配合一些特定的菌種發(fā)酵反應(yīng)制作成，最后一步乳酸進(jìn)入化學(xué)反應(yīng)倉，經(jīng)過一系列變化合成制作而成聚乳酸。而且使用聚乳酸制成的外殼不僅輕而且物理性能優(yōu)良，抗摔不易損壞。 我所設(shè)計(jì)的智能垃圾桶硬件主要包括舵機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置、單片機(jī)系統(tǒng)、顏色識(shí)別硬件這部分組成。因此設(shè)計(jì)出的智能垃圾桶應(yīng)滿足一下幾個(gè)要求：

28、1.垃圾桶的整體形狀應(yīng)該緊湊能做到放在家里的體積大小，太大會(huì)對(duì)生活造成不便，過小會(huì)讓垃圾很快裝滿不實(shí)用，而且垃圾桶需要環(huán)保耐用而且對(duì)衛(wèi)生做好保障。 2.垃圾桶的識(shí)別速度應(yīng)該快速，以防止垃圾無法及時(shí)分類造成堵塞。 3.垃圾桶分類過程應(yīng)該準(zhǔn)確且干凈，舵機(jī)動(dòng)作應(yīng)該穩(wěn)定不抖動(dòng)。 4.2單片機(jī)模塊    根據(jù)本設(shè)計(jì)的實(shí)際需求，我們所需要配的單片機(jī)不需要有太多的功能但也不能選擇處理速度慢或者信號(hào)有沖突的機(jī)型，我們小組匯總找到一款單片機(jī)型號(hào)為STM32F103的中低端的32位ARM微控制器，它擁有168MHZ工作頻率，內(nèi)部電路芯集成高速存儲(chǔ)器，具有許多 I/O 端口為與外部硬件提供增強(qiáng)

29、型的信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)和一些輔助性的外設(shè)連接到外部總線。具有高性能，廉價(jià)，功耗低的特點(diǎn)，在嵌入式領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，對(duì)于一些微型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系，stm32嵌入式系列一直是首要選擇。 當(dāng)然也有很受新入門開發(fā)者喜愛的Ardunio，他是開源的芯片平臺(tái)，Arduino是非常適合新手上手使用一款開發(fā)芯片，因?yàn)樗惺褂玫綆旌瘮?shù)API等封裝在存儲(chǔ)器內(nèi)，，函數(shù)和語法簡單易懂，使用者可以直接調(diào)用庫函數(shù)進(jìn)行編碼使用，雖然有損執(zhí)行效率，但是在開發(fā)者對(duì)程序的理解、結(jié)構(gòu)、組織上非常方便。 綜上所述，我們小組經(jīng)過討論選擇單一功能更加有效率的STM32F103，因?yàn)槲覀兯枰獑纹瑱C(jī)為我們所做的事情就是為舵機(jī)輸出脈沖和處理顏

30、色識(shí)別器所識(shí)別的顏色程序。               圖4.2.1 Stm32f103圖片                 圖4.2.2 stm32f103在protues內(nèi)的圖片 那么stm32f103怎么驅(qū)動(dòng)舵機(jī)進(jìn)行角度變換呢？我們需要用到stm32內(nèi)定時(shí)器的特殊功能，讓定時(shí)器發(fā)出單脈沖信號(hào)，這是通過我們?cè)O(shè)定的一次事件或者動(dòng)作發(fā)生后，形成一段有寬度的信號(hào)。通用定時(shí)器是一個(gè)可編程驅(qū)動(dòng)，預(yù)分頻，有16位自動(dòng)裝載計(jì)數(shù)器搭配形成的一個(gè)功能塊，它

31、可以自動(dòng)測量出輸入輸出脈沖的寬度大小，也可以根據(jù)開發(fā)者自定義一種固定寬度的脈沖信號(hào)輸出到外部電路，也有定時(shí)中斷這樣的高優(yōu)先級(jí)功能，它是支持向上下同時(shí)技術(shù)的模式，例如向上計(jì)數(shù)是只從零開始一步一步加載到設(shè)定值，要么最終溢出發(fā)生中斷，要么達(dá)到指定值發(fā)生中斷。使用通用定時(shí)器我們第一步需要給定時(shí)器使能，使其啟動(dòng)，初始化定時(shí)器并配置好我們想要輸出脈沖的形狀。在寄存器中設(shè)定一個(gè)值或者說往寄存器里植入一個(gè)數(shù)，定時(shí)器剛開始時(shí)輸出一般都是低電平，當(dāng)通用定時(shí)器開始計(jì)數(shù)，一步一步往上加時(shí)，只要計(jì)數(shù)的數(shù)量小于寄存器里的數(shù)值時(shí)，此時(shí)輸出的是低電平，當(dāng)計(jì)數(shù)器的讀數(shù)超過寄存器的數(shù)值時(shí)，馬上輸出高電平，計(jì)數(shù)器還會(huì)繼續(xù)讀數(shù)到某個(gè)

32、最值，它因?yàn)闀?huì)溢出所以計(jì)數(shù)器重新回到0，輸出為低電平，開始下一輪的計(jì)數(shù)，此時(shí)就產(chǎn)生了一個(gè)完整的PWM信號(hào)。因?yàn)橄旅鏁?huì)提到的SG90舵機(jī)能直接收社識(shí)別PWM脈沖信號(hào)，所以STM32會(huì)直接將這產(chǎn)生的信號(hào)輸出給SG90舵機(jī)，舵機(jī)接收信號(hào)后開始動(dòng)作。 以上是使用STM32F103控制單個(gè)舵機(jī)的實(shí)際過程，但本設(shè)計(jì)因?yàn)樽R(shí)別傳感器的原因需要使用兩個(gè)舵機(jī)，所以我設(shè)計(jì)同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)舵機(jī)的辦法是，通用定時(shí)器它是具有多路輸出信號(hào)這種功能的，我們可以編程向這些通道使能，修改不同通道的寄存器的數(shù)值。通過以下的代碼啟動(dòng)了通用定時(shí)器4路輸出，改變內(nèi)部寄存器的值，就能同時(shí)向兩個(gè)舵機(jī)分別發(fā)出驅(qū)動(dòng)其動(dòng)作的寬度脈沖了。 TIM_Ha

33、ndleTypeDef TIM3_Handler;         //定時(shí)器句柄 TIM_OC_InitTypeDef TIM3_CH1Handler;     //定時(shí)器3通道1句柄 TIM_OC_InitTypeDef TIM3_CH2Handler;     //定時(shí)器3通道2句柄 TIM_OC_InitTypeDef TIM3_CH3Handler;     //定時(shí)器3通道3句柄 TIM_OC_InitTypeDef TIM3_CH4Handler;     /

34、/定時(shí)器3通道4句柄  這種多路通道輸出較低頻率的PWM時(shí)，我們需要注意一個(gè)比較關(guān)鍵的問題，中斷服務(wù)函數(shù)，這個(gè)函數(shù)是關(guān)鍵，當(dāng)有觸發(fā)中斷情況時(shí),例如某個(gè)通道寄存器的值已經(jīng)超過了該通道的比較值，那么中斷會(huì)發(fā)生，判斷哪個(gè)通道觸發(fā)這次中斷，接著會(huì)讀取該通道的寄存器中的值，來判斷它是一個(gè)怎樣的電平，高還是低，根據(jù)對(duì)比再?zèng)Q定出一個(gè)比較值，重新定義在該通道上，保證通道能連續(xù)生成固定的PWM信號(hào)。而且這寄存器和通道的比較值是可以隨時(shí)改變的，我們可以設(shè)置CCRx_Val這個(gè)值，然后設(shè)置公倍數(shù)關(guān)系的ARR寄存器的設(shè)定值，這樣是可以改變PWM的頻率的也可以改變PWM的占空比。 4.3舵機(jī)模塊 &nbs

35、p;sg90舵機(jī)是通過接受脈沖信號(hào)來變化角度來驅(qū)動(dòng)的伺服系統(tǒng)硬件，它內(nèi)部的帶有減速齒輪組作為動(dòng)作后制動(dòng)電機(jī)的工具、內(nèi)部自帶的傳感器檢測角度位置、直流電機(jī)和控制電路組成的閉環(huán)反饋控制的伺服系統(tǒng)，常用在需要變換角度的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中。用來伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)和分析電位器反饋回來的信息的是電機(jī)控制板。重要的硬件是電位器，它是為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的所有動(dòng)作提供參考，檢測整個(gè)系統(tǒng)中電阻的變化，采集這種變化變成一種信號(hào)就將其交給電機(jī)控制板，電機(jī)控制板接收到這種信號(hào)用來判斷是否與運(yùn)動(dòng)到要求的位置。齒輪組里有許多級(jí)放大齒輪，其的作用是通過滑輪原理把力量放大，能讓小功率電機(jī)也能生成更大的扭力。舵機(jī)的能夠動(dòng)作是因?yàn)樗墙邮誔WM脈沖信號(hào)

36、就能根據(jù)脈沖寬度后，在芯片內(nèi)部識(shí)別出來該脈沖的寬度后，獲得直流偏置電壓。舵機(jī)工作的前提條件是要有脈沖信號(hào)，且該信號(hào)必須是持續(xù)20ms的具有特定寬度的。這樣舵機(jī)啟動(dòng)內(nèi)部的調(diào)制芯片，根據(jù)直流偏置電壓與電位器的電壓作比較求出電壓差輸出。電壓差的值是決定電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)如果是正數(shù)那么電機(jī)正轉(zhuǎn)反之電機(jī)則是反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)的某一個(gè)點(diǎn)，即主控芯片要求達(dá)到的點(diǎn)位是，電機(jī)會(huì)通過齒輪組帶動(dòng)電位器旋轉(zhuǎn)，使得電位器電壓與直流偏置的電壓相等，這是舵機(jī)收到脈沖完成一次動(dòng)作過程小型舵機(jī)的工作電壓一般為4.8v或者6v，轉(zhuǎn)速不算很快，一般有0.22/60度和0.18/60度。所以說我們輸出的脈沖更改角度的空度速度太快時(shí)候，這舵機(jī)

37、可能會(huì)發(fā)生無法動(dòng)作的情況。 sg90舵機(jī)的有三條線用來接線，兩條電源線為sg90舵機(jī)供電，保證舵機(jī)正常運(yùn)作。信號(hào)線可以直接接在STM32F103的I/O口，由單片機(jī)輸出的寬度脈沖控制，必須注意是20ms脈沖周期，如果想要精細(xì)化的旋轉(zhuǎn)特定角度，如63度這樣子的動(dòng)作，具體要看定時(shí)器的時(shí)鐘頻率，范圍必定是0.5ms~2.5ms就可以得到0.09/us的角度變換，那么輸出的PWM=0.5 N/0.09就可以讓舵機(jī)0~180度的旋轉(zhuǎn)任意角度。以上就是SG90舵機(jī)，也叫伺服驅(qū)動(dòng)器的工作原理和使用方式。       圖4.3.1 舵機(jī)總線和形狀 舵機(jī)旋轉(zhuǎn)角度與脈沖寬度持續(xù)時(shí)

38、間關(guān)系，如下圖所示： 高電平t占整個(gè)周期T（20ms）的時(shí)間 舵機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度 0.5ms 0度 1ms 45度 1.5ms 90度 2ms 135度 2.5ms 180度 圖4.4.1 角度與T的時(shí)間關(guān)系 我所使用的是方法，在程序中設(shè)置一個(gè)全局變量，這個(gè)變量是用來幾率定時(shí)器中斷次數(shù)的，我們編程設(shè)置通用定時(shí)器每隔0.5ms中斷一次，沒到達(dá)40次，把變量清零。這樣保證輸出的都是20ms的脈沖。當(dāng)中斷次數(shù)小于a時(shí)，信號(hào)線輸出高電平，否則輸出零。 我想要舵機(jī)轉(zhuǎn)向左的一個(gè)角度，那么它需要上位機(jī)給他一個(gè)正向2ms的脈沖信號(hào)，那么我們可以先把定時(shí)器清零，然后設(shè)置輸出口高電平輸出，定時(shí)器設(shè)

39、置為2ms中斷一次，這次中斷后，單片機(jī)端口輸出因?yàn)橹袛嘧兂傻碗娖剑蟮?8ms后會(huì)進(jìn)行下一次的中斷，輸出口又變成高電平輸出，而且這樣操作能讓定時(shí)器的初值變?yōu)?ms，又開始了等待下一次中斷。因此，采用上述方法可以實(shí)現(xiàn)舵機(jī)的PWM信號(hào)輸出，并實(shí)現(xiàn)舵機(jī)旋轉(zhuǎn)角度的條件。通過把定時(shí)器中斷初值的不斷變換的方法可以讓單片機(jī)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，可以使舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)是根據(jù)其接收到單片機(jī)發(fā)出的不同的脈沖寬度進(jìn)行動(dòng)作的。 4.4識(shí)別模塊 識(shí)別系統(tǒng)是作為智能分類垃圾桶中最重要的一部分硬件，識(shí)別系統(tǒng)的好壞決定著垃圾分類的精確度，如果硬件配置選擇出現(xiàn)不合理的情況，可能導(dǎo)致垃圾分類無法正常運(yùn)行。但是如果選用高精度的攝像頭識(shí)別硬件

40、來說，對(duì)于主控系統(tǒng)單片機(jī)性能的要求會(huì)提高， 所以在這種情況下，本設(shè)計(jì)識(shí)別系統(tǒng)考慮了tcs3200顏色傳感器。 TCS3200顏色傳感器是一種包含RGB感應(yīng)芯片和作為白平衡和增加光線強(qiáng)度4個(gè)白色的LED燈，任何可見光在識(shí)別區(qū)間內(nèi)都能被它檢測出顏色來。非常適用于對(duì)于色彩程度的測量領(lǐng)域。他在單一的一塊芯片上集成了三原色的濾光器，是一種能輸出數(shù)字信號(hào)且兼容同種接口的顏色傳感器，tcs3200的輸出是數(shù)字信號(hào)，可以通過嵌入式系統(tǒng)（例如微計(jì)算機(jī)芯片）直接讀取，因此可以使用驅(qū)動(dòng)程序直接訪問嵌入式系統(tǒng)，同時(shí)TCS3200能接收標(biāo)準(zhǔn)的TTL或者CMOS邏輯輸入實(shí)現(xiàn)通道10位以上的轉(zhuǎn)換精度。   &nb

41、sp;               圖4.5.1 tcs320引腳圖和功能框圖 因?yàn)門CS3200顏色傳感器內(nèi)集成 了紅綠藍(lán)三個(gè)濾光器，那么當(dāng)我們編寫程序選擇之啟動(dòng)一個(gè)濾光器時(shí)，它只會(huì)允許該濾光器對(duì)應(yīng)的顏色進(jìn)入排除其他顏色的進(jìn)入。例如我們選擇啟動(dòng)藍(lán)色濾光器時(shí)，入射光只有藍(lán)色光的波形能被傳感器識(shí)別出來，其他的色光波形會(huì)被排除在外。當(dāng)通過不斷啟動(dòng)濾光器來識(shí)別出來的三個(gè)值時(shí)，就可以分析出來識(shí)別物體的顏色了。Tcs3200使用8引腳封裝表面，并用64個(gè)光電二極管將集成表面密封在單個(gè)芯片上，該芯片分為藍(lán)色，綠色，紅色和其他濾光片的

42、四種光電二極管。通過所有這些數(shù)據(jù)，整個(gè)芯片上的光電二極管可以減少入射的不均勻性并提高色彩感知的準(zhǔn)確性；在另一種情況看來，它們并聯(lián)連接并均勻分布在射線二極管消除顏色位置錯(cuò)誤。動(dòng)態(tài)工作時(shí)，通過兩個(gè)程序（引腳，輸出頻率范圍）從2hz-500khz中選擇典型的傳感器，選擇所需的濾波器，用戶還可以選擇100％，20％或2％的輸出百分比系數(shù)或關(guān)閉模式。不同的測量范圍擁有不同比值的輸出比例因子使傳感器能夠適應(yīng)并提高適應(yīng)性。舉個(gè)例子，當(dāng)我們想要計(jì)數(shù)器處于數(shù)值較小的情況下，可以選擇一個(gè)較小的設(shè)置，使每個(gè)引腳tcs3200計(jì)數(shù)器與tcs3200的輸出頻率處于同一工作模式； S0用于選擇輸出系數(shù)，S1功能是電源關(guān)閉

43、模式；S2與S3用于選擇輸出濾波器的類型作為輸出頻率。 TCS3200作為傳感器開始工作前需要進(jìn)行一項(xiàng)重要的步驟，就是白平衡調(diào)整，白平衡是為了使機(jī)器默認(rèn)一種白色為初始量，根據(jù)對(duì)比出物體實(shí)際的顏色。理論上白色是三原色一比一比一的色值比例混合而成的，然而現(xiàn)實(shí)中的常見白色并不是紅綠藍(lán)三種顏色等值比例混合形成的，不同情況下，所需求的比例不一致。而且TCS230傳感器因?yàn)橹圃焯匦院凸に囈螅總€(gè)光電二極管對(duì)于紅綠藍(lán)三種光識(shí)別程度不一致，對(duì)于系統(tǒng)定義的紅綠藍(lán)可能出廠設(shè)置不相同，造成輸出的三原色不相同。所以開始工作識(shí)別前進(jìn)行一步白平衡的調(diào)整，保證TCS230內(nèi)每個(gè)光電二極管和濾光器識(shí)別出統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的白色，是由

44、紅綠藍(lán)三種顏色等比例合成的。首先白平衡，設(shè)置定時(shí)器為一固定時(shí)間（例如10ms），然后通過改變引腳s2,s3的值來選擇濾光器的類型，分別選擇到紅綠藍(lán)三種濾光器的，在此期間，將計(jì)算tcs3200脈沖輸出，數(shù)量和比例因子，其中脈沖量將通過比例因子轉(zhuǎn)換為255。 在實(shí)際測試中，我們使用相同的時(shí)間對(duì)脈沖測量值乘以比例因子進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后可以獲得相應(yīng)的顏色值。 完成白平衡調(diào)整的TCS3200就能開始識(shí)別物體了,我們將TCS3200的使能端與stm32f103的I/O引腳輸出口相連接，輸出的比例控制端口s1,s2和濾光器類型的控制端口S2,S3分別連接到單片機(jī)的五個(gè)I/O輸出引腳。OUT接到單片機(jī)的RCO端。

45、在TCS3200和STM32F103之間接上一個(gè)小電阻，用來防止噪聲的干擾提升信號(hào)之間通訊穩(wěn)定性。在黑暗的封閉環(huán)境下，通過顏色傳感器上自帶的LED燈進(jìn)行照射物體，物體反射的光線波形通過每一次三原色濾光器的分析，最終輸出一個(gè)脈沖到單片機(jī)的RCO口，這樣就完成了物體顏色的識(shí)別和信號(hào)的傳輸。顏色識(shí)別時(shí)要注意不能有外界光線的照射，這樣會(huì)使得白平衡調(diào)整時(shí)出現(xiàn)偏差，影響最終結(jié)果。最好把傳感器放置在黑暗的環(huán)境下，不會(huì)產(chǎn)生反射光線的封閉空間中進(jìn)行測試。 傳感器沒有特殊的光源要求，光源需要大部分集中在識(shí)別物體上，如果物體會(huì)反光可能會(huì)造成傳感器內(nèi)光電二極管的工作出錯(cuò)。 每當(dāng)當(dāng)使用TCS3200時(shí)，不論什么情況下，

46、都需檢查是否進(jìn)行額白平衡調(diào)整，不然識(shí)別出來的結(jié)果與實(shí)際相差甚遠(yuǎn)。 根據(jù)TCS3200結(jié)構(gòu)組成和應(yīng)用特點(diǎn)出發(fā)，配合STM32f103單片機(jī)可實(shí)現(xiàn)對(duì)垃圾的顏色識(shí)別，單片機(jī)根據(jù)顏色傳感器的識(shí)別分析結(jié)果將垃圾分類到垃圾所屬區(qū)域，這樣的系統(tǒng)可大量節(jié)約成本，而且體積小又檢測快。 第五章 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 5.1智能分類垃圾桶的流程 我使用了CAD為我整個(gè)垃圾桶設(shè)計(jì)出一個(gè)大概的框架如圖5.1.1， 第一步垃圾分類到一個(gè)分類區(qū)間舵機(jī)所完成的動(dòng)作要事先確定好，這樣方便單片機(jī)快速動(dòng)作減少啟動(dòng)時(shí)間，分類區(qū)間設(shè)置成紅、綠、藍(lán)三個(gè)間隔，每個(gè)間隔不互通是為了不影響垃圾分類出錯(cuò)，分類區(qū)上有擋板，擋板是我們運(yùn)輸垃圾的通道，擋板連接著

47、舵機(jī)的支架上，根據(jù)舵機(jī)的角度變換來運(yùn)動(dòng)。那么根據(jù)我們的垃圾桶整體設(shè)計(jì)， 設(shè)計(jì)出來的垃圾桶上方為識(shí)別區(qū)域，識(shí)別區(qū)在與舵機(jī)相接的擋板上，擋板下是三個(gè)分類區(qū)域，左邊紅色區(qū)域，中間綠色區(qū)域，右邊藍(lán)色區(qū)域。在這樣的設(shè)計(jì)下，我們需要計(jì)算確定舵機(jī)將垃圾運(yùn)送到每個(gè)區(qū)間所需要的角度和單片機(jī)輸出到PWM脈沖寬度。確定如下：當(dāng)識(shí)別出為紅色垃圾，需要兩個(gè)舵機(jī)向左旋轉(zhuǎn)大概45度，那么單片機(jī)同時(shí)向這兩個(gè)舵機(jī)輸出1.0ms寬度的脈沖。當(dāng)識(shí)別出為綠色垃圾時(shí)，我們要讓左邊的舵機(jī)向右旋轉(zhuǎn)45度，右邊的舵機(jī)向左旋轉(zhuǎn)45度，保證垃圾能準(zhǔn)確落入中間的區(qū)域。當(dāng)識(shí)別到時(shí)藍(lán)色垃圾時(shí)，與紅色垃圾不同的是需要將兩個(gè)舵機(jī)向右旋轉(zhuǎn)45度，使得垃圾落

48、入右方的區(qū)域。我們根據(jù)這樣的動(dòng)作編寫好程序，預(yù)先放入單片機(jī)的存儲(chǔ)器中，這樣到時(shí)候顏色傳感器識(shí)別完垃圾時(shí)，直接可以調(diào)用這里的程序驅(qū)動(dòng)舵機(jī)完成動(dòng)作，垃圾掉入合適的分類區(qū)域。 圖5.2.1  CAD設(shè)計(jì)程序動(dòng)作演示圖 5.2 系統(tǒng)電路圖仿真 使用protues進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行仿真，如圖5.2.2： 圖5.2.2 protues仿真電路圖 上圖是我們小組根據(jù)硬件的特性，設(shè)計(jì)的電路圖，因?yàn)閜rotues內(nèi)沒有tcs3200的元器件，所以使用了ne555來進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，它和tcs230一樣，都是根據(jù)脈沖信號(hào)所觸發(fā)工作的，所以我們使用ne555和電阻的配合形成一個(gè)pwm信號(hào)接收器

49、進(jìn)行電路的仿真。因?yàn)槊糠N元器件的工作電壓不相同，所以在仿真環(huán)境中我們分別配備了獨(dú)立電源，tcs3200的輸出端與單片機(jī)輸出端鏈接，當(dāng)單片機(jī)發(fā)出PWM脈沖信號(hào)時(shí)候，tcs3200首先進(jìn)行白平衡調(diào)整，調(diào)整完畢之后，程序控制循環(huán)濾波器工作，實(shí)時(shí)采集不同顏色的波形，完成識(shí)別。識(shí)別完成反饋的信號(hào)使單片機(jī)再次發(fā)出PWM脈沖信號(hào)開始驅(qū)動(dòng)舵機(jī)的工作。 結(jié)合根據(jù)小組成員運(yùn)用keil 5編寫完成的程序(程序附在附錄），智能分類垃圾桶各部分硬件配合如下，首先當(dāng)有人丟棄進(jìn)垃圾桶時(shí)，TCS230顏色識(shí)別傳感器會(huì)立即進(jìn)行白平衡的調(diào)整，然后單片機(jī)輸出信號(hào)分別啟動(dòng)三原色濾光器，開始根據(jù)其工作原理接受檢測物體的顏色波形，分析給

50、出結(jié)果轉(zhuǎn)換成信號(hào)反饋到單片機(jī)內(nèi)，stm32f103根據(jù)所編寫的程序和識(shí)別系統(tǒng)所反饋的波形判斷出來該垃圾的顏色，應(yīng)該被分類到那個(gè)分類區(qū)間，單片機(jī)根據(jù)反饋的波形信號(hào)，與編寫好的判斷程序做對(duì)比，確定了垃圾要丟棄到的區(qū)間，當(dāng)確定了這次垃圾要被運(yùn)輸?shù)侥莻€(gè)區(qū)間時(shí)，定時(shí)器會(huì)馬上輸出運(yùn)送到該區(qū)間舵機(jī)所需旋轉(zhuǎn)角度動(dòng)作的PWM脈沖信號(hào)，舵機(jī)的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)擋板的運(yùn)動(dòng)，這樣垃圾就順利的分類到一個(gè)分類區(qū)。垃圾滿了阻擋到紅外傳感器時(shí)，紅外傳感器反饋給單片機(jī)發(fā)出蜂鳴器報(bào)警，提醒用戶該把垃圾丟到專門處理的垃圾站處。 5.3 系統(tǒng)的PCB仿真    按照上面的仿真電路，哦們根據(jù)原理畫出pcb圖，我所使用的是A

51、ltium designer10版本，我們只需要在菜單欄文件這一項(xiàng)上面選擇建立新的工程，如圖5.3.1所示 圖5.3.1建立工程完畢 建立完工程畫出電路圖，選擇菜單欄設(shè)計(jì)——>update in PCB即可以將電路圖轉(zhuǎn)換成PCB原理圖，如圖5.3.2，圖5.3.3所示：P1所引出的三各針腳與舵機(jī)三線相連接，P2與小組同學(xué)所設(shè)計(jì)的識(shí)別系統(tǒng)相連接。紅色接線是top layer層的線路接線，藍(lán)色接線的為bottom layer層的線路。C1與圓形的motor元器件構(gòu)成舵機(jī)動(dòng)作的轉(zhuǎn)化模型，用來進(jìn)行舵機(jī)工作情況的仿真。 圖5.3.2 PCB  3D示意圖 圖5.3.3 PCB 2D

52、示意圖 圖5.3.4 OLEDPCB仿真圖 5.4系統(tǒng)調(diào)試  綜合所有小組成員的工作，根據(jù)電路圖和PCB圖做出整個(gè)系統(tǒng)，由于材料環(huán)境因素的限制，無法用可降解塑料進(jìn)行垃圾桶的外殼設(shè)計(jì)，所以先用紙皮作為材料進(jìn)行外殼的制作，其能和塑料板一樣讓硬件鑲嵌外殼上并保證堅(jiān)固硬度。         圖5.4.1 單片機(jī)模塊和舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊系統(tǒng)圖 圖5.4.2 垃圾桶內(nèi)結(jié)構(gòu)圖 接下來我們進(jìn)行測試系統(tǒng)是否能夠正常運(yùn)行，識(shí)別是否準(zhǔn)確，第一次我在上方黑色的識(shí)別區(qū)域放了球狀紅色塑料袋，系統(tǒng)動(dòng)作結(jié)果如圖5.4.3所示剛好落在我所規(guī)定的紅色分類區(qū)域： 圖5

53、.4.3 落在紅色分類區(qū) 第二次識(shí)別放了藍(lán)色的物品在識(shí)別區(qū)，動(dòng)作結(jié)果如圖5.4.4所示： 圖5.4.4 落在藍(lán)色分類區(qū) 第三次識(shí)別放了綠色的物體在識(shí)別區(qū)內(nèi)，動(dòng)作結(jié)果如圖5.4.5所示： 圖5.4.5 落在綠色分類區(qū) 綜上試驗(yàn)調(diào)試系統(tǒng)運(yùn)行多次，沒有出現(xiàn)較大的識(shí)別錯(cuò)誤，都能識(shí)別出來顏色并準(zhǔn)確的將該物體分類到屬于該顏色的分類區(qū)域。識(shí)別傳感器識(shí)別出來的結(jié)果與正常人觀察到的顏色一樣，所設(shè)計(jì)動(dòng)作行為模式也與當(dāng)初設(shè)想的計(jì)劃相符合。因此本設(shè)計(jì)最初設(shè)想的方案和功能基本完成。 第六章 系統(tǒng)總結(jié) 6.1 系統(tǒng)特點(diǎn) 本文主要是從智能分類垃圾桶硬件方面進(jìn)行設(shè)計(jì)與制作，共進(jìn)行了以下工作開展了研究，也對(duì)它進(jìn)行了性

54、能的測試。采用了三原色識(shí)別技術(shù)幫助系統(tǒng)快速對(duì)顏色的信號(hào)采集，運(yùn)用單片機(jī)PWM脈沖寬度調(diào)制技術(shù)作為驅(qū)動(dòng)tcs3200和sg90舵機(jī)主要信號(hào)，用了單片機(jī)內(nèi)的通用定時(shí)器多路輸出脈沖技術(shù)，幫助系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多臺(tái)舵機(jī)控制，幫助整個(gè)系統(tǒng)順利完成垃圾分類的過程重要的技術(shù)支持，使得垃圾分類達(dá)到快速識(shí)別，快速動(dòng)作，系統(tǒng)穩(wěn)定的性能指標(biāo)。 （1）智能分類垃圾桶的外觀形狀經(jīng)過了材料的篩選，對(duì)垃圾桶體積大小的判斷，確定了垃圾桶的形狀和用途定位，選擇可降解的塑料能減輕一般塑料對(duì)環(huán)境的破壞，體積輕量小型能不占用家庭大量位置。作為支撐著整個(gè)垃圾桶的外殼，它能做到堅(jiān)固穩(wěn)定而且不容易沾染垃圾，不積餐廚廢水就是對(duì)家庭垃圾桶最好的輔助。

55、（2）對(duì)智能分類垃圾桶硬件的分析，在詳細(xì)對(duì)比了許多單片機(jī)主控系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，選出一些輕量小型的硬件更加使垃圾桶體積減小，而且其性能還不輸于其他同類型的產(chǎn)品。而且使用單片機(jī)能讓系統(tǒng)精簡，多線程的處理讓數(shù)據(jù)處理的更快捷，多路控制輸出pwm信號(hào)的功能，使得系統(tǒng)動(dòng)作統(tǒng)一性，完整性。同時(shí)的輸出信號(hào)不會(huì)因?yàn)檠舆t而相互影響，提高效率。識(shí)別方面通過不斷啟動(dòng)濾光器來識(shí)別出來的三個(gè)值時(shí)，就可以分析出來識(shí)別物體的顏色了。舵機(jī)是通過接受脈沖信號(hào)來變化角度來驅(qū)動(dòng)的伺服系統(tǒng)硬件，它是一個(gè)集成度非常高的伺服系統(tǒng)硬件，只需要PWM信號(hào)就能驅(qū)動(dòng)，而且動(dòng)作迅速穩(wěn)定，它作為驅(qū)動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)分類的部分視為智能系統(tǒng)中最重要的組成部分。

56、 （3） 科技飛速發(fā)展，方便人們生活的用品也層出不窮，做出這款既符合垃圾分類政策，又能響應(yīng)我國科學(xué)發(fā)展觀的智能分類垃圾桶也算為我國環(huán)保事業(yè)做貢獻(xiàn)，雖然這一款垃圾桶功能并不是最完全的，但卻是最少成本的。成本的減少代表著價(jià)格的低昂，可以大力在居民社區(qū)中宣傳出售等，提高居民生活中垃圾分類的積極性，減少垃圾處理的勞動(dòng)力和工序，減少垃圾污染的可能性。 6.2 系統(tǒng)不足及解決措施 1.識(shí)別傳感器問題：tcs3200傳感器識(shí)別距離，識(shí)別精度相對(duì)比較狹窄，沒有發(fā)現(xiàn)其升級(jí)版本，或者說能使用深度學(xué)習(xí)這樣的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來設(shè)計(jì)一塊具有高精度高速率識(shí)別系統(tǒng)。每次使用tcs3200是都需要做一次白平衡調(diào)整，增加了啟動(dòng)時(shí)間，

57、解決的我們可從系統(tǒng)畫畫這軟件中定義一種白色，講這種白色寫入程序，到達(dá)默認(rèn)白色的效果，下次啟動(dòng)時(shí)就可以減少白平衡調(diào)整的時(shí)間。而且當(dāng)識(shí)別距離相對(duì)較短時(shí)，我們需要通過不斷的調(diào)整位置來讓傳感器能夠識(shí)別出來，垃圾有時(shí)候會(huì)左右運(yùn)動(dòng)的情況下，加個(gè)光電傳感器，當(dāng)垃圾觸碰到光電傳感器那么系統(tǒng)就馬上驅(qū)使識(shí)別動(dòng)作馬上識(shí)別出來所需要的數(shù)據(jù)?；蛘咭材茏鲆粋€(gè)能左右運(yùn)動(dòng)的識(shí)別傳感器運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，讓它能自動(dòng)追蹤識(shí)別物體來自動(dòng)識(shí)別。識(shí)別距離過短的問題也可以通過傳感器它本身的超頻來增加其識(shí)別距離。 2.舵機(jī)模塊：通過比較大量的方法選擇使用舵機(jī)來輸送和分類垃圾，但是其實(shí)還有傳送帶運(yùn)送垃圾，機(jī)械手自動(dòng)定位抓取垃圾分類垃圾這些方法，但奈何

58、自身知識(shí)有限，無法簡化到垃圾桶這樣的小產(chǎn)品上面。舵機(jī)的選擇種類有很多，一旦舵機(jī)由于控制區(qū)域靈敏，，輸入信號(hào)和反饋信號(hào)會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，導(dǎo)致有差值的出現(xiàn)，超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，發(fā)生抖動(dòng)的情況或者舵機(jī)支臂的力度無法支撐板子，那么系統(tǒng)無法正常工作，這下需更換緊致的臂架來提高力量和定位精度。定位精度取決于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的整體精度，它遠(yuǎn)高于其高度，其返回性能取決于止動(dòng)和定位精度。使用舵機(jī)的過程可能發(fā)生旋轉(zhuǎn)變慢，舵量變小變慢而且?guī)в邪l(fā)熱，這時(shí)候我們可以判斷起因是電流過大，需要設(shè)置小電流，讓其在空載情況時(shí)減少電流保證最極致的性能。 6.3 系統(tǒng)展望： 智能分類垃圾桶在現(xiàn)階段市場上還沒有一個(gè)成熟的產(chǎn)品，我們所研究的都是根據(jù)我

59、們所學(xué)的知識(shí)和查詢國內(nèi)外各種資料來設(shè)計(jì)出我們想象中的智能分類垃圾桶，所以可能在一些方面還有提升的空間?；蛟S到時(shí)候的應(yīng)用場景可以提升到垃圾場這樣的大型場地之中，方便垃圾的處理。 （1）在以后人工智能發(fā)展完善的過程中，或許能設(shè)計(jì)出一套由人工智能拍照就能直接辨別出垃圾種類的程序。設(shè)計(jì)出來的人工智能經(jīng)過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深度學(xué)習(xí)，不斷的通過拍攝分類垃圾的照片提取樣本交由人工智能學(xué)習(xí)辨別，努力運(yùn)用到每一個(gè)神經(jīng)元，那么這份垃圾的圖片樣本就被分成了有神經(jīng)元組成的一個(gè)個(gè)單元，但是這樣繁多的神經(jīng)元會(huì)讓人工智能學(xué)習(xí)起來占用更多的資源，浪費(fèi)處理時(shí)間增加處理成本，所以需要通過局部選擇參數(shù)，池化數(shù)據(jù)等處理讓規(guī)模得到減少，池化就

60、是可以減少大型圖像的數(shù)據(jù)大小，但是又不會(huì)損失掉重要的信息。池化的數(shù)學(xué)原理很簡單，小學(xué)生水平都能認(rèn)知清楚。它是通過狹窄的圖像輸入，可減少像素?cái)?shù)據(jù)并僅存儲(chǔ)重要信息。通常，池為2-2大小，例如“最大池”（Max Pooling），它使用2-2塊的最大值結(jié)果像素為單位輸入圖像數(shù)據(jù)，等同于減小原始圖像的大小。這樣以后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就能從局部圖片就能辨別垃圾的資料，快速與網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)做出對(duì)邊，即使拍攝垃圾圖片過小也不影響識(shí)別的精確度。 （2）舵機(jī)驅(qū)動(dòng)擋板的運(yùn)送垃圾模式可能在某些場景下不適應(yīng)。能作為一款全自動(dòng)的垃圾桶，分類這部分應(yīng)該是整潔衛(wèi)生且迅速的，可以配合人工智能把分類模式整成帶有轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的分類倉方式分類垃圾

61、，相比于我的方式可能因?yàn)閾醢宓拈L度問題垃圾滑落到不應(yīng)該去到的區(qū)域，這樣的方式可以自由旋轉(zhuǎn)360度，識(shí)別出來的垃圾之后，分類倉就通過軸承自動(dòng)旋轉(zhuǎn)移動(dòng)到該垃圾的分類區(qū)域，分類倉的下方倉口自動(dòng)打開，垃圾就進(jìn)入的分類區(qū)域。這種方式保證了垃圾真實(shí)的定向的分類完成。 （3）為了顯現(xiàn)出垃圾桶的智能化，可以在加裝一些智能扎帶功能或者檢測垃圾是否裝滿的功能，和物聯(lián)網(wǎng)連接隨時(shí)更新數(shù)據(jù)，清潔工配合自動(dòng)扎帶配合自動(dòng)壓縮功能，可以達(dá)到準(zhǔn)點(diǎn)丟棄垃圾。這樣清潔工人不用再次分類垃圾，直接將垃圾打包帶走，運(yùn)送到垃圾處理廠。也可以在增加一點(diǎn)自動(dòng)感應(yīng)人體的溫度紅外模塊，當(dāng)有人靠近是就可以自動(dòng)的打開垃圾蓋，方便人們丟棄垃圾又不因?yàn)橛|

62、碰垃圾桶周圍的殘留垃圾弄臟手。而且每次丟垃圾，測滿的硬件都可計(jì)算出該垃圾桶是否裝滿，到時(shí)可以發(fā)出語音提示家庭成員該扔垃圾了。垃圾桶同時(shí)也是家庭生活中臭味最重的一個(gè)地方，我們也可以增加除臭功能減少這種味道提高生活質(zhì)量。 參考文獻(xiàn) 【1】 《微機(jī)原理與接口技術(shù)》主編：周明德；人民郵電出版社出版；2007.4.1 【2】《基于STC89C52單片機(jī)的智能分類垃圾桶的設(shè)計(jì)》;作者：王玥;劉葦;崔昊;出處：科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊 ，2019 【3】《垃圾分類：一場輸不起的戰(zhàn)爭》作者：佳雨 出處：遵義期刊 ，2019 【4】《聚乳酸增韌改性研究進(jìn)展》；作者：孫晨露;劉喜軍；出處：化工時(shí)刊 ，2017 【5】《基于

63、STM32嵌入式模糊PID步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)》作者：王虎;彭如恕;尹泉出處：機(jī)械工程師 ，2014 【6】《嵌入式單片機(jī)STM32設(shè)計(jì)及應(yīng)用技術(shù)》作者：張淑清；出處：北京：國防工業(yè)出版社，2015.06 【7】《單片機(jī)原理及應(yīng)用》作者：劉教瑜;曾勇；出處：武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2011.04 【8】《基于單片機(jī)的傳感器綜合電路的設(shè)計(jì)》作者：李瑋，出處：吉林大學(xué)，2016 【9】《Programming with STM32 : getting started with the Nucleo Board and C/C 》作者：Norris, Donald，出處：New York， M

64、cGraw Hill Education .2018 【10】《Swivel based garbage can carousel》作者：Varga Josephine. 2004 【11】《Robotics Modelling, Planning and Control》作者Bruno Siciliano. 2010 【12】《An overview of polylactides as packaging materials》作者：Auras R , Harte B , Selke S .2004 【13】《Essential C 》作者：Stanley B.Lippman，出處：Pearson Education 【14】《C程序設(shè)計(jì)（第五版）》作者：譚浩強(qiáng)，出處：清華大學(xué)出版社 【15】《基于脈寬調(diào)制的傳感器讀取電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》作者：龍軍，關(guān)威，汪旭東，出處：傳感技術(shù)學(xué)報(bào) 【16】《電子電路設(shè)計(jì)中protues仿真軟件的應(yīng)用》作者：侯彬，出處：數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2017. 27 1