目录
1设计思路及设计方案 ................................... 3 1.1 设计思路 ........................................ 3 1.2 设计方案的确定 ................................. 3 1.2.1 微处理器 .................................... 3 1.2.2 电机驱动电路 ................................ 3 1.2.3 感应电路 .................................... 3 1.2.4 金属检测电路 ................................ 3 1.2.5 位置检测电路 ................................ 3 2硬件电路的设计 ....................................... 4 2.1元器件简介 ........................................ 4 2.2 硬件系统的设计 .................................. 4 2.2.1 单片机电路 ................................... 4 2.2.2 稳压电路 ................................... 5 2.2.3电机驱动电路 ................................. 5 2.2.4 传感器检测电路 .............................. 4 3 PCB制版 .............................................. 6 3.1 PCB制版的主要步骤如下： .......................... 6
3.2 PCB图 ........................................... 7 4程序流程图 ........................................... 7 4.1上盖程序流程图设计 ................................ 7 4.2 箱体程序流程图设计 ............................... 8 5编程及调试 ............................................ 9 5.1程序功能 ......................................... 9 5.2在线调试 ......................................... 9 参考文献 ............................................. 10
自动分类垃圾箱
卢星 李经玮 张丝颖 张秉刚 游凯飞
摘要：本课题基于用单片机对电子电路项目“自动分类垃圾箱”的控制展开。我们对“垃圾箱”实现的功能做了整体构想，并通过学习新华龙单片机C8051F310的研究学习后设计了外围控制电路，并对芯片编程以实现预定设想。我们具体实现了 “自动分类垃圾箱”的设计思路，方案、器件的选择，硬件和软件的设计，系统综合调试和PCB制版，设计结果等重要过程。经过反复的研究和实验，最后研制出自动分类金属与非金属的垃圾箱。当垃圾被送到垃圾箱的入口时能够自动感应垃圾，并对其进行自动分类，该产品具有智能化与人性化的特点，实现了资源的回收与再利用，并有效地减少了环境的污染。
关键词：单片机 传感器 电机驱动电路 检测电路
随着生活质量的提高,垃圾污染变得越来越严重，其分类与处理已迫在眉睫。人们丢弃垃圾是需辨别垃圾箱的种类，十分不便。以往对垃圾的分类一直依靠手工，显得效率很低，特别是各种垃圾存在的条件下，操作人员面对的环境差，劳动强度大。如果都利用小型自动分类垃圾箱把有回收价值的垃圾自动分类筛选，就可减少操作人员在垃圾回收中的劳动，改善他们的工作环境，减小垃圾的污染，具有较高的实用价值。
1 设计思路及设计方案
1.1 设计思路
为了实现垃圾箱能自动感应被送到的垃圾，我们在垃圾箱的上盖安装一个红外传感器。如果将手移至箱盖附近传感器会检测到信号，并用一个直流减速电机来驱动上盖，与霍尔开关配合使用，完成上盖的自动开合。为了实现垃圾的自动分类，我们在垃圾箱内设计了一个翻斗，并在其内安装了传感器，在没有垃圾时它处于水平状态，当有金属物体进入其中时，他将会向左边翻转，当垃圾被送入箱内时翻斗将自动回位，反之他将会向右边翻转并自动回位从而实现垃圾的自动分类。
我们所设计的智能系统使用新华龙的C8051F310单片机，该单片机可以在线编程而且25个端口线均耐5V 电压。为了造价低廉我们采用了红外传感器与LJ12A3-4-Z/BX金属传感器，而且使用霍尔开关与直流减速电机配合使用来控制电机翻转角度。
1.2 设计方案的确定 1.2.1 微处理器
采用新华龙的C8051F310单片机，是基于以下几个原因： ⑴具有高速、流水线结构的8051 兼容的CIP-51 内核； ⑵全速、非侵入式的在系统调试接口（片内）； ⑶高精度可编程的25MHz 内部振荡器；
⑷工作电压为2.7V - 3.6V，用普通的干电池为其供电； ⑸含有FLASH 存储器，可在系统编程，擦写次数高。 1.2.2 电机驱动电路
电机控制电路采用H桥电路，它能驱动直流减速电机完成正反转和停止的动作。集成芯片SI9928来替代其中的场效应管，可以使电路性能更加的稳定。R（电机右转）、L（电机左转）、U（电机上转）、D（电机下转）。R与L配合使用来调节箱内的电机转向，D与U配合使用来控制上盖里德电机转向。 1.2.3 感应电路
感应电路包括红外传感器与外围电路，由于其输出为数字量，所以外围电路只需一个电阻即可。 1.2.4 金属检测电路
金属检测电路包括金属传感器与外围电路，为了使外围电路电路简单，我们选用数字金属传感器LJ12A3-4-Z/BX，该传感器输出为数字信号，因此其外围电路也只有一个电阻。 1.2.5 位置检测电路
为了电路简单，系统造价低廉我们选用了霍尔开关作为其内的核心元件，该元件输出信号也是数字量，即其外围电路也只有一个电阻。
2硬件电路的设计
2.1元器件简介
首先简单地介绍一下电路所使用的主要元器件。 2.1.1金属传感器
LJ12A3-4-Z/BX传感器是一种电感式的金属接近式开关传感器，具有体积小，功耗低，应用方便，稳定可靠等优点。产品参数如下：
⑴工作电压：DC6～36V； ⑵工作电流：0.5mA～3mA; ⑶负载能力：200mA最大 2.1.2直流减速电机
GB37Y550电机内置减速装置，可通过给定电压的大小来调节电机的转速。其特点如下：
⑴工作电压范围DC3～12V；
⑵直径：37mm, 6V下空载转速8rpm。
2.2 硬件系统的设计
电路硬件系统包括：单片机电路、金属传感器电路、红外传感器电路、霍尔开关电路、电机驱动电路、稳压电路六部分。 2.2.1 单片机电路
我们选用单片机来控制电机的启动与停止，上盖中的电机两输入分别与单片机的P2.3和P2.2口相连（下面介绍的U和P输入口），实现对上盖电机的控制。箱内的电机与单片机的P2.0和P2.1口相连（下面介绍的R、L），控制驱动翻斗的电机。其电路原理图如下所示：
2.2.2 稳压电路
2.2.3电机驱动电路
我们用H桥电路作为电机驱动电路，其原理是通过上盖电机U、P两输入端分别来控制电机两个输入口电压。当U端为高电平时电机1输入为高电平，P端同时为低电平时(即电机2输入口为低电平)。此时电机向右转动，反之向左边转动。当U和P端同时为高或低电平时，电机停止转动，同理箱内电机R和L端也如此。其原理图如下所示：
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2.2.4 传感器检测电路
为了传感器检测电路简单，我们选用数字传感器。检测电路只有一个电阻。其中红外传感器把检测数据送入单片机的P2.6口，上盖里的霍尔传感器分别把数据送入单片机的P2.4和P2.5口，垃圾箱内的两金属传感器分别把数据送入到P3.4和P2.7口，共同来检测翻斗内是否有金属物体。箱内还有两个霍尔传感器与单片机的P0.5和P0.4口相连。传感器的外围电路如下图所示：
3PCB制版
3.1 PCB制版的主要步骤如下：
⑴根据调试好的电路，在Protel中绘制出电路原理图；
⑵根据需要在元件上加上网络标号并对所设计的原理图进行电器规则的检查并生成网络表；
⑶为元器件添加封装； ⑷调入网路表；
⑸摆放元器件、布线； ⑹放置泪滴、敷铜；
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完成以上步骤就设计出了一块电路板，交由专门的厂家印刷即能得到所需的板子。将所有的元器件焊接在电路板上，最后把编写好的程序下载到单片机中就完成了这一完整的系统。
3.2 PCB图
4程序流程图
4.1上盖程序流程图设计
图1上盖流程图
4.2 箱体程序流程图设计
图2 箱体流程图
5编程及调试
5.1程序功能
根据所绘流程图进行编程，实现一下流程：当手靠近箱盖的红外传感器时，箱体自动打开，将垃圾扔到垃圾箱的翻斗内，箱盖自动闭合。之后金属传感器检测垃圾性质，金属向右翻转一定角度，待垃圾倒入箱中后翻转回水平位置。若为非金属垃圾则执行相反动作。 5.2在线调试
新华龙单片机C8051F310支持在线调试，将编译后的程序下载至单片机中对信号的采集和箱体中电机旋转角度，翻转后再回到平衡位置的延迟时间进行调试。最终完成整个时序过程。
本文设计了一个自动分类垃圾箱，详细的介绍了设计思路、电路设计、印刷电路板的制作过程及程序设计。
经过调试垃圾箱能够实现简单的自动分类，电路板制作、电路合格，并制作成品一份。
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参考文献：
[1] 马忠梅 《单片机的C语言应用程序设计》 北京航天航空大学出版社 第三版
[2] 肖玲妮、袁增贵 《Protel 99 SE印刷电路版设计教程》 清华大学出版社
[3] 周坚 《单片机轻松入门》 北京航天航空大学出版社 第二版 [4] 张洪润 、张亚凡 《传感器技术与应用教程》 清华大学出版社 [5] 孙江宏、李良玉 《Protel 99 SE 电路设计与应用》 机械工业出版社 [6] 周润景、张丽娜、丁莉 《基于PROTEUS的电路及单片机设计与仿真》 [7] 北京航空航天大学出版社 第二版
[8] 余锡存、曹国华 《单片机原理及接口技术》 西安电子科技大学出版社 第二版
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