基于51单片机的红外感应的智能垃圾桶设计

雨点打透心脏的1/2处 2024-04-07 13:14 93阅读 0赞

目 录  
摘 要 I  
ABSTRACT II  
第1章 绪论 1  
1.1本文研究背景和意义 1  
1.2智能垃圾桶控制系统发展状况 1  
1.2.1国外发展状况 1  
1.2.2国内发展状况 2  
1.3本课题应达到的要求 2  
第2章 控制系统总体方案设计 3  
2.1控制系统功能分析 3  
2.2系统网关架构设计 3  
2.3控制系统所用到关键技术 3  
2.4本章小结 4  
第3章 系统的硬件平台设计 5  
3.1系统总体框架设计 5  
3.2控制中心电路设计 6  
3.2.1最小系统电路设计 6  
3.2.2电源转换电路 8  
3.3信号采集与处理电路设计 8  
3.3.1红外壁障传感器电路设计 8  
3.3.2人体信号采集电路设计 9  
3.3.3 LCD1602显示电路设计 10  
3.3.4无线GSM模块电路设计 12  
3.3.5步进电机与驱动电路设计 13  
3.3.6 按键电路设计 14  
3.4系统总体电路设计 15  
3.5本章小结 16  
第4章 系统软件平台设计 17  
4.1控制中心开发环境软件与工具 17  
4.1.1 单片机开发环境 17  
4.1.2 软件开发流程 18  
4.1.3烧录工具介绍 18  
4.2控制系统软件架构 19  
4.3系统信号采集与处理程序设计 20  
4.3.1 LCD1602程序设计 20  
4.3.2 GSM模块驱动软件设计 21  
4.3.3步进电机处理程序设计 22  
4.3.4人体热式信号检测程序设计 23  
4.3.5按键检测程序设计 24  
4.3.6红外传感器程序流程图设计 25  
4.4 本章小结 26  
第5章 系统调试与性能验证 27  
5.1系统调试环境搭建 27  
5.2系统软硬件调试 27  
5.2.1系统软件调试 28  
5.2.2系统硬件调试 28  
5.3测试结果分析 29  
5.4性能验证 29  
5.4.1系统从启动验证 29  
5.4.2系统稳定性验证 29  
5.5本章小结 29  
第6章 总结与展望 31  
参考文献 32  
致 谢 32  
第2章 控制系统总体方案设计  
2.1 控制系统功能分析  
本文研究智能垃圾桶控制系统使用的主要是利用现代的组网技术、通信技术、检测技术、智慧控制水平于一体化运用到本设计产品中。该研究的准侧是“智慧、环保和安全为本”，即把用户使用感受放到第一位，让用户可以根据自己的需求实现相应的控制要求\[5\]。本文所研究的智能控制器系统是根据产品需要实现的功能而设计的。整个控制系统主要是实现如下功能。  
（1）系统可以工作在自动模式和手动模式下，通过按键进行模式切换；当外1（放外部）检测到有人时，如果时间大于2S，步进电机左转90度。，，延迟5s，右转90度关闭。模拟自动开和关。  
（2）当红外2（放内部）检测是否装满（模拟安装在顶部，如果持续时间5s都检测到有东西，那么就蜂鸣器报警，GSM报警（发送一次））。通过LCD1602显示屏实时显示系统的工作状态。  
2.2 系统网关架构设计  
根据本智能控制系统功能需求进行分析并结合现有的技术手段，将完整控制系统主要包括以下几个模块：信号输入模块、控制中心模块、执行机构模块和上位机模块。智能窗帘控制系统的整体网关架构设计如图2.1所示。  
![在这里插入图片描述][4400854c7461423abb9f34d3a9066b49.png_pic_center]

图2.1系统整体网关架构设计图  
本设计系统网关的主要架构是通过传感器模块采集信号，运用I/O把采集的信号送入单片机控制空心进行处理，处理后的结果反馈给执行结构作进一步处理，再把单片机处理后的数据结果输出到上位机。  
2.3 控制系统所用到关键技术  
自从我国进入从互联网到物联网转换时代，从我们的普通家居用品到医疗设备产品再到高端的军事领域，单片机系统所使用的地方涉及到各个领域。我们正处于一个科技、网络、信息快速发展于一体的时代，大数据的爆发物联网的迅速崛起，单片机系统凭借这它不可比拟的优点和广阔的使用场所，成为21世纪研究的热门技术。首先我们不要将嵌入式系统和我们平时所说的电脑或PC机相提并论，单片机系统的使用含有趋向特制功能的特色。它和我们平时所用的PC机电脑的应用系统的不同的，它的使用通常要和具体的应用相结合，根据需要的实现功能才能够赋予嵌入式系统生命力。值得一提的是它的硬件还有软件都可以根据需求裁剪，主要适用对应用系统的功率损耗、封装体积大小、安全性能。单片机系统包括硬件部分和软件部分这两个模块，其中硬件平台部分包含MCU、Memory、 I/O 管脚和内部Register等。软件平台部分包括作系统软件程序、底层驱动程序和应用程序等。应用程序的主要功能是控制真个系统的正常运行，而操作系统的功能就是控制着应用程序编程与硬件之间的交互。它具有软件程序占比低、较高的智能化、反应时间比较短等，所以这种系统可以适用于要求实时的和多任务的体系。单片机系统也有和我们普通计算机系统共同的地方，它也是由硬件和软件在一起混合的控制系统。硬件系统是整个系统的物理基础，它为软件的运行提供了平台基础和通信接口，系统主要的核心技术是靠软件部分，硬件电路组成部分又包括单片机MCU、外围电路和搭配电路三个部分；软件组成部分分为单片机操作系统和单片机应用软件两个层次。

/**********************GSM智能垃圾桶控制系统************************
    *  硬件：ULN2003 + 步进电机 + 蜂鸣器 + 红外	+sim900a
    *  名称：51单片机 	 
    *  编写
    *  日期：2017-4-21	11:21:00
    *  晶振:11.0592MHZ
    *  程序说明：
    ******************************************************************/
    #include<reg52.h> //包含头文件，一般情况不需要改动，头文件包含特殊功能寄存器的定义
    #include<intrins.h>
    #define uchar unsigned char
    #define uint  unsigned int
    
    sbit fm = P1^0;	//蜂鸣器
    sbit hy1 = P1^1;	//红外检测人
    sbit hy2 = P3^7;	//红外检测是否满
    sbit key1=P3^6;		//模式切换
    sbit key2=P3^5;		//开 关
    sbit LEDG=P1^2;//绿灯
    sbit LEDR=P1^3;//红灯
    
    sbit P20=P2^0;	   //步进电机输出ABCD四相
    sbit P21=P2^1;
    sbit P22=P2^2;
    sbit P23=P2^3;
    
    unsigned int angle=126;   //个十百，角度设定值512=360°
    int i,timehy1,timehy2,k,time=0;	  
    int keymode=0;	 //自动模式0  手动1
    int motor=0,messageflag=1;   //0关闭  1打开		 发送短信标志位
    
    void Delay(uint n)
    {
        
    	uint x;
    	while(n--)
    	{
        
    		x=1000;
    		while(x--);
    	}
    }
    
    /*------------------------------------------------
     		步进电机正转
    ------------------------------------------------*/
    void zz()
    {
        
    	int k=1;
    	EA=0;
    	P20=0;
    	P21=0;
    	P22=0;
    	P23=1;
        Delay(k);
    	
    	P20=0;
    	P21=0;
    	P22=1;
    	P23=0;
    	Delay(k);
    
    
    
    	P20=0;
    	P21=1;
    	P22=0;
    	P23=0;
    	Delay(k);
    
    
    
    	P20=1;
    	P21=0;
    	P22=0;
    	P23=0;
    	Delay(k);
    
    		
    	EA=1;
    	
    }
    /*------------------------------------------------
     			步进电机反转
    ------------------------------------------------*/
    void fz()
    {
        
    	int k=1;
    	EA=0;
    
    
    	P20=1;
    	P21=0;
    	P22=0;
    	P23=0;
        Delay(k);
    
    
    
    	P20=0;
    	P21=1;
    	P22=0;
    	P23=0;
        Delay(k);
    
    
    
    	P20=0;
    	P21=0;
    	P22=1;
    	P23=0;
        Delay(k);
    
    
    
    	P20=0;
    	P21=0;
    	P22=0;
    	P23=1;
    	Delay(k);
    	EA=1;
    }
    //
    //
    sbit RS = P2^7;   //定义端口 
    sbit RW = P2^6;
    sbit EN = P2^5;
    #define RS_CLR RS=0 
    #define RS_SET RS=1
    #define RW_CLR RW=0 
    #define RW_SET RW=1 
    #define EN_CLR EN=0
    #define EN_SET EN=1
    #define DataPort P0
    //
    void DelayUs2x(unsigned char t)
    {
           
     while(--t);
    }
    /*------------------------------------------------
     mS延时函数，含有输入参数 unsigned char t，无返回值
    ------------------------------------------------*/
    void DelayMs(unsigned int t)
    {
        
         
     while(t--)
     {
        
         //大致延时1mS
         DelayUs2x(245);
    	 DelayUs2x(245);
     }
    }
    /*------------------------------------------------
                  判忙函数
    ------------------------------------------------*/
     bit LCD_Check_Busy(void) 
     {
         
     DataPort= 0xFF; 
     RS_CLR; 
     RW_SET; 
     EN_CLR; 
     _nop_(); 
     EN_SET;
     return (bit)(DataPort & 0x80);
     }
    /*------------------------------------------------
                  写入命令函数
    ------------------------------------------------*/
     void LCD_Write_Com(unsigned char com) 
     {
          
     while(LCD_Check_Busy()); //忙则等待
     RS_CLR; 
     RW_CLR; 
     EN_SET; 
     DataPort= com; 
     _nop_(); 
     EN_CLR;
     }
    /*------------------------------------------------
                  写入数据函数
    ------------------------------------------------*/
     void LCD_Write_Data(unsigned char Data) 
     {
         
     while(LCD_Check_Busy()); //忙则等待
     RS_SET; 
     RW_CLR; 
     EN_SET; 
     DataPort= Data; 
     _nop_();
     EN_CLR;
     }
    
    /*------------------------------------------------
                    清屏函数
    ------------------------------------------------*/
     void LCD_Clear(void) 
     {
         
     LCD_Write_Com(0x01); 
     DelayMs(5);
     }
    /*------------------------------------------------
                  写入字符串函数
    ------------------------------------------------*/
     void LCD_Write_String(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *s) 
     {
             
     if (y == 0) 
     	{
             
    	 LCD_Write_Com(0x80 + x);     //表示第一行
     	}
     else 
     	{
              
     	LCD_Write_Com(0xC0 + x);      //表示第二行
     	}        
     while (*s) 
     	{
             
     LCD_Write_Data( *s);     
     s ++;     
     	}
     }
    /*------------------------------------------------
                  写入字符函数
    ------------------------------------------------*/
     void LCD_Write_Char(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char Data) 
     {
             
     if (y == 0) 
     	{
             
     	LCD_Write_Com(0x80 + x);     
     	}    
     else 
     	{
             
     	LCD_Write_Com(0xC0 + x);     
     	}        
     LCD_Write_Data( Data);  
     }
    /*------------------------------------------------
                  初始化函数
    ------------------------------------------------*/
     void LCD_Init(void) 
     {
        
       LCD_Write_Com(0x38);    /*显示模式设置*/ 
       DelayMs(5); 
       LCD_Write_Com(0x38); 
       DelayMs(5); 
       LCD_Write_Com(0x38); 
       DelayMs(5); 
       LCD_Write_Com(0x38);  
       LCD_Write_Com(0x08);    /*显示关闭*/ 
       LCD_Write_Com(0x01);    /*显示清屏*/ 
       LCD_Write_Com(0x06);    /*显示光标移动设置*/ 
       DelayMs(5); 
       LCD_Write_Com(0x0C);    /*显示开及光标设置*/
       }
     //
      /*------------------------------------------------
     				串口初始化
    ------------------------------------------------*/
    
    void SerialInti()//
    {
        
    	TMOD=0x20;//定时器1操作模式2:8位自动重载定时器
    
    #ifdef FOSC_12M		   //在这里根据晶振大小设置不同的数值初始化串口
    	TH1=0xf3;//装入初值，波特率2400
    	TL1=0xf3;	
    #else 	
    	TH1=0xfd;//装入初值，波特率9600
    	TL1=0xfd;
    #endif //end of SOC_12M
    	
    	TR1=1;//打开定时器
    	SM0=0;//设置串行通讯工作模式，（10为一部发送，波特率可变，由定时器1的溢出率控制）
    	SM1=1;//(同上)在此模式下，定时器溢出一次就发送一个位的数据
    	REN=1;//串行接收允许位（要先设置sm0sm1再开串行允许）
    	EA=1;//开总中断
    	ES=1;//开串行口中断	
    }
    /*------------------------------------------------
     	串行通讯中断，收发完成将进入该中断
    ------------------------------------------------*/ 
    char sms_text[]="rubbish bin full";
    void Serial_interrupt() interrupt 4 
    {
        
    	RI=0;//接收中断信号清零，表示将继续接收
    }
    
    /*------------------------------------------------
     			向串口发送字符
    ------------------------------------------------*/ 
    void Uart1Send(uchar c)
    {
        
    	SBUF=c;
    	while(!TI);//等待发送完成信号（TI=1）出现
    	TI=0;	
    }
    
    /*------------------------------------------------
     串行口连续发送char型数组，遇到终止号/0将停止	
    ------------------------------------------------*/   
    void Uart1Sends(uchar *str)
    {
        
    	while(*str!='\0')
    	{
        
    		SBUF=*str;
    		while(!TI);//等待发送完成信号（TI=1）出现
    		TI=0;
    		str++;
    	}
    }
    
    /*------------------------------------------------
     			延时函数大概是1s钟，
    ------------------------------------------------*/ 
    void DelaySec(int sec)
    {
        
    	uint i , j= 0;
    
    	for(i=0; i<sec; i++)
    	{
        
    		for(j=0; j<65535; j++)
    		{
        	
    		}
    	}
    }
    
    void sendmessage()			//发送短信
    {
        
    			ES=1;//开串行口中断
    			TR1=1;
    			EA=1;//开总中断
    			messageflag=0;
    			DelaySec(1);
    	   		LCD_Write_String(0,0,"Send.");
    			Uart1Sends("AT+CSCS=\"GSM\"\r\n");
    			DelaySec(2);//延时2秒
    			Uart1Sends("AT+CMGF=1\r\n");
    			DelaySec(2);//延时2秒
    			Uart1Sends("AT+CMGS=\"13831481471\"\r\n");//此处修改为对方的电话号
    			DelaySec(2);//延时2秒
    			Uart1Sends(sms_text);//修改短信内容
    			Uart1Send(0x1a);
    			DelaySec(2);//延时3秒
    	        ES=0;//开串行口中断
    		    TR1=0;
    		    EA=0;//开总中断
    			LCD_Write_String(0,0,"sendok");
    			DelaySec(1);//延时3秒
    			LCD_Write_String(0,0,"      ");	 
    			hy1=1;hy2=1;
    }
    /*------------------------------------------------
     		   串口初始化程序结束
    ------------------------------------------------*/
    unsigned char sz[10]={
        '0','1','2','3','4','5','6','7','8','9'};
    
    /*------------------------------------------------
                        主函数
    ------------------------------------------------*/ 
    
    void main(void) 
    {
         
    	SerialInti();	//串口初始化
    	LCD_Init(); 							 
     	LCD_Clear();//清屏
     	LCD_Write_String(0,0,"      Close     ");	 //垃圾桶指示
     	LCD_Write_String(0,1,"Man=00s Full=00s");	 //人体检测时间，垃圾满检测到时间
    	
    	while (1) 
    	 {
          
    	 	ES=0;//开串行口中断
    		TR1=0;
    		EA=0;//开总中断
    	 	if(keymode==0)	 //默认自动模式
    		{
        
    			LCD_Write_Char(15,0,'A');
    			if(timehy1>2 ) //检测到有人来了，在垃圾桶前面超过2s ,并且在垃圾桶是关闭
    			 {
        
    			 	LCD_Write_String(6,0,"Open ");	
    				for(k=0;k<126;k++) zz();	  //正转90度打开
    				while(hy1==0);
    				for(k=0;k<126;k++) fz();	  //反转90度
    				LCD_Write_String(6,0,"Close");	
    			 }
    
    			 if(timehy2>5) //检测到垃圾满了，蜂鸣器报警	GSM报警
    			 {
        
    			 	fm=0; DelayMs(500);	 fm=1; DelayMs(500);
    				if(messageflag)
    				{
        
    					sendmessage();		 //发送短信
    				}
    				
    			 }
    			 if(hy2==0)
    			   LEDR=0;
    			   else
    			   LEDR=1;
    			   if(hy2==0)
    			   LEDG=1;
    			   else
    			   LEDG=0;
    
    			 if(key1==0)		//按键1 模式切换
    			 {
        
    			 	DelayMs(100);  while(key1==0);	  keymode=1;
    			 }
    
    			 if(hy1==0){
        timehy1++;DelayMs(1000);}	else timehy1=0;	   //时间计时
    			 if(hy2==0){
        timehy2++;DelayMs(1000);}	else timehy2=0;
    
    			 LCD_Write_Char(4,1,sz[timehy1/10]);	  //显示时间
    			 LCD_Write_Char(5,1,sz[timehy1%10]);
    			 LCD_Write_Char(13,1,sz[timehy2/10]);
    			 LCD_Write_Char(14,1,sz[timehy2%10]);
    
    			 
    		} else		 //手动模式
    		{
        
    			 LCD_Write_Char(15,0,'M');
    			 LCD_Write_Char(4,1,'-');
    			 LCD_Write_Char(5,1,'-');
    			 LCD_Write_Char(13,1,'-');
    			 LCD_Write_Char(14,1,'-');
    			 if(key1==0)				   //手动模式切换到自动模式，先检测它是否关闭，没有关闭的话，先关闭。
    			 {
        
    			 	if(motor==1)
    				{
        
    					LCD_Write_String(6,0,"Close");	
    					for(k=0;k<126;k++) fz();
    					motor=0;
    				}
    			 	DelayMs(100);  while(key1==0);	  keymode=0;
    			 }
    
    			 if(key2==0)			  // 手动开关
    			 {
        
    			 	DelayMs(100);
    				while(key2==0);
    			 	if(motor==0)
    				{
        
    					LCD_Write_String(6,0,"Open ");	
    					for(k=0;k<126;k++) zz();
    					motor=1;
    				}
    				else
    				{
        
    					LCD_Write_String(6,0,"Close");	
    					for(k=0;k<126;k++) fz();
    					motor=0;
    				}
    			 }
    
    		}
    		 
    		  
    		
    	}
    }

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