第二章 系统设计总体设计

2.1 系统方案选择
本论文设计智能垃圾箱分类识别控制系统，本设计主要研究内容为垃圾分类、智能感应和继电器驱动。智能分类提示大幅度保护环境，解决废弃物分类，数据最后通过LCD显示。系统功能确认后，需要对功能进一步细化，功能与功能之间是否有关联性和特殊连接关系，依据实现的功能进行关键器件选型及方案确定，如本文主要关键器件是单片机及外围电路最小系统、电源转换电路、信号采集与处理电路根据系统功能选择什么样的架构模型以及关键技术。

第三章 系统硬件电路设计

3.1 STC89C52RC单片机简介
该芯片是stc89c51芯片的升级版，STC89C52是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含8kBytesISP的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用STC公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的STC89C52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。如图3.1为STC89C52单片机的管脚图。

图3.1STC89C52RC管脚图
3.2 复位电路设计
复位电路：单片机最小系统复位电路的极性电容的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用10-30μF，51单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。单片机工作之后，只要在RST引线上加载10ms以上的高电平，单片机就能有效地复位。复位电路图如图3.2所示。

图3.2复位电路图
如图3.2所示，通过将单片机的复位输入销RST的电阻连接到电源的VCC端子形成电复位电路。复位电路通过电容器向RST终端追加。电容器充电时充电最多这些对应于短路，这意味着RST接收高电平信号。在给电容器充电时高电平信号逐渐减少[8]。电容器两端的电压与电源电压相同给电容器充电的电流停止向电容器充电。当电容器被打开时，RST端处于较低水平，程序工作。
3.11 按键模块
当检测出当前垃圾为金属垃圾时蜂鸣器报警提醒，按下按键打开3号继电器，5s后自动关闭。按键模块原理图如图3.14所示。

图3.14按键模块原理图
3.12 报警模块
本设计系统需要语音提示报警，从设计成本和难度选择蜂鸣器作为报警装置，目前常用的蜂鸣器主要有有源型和无源型。其中有源型是蜂鸣器本体只提供报警装置，其电源和驱动电路都是外部提供，无源型是外部不需要提供电源电路，只需要提供驱动控制电路即可，活动的蜂鸣器不适合这个设计系统。本设计选择活动型蜂鸣器由于活动蜂鸣器的消耗功率为0.2W，因此可以通过外部信号来控制蜂鸣器的声音大小和警报时间[18]。该设计的蜂鸣器的工作电压为5V±0.5V，系统需要外部增加驱动电路，提升带载能力，为了使得控制电路简单，用三极管作为驱动芯片。选择三极管型号放大能力为100倍，因此驱动能力足以让蜂鸣器正常工作，由于控制是低电平有效，故选用9012型号PNP型三极管。驱动与控制电路如下图：

图3.15蜂鸣器驱动与控制电路

第四章 系统的软件设计

4.1 系统软件开发环境、工具
常用的系统软件开发环境是Keil软件。软件结构是由功能模块程序和子模块程序两大组成模块构成。基础程序模组通常在芯片出厂时调试时可以直接调用来进行检测。最后一个程序主要用于应用程序和通信程序的设计。
4.1.1 软件开发环境
Keil软件应用广泛，可用于51/52及STM32系列的单片芯片。51系列使用KeilC51版本STM32使用Keilu Vision版本。Keil软件是一个类似微软Windows的图形化界面，该开发环境非常易于使用而且适合与仿真器相结合的软件编译，模拟，修改。Keil软件是分层的，Keil的优点有很多，与WINXP、WIN7/10、Linux、Ubuntu等多操作系统兼容与模拟器组合使用，支持在线调试和模拟实验，操作简单，使用稳定性。使用方式可定制化，提高软件开发效率，程序编写中出现的问题可实时报警，并可定位在错误的地方，便于查找，增强软件的稳固性。
4.1.2 软件开发工具
在软件开发和设计过程中，需要编译、修改和模拟软件。这需要调试一个类似虚拟硬件的工具模拟器，它作为软件的“运行”程序发挥作用。可以作为硬件进行软件开发和调试的早期阶段进行物理调试。
4.2 软件工作流程
启动后，系统会自动将数据重置为零一次，然后初始化程序。软件系统开始工作，控制中心向输入模块发出指令，传感器数据被发送给控制部，控制部将会进行数据处理，处理过后的数据会被存储在存储器中。当系统需要数据输出时向控制部输出模块发送请求。最后处理过后的数据也会被存储在存储器中。

图4.1主程序流程图

第五章 系统仿真与调试

5.1 系统调试环境搭建
5.1.1 搭建测试环境注意事项
（1）硬件系统的测试环境的设置，应确保各部件与万用板连接时不会太近或者太远了。滤波器容量尽量接近电源，使电源输出更加稳定。同样的部件可以尽量保持功能的完整性减少资源的消耗量。
（2）焊接时，务必注意温度并且尽量不要反复焊接。
5.1.2 系统调试环境搭建
在硬件系统软件系统的设计完成后，将基于系统硬件设备设计的对象焊接在万用板上，设计系统满足设计要求后对PCB进行采样和焊接，硬件调试环境主要包括焊接对象和功能对象、电源模块、示波器、万用表。实物焊主包括以下几个方面：
（1）确定本项目设计中对功能模块进行分类所需的元器件，将所使用的元器件安装在设计图上的位置，分别用万用表检测二极管的极性、五色环电阻阻值和电容容值。
（2）确定系统的整体结构布局，并创建模板。根据设计要求单片机的最小系统采用中、纵接近板底的输入信号，板顶是输出信号端横向左侧是信号输入端，中部是信号处理端，右侧是信号输出端。
（3）垃圾分类系统的布局完成后将各功能模块的部件依次插入板中，观察整体配置是否合理不合理的情况下，焊接前重新检查面板是否满足要求。
（4）在使用电烙铁之前首先将零部件固定在板上，用刀将电气原件的过长的部分切断，最后根据与烙铁的电气关系焊接系统的线路焊接，焊接后进行进一步检查主要检查是否存在焊点不实、漏焊的器件、是否短路、电气关系、功能模块电路等情况。

图5.1无通电显示

5.2.2 系统硬件调试
软件程序写好以后编译成功即可烧到单片机中，本系统硬件部分调试主要包括三个部分：
（1）控制中枢验证：确保电源系统正常工作电源发生问题的话，系统整体可能会烧毁。取出芯片机器芯片用万用表接通电源，在5V范围(误差范围)测量输入电压单片机的供电电压在正常范围内。满足于电源切断系统电源的情况并将单片机插入底座的要求，则送电再次测量电压正常，按复位键后测量值正常。
（2）系统功能验证：如果上述验证没有问题，则在发生问题的情况下请尽快解决。功能可以正常进入功能验证阶段，逐个验证模块功能是否完善。记录验证过程。经验证、系统满足设计功能的需要。
（3）系统可靠性验证：在高温环境(40℃以上)下连续运行六小时记录系统运行过程数据的变化，经过测试，可以垃圾桶系统可以在高温环境正常稳定运行。

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