前言

传统垃圾桶需要手动开盖，无法判断桶内状态，也缺少火情、溢满提醒，体验较差。本文基于 STM32F103C8T6 单片机，在 Proteus 中完成整套智能垃圾桶硬件电路仿真，实现分类按键输入、溢满检测、烟雾火情检测、声光报警、水泵灭火、OLED 显示、串口上报等完整功能，适合作为单片机课程设计、毕设参考。

一、系统整体方案

本智能垃圾桶以 STM32F103C8T6 为主控芯片，外设分为五大模块：

1. 垃圾分类输入模块：4 路独立按键，分别对应厨余、其他、有害、可回收垃圾；
2. 环境检测模块：PCF8591 ADC 采集电位器模拟的溢满检测、烟雾浓度检测；
3. 显示模块：OLED12864 屏幕，实时显示垃圾类型、桶内溢满状态、烟雾浓度；
4. 执行报警模块：LED 状态指示灯、蜂鸣器报警、三极管驱动水泵模拟灭火；
5. 串口通信模块：USART 串口，将设备状态上传上位机。

整体逻辑：按键录入投放垃圾类型；ADC 采集溢满与烟雾数据；当垃圾桶溢满触发溢满 LED 提示；烟雾超标时，烟雾 LED 点亮、蜂鸣器报警、水泵启动模拟灭火；所有信息同步在 OLED 屏幕展示，并通过串口输出。

二、Proteus 硬件电路解析

1. 主控单元 STM32F103C8T6

STM32F103C8T6 是本系统核心，提供 GPIO、I2C、ADC、USART 外设。

• I2C 引脚 PB6/PB7：驱动 PCF8591 模数转换芯片；
• I2C 引脚 PB8/PB9：驱动 OLED12864 显示屏；
• PA14、PA15：三极管驱动水泵、蜂鸣器；
• PA0‑PA3：4 路垃圾分类按键；
• PA9/PA10：串口 TX/RX，用于串口调试输出。

2. 垃圾分类按键输入电路

4 个独立按键，分别对应厨余垃圾、其他垃圾、有害垃圾、可回收垃圾。 按键采用上拉电阻输入方式，按下后 IO 口拉低，单片机扫描按键识别用户投放垃圾种类，识别后在 OLED 上显示当前投放垃圾类型。

3.ADC 采集模块 PCF8591

STM32IO 口资源紧张，使用 PCF8591 I2C 转 ADC 芯片，完成两路模拟量采集：

1. 溢满检测：电位器 RV2 模拟垃圾桶内部满桶传感器，电位器电压随桶内垃圾高度变化；
2. 烟雾检测：电位器 RV1 模拟烟雾传感器，电位器输出电压代表烟雾浓度。

PCF8591 通过 I2C 总线 PB6 (SCL)、PB7 (SDA) 和 STM32 通信，把模拟电压转为数字量给到单片机。

4.OLED12864 显示模块

I2C 接口 OLED 屏幕，负责人机交互界面。 屏幕实时输出：投放垃圾类别、垃圾桶溢满程度、烟雾浓度数值、报警状态。方便直观查看设备当前运行状态。

5. 声光报警与执行机构

1. 溢满指示 LED (D2)：当溢满 ADC 数值超过设定阈值，D2 点亮，提示垃圾桶已满，需要清理；
2. 烟雾指示 LED (D1)：烟雾浓度超过阈值时 D1 点亮；
3. 蜂鸣器 BUZ1：烟雾超标时，PA15 输出电平，三极管 Q1 导通，蜂鸣器响起报警；
4. 水泵：烟雾超标触发火情模拟，PA14 输出高电平，Q2 三极管导通，水泵启动，模拟喷水灭火。

6. 串口通信模块

STM32 的 USART1（PA9‑TX，PA10‑RX）连接仿真串口终端。系统会把垃圾投放记录、溢满状态、烟雾浓度数据，通过串口打印输出，方便上位机监控、调试。

三、系统工作流程

1. 系统上电初始化：I2C、OLED、PCF8591、串口、GPIO 全部初始化，OLED 显示初始化界面；
2. 循环扫描 4 路分类按键，检测是否有垃圾投放操作；检测到按键按下，记录垃圾类型，OLED 更新显示；
3. 通过 I2C 读取 PCF8591 采集溢满、烟雾两路 ADC 数值；
4. 溢满判断：溢满 ADC 值大于阈值，溢满 LED 点亮；低于阈值熄灭；
5. 烟雾火情判断：烟雾 ADC 数值大于阈值，烟雾 LED 亮起，蜂鸣器鸣叫，水泵开启模拟灭火；烟雾恢复正常，报警全部关闭；
6. 将垃圾类型、溢满等级、烟雾浓度数据，刷新 OLED，同时串口输出上报；
7. 循环回到按键扫描，持续运行。

四、核心功能说明

✅ 四类垃圾分类录入：通过物理按键模拟 4 种垃圾投放，记录投放信息； ✅ 桶满检测提醒：模拟垃圾桶溢满，LED 灯光提示，提醒清理； ✅ 烟雾火情检测与灭火：模拟检测桶内起火烟雾，声光报警 + 水泵模拟灭火； ✅ OLED 可视化显示：所有状态本地屏幕直观展示； ✅ 串口数据上报：所有运行数据输出串口，便于二次开发上位机。

五、拓展改进方向（毕设 / 项目升级参考）

1. 实物替换：仿真电位器替换成真实红外溢满传感器、MQ‑2 烟雾传感器；
2. 自动开盖：增加舵机，实现投放垃圾自动开盖；
3. 无线传输：增加 ESP8266/Wi‑Fi 模块，数据上传云平台，手机查看垃圾桶状态；
4. 自动称重：增加 HX711 重量传感器，统计垃圾投放重量；
5. 语音播报：增加语音模块，播报投放垃圾类别、满桶提醒。

六、总结

本项目基于 STM32 完成智能垃圾桶整体仿真，完整实现垃圾分类输入、环境感知、报警执行、显示、串口上报整套闭环逻辑。整个工程使用 Proteus 搭建，不需要实物硬件就可以验证全部逻辑，对 STM32 I2C 外设、ADC 采集、三极管驱动外设、按键扫描等知识点有很好的练习效果，非常适合单片机课程设计和毕业设计。

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