原標(biāo)題：【畢設(shè)】基于STM32的檢測(cè)內(nèi)溫度智能垃圾桶

基于STM32的檢測(cè)內(nèi)溫度智能垃圾桶設(shè)計(jì)

摘要

智能垃圾桶作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用，不僅能夠提升垃圾分類的效率，還能實(shí)現(xiàn)智能化管理。本設(shè)計(jì)以STM32系列微控制器為核心，結(jié)合溫度傳感器、超聲波傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和無(wú)線通信模塊，完成垃圾桶的智能化升級(jí)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)檢測(cè)垃圾桶內(nèi)溫度、垃圾量以及自動(dòng)開蓋等功能，具有高可靠性和較低功耗。

1. 引言

隨著智慧城市建設(shè)的推進(jìn)，垃圾分類與管理成為重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)垃圾桶存在功能單一、管理難度大的問(wèn)題，無(wú)法滿足現(xiàn)代化需求。本設(shè)計(jì)針對(duì)這一痛點(diǎn)，提出了一種基于STM32微控制器的智能垃圾桶解決方案，通過(guò)檢測(cè)內(nèi)溫度和垃圾桶狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)更高效的垃圾管理。

2. 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)包括主控模塊、傳感器模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和通信模塊。主控模塊采用STM32微控制器，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、處理和通信。傳感器模塊包括溫度傳感器（如DHT11或DS18B20）和超聲波傳感器（如HC-SR04），分別用于監(jiān)測(cè)垃圾桶內(nèi)溫度和垃圾量。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊通過(guò)步進(jìn)電機(jī)或舵機(jī)實(shí)現(xiàn)垃圾桶蓋的自動(dòng)開閉。通信模塊則選用藍(lán)牙或Wi-Fi模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳與遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3. 主控芯片的選擇與作用

系統(tǒng)核心是STM32系列微控制器，根據(jù)性能和成本需求選擇具體型號(hào)。以下是幾款適合該設(shè)計(jì)的主控芯片及其作用。

STM32F103C8T6
這是一款基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的32位微控制器，擁有72MHz主頻、64KB閃存和20KB SRAM，集成豐富的外設(shè)接口（如UART、I2C、SPI和ADC），適合本項(xiàng)目的多傳感器數(shù)據(jù)采集和處理。
在設(shè)計(jì)中，STM32F103C8T6的主要作用包括：

• 數(shù)據(jù)采集：通過(guò)ADC接口采集溫度傳感器輸出的模擬信號(hào)，處理為溫度數(shù)據(jù)。

• 通信管理：通過(guò)UART與藍(lán)牙模塊或Wi-Fi模塊通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。

• 控制邏輯：根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)控制垃圾桶蓋的自動(dòng)開閉。

STM32G071RB
這款芯片基于ARM Cortex-M0+內(nèi)核，主頻為64MHz，具有128KB閃存和36KB SRAM。相比F1系列，該型號(hào)支持更低功耗模式和更強(qiáng)大的外設(shè)兼容性。
在設(shè)計(jì)中，其作用包括：

• 實(shí)現(xiàn)低功耗運(yùn)行，延長(zhǎng)垃圾桶的電池壽命。

• 支持多個(gè)外設(shè)同時(shí)工作，提升系統(tǒng)擴(kuò)展能力，如增加濕度傳感器或氣體傳感器。

STM32L412CBU6
作為STM32L系列的低功耗代表，這款芯片基于ARM Cortex-M4內(nèi)核，主頻80MHz，閃存和RAM分別為128KB和32KB。
其主要作用體現(xiàn)在：

• 提供高精度數(shù)據(jù)處理能力，滿足復(fù)雜信號(hào)處理需求。

• 在休眠模式下耗電極低，非常適合電池供電的垃圾桶設(shè)計(jì)。

4. 傳感器模塊設(shè)計(jì)

溫度傳感器采用DHT11或DS18B20，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)垃圾桶內(nèi)溫度。當(dāng)垃圾桶內(nèi)溫度異常升高時(shí)，可以觸發(fā)報(bào)警信號(hào)，防止垃圾發(fā)酵或起火風(fēng)險(xiǎn)。超聲波傳感器HC-SR04用于測(cè)量垃圾桶內(nèi)垃圾高度，判斷垃圾桶是否已滿。

5. 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用L298N或ULN2003芯片，通過(guò)STM32輸出的PWM信號(hào)控制電機(jī)的啟停和方向。垃圾桶蓋的自動(dòng)開閉由步進(jìn)電機(jī)完成，當(dāng)檢測(cè)到手靠近垃圾桶時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)開蓋，并在短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)關(guān)閉。

6. 通信模塊設(shè)計(jì)

通信模塊選用HC-05藍(lán)牙模塊或ESP8266 Wi-Fi模塊，通過(guò)UART與STM32通信，將垃圾桶內(nèi)的溫度、垃圾量等數(shù)據(jù)上傳至手機(jī)或云端，便于遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理。

7. 軟件設(shè)計(jì)

軟件采用模塊化編程，主要包括主程序、傳感器數(shù)據(jù)采集與處理、PWM控制、電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及通信程序。
主程序采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（如FreeRTOS），保證多任務(wù)調(diào)度的高效性。系統(tǒng)初始化后，進(jìn)入循環(huán)模式，依次采集溫度和垃圾量數(shù)據(jù)，并通過(guò)判斷邏輯控制垃圾桶蓋開閉。

8. 系統(tǒng)優(yōu)化與擴(kuò)展

為提升系統(tǒng)可靠性，可增加濕度傳感器監(jiān)測(cè)垃圾桶內(nèi)環(huán)境濕度，并通過(guò)氣體傳感器檢測(cè)有害氣體濃度。未來(lái)可以引入AI圖像識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)垃圾自動(dòng)分類，提高垃圾處理效率。

9. 結(jié)論

本設(shè)計(jì)以STM32微控制器為核心，結(jié)合多種傳感器和模塊，實(shí)現(xiàn)了智能垃圾桶的設(shè)計(jì)目標(biāo)。系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)開蓋、遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能，且設(shè)計(jì)成本低，功耗適中，適用于實(shí)際推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] STMicroelectronics, STM32F103 Datasheet.
[2] HC-SR04 Ultrasonic Sensor User Manual.
[3] ESP8266 Wi-Fi Module Datasheet.
[4] DHT11 Temperature and Humidity Sensor Specifications.