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【畢設】基于STM32的檢測內溫度智能垃圾桶

來源: 電路城
2021-12-16
類別:智能家居
eye 45
文章創建人 拍明

原標題:【畢設】基于STM32的檢測內溫度智能垃圾桶

基于STM32的檢測內溫度智能垃圾桶設計

摘要

智能垃圾桶作為物聯網技術在日常生活中的應用,不僅能夠提升垃圾分類的效率,還能實現智能化管理。本設計以STM32系列微控制器為核心,結合溫度傳感器、超聲波傳感器、電機驅動模塊和無線通信模塊,完成垃圾桶的智能化升級。系統實現了實時檢測垃圾桶內溫度、垃圾量以及自動開蓋等功能,具有高可靠性和較低功耗。

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1. 引言

隨著智慧城市建設的推進,垃圾分類與管理成為重要環節。傳統垃圾桶存在功能單一、管理難度大的問題,無法滿足現代化需求。本設計針對這一痛點,提出了一種基于STM32微控制器的智能垃圾桶解決方案,通過檢測內溫度和垃圾桶狀態,實現更高效的垃圾管理。

2. 系統總體設計

系統總體結構包括主控模塊、傳感器模塊、電機驅動模塊和通信模塊。主控模塊采用STM32微控制器,負責數據采集、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),分別用于監測垃圾桶內溫度和垃圾量。電機驅動模塊通過步進電機或舵機實現垃圾桶蓋的自動開閉。通信模塊則選用藍牙或Wi-Fi模塊,實現數據上傳與遠程監控。

3. 主控芯片的選擇與作用

系統核心是STM32系列微控制器,根據性能和成本需求選擇具體型號。以下是幾款適合該設計的主控芯片及其作用。

STM32F103C8T6
這是一款基于ARM Cortex-M3內核的32位微控制器,擁有72MHz主頻、64KB閃存和20KB SRAM,集成豐富的外設接口(如UART、I2C、SPI和ADC),適合本項目的多傳感器數據采集和處理。
在設計中,STM32F103C8T6的主要作用包括:

  • 數據采集:通過ADC接口采集溫度傳感器輸出的模擬信號,處理為溫度數據。

  • 通信管理:通過UART與藍牙模塊或Wi-Fi模塊通信,實現遠程數據傳輸。

  • 控制邏輯:根據傳感器數據控制垃圾桶蓋的自動開閉。

STM32G071RB
這款芯片基于ARM Cortex-M0+內核,主頻為64MHz,具有128KB閃存和36KB SRAM。相比F1系列,該型號支持更低功耗模式和更強大的外設兼容性。
在設計中,其作用包括:

  • 實現低功耗運行,延長垃圾桶的電池壽命。

  • 支持多個外設同時工作,提升系統擴展能力,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內核,主頻80MHz,閃存和RAM分別為128KB和32KB。
其主要作用體現在:

  • 提供高精度數據處理能力,滿足復雜信號處理需求。

  • 在休眠模式下耗電極低,非常適合電池供電的垃圾桶設計。

4. 傳感器模塊設計

溫度傳感器采用DHT11或DS18B20,負責實時監測垃圾桶內溫度。當垃圾桶內溫度異常升高時,可以觸發報警信號,防止垃圾發酵或起火風險。超聲波傳感器HC-SR04用于測量垃圾桶內垃圾高度,判斷垃圾桶是否已滿。

5. 電機驅動模塊設計

電機驅動模塊采用L298N或ULN2003芯片,通過STM32輸出的PWM信號控制電機的啟停和方向。垃圾桶蓋的自動開閉由步進電機完成,當檢測到手靠近垃圾桶時,系統自動開蓋,并在短時間內自動關閉。

6. 通信模塊設計

通信模塊選用HC-05藍牙模塊或ESP8266 Wi-Fi模塊,通過UART與STM32通信,將垃圾桶內的溫度、垃圾量等數據上傳至手機或云端,便于遠程監控與管理。

7. 軟件設計

軟件采用模塊化編程,主要包括主程序、傳感器數據采集與處理、PWM控制、電機驅動以及通信程序。
主程序采用實時操作系統(如FreeRTOS),保證多任務調度的高效性。系統初始化后,進入循環模式,依次采集溫度和垃圾量數據,并通過判斷邏輯控制垃圾桶蓋開閉。

8. 系統優化與擴展

為提升系統可靠性,可增加濕度傳感器監測垃圾桶內環境濕度,并通過氣體傳感器檢測有害氣體濃度。未來可以引入AI圖像識別技術,實現垃圾自動分類,提高垃圾處理效率。

9. 結論

本設計以STM32微控制器為核心,結合多種傳感器和模塊,實現了智能垃圾桶的設計目標。系統具有實時監測、自動開蓋、遠程監控等功能,且設計成本低,功耗適中,適用于實際推廣應用。

參考文獻

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


責任編輯:David

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