1、工作原理

整體架構如圖1所示:

圖1作品系統(tǒng)架構圖

程序分為3大塊：主程序為等待延時、定時中BL熱釋紅外傳感器中斷。

工作原理：

當人走到熱釋紅外傳感器的探測X圍內，傳感器熱釋電元件在接收到人體紅

外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡,向外釋放電發(fā)經過hn911內部電潞

處理將此信號轉換成電平變換，當槍測到大時向單片機提供了一個低電平〔下

降沿〕，將此信號作為一個外部中斷信號〔在設計此方案的時候，我們還想到

檢測的時候運用圖像處理法，他的優(yōu)點就能峭容易區(qū)分垃圾抻類和準確是否是

人，但其缺點是處理信息大，受到環(huán)境戢響大，所以放棄〕；震動傳感器是招

加圾桶的震弱〔被物體撞擊〕或者重量變化轉變成電平信號，通過I/O口單片機

口J以查詢到此信號；當PT2262/2272是一對帶地址、數據編碼功能的紅外遙控發(fā)

射/接收芯片，其中發(fā)射芯片PT2262-IR將載波強蕩器、編碼器和發(fā)射單元集成

于一身，將垃圾的投入和垃圾桶是否滿轉變成電平信號，通過I/O口單片機可以

查詢到此信號;單片機在進展初始化與設定定時時間后,就等待中斷信號，當

外部中斷端有信號時,單片機進入處理中斷,認為此時有人來，通過查渤I/O信

號，判斷是否是開垃圾桶蓋,當垃圾桶未滿即PT2262/2272端無信號翻開垃圾桶

蓋〔單片機控制電磁鐵通電,蓋翻開〕，通過震動傳感器和PT2262/2272信號的

綜合判斷此人是否是投垃圾的，與此同時單片機控制話音芯片發(fā)出一些幽默的

話諳，提示大家保護環(huán)境，也給大家?guī)硪恍┛鞓贰Ｕ驗槭⑷簡纹瑱C有很方

便休眠喚醒用能，在PA口加下降沿可是單片機喚醒，并且喚醒后執(zhí)行喚醒的嚇

一跳指令，所以在長時間沒有人來投垃圾,單片機自旗的招除HN911以外的電

路電源關閉，之后單片機進入體眠，從而大大臧少能源的'浪費。做到了節(jié)能環(huán)

保。當有人來時，通過HN911電路局部將單片機喚醒，單片機將以前關閉電源

的電路從新通電進入正常工作狀態(tài)。

四、作品功能、特色

本作品節(jié)能環(huán)保，干凈衛(wèi)生，具有一定的娛樂性，運用廣泛，可適用于各

種中高級辦公樓等公共場合，其原理也可運用至其他領域，如防盜作用等，具

有很強的市場競爭力。

作品采用了HT46F49E作為主控單片機，以紅外傳感器、震動傳感器、語音

點片為主要模塊，主要特點如下：

〔1〕節(jié)能環(huán)保。本作品有休眠喚醒功能，在長時間沒有人來投垃圾，單片

機自動的將除紅外感應以外的電路電源關閉,之后單片機進入休眠，從而大大

版少能源的浪費；做到了節(jié)能環(huán)保。當有大來時，Q通過該電路局部將單片機

喚醒，單片機將以前關閉電源的電路從新通電進入正常工作狀態(tài)。

〔2〕干部衛(wèi)生。智能垃圾桶順應了現(xiàn)代社會的追求，突破了傳統(tǒng)帶蓋垃圾

桶用手或刪開蓋的思維屏障，感應開、關桶蓋讓人『〕在丟時少了價擔憂，減少

了生活中各種病菌穿插感染的機率。同時具有良好的密封性好，無垃圾異味漪

出，確?；卣{空氣清新。

〔3〕娛樂性。本作品的語音系統(tǒng)會根據不同精況發(fā)出一些幽默族諧的話i吾,

娛樂群眾的同時也吸引人。有意識地將垃圾丟進桶內,更能吸引小孩去撿垃圾

往里丟，從而使人們養(yǎng)成不亂扔垃圾的好習慣，it我們周圍的環(huán)境更加美麗。

〔4〕運用廣泛。本作品可有多種色彩、多種容量、多種材料選擇，提升了

公共場合及居家檔次，滿足了人們崇尚人性和時尚，不斷塑造個性和糊力的生

活品味；是亦公、家用、公用、會議、醫(yī)療等使用的理想選擇。

五、作品構造

(-)硬件局部

硬件電路部份包括:電源電珞模塊HT46F49E荻片控制中心模塊；信號檢測

電路模塊；控制電路模塊與話音電潞模塊四部份。分別說明如下：

Mod_1模塊：電源電潞模塊實現(xiàn)給HT46F49E單片機供電功能。

Mod_2模塊：使用HT46F49E蘇片，建立根本輸入輸出模型。實現(xiàn)與Mod_3

模塊的串行通信班能，以及實現(xiàn)根本控制I力能。

Mod_3模3：信號檢測電路模塊是由各插孔的檢測電路分別與各個用電器

相串聯(lián)組成，實現(xiàn)外部信號的檢測。

①熱式紅外傳感器模塊實現(xiàn)對外部紅外熱源的檢冽。

②震動傳感器模塊實現(xiàn)時外部重量和形變的槍測。

③紅外光傳感器模塊在Mod_2模塊中HT46F49E的控制下對帶地址、數據編碼

明能的紅外遙控發(fā)射/接收。

Mod,4模塊：

①控制電路模塊用一個電磁鐵實現(xiàn)桶蓋的翻開與關閉。

②話音電路模塊主要用編程實現(xiàn)智能垃圾桶的提醒J力能及播報I力能。

1、Mod_1模塊解析：

電源電路是由變壓器、橋式整流電路、集成器7085及一些電容所組成。家

用電器使用的220V交流電壓通過變壓器降壓、橋式整流電潞整流后，再通過

7805集成器招電壓穩(wěn)定成為5V的直流電壓，給單片機HT46R23供電。為了解

決電信號中的干擾問題，我們在集成器7085的兩邊并接電容用以濾波。電路圖

02電源模塊電路圖

2、Mod_2模塊解析:

□PB6

PB4C227□PB7

PA3/PFD匚326□PA4/TMR

PA2C425□PA&'iNT

PA1E524□PA6

PA0C623□PA7

PB3/AN3匚722□OSC2

PB2/AN2C821□OSC1

PB1/AN1C920□VDD

PB0/AN0E1019□^S

1118□PD1/PWM1

PC0C1217□PD0/PWM0

PC1C1316□PC4

PC2C1415□PC3

HT46F49E

圖3HT46F49E單片機引腳J力能表

工作電壓：

fSYS=4MHz：2.2V-5.5V

fSYS=8MHz：3.3V~5.5V

fSYS=12MHz：4.5V~5.5V

?13到23個雙向輸入/輸出口

?與輸入/輸出口共用引腳的外部中斷輸入

?8位可編程定時/計數器，具有溢出中斷和7級預分靦器

?內置晶體和RC振蕩驅動電路

?看門初定時器

?具有PFDI力能，可以用來發(fā)聲

?暫停和喚醒功能可降低功耗

?SVDD=5V,系統(tǒng)頻率為48MHz時,指令周期為0.5口s

在本作品的開發(fā)設計過程中，HT46F49E單片機采用5V穩(wěn)壓電源供電。工作在

48MHz時仲獨率。由于采用RISC構造，此系列單片機具有高運算速度和高性

能的特性有了集成的A/D和PWM功能的優(yōu)勢，再加上低身耗、高性能、靈活

控制的輸入/輸出和低本錢等特性。

3、Mod_2模塊解析：

信號檢測電路局都分為三大塊：熱式紅外傳感器、震動傳感器、紅外光傳感器。

⑴熱式紅外傳感器模塊

①這種探頭是以探測人襪瑁射為目標的。所以熱釋電元件對波長為10UM左右

的紅外輻射必須非常敏感。

②為了僅（Q對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照而通常覆蓋有特殊的菲泥爾

濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作肌

③被動紅外探頭，其傳感器包含兩個互相串聯(lián)或并取的熱釋電元。而且制成的

兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有一樣的作

用，使其產生了電效應相互抵浦,于是探測器無信號輸出。

④一旦入侵入探測區(qū)域內，大體紅外輻射通過局部鏡面聚焦，并被熱釋電元接

收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經信號

處理而報警。

⑤菲泥爾濾光片根據性能要求不同，具有不同的焦距〔感應距離〕，從而產生不

同的監(jiān)控視場，視場越多，控制越嚴密。

HN911型熱釋電紅外探頭模塊的內部電路框圖

如下圖。

04HN911里熱擇電紅外探頭模塊以及內部電路框圖平時①端輸出低電平，②端輸出高電

平。當有移動發(fā)熱體迸太監(jiān)視X圍時，熱釋電紅外傳感器接收到紅外能量，并

輸出校測信號。該信號經放大器放大后，由此機器進展比機判斷，再由信號處

理電路處理后輸出控制信號。此時輸出端①變?yōu)楦唠娖?，而輸出端②變?yōu)榈碗?/p>

平。在模塊的外部可接憎益調節(jié)電位器，以調節(jié)放大器的增益。

HN911型熱擇電紅外探買模塊的主要特性參數見表。

表:HN911里熱群電紅外探頭模塊主要特性參數

項目參數小目參數

電源電壓(V)5±10%放大器頻寬(W)0.3-7

傳感響應度(V/W)>2500輸出延時儲)>2

傳感水平視角>100°靜充電灌炸A)<20

傳感水平視角>800監(jiān)控距唐(m)15,

放大相增益(dB)>70工作溫度(t)

注：根據傳感器視場和靈敏度經過試驗確定傳感器放置角度來合理確定監(jiān)控他

倒.

濾光片

人體發(fā)出的紅外線波長10um左右，將濾光片設置在窗口處，組成紅外線通過

的窗口。濾光片。濾光片為61ml多層膜干預濾光片，這抻對太陽光和熒光燈的

場波〔為為5um一下〕具有高的反射作用，而對6um以上的人體發(fā)出的紅外熱

S[10um]有高的穿透性，其光漕特性。

如下圖：

放大電路為單片機提供一個中斷信號，單片機進入處理“是否丟垃圾程序流程

圖"。

〔2〕震動傳感器

此模塊運用應變器對重量和形變非常敏感，加上一個差動橋，大大提高了

靈敏度在經過A/D將其轉換為電平信號。下面介紹：

薄膜型半導體應變片

圖6薄腹型半導體應變片

這種應變片是利用真空沉積技術將半導體材料沉積在帶有絕緣層的試件上

或藍寶石上制成的〔上圖所示工它通過改變真空沉積時種底的溫度來控制沉枳

層電阻率的上下，從而控制電阻溫度系數和靈敏度系數。因而能制造出適于不

同試件材料的溫度自補償薄膜應變片。薄膜型半導體應變片吸收了金屬應變片

和半導體應變片的優(yōu)點，并防止了它的缺點，是一種較理想的應變片。

差動電橋

應變片、薄膜和厚膜應變片傳感器一股采用惠斯通電橋。惠斯通電橋符應

變片應變產生的電阻轉換為差分電壓如圖1所示。+Exc和-Exc終端加上鼓吊電

壓后，+VOUT和-VOUT終端上出現(xiàn)與應變成正比的差分電壓。

圖7惠斯通電機配置中連接的使變片

全橋電路時單臂靈敏度的四倍.為了提高其靈敏度采用全橋電路.將應變片貼在

垃圾桶的內側面，利用全橋電路靈敏度高的特點剛量垃圾桶震動幅度.并轉換成

電壓接入單片機分析。

〔3〕紅外光傳感器

PT2262/2272是一對帶地址、數據編碼功能的無線遙控發(fā)射/接收蘇片。

0SC10SC2

A0CA0Em

3VDD

A1EA1CnVD叮D

A2C3DoutA2Cn

0SC

A3C30SC1A3Cn

0SCA0

A4C：0SC2A4Cn

DIHA1

A5CJTEA5CnD5TE

A6/D0C□A11/D5D0CnD4

D2A10/D4D

A7/1C1CnD3

C2A9/D3CnDout

VsSVSSD2

3A8/D2A10/D4

A11/D5

圖1PT2262-IRPT2272引腳圖FT2262-1R內部原理框圖

圖8紅外光傳感器

PT2262-IR發(fā)射器片地址編碼輸入有T、“0”和“開JT三抻狀杰，數據

輸入有“1”和"0”兩種狀態(tài)。由各地址、數據的不同接即狀本決定，編碼從

輸出端Dout輸出，通過紅外發(fā)射管發(fā)射出去。其編碼時序波形如圖2所示。

Dout輸出的編碼信號是調制在38kHz載波上的，OSC1、OSC2外接的電阻決定

費頻頻率,一般電阻可在430k—470k之間選擇即可。PT2272的暫存功能是指

當發(fā)射信號消失時，PT2272的對應數據輸出電即變?yōu)榈碗姲搿６A存功能是

指,當發(fā)射信號消失時，PT2272的數據輸出端仍保持原來的狀態(tài)，直到下次接

收到新的信號輸入。圖3是紅外發(fā)射和接收的典型應用原理圖，為了能正確解

調出調制的編碼信號，接收端需加一級前置放大級，保證輸入PT2272的信號

幅度足夠大。PT2272各輸出端通過各種接口即可控制相應的負載。PT2262/2272

是一對帶地址、數據編碼功能的紅外超控發(fā)射/接收兆片。其中發(fā)射總片

PT2262-IR將載波振蕩圖、編碼器和發(fā)射單元集成于一身，P發(fā)射電R變得非

常簡浩。

接收芯片PT2272的數據輸出位根據其后綴不同而不同，數據輸出具有“哲

存”和“黃存〃兩種方式,方便用戶使用。后贊為"M"為"暫存型”,后綴為

"L”為”預存型〃。

因此可以用這一對芯片外加輔助電路對垃圾進展檢測.將其輸出〔電壓〕放大調

節(jié)接入單片機。

4、Mod_4模塊解析：

⑴控制電路模塊

此模塊主要采用電磁鐵來控制垃圾桶蓋的翻開與關閉。本作品中選用拍合

式電磁鐵,其構造如下列圖所示。

----------------圖9柏臺式電碾鐵構意圖

線圈1套在鐵心2上，兩者固定不動，街扶3是運動局部。當線圈局部通過一

定值電流過后，在鐵心、街鐵、氣隙中間就產生一定數量的磁通中。圖中虛線

所示為磁通流過的相徑。在磁通的作用下，產生一定大小的電磁吸力，將的鐵

吸向我心，企圖是氣隙4版到最小。圖中箭頭表示街鐵吸引時運動的方向。當

線圈中電流停頓后，電隨吸力就消失。

當電磁鐵通電后，產生電磁吸力，再運用杠桿原理使桶蓋翻開；當電磁鐵斷電

后，電磁吸力消失，此時垃圾桶蓋由于重力作用關閉。

〔2〕話音電路模塊

ISD25120有10個地址輸入端A0~A9,錄址能力可達1024位，地址空間

0~1023。其分配情況是：地址0~299作為分段用,地址600~767未使用,

Jit768-1023為工作模式選擇〔即A8、A9均為高〕。ISD25120的地址線有兩

用途，一是作為工作模式控制，二是作為分段錄放音的起始段地址。當最高位

地址〔MSB〕A8、A9都為高電平時〔即地址768~1023],地址踹AO~A6就

為工作模式選擇端M0~M6,對應7種工作模式。當A8、A9任一位為低或郡

為

低時〔即地址0~599〕，只要在分段錄/放音操作前〔不少于300ns〕給地址A0~

A9賺值,操作就從該地址開場。AUXIN輔助輸入,VSSD、VSSA教字地和模擬

地，SP+、SP-揚聲器輸出,VCCA模擬信號電源正極，MIC、MICREF麥克風

輸入瑞和輸入參考端，AGC自動增益控制，ANAIN、ANAOUT模擬信號輸入和

輸出，OUF涌出，CE片選〔低電半允許蘇片工作〕，PD蘇片低切耗狀態(tài)控制,

EOM錄放音完畢信號輸出

狗造圖和電路圖如下:

Th

U?