基于STM32的智能垃圾桶系统设计

智能垃圾桶能识别垃圾类型并进行分类处理 #生活知识# #家居生活# #智能家居系统#

引言

随着智能家居的普及，智能垃圾桶作为一种能够自动开盖、分类和监控垃圾状态的设备，逐渐进入人们的生活。智能垃圾桶可以通过感应器检测手势或人体靠近，自动打开盖子，同时监测垃圾桶的满溢状态，并提醒用户进行清理。本文设计了一个基于STM32的智能垃圾桶系统，具有自动开盖、垃圾满溢检测、异味监控和远程提醒功能。

环境准备 1. 硬件设备 STM32F103C8T6 开发板（或其他 STM32 系列）：用于控制系统和数据处理。红外距离传感器或超声波传感器：用于检测手势或人体靠近，控制垃圾桶盖的开关。超声波传感器：用于检测垃圾桶内垃圾的高度，判断是否满溢。气体传感器（如MQ-135）：用于检测垃圾桶内部的异味浓度。舵机（Servo Motor）：用于控制垃圾桶盖的开合。蜂鸣器：用于提醒垃圾桶满溢或异味过大时报警。OLED 显示屏：用于显示垃圾状态、异味浓度等信息。Wi-Fi 模块（如 ESP8266）：用于实现远程监控和提醒。LED 指示灯：用于指示系统状态（如垃圾满溢、异味超标等）。电源模块、杜邦线、面包板等基础电子元件。 2. 软件工具 STM32CubeMX：用于配置STM32的外设。Keil uVision 或 STM32CubeIDE：用于编写、调试和下载代码。ST-Link 驱动程序：用于烧录程序到STM32。 项目实现 1. 硬件连接 红外或超声波距离传感器连接：将传感器的信号引脚连接到STM32的GPIO（如PA0），用于检测手势或人体靠近。垃圾高度超声波传感器连接：将传感器的Echo和Trig引脚连接到STM32的GPIO（如PA1、PA2），用于检测垃圾高度。气体传感器连接：将气体传感器的模拟信号引脚连接到STM32的ADC通道（如PA3），用于检测异味浓度。舵机连接：舵机的控制引脚连接到STM32的PWM引脚（如PA6），用于控制垃圾桶盖的开合。蜂鸣器连接：蜂鸣器的控制引脚连接到STM32的GPIO（如PA4），用于报警。OLED 显示屏连接：OLED 显示屏的SDA和SCL引脚连接到STM32的I2C接口（如PB6、PB7），用于显示系统状态。Wi-Fi 模块连接：Wi-Fi 模块的TX/RX引脚连接到STM32的USART接口，用于远程数据传输和提醒。LED指示灯连接：LED灯的引脚连接到STM32的GPIO（如PA5），用于系统状态指示。 2. STM32CubeMX 配置 GPIO：配置多个GPIO引脚，用于连接传感器、舵机、蜂鸣器、LED灯等外设。ADC：用于读取气体传感器的模拟信号。PWM：用于控制舵机的开合。I2C：用于OLED显示屏的数据通信。USART：用于Wi-Fi模块的通信，实现远程监控和提醒。系统时钟：使用外部高速时钟HSE，提高系统性能。

生成代码后，在Keil uVision或STM32CubeIDE中进行开发。

3. 主程序设计

智能垃圾桶系统的核心功能是根据传感器的数据，自动控制垃圾桶盖的开关，并监测垃圾桶的满溢状态和异味情况。当垃圾桶满溢或异味超标时，系统会报警并通过Wi-Fi进行远程提醒。以下是系统的代码示例：

#include "stm32f1xx_hal.h"

#include "distance_sensor.h"

#include "gas_sensor.h"

#include "servo.h"

#include "oled.h"

#include "wifi.h"

#include "gpio.h"

// 定义垃圾满溢和异味浓度阈值

#define FULL_THRESHOLD 20 // 垃圾高度满溢阈值（单位：厘米）

#define GAS_CONCENTRATION_THRESHOLD 300 // 异味浓度阈值

// 函数声明

void System_Init(void);

void Measure_Environment(void);

void Control_Lid(void);

void Display_Status(void);

void Send_Data_Remotely(void);

void Alarm_Control(void);

// 全局变量

uint16_t trash_height = 0; // 垃圾桶内垃圾的高度

uint16_t gas_concentration = 0; // 当前异味浓度

uint8_t lid_open = 0; // 垃圾桶盖的状态

uint8_t alarm_triggered = 0; // 报警状态

void System_Init(void)

{

HAL_Init();

SystemClock_Config();

MX_GPIO_Init();

MX_ADC1_Init();

MX_I2C1_Init();

MX_USART1_UART_Init();

DistanceSensor_Init();

GasSensor_Init();

Servo_Init();

OLED_Init();

WiFi_Init();

OLED_ShowString(0, 0, "Smart Trash Can");

}

// 读取环境数据

void Measure_Environment(void)

{

trash_height = DistanceSensor_Read();

gas_concentration = GasSensor_Read();

}

// 控制垃圾桶盖

void Control_Lid(void)

{

// 检测是否有人靠近并控制盖子

if (DistanceSensor_DetectClose() && !lid_open)

{

Servo_Open(); // 打开垃圾桶盖

lid_open = 1;

}

else if (!DistanceSensor_DetectClose() && lid_open)

{

Servo_Close(); // 关闭垃圾桶盖

lid_open = 0;

}

}

// 显示系统状态

void Display_Status(void)

{

OLED_Clear();

OLED_ShowString(0, 0, "Trash Hgt: ");

OLED_ShowNumber(64, 0, trash_height, 4);

OLED_ShowString(0, 1, "Gas Conc: ");

OLED_ShowNumber(64, 1, gas_concentration, 4);

OLED_ShowString(0, 2, "Lid: ");

OLED_ShowString(64, 2, lid_open ? "Open" : "Closed");

}

// 发送数据到远程服务器

void Send_Data_Remotely(void)

{

char buffer[100];

sprintf(buffer, "Height:%d Gas:%d Lid:%d", trash_height, gas_concentration, lid_open);

WiFi_SendData(buffer); // 通过Wi-Fi发送数据

}

// 控制报警

void Alarm_Control(void)

{

if (trash_height < FULL_THRESHOLD || gas_concentration > GAS_CONCENTRATION_THRESHOLD)

{

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET); // 打开蜂鸣器

alarm_triggered = 1;

}

else

{

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET); // 关闭蜂鸣器

alarm_triggered = 0;

}

}

int main(void)

{

System_Init();

while (1)

{

Measure_Environment(); // 读取环境数据

Control_Lid(); // 控制垃圾桶盖

Display_Status(); // 显示系统状态

Send_Data_Remotely(); // 上传数据

Alarm_Control(); // 控制报警

HAL_Delay(5000); // 每5秒更新一次

}

}

4. 各模块代码 垃圾高度检测

#include "distance_sensor.h"

// 初始化距离传感器

void DistanceSensor_Init(void)

{

// 配置超声波传感器的引脚

}

// 读取垃圾高度

uint16_t DistanceSensor_Read(void)

{

// 从超声波传感器读取垃圾高度

return 25; // 假设当前垃圾高度为25厘米

}

// 检测是否有人靠近

uint8_t DistanceSensor_DetectClose(void)

{

// 检测是否有物体靠近

return 1; // 假设有物体靠近

}

气体传感器读取

#include "gas_sensor.h"

// 初始化气体传感器

void GasSensor_Init(void)

{

// 配置ADC引脚，读取气体传感器的模拟信号

}

// 读取气体浓度

uint16_t GasSensor_Read(void)

{

// 返回气体浓度的模拟值

return 250; // 假设当前气体浓度为250

}

舵机控制

#include "servo.h"

void Servo_Init(void)

{

}

void Servo_Open(void)

{

}

void Servo_Close(void)

{

}

OLED显示

#include "oled.h"

void OLED_Init(void)

{

}

void OLED_ShowString(uint8_t x, uint8_t y, const char *str)

{

}

void OLED_ShowNumber(uint8_t x, uint8_t y, uint32_t num, uint8_t len)

{

}

void OLED_Clear(void)

{

}

Wi-Fi数据发送

#include "wifi.h"

void WiFi_Init(void)

{

}

void WiFi_SendData(char* data)

{

}

系统工作原理 自动开盖功能：通过距离传感器检测靠近的手或物体，自动打开垃圾桶盖，在无人靠近时自动关闭，避免不必要的开启。垃圾满溢检测：系统通过超声波传感器检测垃圾的高度，当检测到垃圾即将满溢时，系统会发出警报并提醒用户清理。异味监控：通过气体传感器检测垃圾桶内部的气体浓度，当异味过大时，系统会自动报警。远程监控和提醒：系统通过Wi-Fi模块将数据上传到云端，实现远程监控和报警提醒。实时显示：OLED显示屏实时显示垃圾高度、气体浓度和垃圾桶盖状态，方便用户查看。 常见问题与解决方法 1. 垃圾桶盖不自动开合 问题原因：舵机控制信号不正确或传感器检测有误。解决方法：检查舵机连接和PWM信号设置，确保传感器安装位置正确。 2. 气体传感器数据不准确 问题原因：传感器受环境影响较大。解决方法：定期校准传感器，并避免传感器周围有气流干扰。 3. Wi-Fi连接不稳定 问题原因：Wi-Fi信号弱或模块配置错误。解决方法：确保Wi-Fi信号覆盖良好，并正确配置Wi-Fi模块的参数。 扩展功能 垃圾分类：通过图像识别模块自动识别垃圾类型，进行智能分类。智能消毒：集成消毒模块，定期对垃圾桶内部进行消毒，减少细菌滋生。语音控制：通过语音识别模块实现对垃圾桶的语音控制，提升用户体验。 结论

本项目设计的基于STM32的智能垃圾桶系统，集成了自动开盖、垃圾满溢检测、异味监控和远程提醒等功能，有效提升了用户的生活便利性和卫生条件。系统具有智能化、自动化和远程监控的特点，适用于家庭、办公楼等场所。未来可以结合垃圾分类、消毒和语音控制等技术，进一步提升系统的智能化水平和用户体验。

网址：基于STM32的智能垃圾桶系统设计 https://www.yuejiaxmz.com/news/view/651157

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