现代社会在信息技术的不断进步下，智能化的各种家电产品也愈发常见，方便了人们的日常生活，本文主要介绍一种简单智能垃圾桶，该垃圾桶基于AT89C52单片机，能够实现烟雾报警、红外感应自动开盖（当人靠近时会自动打开）、红外测量垃圾桶是否已满（若是满了则会对桶内垃圾进行一次挤压）、也具有手动开盖功能，满足垃圾桶长开的要求。此垃圾桶的电路由AT89C52单片机、晶振电路、复位电路、红外传感器、电机、蜂鸣器等组成。该垃圾桶的挤压装置能有效克服垃圾桶的假满问题，提高垃圾袋的利用率，从而达到减少垃圾袋使用的目的，节省自然资源，保护环境。本为主要内容是对该智能垃圾桶机械机构的简单介绍，以及通过protues、keil软件对电路的智慧功能进行仿真操作。
。最近几年，在信息化、自动化、智能化技术的不断被发展下，智能家居行业发展迅速，随着5G的部署逐渐成熟，万物互联的设想被拉到了题面上，各大厂商也纷纷进入智能家居的市场，竞争肯定会更加激烈。在各地方政府的安排，以及国家相关部委大力推进下，智慧城市建设部署逐渐完善，我国有500多个城市启动智慧城市建设。在智慧城市建设的背景之下，相关市场规模将有望扩容至千亿，甚至万亿级别。垃圾桶只是其中很小的一部分，但不可否认的是，垃圾桶也确实不可获缺，而且随着资源的日益枯竭，我们也要考虑提高垃圾桶的容量，解决垃圾桶的假满问题，通过智能化的方式来解决，这对保护环境以及提高人们的生活质量有很大作用。
智能垃圾桶当前实现的智能，和我们平常手机上使用的的小布等智能语音助手都差得远。即使这些语音助手也算不上多么智能，智能垃圾桶在外形和功能方面都和普通垃圾桶较为相似。在原有的基础上添加了感应开盖功能，以及不用时良好的密封性。红外感应功能的原理较为简单，通过红外线传感器感应到人的位置，在离垃圾桶较近的时候垃圾桶会自动开盖。这样我们可以在不碰到垃圾桶盖子的情况下丢垃圾（垃圾盖一般不是很干净，如果无盖也有可能有异味）。第二个就是密封功能，智能垃圾桶采用的是全密封设计，在垃圾盖上会有密封圈，桶盖闭合后能保证垃圾桶无垃圾异味溢出，减少病菌传播的几率，但全密封是不合理的，由于全密封会导致桶内空气流通过低，使桶内的垃圾相较平时更容易腐败。
大部分家庭使用的是普通的垃圾桶，这种垃圾桶很常见，是应用最广的类型，也是最需要替代的类型，他们只具有垃圾容器的功能，最大优点就是成本低，主要有以下3种
脚部踩踏开盖。不需要弯腰打开盖子，一半用于体积较小的垃圾桶，节省体力很方便。
有盖垃圾桶。在平时路边较为常见，有盖子能防止内部异味漫出来，跟利于社区的环境建设，但一般不可避免垃圾盖子变脏，在使用此类垃圾桶的时候会觉得不卫生。
360°旋转型。这是在很多城市被应用的一个垃圾桶类型，垃圾桶可以旋转，对于倾倒和回收垃圾而言相对方便，能够节省环卫人员很多体力以及时间。
此类垃圾桶内部由电路控制桶盖的开合，一般会在桶面上设计几个按键，按下案件后，桶内设置的电机会驱动垃圾桶盖子打开。 在几秒钟之后盖子会在程序的控制下自动闭合，中间的时间用于放入垃圾，如果想再次使用则需要再按一次打开键。 此垃圾桶的主要缺点是需要弯腰按键，显得不合理。 但是，这不是传统的通过机械扭矩通过手动力打开铲斗盖的方式，而是通过机械力通过电动力打开铲斗盖的方式。 这种设计仅节省人力，但是打开盖子本身所需的人力可忽略不计。
红外感应的垃圾桶相比其他的垃圾桶，其有着不需要用手接触的优点，更加的卫生且在一般情况下垃圾桶是闭合的，异味也不容易传出来。 当人靠近或者挥舞手臂的时候，会触发安装在垃圾桶顶部的红外传感器，传感器感受到变化后会输出一个电平给处理器。 然后，机械结构通过打开铲斗的盖来做出响应。 再次扔垃圾，几秒钟后自动关闭。 但总的来说这种垃圾桶实用性一般，垃圾桶的入口小，垃圾不容易丢进。 翻盖式垃圾桶的盖表面向上弯曲并具有一定的角度，使其一部分突出到铲斗表面，从结构上减小了垃圾桶的实际有效面积，增加了垃圾投入的准确率 。
侧拉式开盖垃圾桶避免了翻盖区域覆盖重叠的问题，但其传感灵敏度不高，响应速度慢。而响应速度是人对智能垃圾桶的一个重要指标。
从成年人的平均身高来判断，手臂在80-90厘米的距离自然下垂。当手臂以任何角度环绕身体时，指尖离地约1米。普通家庭小垃圾桶的高度在30-50cm之间，红外传感器在垃圾桶上的最大感应距离通常只有15-20cm。总之，很大一部分人在使用这种垃圾桶前需要“点头和伸出手”。
①具有伸缩性的垃圾桶，可以在一定程度上改变其体积的垃圾桶，在不同应用场景中可以具备不同的大小，有些甚至可以随身携带
②带盖密封圈密封垃圾桶，用来防止厨余垃圾产生较大异味，这样会降低机械结构的使用寿命；由于密封空气流动差，垃圾可能会加速腐败，除非采用手段减低桶内温度。
③垃圾的回收分类，对垃圾进行智能人工分类十分值得研究，但是也有极大的难度，现如今，没有能够在完全不依赖人力的情况下完成垃圾分类的智能产品，而且家用垃圾桶一般占用空间小，容积也不大，在此空间实现垃圾分类意义不大。
综上而言，目前智能垃圾桶并未给人提供太多便利，我希望在现有基础上提供改进，解决现有垃圾桶的一些不足之处。
由于家用垃圾桶体积有限，即使将垃圾桶设置自动分类功能也会导致垃圾桶的容积由于不同种类垃圾的划分问题而导致垃圾桶的可用空间过于狭小，而导致实用性不高。而即使垃圾桶正常情况下也会遇到一些会降低自身容积的情况出现，由于垃圾丢入垃圾桶之后，某些垃圾本身就较为松软，以及垃圾之间的空隙就会导致垃圾桶的假满问题，在经过压缩后，某些垃圾的体积可以下降百分之八十，所以本设计最主要的功能创新点在于将垃圾桶加入了一个垃圾桶满自动检测，自动对桶内的垃圾进行压缩，缩小体积，释放桶内可用空间，达到减少垃圾袋的使用，同时较于人力去踩踏更为方便。
利用红外线传感检测装置，当人靠进该垃圾桶到一定的距离时, 该传感器会传递一个信号到c52单片机, c52单片机控制直流电机转动,当直流电机转动的时候，带动旁边的大从动轮转动，两齿轮的齿数不同，顾该结构对步进电机有一定的减速作用，提高转矩，有更大的扭矩去驱动和曲轴固定在一起的垃圾桶盖子，预计是要求该从动轮转动120度左右，拉动上面的曲轴顺时针转动，打开上面的垃圾桶盖，当需要闭合时，单片机控制步进电机反转，从动轮带动曲轴顺时针转动，合上垃圾桶盖子，原理如图2.1 1所示。
在开盖过程中，考虑到盖子一般较轻且步进电机的力矩较大，顾不计算步进电机力矩等其他数据，在设计电路时要考虑让打开垃圾桶盖子的速度较快，合上时稍慢一点。
螺纹丝杠；2-联轴器；3-步进电动机减速器接口；4-步进电动机；5-压板丝杠连接装置
该装置主要是为了解决垃圾桶的假满问题，在生活中我们时常会遇到类似的情况，看起来装的很满的垃圾桶上面踩一脚，垃圾桶就会释放出将近一半的空间，
这样能极大的增加垃圾袋的使用效率，一般来说，如果在垃圾桶上直接安装螺杆或者液压装置，会占用极大的桶内空间，这样会导致垃圾桶的内容空间很小，结果就是垃圾桶一次装不了太多垃圾，显然在该项设计中垃圾桶的挤压装置不应该过于臃肿，最终设计的挤压装置如图所示，在设计时，将垃圾桶分为内外两个桶，在外桶内测装上一个螺杆，左右分别一个，贴在桶壁上，来节省空间，内桶的一侧是活动件，他的两端被固定在外桶的螺杆上，当螺杆转动时卡在螺杆上的挤压板会向垃圾桶的垃圾方向运动，从而挤压垃圾。此杆由一个带有减速箱的直流电机控制，当垃圾桶上侧的红外装置检测到垃圾桶满了的时候，就会发给步进电机一个信号，在收到信号之后，步进电机会在单片机给的脉冲信号下开始转动，通过减速器，加大了转动的力矩，对垃圾也会产生更好的挤压作用，进一步释放桶内空间，原理如图2.2 1。
3.1.1 AT89C52是INTEL公司MCS51系列单片机中基本的产品，它最大的特点就是具有一个良好的能耗比，虽然性能一般，但可以完成简单的工控需求，该单片机包含8 k字节的只读程序存储器（与C51相比其大小容量翻倍，且可以反复擦写）和256字节的随机存取存储器，该设备采用 ATMEL公司的非易失性存储技术生产，现在基本已经过时了，与标准MCS-51指令系统兼容，内置通用的8位CPU和闪存单元，AT89C52单片机经常在机电方面的应用常用中被使用。 该单片机两侧一共包含了40个引脚，以及具有32个外部双向输入/输出端口，要注意其有两个交叉的外中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信端口和2个读写端口线 MCU可以通过常规方式或在线更改程序进行编程，其引脚如图所示。
指令集，功耗小造价低，该指令集可以上显示器上的字符快速闪烁，移动等功能。LM016L和MCU可以使用8位或4位并行传输进行信息的交换与更新。hd44780控制器是由两个8位寄存器,指令寄存器，数据寄存器，显示数RAM，字符发生器roma ，字符发生器ram,地址计数器AC组成的。IR用于注册只能写入不能读取的命令代码。DR是用来登记数据的。数据通过内部操作自动写入到DDRAM和CGRAM中，或者暂时存储从DDRAM和CGRAM中读取的数据。CGROM, 8位字符代码，5 * 7点矩阵字符160和5 * 10点矩阵生成角色32。当BF记录的电平为1时，显示模块处于内部模式，在此时，该模块不响应外部操作命令，同时也不会接收数据。DDTAM用于存储已经显示过的字符，它可以存储80字符代码。
3.13 ULN2003A是较为常见的一种七路高耐压、大电流达林顿晶体管驱动IC，在显示驱动、电磁阀驱动、继电器驱动以及步进电机驱动电路当中非常常用，ULN2003常见的芯片封装形式有DIP-16、SOP-16、TSSP-16三种，该驱动IC最常见的是DIP-16或者SOP-16两种封装形式。该IC芯片具有16个引脚，1--7号引脚作用是输入引脚，而10--16是输出引脚，我们主要使用到上面的4对引脚，输入端接在单片机上，输出引脚接在步进电机上面，8号引脚在使用时为接地端，9引脚是钳位二极管公共端。
①ULN2003A 芯片的内部有七个独立的达林顿管驱动单路，单独的一个达林顿管集电极可以输出大概520mA左右的电流；
③每一路达林顿管都会串联一个2.7千欧的基极电阻，在5V的工作电压下可直接与 TTL/CMOS 电路连接，输入兼容 TTL/CMOS 逻辑信号；
晶振电路和复位电路如图3.2.1所示，晶体振荡器电路的功能是在电路中产生振荡电流并发出时钟信号，主要是为了给诸如IC之类的组件提供基准频率。 复位电路是确保电路在微机系统中稳定工作的必要部分，其主要的作用是上电复位，当电路的供电电压vcc上电时，会对电容器C3进行充电，在10 千欧电压的电阻上出现电压，单片机的引脚感知到该电压，单片机复位； 经过很短的时间后，电容器C3充电，经过动态调节后，C3充电完成，电阻10 千欧上的电流和电压都降为零，引脚处的电压也为0，单片机此刻会进入工作状态。 手动复位原理和之前的情况类似，都是改变单片机该引脚处的电平，来决定单片机是复位还是正常工作，在C52工作期间，按下开关S，电容器C3放电，S开关断开之后，电容器C3进行了充电，在10千欧的电阻上又出现了电压，使微控制器复位，及其短的时间过后，单片机进入了工作状态。
红外检测电路的电路图如图所示，在此模拟电路中，用开关按下来模拟遇到人的情况当开关断开时该电路上的2 、3位置都是低电平，6、7位置是高电平，此时6连接在单片机的P1.0T2接口上，此时为常态，在闭合开关之后，电路上的光电耦合器起到电-光-电的转化的作用6处变化为低电平，单片机在接收到此信号之后做出反应，打开垃圾桶盖子，当开关断开后，其回到之前的常态，单片机接受到信号，关闭垃圾桶。后面的垃圾桶满检测使用了相同的模拟方法。
烟雾检测传感器用一个开关来模拟，断开时代表正常的常态，a接在C52单片机的P1.1/T2EX引脚上，常态是高电平，当其感受到烟雾时，用开关闭合来表示，其左侧接地，感受到烟雾之后，a转化为低电平，单片机接受到信号。蜂鸣器的下端接地，是低电平，b端接在C52单片机的p3.7/RD引脚上，常态也是低电平，当b处转化为高电平时，蜂鸣器报警。当受到烟雾传感器作用时，单片机发出指令，使p3.7/RD引脚处的电平随一定频率在高低之间变化，即可上单片机发出长时间的报警声，当然，在检测到垃圾桶慢的时候，进行一次压缩后依然不起作用，也会让p3.7/RD引脚电平发生变化，但以一个较低的频率运行，来和烟雾报警区分开来。
该电路主要由单片机，四相步进电机以及ULN2003A驱动器，步进电机采用直流vcc供电，只要对步进电机的各项绕组在单片机的控制下，按照一定的时序通电，就可以驱动步进电机转动，原理如下图表所示：
四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A,这是单片机的一次脉冲，转动一个步距角，本仿真设置的步进电机步距角为9°。
显示硬件的设计有两种方案可选，led数码管和lcd显示，二者都具有优势，相比之下LED数码管显示的体积更大，可视面积较小，分辨率的抗干扰能力较弱，且工作电路比较复杂，顾选择了LCD显示，其电路图如3.31所示，在电路设计中，AT89C52 的P0口作为该LCD显示的数据的输出端。
将上面提到的子电路结合到一起，就得到了总电路图，电路图如图所示，该电路已具备待实现功能的基本原件，之后通过keil输出程序，并在protues上模拟仿线智能垃圾桶电路的软件设计
软件程序是实现自动化的重要一环，软件程序包括显示程序，运行程序等，运行程序包括数模转换，模数转换以及电路运行，运用KEIL软件用C语言进行编译。
软件实现的难点主要是如何做到各项功能均可以实现且不冲突本设计采用C语言对AT89C52进行编程实现各种待实现的功能。
4.2.1首先看最左侧的垃圾挤压功能，在垃圾桶的上端装有一个红外检测装置，用于检查垃圾桶内的垃圾是否以及满了，当垃圾桶通电后，程序启动，垃圾桶满了的时候，单片机收到信号，在一小段延时之后，发出信号，驱动电机，电机带动轴和挤压版压缩垃圾，在压缩垃圾后进行第二次检测，若依然是满的，则会向单片机发出信号，蜂鸣器报警提示。
4.2.2自动开关盖和手动挡开盖功能，垃圾桶最开始处于关闭状态，若手动开关按下，则垃圾桶盖子直接打开，断开则会合上垃圾桶盖，当红外装置检测到人靠近的时候，垃圾桶开盖，并在一段时间之后自动关上。
由于在keil上可以直接使用c语言对单片机进行编程，故在此处不使用汇编语言，程序主体已经经过了调试，详见附录
首先通过预处理，调用c52单片机的资源，之后可以对单片机的相关寄存器和引脚进行操作，并对一些引脚进行定义，包含头文件，一般情况不需要改动，头文件包含特殊功能寄存器的定义
（2）步进电机控制程序，该代码是为了通过驱动器对步进电机进行控制，步进电机1和2受不同的程序控制，步进电机1是对垃圾桶盖进行控制的，而步进电机2是用来控制压缩装置的。
①步进1电机正转，由于是开盖，考虑到人性化，开盖理应快一点，而关盖可以稍慢一些，所以在设定延时参数时步进电机正转的延时更短
Proteus是一款较为常用的的仿真软件，在Proteus上可以从原理图，代码调试到单片机与外围的电路协同仿真，并且可以切换带PCB设计，可以实现从概念直接设计到产品，非常完善的软件。是世界上唯一一个将电路仿真，PCB设计 虚拟仿真集合于一体的设计平台，其内部具有极其广泛的处理器模型，也在不断更新更多的新型低功耗系列处理器，支持KEIL和 MATLAB等编译器。
在电脑上打开Proteus软件，打开之前设计好的电路文件，然后输入通过KELL软件编译好的程序，点击屏幕左下脚的开始按键，开始仿真测试。如果预期效果达到，则设计可行。具体操作如下：
当时间满了3秒钟之后盖子打开，这些都会在显示电路上显示如下图所示，close表示垃圾桶盖子关闭。Open表示盖子打开
Man表示人靠近的时间，full表示检测垃圾桶满的时间，电机也在接收到指令之后转动，打开垃圾桶的盖子。
上图中显示器的N表示没有检测到烟雾，当变为Y的时候表示检测到烟雾，蜂鸣器开始报警。如图所示
和人体检测装置类似，我们也是用一个开关来模拟垃圾桶满了的情况，开关闭合后，系统开
始计时，当时间满了6秒之后，依然检测到垃圾桶是满的，则启动压缩的步进电机对垃圾进行一次压缩，若依然显示已满，则会驱动蜂鸣器进行频率较慢的报警，并发送GMS短信。
开启手动模式之后系统不在计时，状态如下图所示，当此时按下电路下方的开关，单片机就会控制垃圾桶盖子打开，且不会自动关闭，可以解决需要垃圾桶常开的需求通过图片可知，该设计基本完成了对智能垃圾桶电机的控制需求
本设计采用AT89C52单片机，利用数模转换进行数据交互，利用各种电子元器件基本实现了对垃圾桶的智能控制，但其实要想实际使用还有很大的距离，比如在很多方面都有改进的空间，在日益倡导垃圾分类的今天，智能分类垃圾桶或许才是智能垃圾桶更加合适的方向，而智能分类之后垃圾桶空间可能会面临很大的挑战，过大的体积可能会导致其不适合作为家用垃圾桶存在，所以智能分类垃圾桶前期可能更合适在机场高铁站等地点使用，但垃圾桶自带的压缩垃圾释放空间的功能我觉得是较为实用的。
本文从选题、研究、撰写到完成的整个过程中，始终得到指导老师柳华老师的悉心指导，并且为我提出了许多宝贵的意见和建议，导师严谨求学的治学态度、诲人不倦的敬业精神、以及渊博的学识让我在这次论文的写作中受益匪浅。在此，我谨向我的导师致以深深地敬意和感谢！感谢海大机电学院在我的资料收集、以及撰写期间给予的支持和帮助! 与此同时，在本论文的写作中，也得到了很多其他同学的默默支持与帮助。是你们的鼓励，让我敢于不断地探索和前进，在此我也衷心的向所有关心过我的人表示感谢！