CN207645102U - 基于超声波检测的自动开盖垃圾桶 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种自动开盖垃圾桶，包括桶体和桶盖，桶体分为上下两部分，上部分桶体两侧各加工有一圆形通孔，与桶盖两端凸起对称的转轴匹配，上部分桶体上还设置有驱动装置、控制电路、超声波发射和接收器、陀螺仪角度传感器、显示屏、按键和电源，下部分桶体的底端设置一个加大的圆形底盘；本实用新型采用超声波感应控制桶盖，精度更高，制作成本更低，而且桶体可以灵活的拆卸方便清洗，另外，桶底增加了宽大的圆形底盘，能够最大限度的防止垃圾桶倾倒；此外垃圾桶上还设置了按键用于实现手动控制垃圾桶的开合，方便实用。

Description

基于超声波检测的自动开盖垃圾桶

技术领域

本实用新型属于智能家居领域，涉及一种垃圾桶，具体是一种自动开盖垃圾桶。

背景技术

目前，市场上的自动开盖垃圾桶多是基于红外线传感器探测，还有少数是基于微波感应技术探测；利用红外线传感器探测不仅感应的距离有限、精度不高而且非常容易受到外界光线的影响，当外界的红外光较强时，很容易导致垃圾桶无法关闭桶盖，而光线较弱时又可能出现桶盖无法打开的现象。而基于微波感应技术的自动开盖垃圾桶的设计又过于复杂，造价高不具有实用性，很难令市场认可和接受；另外，由于目前的自动开盖垃圾桶都含有大量硬件电路，使得垃圾桶的清洗很不方便，而且当垃圾桶中含有大量垃圾意外倾倒时会影响环境。

实用新型内容

本实用新型的目的就是针对上述问题提供一种精确度更高、适应性更强、实用性更好地自动开盖垃圾桶。

本实用新型为了实现上述目的采用的技术方案是：

一种自动开盖垃圾桶，包括桶体和桶盖，所述桶体分为上下两部分，上下两部分桶体采用螺纹结构连接，上部分桶体两侧各加工有一圆形通孔，与桶盖两端凸起对称的转轴匹配，上部分桶体上还设置有驱动装置、控制电路、超声波发射和接收器、陀螺仪角度传感器、显示屏、按键和电源，驱动装置设置于所述圆形通孔的外侧与桶盖上的转轴连接，陀螺仪角度传感器设置在上部分桶体的下部边缘，显示屏设置于上部分桶体的中部，电源设置于显示屏的上方，超声波发射器和超声波接受器设置于上部分桶体的上部边缘，控制电路设置于超声波发射器和超声波接收器的下边空腔内，按键设置于控制电路的下方，控制电路分别与驱动装置、超声波发射和接受器、陀螺仪角度传感器、显示屏、按键以及电源连接；下部分桶体的底端设置一个加大的圆形底盘。

所述驱动装置包括舵机、输入齿轮和输出齿轮，舵机的输出端固定有输入齿轮，输入齿轮和输出齿轮啮合，输出齿轮的中心轴与桶盖上的转轴固定连接。

所述控制电路包括单片机、超声波发射电路、超声波接收电路，显示屏驱动电路、按键模块以及陀螺仪角度传感器检测电路，超声波发射电路、超声波接收电路，显示屏驱动电路、按键模块以及陀螺仪角度传感器检测电路分别与单片机连接，单片机还与驱动装置的舵机相连。

所述单片机采用AT89C52芯片，超声波发射电路由反相器和能换器及电阻组成，其中反相器由74LS04组成，超声波接收电路采用CX20106A为处理器，显示屏驱动电路采用SSD1303芯片，陀螺仪角度传感器检测电路采用MPU6050芯片。

本实用新型的有益效果是：采用超声波感应比普通红外感应或者微波感应的方式测量的精度更高，不会受到光线、温度或者湿度的影响，同时降低了制作成本，而且结构简单可以灵活的拆卸方便清洗，另外，桶底增加了宽大的圆形底盘，能够最大限度的防止垃圾桶倾倒；此外垃圾桶还设置了陀螺仪角度传感器和按键，用于实现防止垃圾桶倾倒时垃圾溢出和手动控制垃圾桶的开合，方便实用。

附图说明

图1，图2是本实用新型的结构示意图；

图3是本实用新型中驱动装置的示意图；

图4是本实用新型控制电路的结构框图；

图5是本实用新型中超声波发射电路示意图；

图6是本实用新型中超声波接收电路示意图；

图7是本实用新型中控制电路的具体连接图；

图8是本实用新型中控制电路主程序的流程图；

图9是本实用新型中定时器中断程序的流程图；

图10是本实用新型中外部中断程序的流程图。

图中1、桶体；2、桶盖；3、螺纹结构；4、驱动装置；5、控制电路；6、超声波发射器；7、超声波接收器；8、陀螺仪角度传感器；9、显示屏；10、按键；11、电源；12、圆形底盘；13、舵机；14、输入齿轮；15、输出齿轮。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明

一种自动翻盖垃圾桶，如图1和2所示，包括桶体1和桶盖2，桶体1为一个圆柱形的铝制桶体，桶盖2为一铝制圆盘，桶体1分为上下两部分，上部分桶体采用外螺纹，下部分桶体采用内螺纹，两部分桶体通过螺纹结构3连接，可以通过旋拧进行拆分和组合，上部分桶体两侧各加工有一圆形通孔，与桶盖两端凸起对称的转轴匹配，上部分桶体上还设置有驱动装置4、控制电路5、超声波发射器6、超声波接收器7、陀螺仪角度传感器8、显示屏9、按键10和电源11，驱动装置4设置于上部分桶体一侧圆形通孔的外侧与桶盖2上的转轴连接，陀螺仪角度传感器8设置在上部分桶体的下部边缘，显示屏9设置于上部分桶体的中部，电源11设置于显示屏的上方，超声波发射器6和超声波接受器7设置于上部分桶体的上部边缘，控制电路5设置于超声波发射器6和超声波接收器7的下边空腔内，按键10设置于控制电路5的下方，控制电路5分别与驱动装置4、超声波发射器6和超声波接收器7、陀螺仪角度传感器8、显示屏9、按键10以及电源11连接；下部分桶体的底端设置一个加大的圆形底盘12，用于增大垃圾桶的底面面积以防止垃圾桶倾倒。按键10包括Ｋ１和Ｋ２两个按键，按下Ｋ１则关闭桶盖，按下Ｋ２则打开桶盖，电源采用12V锂电池。

驱动装置如图3所示，包括舵机13、输入齿轮14和输出齿轮15，舵机13的输出端固定有输入齿轮14，输入齿轮14和输出齿轮15啮合，输出齿轮15的中心轴与桶盖2上的转轴固定连接。

控制电路结构如图4所示，包括单片机、超声波发射电路、超声波接收电路，显示屏驱动电路、按键模块以及陀螺仪角度传感器检测电路，超声波发射电路与超声波发射器连接，超声波接收电路与超声波接收器连接，单片机还与驱动装置的舵机和电源相连。电源用于给单片机供电，显示屏采用OLDE显示屏，显示屏驱动电路采用SSD1303芯片，用于驱动OLDE显示屏，OLDE显示屏用于显示垃圾桶状态，按键模块用于手动控制桶盖打开或关闭，陀螺仪角度传感器检测电路采用MPU6050模块，可以检测当前桶体的倾角，当倾角大于一定程度时输出一定频率的PWM波控制舵机关闭桶盖，当既没有按键控制，倾角也小于规定角度时，单片机发射40KHZ的方波信号给超声波发射电路，发出超声波，当超声波接收电路接收到超声波时则反馈给单片机一个低电平，单片机计算从发射超声波到接收到低电平的时间，从而算出距离判断是否在一定距离内，如果是则打开桶盖，不是则关闭桶盖。

超声波发射电路如图5所示，信号从IN端输入经一级反相器，送入能换器一个电极，另一端又经过二级反相器送入能换器的另一极，所述的反相器由74LS04组成，其中R1，R2是能换器的上拉电阻，可以增加74LS04的驱动能力。

超声波接收电路如图6所示，超声波接收电路采用CX20106A作为处理器，其引脚1为超声波信号输入端，与能换器连接，引脚2则通过一RC串联网络与地连接，改变其数值可以改变放大器的增益增大电阻R1或减少C2则使负反馈能量增大，放大倍数下降，反之则增大放大倍数，在此选用R1=5欧姆，C2=1uf，引脚3则与地之间连接检波电容C3,引脚4则接地，引脚5通过R2与电源连接，R2用于改变中心频率，引脚6通过电容C4与地连接，引脚7则是输出端，并且引脚7并联了一个上拉电阻，在没有信号输入时输出高电平，有信号时则输出一个低电平，引脚8则是电源连接5V。

单片机采用AT89C52芯片，整体控制电路的具体连接关系如图7所示，X1是单片机的外部晶振频率为12MHZ，为单片机提供时钟，MPU6050模块用于检测当前桶体的倾斜角度，SCL,SDA分别与单片机的P1.2，P1.3引脚连接，AD0口控制MPU6050的地址，将其接地（置低），INT脚是外部中断引脚，悬空，CPOUT,REGOUT引脚经过电容接地，FSYNC，GND引脚接地，VCC引脚接高电平并且并联一个电容，用于去除交流信号；单片机P1.4,P1.5引脚分别与按键K1，K2连接，按键K1，K2分别接了一个上拉电阻，当按键未按下时P1.4，P1.5引脚，接收到高电平，当按键K1或K2按下时P1.4，P1.5引脚分别接收到低电平；单片机P1.6引脚用于输出PWM波与驱动装置的舵机连接，舵机可以根据输出的PWM波控制旋转的位置，PWM波从1500HZ~3000HZ线性对应舵机的0度~180度，单片机的P2.7引脚则接超声波发射电路的IN引脚，用于发射40KHZ方波，而P3.2引脚与超声波接收电路的OUT角连接用于接收反馈信号，OLED模块由控制驱动电路SSD1303和OLED显示屏组成，SSD1303的D0~D7引脚是数据输入端口，与单片机的P0.0~P0.7连接，R/W引脚为数据读写端用于选择是输出数据还是写入数据，与P2.0连接，E为使能端用于使能SSD1303与P2.1连接，D/C为数据命令选择端用于控制是输入数据还是命令，与P2.2连接，CS为片选端与P2.3连接，RES为复位端用于复位芯片与P2.4连接，而OLDE显示屏与SSD1303通过COM0~COM63，SEG0~SEG95连接，COM0~COM63，SEG0~SEG95可以根据译码器输出的信号控制OLDE显示屏中的点阵亮灭 从而显示出对应的图像。

图8是控制电路主程序的流程图，图9是定时器中断程序的流程图，图10是外部中断程序的流程图，其控制流程是：首先将单片机初始化，P1.4，P1.5设置为输入模式，由于P1.4，P1.5分别有一个上拉电阻所以当按键未按下时P1.4，P1.5为高电平，按下则是低电平，再初始化OLDE显示屏，将P0.0~P0.7设为输出，再初始化定时器1，定时器0，定时器1用于控制PWM波的输出，定时器0用于计算超声波返回的脉冲宽度，从而计算距离，再初始化外部中断INT0为低电平触发，用于接收超声波返回的电平信号，在初始化MPU6050,MPU6050通过软件模拟IIC方式与单片机通讯，然后进入循环while（1），在循环中不断刷新older的显示值，并且扫描P1.4，P1.5，当P1.4为低电平时也就是按键K1按下则使FLAG=1，k2按下时P1.5为低电平使FLAG1=1，在定时器1溢出中断时则会首先判断FLAG是否为1，是则输出2250HZ的PWM波。使舵机保持中间位置，保持桶盖关闭，结束中断，否则就判断FLAG1是否为1，是则输出1500HZ的PWM波，使舵机顺时针旋转90度，开盖，结束中断，否则继续判断MPU6050测得的角度是否大于30度，如果大于30度则控制P1.6输出2250HZ的PWM波控制舵机旋转到中间位置，使得桶盖保持关闭的状态，结束中断，否则进入超声波发射程序，发出40KHZ的方波信号给超声波发射电路，同时启动定时器0，并设置TL0=0定时器0开始计数，当超声波接收电路收到回波时，反馈一个低电平给单片机的INT0角，触发中断此时记录定时器0计数的值，并且停止计数，由于定时器0，1微秒计数一次，所以时间=计数值/1000000 S再根据距离=时间*声速/2，算出距离，然后在判断物体和超声波是否在30cm之内，如果小于30cm则使P1.6输出1500HZ 的PWM波控制开盖，否则输出2250HZ的PWM波控制桶盖闭合结束中断。

使用本实用新型时，接通电源启动程序如果没有任何按键按下，而且桶体倾角小于30度，超声波发射器会不断的发出超声波，当使用者将手放置于超声波接收器的上方30厘米范围内，超声波会被反射回来由超声波接收器接收，超声波接收器反馈低电平给单片机，单片机进入中断读取从发射超声波到接收到超声波这段时间定时器0计数值根据此值算出时间，再根据公式距离=声速*时间/2算出距离，当人手在有效距离（30cm）内，单片机则会发出1500HZ的PWM波，控制舵机顺时针转动90度，舵机带动输入齿轮进行转动，输入齿轮与输出齿轮相啮合进而带动桶盖翻转，从而打开桶盖，当人手离开有效距离时，则在25s后输出2250HZ的PWM波控制舵机逆时针转动90度关闭桶盖。

OLDE显示屏和单片机相连接，接通电源程序启动时自动刷新显示屏内容，显示屏上显示有：此时垃圾桶控制状态（手动或自动），此时电池电量。

如果用户需要清洗垃圾桶则可以拆开垃圾桶桶体的上下两部分，用于装垃圾的下半部分可以用水冲洗，这便解决了其他垃圾桶无法深入清洗的问题。

用户也可以通过按钮控制桶盖打开或关闭，按下K1则关闭垃圾桶，按下K2则是打开垃圾桶，当用户需要倒垃圾时不仅可以通过拆开垃圾桶上半部分，还可以用按键控制桶盖打开倾倒垃圾。如果用户不小心绊倒垃圾桶，使其倾角大于30度时单片机会根据MPU6050反馈的角度强制关闭垃圾桶防止垃圾溢出。

本实用新型的结构简单灵活，桶体的上下两部分可以通过旋拧螺纹结构而快速的拆卸，方便清洗，而且相比其他自动开盖垃圾桶更加实惠，测量精度更高适应性更强，普通的红外感应模块容易受到光线的影响，而基于超声波检测则不会受到光线，温度，湿度的影响，并且可以通过OLDE显示屏实时显示垃圾桶状态，并且具有检测倾角和按键控制功能，当陀螺仪角度传感器检测到垃圾桶的倾角大于30度时单片机控制舵机关闭垃圾桶，以防止垃圾桶内的垃圾溢出，按键可以实现手动控制垃圾桶打开或关闭，在超声波发射器和超声波接收器发生故障时可以采用按键控制垃圾桶盖的开合。

Claims (8)

1.一种自动开盖垃圾桶，包括桶体和桶盖，其特征在于：所述桶体分为上下两部分，上部分桶体两侧各加工有一圆形通孔，与桶盖两端凸起对称的转轴匹配，上部分桶体上还设置有驱动装置、控制电路、超声波发射器和超声波接收器、陀螺仪角度传感器、显示屏、按键和电源，驱动装置设置于所述圆形通孔的外侧与桶盖上的转轴连接，陀螺仪角度传感器设置在上部分桶体的下部边缘，显示屏设置于上部分桶体的中部，电源设置于显示屏的上方，超声波发射器和超声波接受器设置于上部分桶体的上部边缘，控制电路设置于超声波发射器和超声波接收器的下边空腔内，按键设置于控制电路的下方，控制电路分别与驱动装置、超声波发射和接受器、陀螺仪角度传感器、显示屏、按键以及电源连接；下部分桶体的底端设置一个加大的圆形底盘。

2.根据权利要求1所述的一种自动开盖垃圾桶，其特征在于：所述桶体的上下两部分采用螺纹结构连接。

3.根据权利要求1所述的一种自动开盖垃圾桶，其特征在于：所述驱动装置包括舵机、输入齿轮和输出齿轮，舵机的输出端固定有输入齿轮，输入齿轮和输出齿轮啮合，输出齿轮的中心轴与桶盖上的转轴固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种自动开盖垃圾桶，其特征在于：所述控制电路包括单片机、超声波发射电路、超声波接收电路，显示屏驱动电路、按键模块以及陀螺仪角度传感器检测电路，超声波发射电路、超声波接收电路，显示屏驱动电路、按键模块以及陀螺仪角度传感器检测电路分别与单片机连接，单片机还与驱动装置的舵机相连。

5.根据权利要求4所述的一种自动开盖垃圾桶，其特征在于：所述单片机采用AT89C52芯片。

6.根据权利要求4所述的一种自动开盖垃圾桶，其特征在于：所述超声波发射电路由反相器和能换器及电阻组成，其中反相器由74LS04组成，超声波接收电路采用CX20106A为处理器。

7.根据权利要求4所述的一种自动开盖垃圾桶，其特征在于：显示屏驱动电路采用SSD1303芯片。

8.根据权利要求4所述的一种自动开盖垃圾桶，其特征在于：陀螺仪角度传感器检测电路采用MPU6050芯片。