摘 要

本设计以单片机为基础开发一个智能垃圾箱装满报警系统，实现对城市垃圾箱的装载情况的实时监测管理。采用模块化设计的方法将系统分为：单片机系统、温度传感器模块、超声波测距模块、LED报警模块、LCD显示模块和GSM模块等功能模块。系统以STC89C52单片机为控制中心，由超声波测距模块测得垃圾箱内垃圾至箱盖的距离，作为垃圾箱装满与否的判定依据，并以DS18B20温度传感器采集周围环境的温度数据完成超声波速度的温度补偿，提高测量得到的距离值精度。由STC89C52单片机将距离数据输出至显示器，并在LCD1602显示屏上显示出来。当距离值低于限定值时，系统将触发垃圾箱的装满报警，由单片机输出报警信号控制LED灯发光并通过GSM模块发送垃圾已装满的短信提醒。

关键词：超声波测距、GSM模块、单片机最小系统

Abstract

This design uses a single-chip microcomputer as a basis to develop a smart bin full-fill alarm system, realizing the real-time monitoring and management of the city bins loading conditions. The modular design method is used to divide the system into single-chip microcomputer systems, temperature sensor modules, ultrasonic ranging modules, LED alarm modules, LCD display modules, and GSM modules. The system uses the STC89C52 microcontroller as the control center, and the ultrasonic distance measuring module measures the distance from the garbage in the garbage can to the lid, which is used as the criteria for determining whether the bin is full or not. The DS18B20 temperature sensor collects the temperature data of the surrounding environment to complete the ultrasonic speed. The temperature compensation improves the accuracy of the measured distance value. The distance data is output to the display by the STC89C52 microcontroller and displayed on the LCD1602 display. When the distance value is lower than the limit value, the system will trigger the full alarm of the garbage bin. The single-chip microcomputer outputs the alarm signal to control the LED lamp to light up and send a message indicating that the garbage is full through the GSM module.

Key Words: ultrasonic ranging module；GSM module；MCU minimum system

目 录

第一章 绪论 1

1.1 目的和意义 1

1.2 研究概况和发展现状 1

1.3 本设计的主要内容和目的 2

第二章 系统总体设计 3

2.1 系统设计思路 3

2.2 系统器件的选择 3

2.2.1 单片机选择 3

2.2.2 温度传感器选择 4

2.2.3 显示器选择 4

2.2.4 报警器选择 4

2.3 系统整体设计概述 5

2.3.1 系统工作原理 5

2.3.2 系统工作过程 5

2.3.3 系统流程图 6

第三章 系统硬件设计 7

3.1 主控模块设计 7

3.1.1 STC89C52单片机概述 7

3.1.2 STC89C52单片机的封装及引脚 7

3.1.3 单片机最小系统 8

3.2 超声波测距电路设计 10

3.2.1超声波传感器测距工作原理 10

3.2.2 超声波信号发射电路 11

3.2.3 超声波信号接收电路 12

3.3 温度测量模块设计 13

3.4 显示模块设计 14

3.5 报警模块设计 16

3.5.1 LED灯发光报警 16

3.5.2 GSM模块无线通信 17

3.6 系统整体电路原理图 18

第四章 系统软件设计 19

4.1 软件系统概述 19

4.2 主程序设计 19

4.3 子程序设计 22

4.3.1 LCD 1602显示子程序设计 22

4.3.2 测温子程序设计 23

4.3.3 短信发送子程序设计 24

第五章 系统仿真 25

5.1 Keil运行图 25

5.2 系统仿真图 25

总结 27

参考文献 28

附录 29

致谢 43

第一章 绪论

1.1 目的和意义

随着我国城市化进程的不断推进、人们生活水平的不断提高，城市垃圾问题日趋严重，垃圾产量增长迅猛。目前，我国城市垃圾年产量近1.5亿吨，人均垃圾年产量在200KG左右。虽然国内在垃圾处理方面投入了大量的精力，也取得了一定的成效，可垃圾处理的形势依然十分严峻。城市美化建设的当务之急还是要解决垃圾分类收集回收的问题

当前，城市垃圾的回收方式主要是环卫工人定期的回收街头巷尾的垃圾箱，这种垃圾回收存在着不小的弊端：部分垃圾箱仍未装满便被回收了，造成了资源浪费，提高了回收成本；部分垃圾箱又会存在垃圾太多，却未能得到及时的回收，在炎炎夏日，这些未得到及时处理的垃圾很容易发霉发臭，影响周遭环境，同时垃圾箱的饱和便可能出现垃圾外溢的现象，而这更会带来非常不好的影响，不仅会影响市容市貌，而且会影响市民的生活质量。鉴于此种情况，设计一款垃圾装满后能自动报警的智能垃圾箱也就具有重大意义。

1.2 研究概况和发展现状

垃圾箱作为垃圾处理的重要组成部分，遍布于人们生活的各个公共场所。从最简单原始的“土坑垃圾箱”至现在的多功效智能垃圾箱，垃圾箱因科技的飞速发展而发生了质的飞越。在七十年代末，我国出现了“水泥垃圾箱”（使用水泥堆砌而成的垃圾处理点），其构造简单，能较好的储存垃圾，但“水泥垃圾箱”密封性太好，不便于清理，一段时间后，可能便发展成了一个无人清理的垃圾堆。至九十年代，街道便出现了各式各样的简易垃圾箱，如塑料垃圾箱、木质垃圾箱等，这些垃圾箱的结构和功能都较为单一，仅作为一个垃圾的装载容器被人们使用着。到了九十年代中期，分类垃圾箱便诞生了。分类垃圾箱的出现，不仅为可回收资源的循环利用创造了条件，提高了资源利用率，也使得人们对于可持续发展道路有了更深的认知，增加对环保的重视度。目前，垃圾箱的设计向着多元化、多功能化发展，出现了具有不同功能效用的垃圾箱，如感应式、压缩式等智能化垃圾箱。感应式垃圾箱的工作原理主要是在红外线模块感应到垃圾箱口一定高度有物体接近时，垃圾箱的箱盖将自动打开，在丢完垃圾后，箱盖又能自动的关闭，有效解决了有盖垃圾箱必须用手直接接触箱盖才能扔垃圾的弊端。科技的发展带动着垃圾箱一步步走向智能化，为人们提供更为便利、舒适的服务。

垃圾箱设计在智能化的道路上不断前行，但仍旧存在不少的问题需要去解决，存在的问题主要有：1）敞口式垃圾箱容易逸散垃圾的臭味，滋生蚊虫，影响周遭空气质量；2）揭盖式垃圾箱使用时需要直接接触箱盖，对使用者存在卫生感染的隐患；3)感应式垃圾箱过于频繁的开关盖，机械损害程度较高，还需加以改进 ；4）垃圾箱的装载信息得不到及时的反馈，不能及时回收满载垃圾箱等。

对于上述的问题，需逐一解决，设计出功能更为全面的新型智能垃圾箱。

随着环境问题逐渐被重视、人们环保意识的不断提高，垃圾收集处理方面将得到更多的重视。在未来，功能齐全的智能垃圾箱和完善的垃圾管理系统一定能相辅相成，构建成一套完备的垃圾收集处理体系。有效提升垃圾回收运行效率的同时，降低垃圾的回收成本。创建更为清洁的街道，展现更为美好的城市面貌。

图1.1 分类垃圾箱（左）和翻盖式垃圾箱（右）

1.3 本设计的主要内容和目的

本设计以STC89C52为基础开发一个智能垃圾箱装满报警系统，该系统能实现当垃圾装满时系统的LED指示灯发光报警并发送短信提醒的功能。设计主要以STC89C52单片机为控制中心，用温度传感器测取温度，由温度与声速之间的关系得到超声波的声速，并由超声波测距模块测得设在垃圾箱上顶部的超声波换能器与箱内垃圾的距离值，将距离值信息传递至LCD1602上显示出来，便能很直观的获知垃圾箱内部的装载情况。在距离值低于限定值时，系统装满报警，由单片机输出信号控制LED灯发光并通过GSM模块发送垃圾已装满的短信提醒，根据短信的提醒便能完成对垃圾箱装载信息的管理。设计的主要内容包括：温度测量功能、垃圾高度值的测量功能、LCD1602显示功能、LED灯发光报警功能及GSM模块远程通信功能。

第二章 系统总体设计

2.1 系统设计思路

系统所需实现的功能主要包括确定垃圾箱的装载情况及装满后自动报警功能，自动报警功能能通过单片机系统控制结合报警模块的设计来完成；垃圾箱的装载情况的确定则有多种方案：1）在垃圾箱内部的左右两侧设置光电接近开关，当垃圾装满时，关电开关发射的光线被阻隔，接收器接收不到光信号，触发报警。2）在垃圾箱内部的顶端设置超声波测距传感器，直接测取超声波传感器与箱内垃圾之间的距离，当距离值小于设定下限值时，触发报警。综合分析，最终选择方案二的超声波测距系统，因方案一中的关电门被置于垃圾箱左右两侧，十分容易被垃圾粘附，阻隔光线而干扰报警效果。

本设计使用模块化设计的思路，将系统分为多个模块进行设计。主要的模块有单片机系统、测温模块、超声波测距模块、报警模块、显示模块。系统以单片机最小系统为控制中心，控制超声波测距模块的启动，完成对温度传感器模块采集的数据的分析处理，控制显示模块的显示情况及控制报警模块实现超限报警功能。

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