基于微控制器的新型FPGA
贾宗衡+穆晓敏
[摘 要]随着家居智能化，垃圾箱作为每家每户的必需品同样需要创新。为解决垃圾箱周围地面遗留毛发、灰尘、食物残渣等难以清理物问题，本文设计了一款集“智能垃圾箱+真空吸尘器”为一体的多功能垃圾箱，该系统具有感应吸尘、智能开盖、尘满提醒、起夜灯的功能。
[关键词]智能家居；多功能垃圾箱；感应吸尘
中图分类号：TU993 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）35-0091-01
1 引言
市场调研结果显示，人们对倾倒垃圾时在垃圾箱附近残留的如毛发、灰尘等碎屑的清理有著密切关注，而生活中使用频率最高的传统清扫工具则很难解决这一问题，考虑到市场上扫地机器人具有价格昂贵等缺点，综合以上反映的情况，本文设计了一款新型家用多功能垃圾箱。该产品底部留有吸尘口，附近的传感器感应到前方的清扫工具后可自动开启吸尘功能，经过滤装置后将灰尘、毛发、食物残渣等集中存放在集尘箱中。另外产品还具备智能开盖、尘满提醒、起夜灯的功能。该系统在提高清洁效率的同时能够带给用户全新的体验。
2 整体设计
2.1 sketchup设计模型（图1）
2.2 系统说明
UPS电源用于为各个模块供电，当手靠近垃圾箱感应区时，位于箱盖上方的红外感应模块传递信号到微控制器，再由微控制器发送命令到减速电机，驱动电机完成自动开盖、闭盖动作；吸尘功能的实现依靠位于吸尘口附近的红外避障模块，前方感应到清扫工具的障碍信号后，将信号传送至微控制器，显示屏呈现“Open the Vacuum！”字样，同时微控制器发送命令至继电器模块，电路闭合后电机驱动模块驱动真空吸尘风机工作，经过滤装置后将灰尘、毛发、食物残渣等难以清理物集中存放在集尘箱中；集尘箱内壁装有薄膜压力传感器，采集压力信息后交给微控制器处理，进而可较为准确地判断集尘箱杂物堆积情况，并在超过一定重量后给予用户提醒。
3 技术方案
3.1 吸尘功能的实现
当吸尘口附近的红外避障模块检测到前方障碍物信号时，模块OUT端口持续输出低电平信号，该信号传递到微控制器后，单路继电器的公共端与常开端导通，L289N驱动真空吸尘风机工作；当前方障碍物信号消失后，OUT端口恢复至高电平，吸尘风机停止运转，届时完成了一次吸尘的工作。
3.1.1 自动开盖的实现
产品选用一款搭配红外探测的微电脑控制芯片检测投放垃圾信号，用于完成开盖动作的电机选择为直流减速电机，并根据PWM控制信号的占空比来决定直流电机的转速和转向。红外感应区检测到垃圾投放信号后，微控制器给出正转指令驱动直流减速电机正转，在机械联动装置下完成开盖动作；当感应区信号消失后，微控制器适当延时给出反转指令，完成关盖动作。
3.1.2 箱满提醒的实现
薄膜压力传感器在电路中等效为压敏电阻，当压力传感器无外界负载时，电路处于高阻状态。当外界压力施加到传感器上时，电路电阻随之下降，压力与电阻成反向比率。压力传感器信号转换模块在薄膜压力传感器未受压力或者压力小于启动压力时，DO口输出高电平，当压力超过设定阈值时，模块D0输出低电平，将传感器接入对应的压力-电压电路，数字量输出D0口可以直接与微控制器相连，通过检测高低电平来判断集尘箱杂物堆积的重量，进而配合语音模块实现箱满提醒的功能。
3.1.3 起夜灯的实现
该功能在夜晚时起到智能照明的作用。HC-SR501具备人体红外感应功能，人进入其感应范围输出高电平，人离开感应范围则自动延时，输出低电平。该模块配合光敏传感器使用，使得白天或光线强时不感应。产品选用该模块的可重复触发方式，即感应输出高电平后如果有人体在其感应范围继续活动，其输出将一直保持高电平。
3.2 系统流程图（图2）
4 结语
本文所介绍的新型家用多功能垃圾桶结合传统地面清扫方式，具备自动吸纳细小颗粒垃圾功能，除此之外还具备智能开盖、箱满提醒等功能，该设计拓展了现有智能垃圾桶的功能，符合国内人群对家用智能化产品的接受程度，预计有良好的市场前景。
参考文献
[1] 钱晓捷.微机原理与接口技术[M].北京：机械工业出版社，2014-07.
[2] 高小平.中国智能家居的现状及发展趋势[J].电器与能效管理技术，2005（4）：18-21.
[3] 何立民.单片机高级教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007-01.
[4] 蔡自兴.智能控制原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2013-01.
[5] 毛献辉，郭宏，朱昊.智能化红外感应控制系统[J].电子测量技术，2005（2）：45-49.endprint
