自動(dòng)垃圾桶感應(yīng)開(kāi)蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與改進(jìn)

自動(dòng)垃圾桶感應(yīng)開(kāi)蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與改進(jìn)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）論文（設(shè)計(jì)）題目自動(dòng)垃圾桶的感應(yīng)開(kāi)蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與改進(jìn) 試點(diǎn)單位 學(xué)生姓名胡鵬飛學(xué)號(hào)xxxx17機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)2021屆（秋）本科層次（本?？疲┲笇?dǎo)老師姓名張赟專業(yè)技術(shù)職稱湖北廣播電視大學(xué)印制湖北廣播電視大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）教師指導(dǎo)記錄表?。ㄊ?、州）電大 教學(xué)點(diǎn) 指導(dǎo)教師___張赟 學(xué)生姓名胡鵬飛學(xué)號(hào)xxxxl7專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化第一次指導(dǎo)指導(dǎo)時(shí)間：指導(dǎo)內(nèi)容：第二次指導(dǎo)指導(dǎo)時(shí)間：指導(dǎo)內(nèi)容：第三次指導(dǎo)指導(dǎo)時(shí)間：指導(dǎo)內(nèi)容：第四次指導(dǎo)指導(dǎo)時(shí)間：指導(dǎo)內(nèi)容：第五次指導(dǎo)指導(dǎo)時(shí)間：指導(dǎo)內(nèi)容：目錄一、引言1二、自動(dòng)垃圾桶的感應(yīng)開(kāi)蓋結(jié)構(gòu)分析2（一）自動(dòng)垃圾桶的工作原理2（二）自動(dòng)垃圾桶的感應(yīng)開(kāi)蓋結(jié)構(gòu)3（三）自動(dòng)垃圾桶的功能分析3三、自動(dòng)垃圾桶的感應(yīng)開(kāi)蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4（一）自動(dòng)垃圾桶的感應(yīng)開(kāi)蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案41.垃圾桶的感應(yīng)方式確定42.機(jī)械傳動(dòng)方式確定43.絲桿螺母副的確定6（二）垃圾桶的設(shè)計(jì)圖7四、自動(dòng)垃圾桶的感應(yīng)開(kāi)蓋硬件電路設(shè)計(jì)9（一）硬件電路總體設(shè)計(jì)9（二）電源電路模塊9（三）芯片控制中心模塊10（四）信號(hào)檢測(cè)電路模塊10（五）控制電路模塊11（六）語(yǔ)音電路模塊12五、自動(dòng)垃圾桶的感應(yīng)開(kāi)蓋軟件設(shè)計(jì)與測(cè)試13（一）容量探測(cè)程序流程13（二）電機(jī)控制程序流程14（三）自動(dòng)垃圾桶的測(cè)試14六、總結(jié)15參考文獻(xiàn)16摘要本文是針對(duì)目前智能垃圾桶的開(kāi)蓋方式的分析以及自動(dòng)垃圾桶的感應(yīng)開(kāi)蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與改進(jìn)。主要對(duì)紅外感應(yīng)開(kāi)蓋與輕觸式感應(yīng)開(kāi)蓋兩種感應(yīng)開(kāi)蓋的方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析與比較，并最終使用輕觸式感應(yīng)。而且對(duì)各種機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)缺點(diǎn)的分析與比較，最終用絲桿傳動(dòng)作為垃圾桶的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。對(duì)絲桿螺母副類(lèi)型的選擇上也同樣做出了分析。同時(shí)，本文重點(diǎn)分析以及研究了制動(dòng)垃圾桶的感應(yīng)開(kāi)蓋硬件電路設(shè)計(jì)，并詳細(xì)給出了硬件電路的總體設(shè)計(jì)方案以及各個(gè)電路模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)。最后分析了自動(dòng)垃圾桶的感應(yīng)開(kāi)蓋軟件設(shè)計(jì)與測(cè)試，分析了容量探測(cè)程序流程以及電機(jī)控制程序流程，并且分析了自動(dòng)垃圾桶的性能測(cè)試，最終測(cè)試結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)垃圾桶性能優(yōu)良，值得在日常生活中進(jìn)行推廣以及使用。關(guān)鍵詞：智能垃圾桶；設(shè)計(jì)；改進(jìn)一、引言現(xiàn)在市場(chǎng)上已經(jīng)銷(xiāo)售了多種樣式的自動(dòng)化智能垃圾桶，其中包括有：例如利用紅外線進(jìn)行自動(dòng)控制的自動(dòng)翻蓋的智能垃圾桶、在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的智能垃圾桶以及太陽(yáng)能智能垃圾桶，還有基于無(wú)線WiFi網(wǎng)絡(luò)的智能垃圾桶等，但是這些垃圾桶都往往體積比較大而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有著不易維修的問(wèn)題，再加上成本很高一般家庭用不上。本文設(shè)計(jì)的垃圾桶結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小巧適用于普通家庭使用。人們?cè)诔鞘械母鱾€(gè)地方都可以看到垃圾桶，作為服務(wù)社會(huì)以及方便人們使用的物品，垃圾桶的使用情況以及衛(wèi)生狀況等都會(huì)反映出我們國(guó)家的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平以及國(guó)民素質(zhì)等等。若是垃圾桶得到了充分的使用，不僅可以保證周?chē)沫h(huán)境整潔還能使得社會(huì)風(fēng)氣更加文明和諧。二、自動(dòng)垃圾桶的感應(yīng)開(kāi)蓋結(jié)構(gòu)分析（一）自動(dòng)垃圾桶的工作原理（1）感應(yīng)式。通常都被稱為電子感應(yīng)垃圾桶，其組成結(jié)構(gòu)包括了紅外線傳感器、機(jī)械傳動(dòng)裝置、正反轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)、電動(dòng)機(jī)等。這種開(kāi)蓋方式的基本原理就是通過(guò)將紅外線傳感器感應(yīng)到的信號(hào)通過(guò)轉(zhuǎn)換的時(shí)候，通過(guò)電信號(hào)的形式傳送到正反轉(zhuǎn)的開(kāi)關(guān)上。然后自動(dòng)開(kāi)啟電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)，完成機(jī)械性的開(kāi)啟和關(guān)閉垃圾桶蓋的行為。一般將紅外線感應(yīng)的區(qū)域范圍設(shè)置為15cm，當(dāng)人完成扔垃圾行為的3秒鐘后，桶蓋會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。如圖1，人們?cè)谑褂美皶r(shí)無(wú)需接觸到其任何位置，全程都是自動(dòng)化的，這樣一來(lái)就減少了人們產(chǎn)生因接觸垃圾桶而感染細(xì)菌的顧慮。圖1感應(yīng)式程序流程圖（2）輕觸式。專業(yè)名稱為輕觸式電動(dòng)垃圾桶，其組成部分包括有：安裝在垃圾桶前部下方的感應(yīng)觸摸開(kāi)關(guān)、電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置等，用腳輕輕觸動(dòng)一下觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)，從而使電機(jī)實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)來(lái)帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，做到垃圾桶的自動(dòng)開(kāi)蓋與關(guān)蓋。（二）自動(dòng)垃圾桶的感應(yīng)開(kāi)蓋結(jié)構(gòu)在以上兩種不管是電子感應(yīng)垃圾桶還是輕觸式電動(dòng)垃圾桶結(jié)構(gòu)中，都是由感應(yīng)開(kāi)關(guān)，正反轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)，電機(jī)以及電源組成，其中感應(yīng)裝置與正反轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)在市場(chǎng)上都有很多類(lèi)型技術(shù)都很成熟。電源更是僅僅需要普通的36v的蓄電池就可以了。電機(jī)同樣也只要普通的直流電機(jī)就行了。但是垃圾桶的開(kāi)蓋與閉合都需要有機(jī)械傳動(dòng)裝置。從機(jī)械傳動(dòng)裝置的組成來(lái)看，一般是通過(guò)各種機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成的。從傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的類(lèi)型來(lái)看，一般有四桿機(jī)構(gòu)，液壓升降機(jī)構(gòu)、齒輪條升降機(jī)構(gòu)以及皮帶升降機(jī)構(gòu)等等，一個(gè)合適的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以讓自動(dòng)垃圾桶更安全，便捷以及有更低的成本。（三）自動(dòng)垃圾桶的功能分析這個(gè)智能垃圾桶主要的功能有：自動(dòng)翻蓋和閉蓋、自動(dòng)壓縮垃圾、語(yǔ)音提示到垃圾、垃圾桶滿箱檢測(cè)以及具有顯著地域特色的垃圾桶外形設(shè)計(jì)。（1） 自動(dòng)翻閉蓋功能。將紅外線傳感器感應(yīng)到的信號(hào)轉(zhuǎn)換以電信號(hào)的形式傳送到正反轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)上，然后自動(dòng)開(kāi)啟電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)，完成機(jī)械性的開(kāi)啟和關(guān)閉垃圾桶蓋的行為。（2） 自動(dòng)壓縮功能。通過(guò)在垃圾桶中設(shè)置垃圾自動(dòng)壓縮裝置，一旦垃圾桶的垃圾占據(jù)到一定的面積之后，在自動(dòng)關(guān)蓋的時(shí)候通過(guò)啟動(dòng)垃圾自動(dòng)壓縮裝置來(lái)將垃圾急性壓縮，從而能夠加大的節(jié)省垃圾桶的空間。（3） 語(yǔ)音提示功能。對(duì)自動(dòng)垃圾桶的程序進(jìn)行設(shè)置，將語(yǔ)音詞條存入到存儲(chǔ)器中，當(dāng)運(yùn)行工作的時(shí)候達(dá)到語(yǔ)音播報(bào)的效果。友好的語(yǔ)言提示不僅可以提醒人們垃圾入桶的行為，還能產(chǎn)生一些趣味性，因此只要設(shè)置好合理的且不同的語(yǔ)音提示就會(huì)起到很好的效果。三、自動(dòng)垃圾桶的感應(yīng)開(kāi)蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（一）自動(dòng)垃圾桶的感應(yīng)開(kāi)蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案1.垃圾桶的感應(yīng)方式確定由于現(xiàn)在垃圾桶的使用不夠規(guī)范，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)垃圾不能及時(shí)倒掉造成周邊環(huán)境污染和細(xì)菌滋生，所以當(dāng)人們?cè)谕哆f垃圾的時(shí)候手部會(huì)接觸到垃圾桶，很可能造成細(xì)菌的傳播，在春天以及夏天這樣傳染病頻發(fā)的季節(jié)里，兒童很容易受到細(xì)菌的侵害，所以設(shè)計(jì)出這種自動(dòng)式的垃圾桶是十分有必要的。感應(yīng)式的裝置，自動(dòng)開(kāi)啟自動(dòng)關(guān)閉，減少了人們接觸到垃圾桶的環(huán)節(jié)，而且還能有效防止因桶內(nèi)垃圾清理不及時(shí)造成的周邊環(huán)境污染。從電子感應(yīng)垃圾桶以及輕觸式垃圾桶的優(yōu)缺點(diǎn)來(lái)看，是十分明顯的。感應(yīng)式垃圾桶的最大的優(yōu)點(diǎn)，就是投放垃圾時(shí)，人體與垃圾桶沒(méi)有任何的接觸。這樣就可以避免接觸垃圾桶上滋生的細(xì)菌保持安全衛(wèi)生。而且是完全可以單手操作相比于傳統(tǒng)腳踏式與手動(dòng)翻蓋式垃圾桶很大程度上解放了雙手。但是感應(yīng)式垃圾桶也有著明顯的不足之處。首先，本文設(shè)計(jì)的垃圾桶是更適用于普通家庭使用，所以垃圾桶的高度就不會(huì)太高，所以成人要扔垃圾時(shí)往往需要彎腰才能讓感應(yīng)器探測(cè)到信號(hào)，這樣會(huì)讓人覺(jué)得不方便。其次，作為家用垃圾桶就不能有太多不必要的消耗，但是感應(yīng)式垃圾桶的紅外感應(yīng)器需要不停的發(fā)射紅外脈沖信號(hào)，這就造成了不必要的浪費(fèi)。還有更重要的一點(diǎn)，感應(yīng)式垃圾桶很容易造成誤判，尤其是很多家庭都養(yǎng)寵物的情況下，第一會(huì)造成能源浪費(fèi)，第二，當(dāng)貓，狗等寵物坐在垃圾桶上時(shí)造成誤判時(shí)會(huì)對(duì)垃圾桶造成損害。輕觸式垃圾桶的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)也很明顯優(yōu)點(diǎn)是你只要用腳輕輕觸碰一下感應(yīng)器就能實(shí)現(xiàn)垃圾桶的開(kāi)蓋與閉合，這樣也是很衛(wèi)生也很方便的，而且不容易有誤判現(xiàn)象。感應(yīng)器平時(shí)是處于待機(jī)狀態(tài)沒(méi)有太多浪費(fèi)。但是與感應(yīng)式垃圾桶相比輕觸式垃圾桶有一個(gè)缺點(diǎn)，就是輕觸式垃圾桶必須要觸碰感應(yīng)器，所以當(dāng)人坐的時(shí)候需要伸腿去開(kāi)蓋，這樣會(huì)有點(diǎn)不方便，而且不能做到單手操作，這也是不足之處。但相比于傳統(tǒng)的腳踩式垃圾桶已經(jīng)是很大的改善了。綜上所述，本文最終確定的垃圾桶感應(yīng)開(kāi)蓋方式為輕觸式。機(jī)械傳動(dòng)方式確定機(jī)械傳動(dòng)方式是自動(dòng)垃圾桶設(shè)計(jì)中很重要的一部分，合適的傳動(dòng)方式對(duì)垃圾桶十分的重要，哪種方式是合適的就需要分析了。四桿機(jī)構(gòu)。這種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理是通過(guò)利用電動(dòng)機(jī)來(lái)進(jìn)行齒輪的降速,然后再通過(guò)電機(jī)來(lái)帶動(dòng)四桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，最后來(lái)促使垃圾桶開(kāi)蓋。該機(jī)構(gòu)各運(yùn)動(dòng)副均為面接觸，傳動(dòng)時(shí)受到單位面積上的壓力較小，在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中受到的阻力很小，內(nèi)部零件也不會(huì)輕易受到磨損，使用周期變長(zhǎng)。而且接觸面通常都采用的圓柱面或平面的設(shè)計(jì)，所以制作起來(lái)十分簡(jiǎn)單，材料也比較優(yōu)質(zhì)。但是很大的缺點(diǎn)構(gòu)件作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)慣性力難平衡，易產(chǎn)生動(dòng)載荷。而且設(shè)計(jì)復(fù)雜，會(huì)導(dǎo)致有很大的體積。最后因?yàn)榈透遍g存在間隙會(huì)積累誤差，效率較低。鋼絲繩傳動(dòng)。從鋼絲繩傳動(dòng)的原理來(lái)看，主要是通過(guò)將緊緊繞在槽輪上的繩索與槽輪之間的摩擦力，隨后產(chǎn)生傳遞力來(lái)帶動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)，然后利用電動(dòng)機(jī)來(lái)帶動(dòng)蝸桿渦輪減速器的運(yùn)動(dòng)，使得滾筒與渦輪能夠連接在一起，最后利用滑輪以及鋼絲繩共同組成的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)帶動(dòng)垃圾桶桶蓋的移動(dòng)。該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)就是噪音較低，成本較低。但缺點(diǎn)也很明顯雖然生產(chǎn)制作很方便，但是易拉伸，為了保證準(zhǔn)確就需要經(jīng)常的調(diào)整，而且安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)較煩，這樣不僅不能保證安全可靠性，還提高了成本，不適合家庭使用。絲桿傳動(dòng)。在這種傳動(dòng)方式中，主要是通過(guò)圓錐齒輪傳動(dòng)的方式來(lái)帶動(dòng)絲桿進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而使得螺母能移動(dòng)，最終提升垃圾桶桶蓋。這種絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，并且占用的空間十分小，同時(shí)從工作性能表現(xiàn)來(lái)看也比較優(yōu)秀。與其他傳動(dòng)方式相比，造價(jià)相對(duì)較較低，同時(shí)產(chǎn)生的噪音也很低。液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。采用液壓驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)垃圾桶蓋的移動(dòng)，液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)十分明顯，該機(jī)構(gòu)運(yùn)作平整，噪音低。但是液壓系統(tǒng)故障后排除較麻煩，而且液壓密封需要一定的技能，如果沒(méi)有處理好會(huì)出現(xiàn)故障，同時(shí)液壓系統(tǒng)較為龐大不能適用家庭型垃圾桶。齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。這種傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)主要是通過(guò)將電動(dòng)機(jī)軸與齒輪進(jìn)行連接,然后驅(qū)動(dòng)齒輪條實(shí)現(xiàn)移動(dòng)，最終促進(jìn)垃圾桶桶蓋的移動(dòng)。該機(jī)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)精確，但是保養(yǎng)維護(hù)較困難，而且齒輪造價(jià)高不適合家庭用。鏈條傳動(dòng)升降機(jī)構(gòu)。通過(guò)電動(dòng)機(jī)、鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)垃圾桶蓋的開(kāi)啟，有良好的導(dǎo)向性和驅(qū)動(dòng)能力，且維護(hù)方便。但是制作成本較高，系統(tǒng)要做到安全可靠的運(yùn)行，需要增加較多的安全措施，更是進(jìn)一步的增加了成本。還有一點(diǎn)該系統(tǒng)的尺寸較大占用的空間較大。皮帶傳動(dòng)升降機(jī)構(gòu)。這種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在傳統(tǒng)的過(guò)程中，主要是通過(guò)電動(dòng)機(jī)以及皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)垃圾桶桶蓋的開(kāi)啟。皮帶傳動(dòng)升降機(jī)構(gòu)在工作的過(guò)程中運(yùn)行十分平穩(wěn)，并且沒(méi)有噪聲，并且能夠?qū)崿F(xiàn)緩沖。在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作的過(guò)程中，如果出現(xiàn)過(guò)載的情況，皮帶就會(huì)在帶輪上大華，從而能夠防止薄弱零件出現(xiàn)損壞的情況，能夠?qū)崿F(xiàn)安全保護(hù)。但是這種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的精確度不高，同時(shí)機(jī)構(gòu)比較龐大，維護(hù)保養(yǎng)的復(fù)雜程度較高。從以上幾種傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比情況來(lái)看，絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的噪音較低，使用壽命比較長(zhǎng)，所能夠承受的荷載比較大，同時(shí)這種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單。同時(shí)所使用的成本較低，十分省時(shí)以及省力。一般情況下，四桿機(jī)構(gòu)在升降設(shè)備中的應(yīng)用比較廣泛，這樣比較適合用于垃圾桶蓋的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中。絲桿螺母副的確定滾珠絲桿螺母副的主要作用是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成為直線運(yùn)動(dòng)。這樣一種新型的傳動(dòng)裝置是一種十分特殊的絲桿副，在其組成結(jié)構(gòu)中，主要包括以滾珠作為中間元件，將螺母與絲桿連接成為一個(gè)整體。從螺旋滾道的構(gòu)成來(lái)看，主要是由螺母以及四趕上的螺旋狀凹槽裝在一起的。一般情況下，螺母上有很多滾珠回路凹槽，這些凹槽可以連接螺旋軌道的首尾，最終星湖曾封閉的循環(huán)滾道，然后在滾道內(nèi)裝滿滾珠。這種機(jī)構(gòu)的工作原理是當(dāng)絲桿處于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾珠在滾道內(nèi)可以進(jìn)行自轉(zhuǎn)，同時(shí)還能夠沿著滾道進(jìn)行循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得螺母或者絲桿呈軸線移動(dòng)。一般情況下，絲桿螺母有內(nèi)循環(huán)以及外循環(huán)這樣兩種循環(huán)方式。在循環(huán)的過(guò)程中，滾珠與絲桿不直接接觸的是外循環(huán)，而滾珠與絲桿一直接觸的是內(nèi)循環(huán)。從外循環(huán)滾珠絲桿的原理來(lái)看，主要是通過(guò)螺旋凹槽或者插管在螺母外面，然后需要滾珠脫離絲桿，最后返回螺母中進(jìn)行重新循環(huán)。與內(nèi)循環(huán)相比，外循環(huán)的制造以及加工工藝更加復(fù)雜，同時(shí)很難實(shí)現(xiàn)滾道接縫外的平滑性，這樣會(huì)影響滾珠滾道的平穩(wěn)性。從內(nèi)循環(huán)滾珠絲桿的原理來(lái)看，主要是通過(guò)安裝在螺母內(nèi)部的反向器來(lái)實(shí)現(xiàn)滾珠循環(huán)的，在循環(huán)的過(guò)程中，滾珠與絲桿是不會(huì)脫離的。在國(guó)內(nèi)內(nèi)循環(huán)是主流的循環(huán)方式，它的制作和設(shè)計(jì)工藝成熟，質(zhì)量十分穩(wěn)定，而且維修很方便。綜上本文選用內(nèi)循環(huán)滾珠螺母副作為本文絲桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換裝置。（二）垃圾桶的設(shè)計(jì)圖1-絲杠；回珠管；滾珠；螺母圖2內(nèi)循環(huán)滾珠螺母副圖3圓錐齒輪1-外殼；頂蓋；連接桿；絲杠；圓錐齒輪；電機(jī)；電源；正反轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)；觸摸感應(yīng)開(kāi)關(guān)圖4整體簡(jiǎn)圖當(dāng)電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)減速器的作用實(shí)現(xiàn)減速時(shí)，減速器的輸出軸會(huì)與轉(zhuǎn)盤(pán)進(jìn)行交接，然后轉(zhuǎn)盤(pán)會(huì)在邊緣的地方與連桿的一端進(jìn)行鉸接而連桿的另一端年會(huì)于制動(dòng)桿的下端進(jìn)行鉸接，制動(dòng)桿的上端會(huì)與拉桿的下端進(jìn)行鉸接，然后拉桿的上端會(huì)與蓋子進(jìn)行鉸接。在這種情況下，智能垃圾桶的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)制被置于桶身的背側(cè)，同時(shí)桶身會(huì)與蓋子進(jìn)行鉸接，在內(nèi)部還有推拉式的內(nèi)箱。當(dāng)垃圾桶感應(yīng)到有人靠近時(shí)，會(huì)觸發(fā)電路，隨后電動(dòng)機(jī)會(huì)隨之進(jìn)行運(yùn)作，并且?guī)?dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)的運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)盤(pán)會(huì)帶動(dòng)連桿轉(zhuǎn)動(dòng)到最低點(diǎn)，然后直動(dòng)桿在向下運(yùn)動(dòng)之后會(huì)通過(guò)拉桿將蓋子拉開(kāi)，最后蓋子在打開(kāi)的過(guò)程中會(huì)將通過(guò)頂桿將壓板拉起來(lái)在這時(shí)候通過(guò)延時(shí)電力來(lái)進(jìn)行控制，然后垃圾桶會(huì)保持開(kāi)蓋的狀態(tài)，然后方面丟入垃圾。當(dāng)人離開(kāi)之后，會(huì)再一次的觸發(fā)電路，然后轉(zhuǎn)盤(pán)會(huì)帶動(dòng)連桿轉(zhuǎn)動(dòng)到最高點(diǎn)。蓋子閉合，壓板可對(duì)垃圾進(jìn)行壓縮，電路運(yùn)行終止，若此時(shí)若垃圾對(duì)壓板作用力超過(guò)傳感器預(yù)設(shè)值，則觸發(fā)語(yǔ)言電路進(jìn)行語(yǔ)音提示。當(dāng)垃圾桶裝垃圾已到達(dá)規(guī)定容量，可手動(dòng)將內(nèi)箱拉出，倒完垃圾后放回即可。四、自動(dòng)垃圾桶的感應(yīng)開(kāi)蓋硬件電路設(shè)計(jì)（一）硬件電路總體設(shè)計(jì)硬件電路部份包括：電源電路模塊Mod_l；xxxxE芯片控制中心模塊Mod_2；信號(hào)檢測(cè)電路模塊Mod_3；控制電路模塊與語(yǔ)音電路模塊Mod_4。分別說(shuō)明如下：Mod_1模塊：這個(gè)電源電路模塊會(huì)通過(guò)單片機(jī)xxxxE實(shí)現(xiàn)供電的功能。Mod_2模塊：通過(guò)使用單片機(jī)芯片xxxxE來(lái)建立基本的輸入輸出模型，從而實(shí)現(xiàn)與信號(hào)檢測(cè)模塊的串行通信功能，從而實(shí)現(xiàn)基本的控制。Mod_3模塊：這個(gè)模塊的主要功能是通過(guò)將各個(gè)檢測(cè)電力局與用電器進(jìn)行串聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外部信號(hào)的檢測(cè)。Mod_4模塊：這個(gè)模塊是通過(guò)電磁鐵來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)垃圾桶桶蓋的打開(kāi)以及關(guān)閉。在語(yǔ)音電路模塊中，主要是通過(guò)編程的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)智能垃圾桶的語(yǔ)音播報(bào)功能。（二）電源電路模塊在電源電路模塊中，主要組成裝置有變壓器、橋式正路電路、集成器以及電容所。一般家用電器使用的是220v交流電壓，在經(jīng)過(guò)變壓器降壓以及橋式整流電路進(jìn)行整理之后，然后再通過(guò)集成器將電壓穩(wěn)定在5v以內(nèi)。從而實(shí)現(xiàn)為單片機(jī)xxxx供電的功能。為了防止電壓對(duì)電信號(hào)的干擾，因此在集成器7085的兩端并聯(lián)接入了電容用來(lái)過(guò)濾掉多余的電波。電路圖如下所示：圖5電源模塊電路圖（三）芯片控制中心模塊圖6xxxxE單片機(jī)引腳功能表工作電壓：fSYS=4MHz：2.2V~5.5VfSYS=8MHz：3.3V~5.5VfSYS=12MHz：4.5V~5.5V?13到23個(gè)雙向輸入/輸出口?實(shí)現(xiàn)輸入與輸出引腳的外部中斷輸入?內(nèi)置晶體和RC振蕩驅(qū)動(dòng)電路?看門(mén)狗定時(shí)器?具有PFD功能，可以用來(lái)發(fā)聲?暫停和喚醒功能可降低功耗?在VDD=5V,系統(tǒng)頻率為8MHz時(shí)，指令周期為0.5口s在本課題的設(shè)計(jì)中，主要是使用穩(wěn)定電源為5v的xxxxE單片機(jī)進(jìn)行供電，工作在8MHz時(shí)鐘頻率。由于采用RISC結(jié)構(gòu)，集成了A/D和PWM功能的優(yōu)勢(shì)，使其不僅能夠保持高效率的運(yùn)算速度和性能，而且消耗量少，控制和操作簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)的成本不大。（四）信號(hào)檢測(cè)電路模塊信號(hào)檢測(cè)電路部分主要分為以下幾個(gè)模塊：（1）輕觸式傳感器模塊①這種探頭是以探測(cè)人體輻射為目標(biāo)的。因此，熱釋電元件對(duì)紅外輻射十分的敏感。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，為了有效的感應(yīng)人體的高度，需要在輻射面設(shè)置菲泥爾濾光片，從而避免該裝置受到外部環(huán)境的干擾。在被動(dòng)的紅外探頭中一般使用的是兩個(gè)熱釋電元件，并且是通過(guò)串聯(lián)或者并聯(lián)的方式來(lái)進(jìn)行連接。這種熱釋電元件的電極是通過(guò)頭尾相連的方式進(jìn)行連接但是連接的方向是不一致的。但是由于受到外部環(huán)境輻射的影響，會(huì)產(chǎn)生一樣的釋電反應(yīng)，從而能夠相互抵消，追蹤和功能實(shí)現(xiàn)探測(cè)器信號(hào)的輸出。當(dāng)人們接近探測(cè)感應(yīng)的領(lǐng)域之內(nèi)時(shí)，感應(yīng)器會(huì)在某一個(gè)鏡面上產(chǎn)生聚焦，并且被熱釋電元所接收，因此所使用的熱釋電元接收到的熱量也是不相等，所產(chǎn)生的熱釋電也是不一樣的，無(wú)法實(shí)現(xiàn)全部的抵消。在經(jīng)過(guò)一定的信號(hào)處理之后會(huì)啟動(dòng)裝置中的報(bào)警裝置。傳感器不同的性能要求會(huì)使得菲泥爾濾光片產(chǎn)生不一樣的感應(yīng)距離，最終監(jiān)控的領(lǐng)域范圍也是不一樣的。監(jiān)控范圍越大，控制的力度也會(huì)越大。圖7HN911型熱釋電紅外探頭內(nèi)部電路框圖如上圖所示，在一般情況下，①端是輸出低電平，②端是輸出高電平。當(dāng)人進(jìn)入到所監(jiān)控的范圍以內(nèi)，那么感應(yīng)裝置就會(huì)產(chǎn)生聚焦，最終比熱釋電元濃縮接收，最后產(chǎn)生輸出信號(hào)。然后信號(hào)經(jīng)過(guò)處理之后會(huì)輸出為控制信號(hào)。在這個(gè)時(shí)候，①端是輸出高電平，而，②端是輸出低電平。另外，在這個(gè)模塊的外部可以安裝增益調(diào)節(jié)電位器，實(shí)現(xiàn)放大器的增益效果。（五）控制電路模塊在這個(gè)模塊中一般是使用電磁鐵來(lái)控制垃圾桶蓋的開(kāi)關(guān)在本設(shè)計(jì)中，主要是使用拍合式的電磁鐵，具體結(jié)構(gòu)如下圖：圖8拍合式電磁鐵結(jié)構(gòu)圖線圈1套在鐵心2上，并且將其固定住，只有銜鐵3才能運(yùn)動(dòng)。有停止圈中的電流才能使電磁的吸力隨之消失。在電磁鐵通電的時(shí)候，所產(chǎn)生的電磁吸力并結(jié)合杠桿的原理會(huì)使得桶蓋自動(dòng)打開(kāi)。在停止對(duì)電磁鐵供電后，就不會(huì)再產(chǎn)生電磁吸力，所以這時(shí)桶蓋在受到重力作用的條件下自動(dòng)關(guān)閉。（六）語(yǔ)音電路模塊在語(yǔ)音電路模塊中，xxxxO有10個(gè)不同的地址輸入端，分別為A0?A9,這個(gè)模塊的錄制能力可以實(shí)現(xiàn)1024位，具體的地址空間是0~1023。在不同的地址daunt對(duì)應(yīng)的不同不同的工作模式。從xxxx地址線的用途來(lái)看，一個(gè)用途是用于工作模式的控制，另外一個(gè)用途是分段路放應(yīng)的起始段地址。在地址端口中，操作是從A0?A9開(kāi)始的，如果給A0?A9賦值的話。而AUXIN是作為輔助出入的工嗯呢該，而VSSD以及VSSA是模擬SP+和SP-的揚(yáng)聲器輸出。具體的電路圖如下所示：圖9語(yǔ)音電路模塊五、自動(dòng)垃圾桶的感應(yīng)開(kāi)蓋軟件設(shè)計(jì)與測(cè)試（一）容量探測(cè)程序流程這種設(shè)計(jì)就是為廣大群眾提供了較大的便利性，因此為了使其更具智能化標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)采用了超聲波測(cè)距對(duì)垃圾桶內(nèi)深度進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量，這樣就能及時(shí)發(fā)現(xiàn)垃圾桶內(nèi)部可用的空間。如果可裝垃圾的容量不到垃圾桶整體容量的三分之一的時(shí)候，垃圾桶就會(huì)發(fā)生更換垃圾袋的提示，實(shí)現(xiàn)了用戶對(duì)垃圾桶智能化管理的功能。由于xxxxE單片機(jī)需要利用串口接收來(lái)自控制模塊的語(yǔ)音識(shí)別處理結(jié)果，故本設(shè)計(jì)采用探測(cè)距離在2cm~4.5cm，傳感器中的US-100超聲波測(cè)距模塊是專門(mén)用于測(cè)量距離的，然后通過(guò)控制單片機(jī)來(lái)想U(xiǎn)S-100的超聲測(cè)距模塊的Trig-tx的管腳輸入一個(gè)10口S以上的高電平，然后向模塊外發(fā)出8個(gè)40KHz的超聲波脈沖。模塊具有自動(dòng)檢測(cè)到回聲信號(hào)的功能，然后根據(jù)測(cè)量溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而在Echo端輸出一高電平，其持續(xù)時(shí)間為T(mén),通過(guò)其可以測(cè)量出距離的長(zhǎng)短。（二）電機(jī)控制程序流程由于設(shè)計(jì)需要完成多種不同類(lèi)型的動(dòng)作，需要設(shè)計(jì)的電機(jī)數(shù)量較多，因?yàn)椴捎昧薒298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片方便控制。在操作的過(guò)程中，主控芯片xxxxE通過(guò)分析由從串口傳入的LD3320語(yǔ)音來(lái)識(shí)別芯片的處理結(jié)果字符串，進(jìn)而判斷其條件，完成與之有關(guān)的控制動(dòng)作。1）因?yàn)榭紤]到在系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)中會(huì)與外界產(chǎn)生一定的觸碰，造成的系統(tǒng)故障，所以專門(mén)設(shè)計(jì)了延遲執(zhí)行的動(dòng)作，然后通過(guò)紅外傳感器使得系統(tǒng)能夠智能的避開(kāi)障礙物。2）因?yàn)榭紤]到在語(yǔ)音識(shí)別過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤率情況，所以為了提高正確控制的概率，本次設(shè)計(jì)專門(mén)利用到口令進(jìn)行控制的設(shè)計(jì)，就是在說(shuō)出一級(jí)口令“啟動(dòng)”后，才可以實(shí)現(xiàn)接下來(lái)的系統(tǒng)語(yǔ)音控制，這樣能夠有效的提高系統(tǒng)語(yǔ)音識(shí)別的正確率。電機(jī)控制程序流程如圖10所示。圖10電機(jī)控制程序流程（三）自動(dòng)垃圾桶的測(cè)試當(dāng)自動(dòng)化垃圾桶完成最終的設(shè)計(jì)后，就開(kāi)展了對(duì)其智能化的檢測(cè)。在通上電源之后，人們緩緩走進(jìn)垃圾桶，這個(gè)時(shí)候垃圾桶就會(huì)自動(dòng)開(kāi)蓋，然后語(yǔ)音提示功能會(huì)提醒人們將垃圾桶按類(lèi)丟進(jìn)去。在人走了之后，垃圾桶的桶蓋就會(huì)關(guān)閉，如果垃圾桶的垃圾占據(jù)到一定的面積之后，垃圾桶的壓縮裝置就會(huì)對(duì)垃圾進(jìn)行壓縮。當(dāng)可利用的容量不到垃圾桶容量的三分之一的時(shí)候，就會(huì)及時(shí)提示用戶更換垃圾袋。經(jīng)過(guò)本次的檢測(cè)之后，很多項(xiàng)目均為良好，實(shí)現(xiàn)了基本智能化的水平。該款多功能智能垃圾桶通過(guò)機(jī)械機(jī)構(gòu)與電路程序的結(jié)合完成了五項(xiàng)功能的設(shè)計(jì)；研究出了一整套電路設(shè)計(jì)思路；設(shè)計(jì)出了一整套運(yùn)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、壓縮機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)；現(xiàn)場(chǎng)測(cè)驗(yàn)驗(yàn)證了該智能垃圾桶的各項(xiàng)功能。六、總結(jié)本次設(shè)計(jì)是對(duì)針對(duì)現(xiàn)有得智能垃圾桶的開(kāi)蓋方式以及自動(dòng)垃圾桶的感應(yīng)開(kāi)蓋結(jié)構(gòu)分析與改進(jìn)。通過(guò)分析和對(duì)比了紅外感應(yīng)開(kāi)蓋與輕觸式感應(yīng)開(kāi)蓋這兩種感應(yīng)開(kāi)蓋的方式的優(yōu)缺點(diǎn)，并最終得出結(jié)果，輕觸式感應(yīng)是你只要用腳輕輕觸碰一下感應(yīng)器就能實(shí)現(xiàn)垃圾桶的開(kāi)蓋與閉合，這樣也是很衛(wèi)生也很方便的，而且不容易有誤判現(xiàn)象。與此同時(shí)還對(duì)