CN110442063A - 一种低功耗智能垃圾桶控制***及控制方法 - Google Patents

一种低功耗智能垃圾桶控制***及控制方法 Download PDF

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Abstract

一种低功耗智能垃圾桶控制***及控制方法，涉及垃圾桶技术领域。包括声音检测模块、桶盖按键控制模块、电源模块、主控模块、红外检测模块、桶盖启闭驱动模块和状态指示模块，电源模块分别与声音检测模块、桶盖按键控制模块、红外检测模块、桶盖启闭驱动模块、主控模块的电源接口连接，声音检测模块、桶盖按键控制模块、红外检测模块分别连接在主控模块的输入端，桶盖启闭驱动模块、状态指示模块连接在主控模块的输出端。本发明实现智能控制的同时，通过声音检测调整***休眠（省电）时间和红外检测模块等传感器的启用频率，长期无人使用可达到完全休眠的省电状态。从而达到极大降低智能垃圾桶功耗的目的。

Description

一种低功耗智能垃圾桶控制***及控制方法
技术领域
本发明涉及垃圾桶技术领域，具体为一种低功耗智能垃圾桶控制***及控制方法。
背景技术
随着智能环卫设备的推广，各种智能垃圾桶纷纷上市。目前市场上的多数红外线感应垃圾桶或功能单一且耗电量大，干电池很快就要更换，锂电池等充电电池也需要频繁充电，极大的影响了用户使用体验。稍微增加一些功能，其电路功耗往往是迅猛增加。垃圾桶控制电路的功能与功耗兼顾是一个令技术人员头疼的难题，极大的影响了用户使用体验，也限制了现有垃圾桶控制电路的功能扩展。
发明内容
本发明的其中一个目的是提供低功耗智能垃圾桶控制***，该控制***设计合理、稳定性高，并能够在满足智能控制的前提下，达到降低垃圾桶功耗的目的。
实现上述目的的技术方案是：一种低功耗智能垃圾桶控制***，其特征在于：包括声音检测模块、桶盖按键控制模块、电源模块、主控模块、红外检测模块、桶盖启闭驱动模块和状态指示模块，电源模块分别与声音检测模块、桶盖按键控制模块、红外检测模块、桶盖启闭驱动模块、主控模块的电源接口连接，声音检测模块、桶盖按键控制模块、红外检测模块分别连接在主控模块的输入端，桶盖启闭驱动模块、状态指示模块连接在主控模块的输出端。
进一步地，主控模块为PIC16LF单片机，主控模块内设置有初始值为0的计数器，并开启了内部看门狗定时器WDT中断。
进一步地，电源模块包括锂离子电池、线性稳压器U3、电容C3、C4、C6、电阻R4，锂离子电池负极、电容C3、C4、C6、电阻R4的一端并接后接地，电容C6的另一端以及锂离子电池正极均连接线性稳压器U3的1脚，线性稳压器U3的2脚接地，电阻R4的另一端连接分别连接线性稳压器U3的1、3脚，电容C4的另一端连接线性稳压器U3的4脚，电容C4的另一端连接线性稳压器U3的5脚，线性稳压器U3的5脚分别与声音检测模块、桶盖按键控制模块、红外检测模块、桶盖启闭驱动模块、主控模块的电源接口连接。
进一步地，所述红外检测模块包括三极管Q1、三极管Q2、红外发射管IR1、红外接收头VS、电容C9、电阻R5、R6、R7、R11、所述电阻R11的一端连接主控模块的10脚，电阻R6的一端连接主控模块的9脚，电阻R11的另一端连接三极管Q1的B极，电阻R6的另一端连接三极管Q2的B极，三极管Q1的E极连接电源模块，三极管Q1的C极连接三极管Q2的E极，三极管Q2的C极依次串接红外发射管IR1、电阻R5并接地，电阻R7的一端连接三极管Q1的C极，电阻R7的另一端分别连接电容C9的一端、红外接收头VS的3脚，电容C9的另一端连接红外接收头VS的2脚并接地，所述红外接收头VS的1脚连接主控模块的8脚。
进一步地，所述桶盖启闭驱动模块包括电阻R9、三极管Q3、电容C1、C8、H桥马达驱动芯片U5，所述电阻R9的一端连接主控模块的5脚、另一端连接三极管Q3的B极，三极管Q3的E极连接电源模块，三极管Q3的C极连接H桥马达驱动芯片U5的5脚，H桥马达驱动芯片U5的5脚同时还连接电容C8并接地，H桥马达驱动芯片U5的4脚连接主控模块的6脚，H桥马达驱动芯片U5的3脚连接主控模块的7脚，H桥马达驱动芯片U5的2脚连地，电容C1的两端连接在H桥马达驱动芯片U5的1脚、6脚之间。
进一步地，所述声音检测模块包括驻极体电容麦克风MIC 、电阻R1、电容C2，驻极体电容麦克风MIC的2脚接地，驻极体电容麦克风MIC的1脚分别连接电阻R1、电容C2的一端，电阻R1的另一端连接电源模块，电容C2的另一端连接主控模块的11脚。
进一步地，桶盖按键控制模块包括常开型按键KEY1和电阻R2，常开型按键KEY1的一端接地、另一端分别连接电阻R2的一端、主控模块的2脚，电阻R2的另一端连接电源模块。
进一步地，所述状态指示模块包括一个红色LED灯、绿色LED灯和两个限流电阻R14、R15，红色LED灯、绿色LED灯的负极端并接并接地，红色LED灯的正极与电阻R14串接后连接主控模块的4脚，绿色LED灯的正极与电阻R15串接后与主控模块的3脚连接。
本发明的另一个目的是提供一种低功耗智能垃圾桶的控制方法，包括如下步骤：
S1、***初始化；
S2、***除声音检测模块外，均进入休眠模式；
S3、声音检测模块持续检测，如果检测到声音信号则转至步骤S4，如果未检测到声音信号则转至步骤S2；
S4、通过主控模块的INT外设中断引脚唤醒主控模块，启用看门狗定时器中断，并对主控模块内的计数器清零，将看门狗定时器重设为初始值；
S5、主控模块检测是否启用看门狗定时器中断，若是则转至步骤S6、若不是则转至步骤S2；
S6、在一个休眠周期结束后唤醒看门狗；
S7、主控模块检测桶盖按键控制模块是否触发，若触发，则转至步骤S8，若未触发转至步骤12；
S8、状态指示模块的红色LED灯亮、控制桶盖启闭驱动模块驱动垃圾桶盖打开；
S9、***除声音检测模块外，均再次进入休眠模式；
S10、在一个休眠周期结束后看门狗再次唤醒；
S11、主控模块检测桶盖按键控制模块是否触发，若触发，则转至步骤S16，若未触发转至S9；
S12、启动红外检测模块，若检测到人体接近转至步骤S13、若未检测到人体接近转至步骤18；
S13、控制状态指示模块的红色LED灯亮，并通过桶盖启闭驱动模块驱动垃圾桶盖打开；
S14、***延时3秒；
S15、红外检测模块启动，若检测到人体接近转至步骤S14、若未检测到人体接近转至步骤16；
S16、控制桶盖启闭驱动模块驱动垃圾桶盖关闭，状态指示模块的绿色LED灯亮、红色LED灯关；
S17、延时1秒后，关闭绿色LED灯和红外检测模块6，并转至步骤S2；
S18、主控模块内的计数器加1；
S19、主控模块检测计数器的数值是否大于1000，若是则转至步骤S20，若不是，则转至步骤S2；
S20、主控模块检测看门狗定时器设定值是否到达允许设定的最大值，若是转至步骤S21，若不是则转至步骤S22；
S21、关闭看门狗中断、并控制***除声音检测模块外，均进入休眠模式；
S22、看门狗定时器设定值加倍、并转至步骤S2。
进一步地，休眠模式包括主控模块进入休眠模式、关闭红外检测模块电源控制三极管Q1、关闭桶盖启闭驱动模块电源控制三极管Q3、关闭状态指示模块输出。
本发明的有益效果：
本发明实现智能控制的同时，通过声音检测调整***休眠（省电）时间和红外检测模块等传感器的启用频率，长期无人使用可达到完全休眠的省电状态。从而达到极大降低智能垃圾桶功耗的目的。
红外检测模块的红外发射管IR1和红外接收头VS的供电电源都由主控模块通过三极管Q1来控制通断，桶盖启闭驱动模块的H桥马达驱动芯片U5的供电电源都由主控模块通过三极管Q3来控制通断，有效减少红外接收头和H桥马达驱动芯片在待机时的电流损耗。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为发明的电路图；
图3为本发明的流程图；
图4为垃圾桶的结构示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种低功耗智能垃圾桶控制***及控制方法，用于在实现智能控制的同时，降低智能垃圾桶功耗的目的。
图4为垃圾桶的简要结构示意图，具体包括有桶体1以及连接在桶体1上的桶盖2，桶体1内安装有驱动桶盖2开关的桶盖启闭电机3，桶盖启闭电机3驱动桶盖2开关为现有成熟技术，具体结构不再赘述，桶盖2外周的桶体1上还安装有声音检测模块4、桶盖按键控制模块5、红外检测模块6、状态指示模块7，桶体1内安装有电源模块8、主控模块9、桶盖启闭驱动模块10，桶体1上可以设置安装槽、并将电源模块8、主控模块9、桶盖启闭驱动模块10的安装槽内。
如图1所示，低功耗智能垃圾桶控制***包括声音检测模块4、桶盖按键控制模块5、电源模块8、主控模块9、红外检测模块6、桶盖启闭驱动模块10和状态指示模块7，电源模块8分别与声音检测模块4、桶盖按键控制模块5、红外检测模块6、桶盖启闭驱动模块10、主控模块9的电源接口连接，声音检测模块4、桶盖按键控制模块5、红外检测模块6分别连接在主控模块9的输入端，桶盖启闭驱动模块10、状态指示模块7连接在主控模块9的输出端。
主控模块9为型号为PIC16LF单片机、主控模块9内设置有初始值为0的计数器，并开启了内部看门狗定时器WDT中断和INT外设中断引脚。
电源模块8括锂离子电池BAT、稳压器U3、电容C3、C4、C6、电阻R4，锂离子电池负极、电容C3、C4、C6、电阻R4的一端并接后接地，电容C6的另一端以及锂离子电池正极均连接线性稳压器U3的1脚，线性稳压器U3的2脚接地，电阻R4的另一端连接分别连接线性稳压器U3的1、3脚，电容C4的另一端连接线性稳压器U3的4脚，电容C4的另一端连接线性稳压器U3的5脚，线性稳压器U3的5脚分别与声音检测模块4、桶盖按键控制模块5、红外检测模块6、桶盖启闭驱动模块10、主控模块9的电源接口连接。
电源模块的工作原理为：U3为低压差线性稳压器LDO，将电池BAT电源转化为标准DC3.3V电源，电容C4用于参考消噪，电容C6用于输入滤波，电容C3用于输出滤波，R4电阻用作使能信号下拉。
红外检测模块6包括三极管Q1、三极管Q2、红外发射管IR1、红外接收头VS、电容C9、电阻R5、R6、R7、R11，所述电阻R11的一端连接主控模块9的10脚，电阻R6的一端连接主控模块9的9脚，电阻R11的另一端连接三极管Q1的B极，电阻R6的另一端连接三极管Q2的B极，三极管Q1的E极连接电源模块，三极管Q1的C极连接三极管Q2的E极，三极管Q2的C极依次串接红外发射管IR1、电阻R5并接地，电阻R7的一端连接三极管Q1的C极，电阻R7的另一端分别连接电容C9的一端、红外接收头VS的3脚，电容C9的另一端连接红外接收头VS的2脚并接地，所述红外接收头VS的1脚连接主控模块的8脚。
红外检测模块的工作原理：主控模块9通过R11电阻驱动三极管Q1通断，当三极管Q1接通时，红外检测模块6得电并开始工作；主控模块9以38KHz频率通过电阻R6驱动三极管Q2通断，使红外发射管IR1发射38KHz的红外波，电阻R5为红外发射管IR1的限流电阻；红外波经过人体反射被红外接收头VS感应，并通过红外接收头的1脚向主控模块9进行信号反馈，电容C9用于信号滤波，以上一次检测完成。
桶盖启闭驱动模块10包括电阻R9、三极管Q3、电容C1、C8、H桥马达驱动芯片U5，所述电阻R9的一端连接主控模块的5脚、另一端连接三极管Q3的B极，三极管Q3的E极连接电源模块，三极管Q3的C极连接H桥马达驱动芯片U5的5脚，H桥马达驱动芯片U5的5脚同时还连接电容C8并接地，H桥马达驱动芯片U5的4脚连接主控模块的6脚，H桥马达驱动芯片U5的3脚连接主控模块的7脚，电容C1的两端连接在H桥马达驱动芯片U5的1脚、6脚之间，桶盖启闭电机3连接在电容C1的两端。
桶盖启闭模块的工作原理：当桶盖需要开启或关闭时主控模块9通过电阻R9驱动三极管Q3来控制H桥马达驱动芯片U5的供电使芯片得电，电容C8用于H桥马达驱动芯片U5的电源滤波；H桥马达驱动芯片U5直接驱动桶盖启闭电机3，主控模块9通过驱动H桥马达驱动芯片U5的3脚和4脚来实现桶盖启闭电机3的正转、反转、停止三种动作，电容C1用于桶盖启闭电机3驱动滤波。
声音检测模块4包括驻极体电容麦克风MIC 、电阻R1、电容C2，驻极体电容麦克风MIC的2脚接地，驻极体电容麦克风MIC的1脚分别连接电阻R1、电容C2的一端，电阻R1的另一端连接电源模块8，电容C2的另一端连接主控模块9的11脚。
声音检测模块的工作原理：当感应到声音之后，环境中声音达到阈值时触发驻极体电容麦克风MIC，驻极体电容麦克风MIC通过电阻R1和电容C2形成的震荡回路将信号传递给主控模块9，主控模块9接收该信号并进行处理。
桶盖按键控制模块5包括常开型按键KEY1和电阻R2，常开型按键KEY1的一端接地、另一端分别连接电阻R2的一端、主控模块9的2脚，电阻R2的另一端连接电源模块。
状态指示模块7包括一个红色LED灯D1、绿色LED灯D2和两个限流电阻R14、R15，红色LED灯D1、绿色LED灯D2的负极端并接并接地，红色LED灯D2的正极与电阻R14串接后连接主控模块的4脚，绿色LED灯D2的正极与电阻R15串接后与主控模块9的3脚连接。
本实施例还公开了一种低功耗智能垃圾桶控制方法，包括如下步骤：
S1、***初始化；
S2、***除声音检测模块4外，均进入休眠模式；
S3、声音检测模块4持续检测，如果检测到声音信号则转至步骤S4，如果未检测到声音信号则转至步骤S2；
S4、通过主控模块9的INT外设中断引脚唤醒主控模块9，启用看门狗定时器中断，并对主控模块9内的计数器清零，将看门狗定时器重设为初始值；
S5、主控模块9检测是否启用看门狗定时器中断，若是则转至步骤S6、若不是则转至步骤S2；
S6、在一个休眠周期结束后唤醒看门狗；
S7、主控模块9检测桶盖按键控制模块5是否触发，若触发，则转至步骤S8，若未触发转至步骤12；
S8、状态指示模块7的红色LED灯亮、控制桶盖启闭驱动模块驱动垃圾桶盖打开；
S9、***除声音检测模块外，均再次进入休眠模式；
S10、在一个休眠周期结束后看门狗再次唤醒；
S11、主控模块检测桶盖按键控制模块是否触发，若触发，则转至步骤S16，若未触发转至S9；
S12、启动红外检测模块6，若检测到人体接近转至步骤S13、若未检测到人体接近转至步骤18；
S13、控制状态指示模块7的红色LED灯亮D1，并通过桶盖启闭驱动模块10驱动垃圾桶盖打开；
S14、***延时3秒；
S15、红外检测模块6启动，若检测到人体接近转至步骤S14、若未检测到人体接近转至步骤16；
S16、控制桶盖启闭驱动模块10驱动垃圾桶盖关闭，状态指示模块的绿色LED灯D2亮、红色LED灯D1关；
S17、延时1秒后，关闭绿色LED灯D2和红外检测模块6，并转至步骤S2；
S18、主控模块9内的计数器加1；
S19、主控模块9检测计数器的数值是否大于1000，若是则转至步骤S20，若不是，则转至步骤S2；
S20、主控模块9检测看门狗定时器设定值是否到达允许设定的最大值，若是转至步骤S21，若不是则转至步骤S22；
S21、关闭看门狗中断、并控制***除声音检测模块4外，均进入休眠模式；
S22、看门狗定时器设定值加倍、并转至步骤S2。
上述休眠模式是指主控模块9进入休眠模式、关闭红外检测模块6的电源控制三极管Q1、关闭桶盖启闭驱动模块10的电源控制三极管Q3、关闭状态指示模块7输出。

Claims (10)

1.一种低功耗智能垃圾桶控制***，其特征在于：包括声音检测模块、桶盖按键控制模块、电源模块、主控模块、红外检测模块、桶盖启闭驱动模块和状态指示模块，电源模块分别与声音检测模块、桶盖按键控制模块、红外检测模块、桶盖启闭驱动模块、主控模块的电源接口连接，声音检测模块、桶盖按键控制模块、红外检测模块分别连接在主控模块的输入端，桶盖启闭驱动模块、状态指示模块连接在主控模块的输出端。
2.根据权利要求1所述的一种低功耗智能垃圾桶控制***，其特征在于：主控模块为PIC16LF单片机，主控模块内设置有初始值为0的计数器，并开启了内部看门狗定时器WDT中断和INT外设中断引脚。
3.根据权利要求2所述的一种低功耗智能垃圾桶控制***，其特征在于：电源模块包括锂离子电池、线性稳压器U3、电容C3、C4、C6、电阻R4，锂离子电池负极、电容C3、C4、C6、电阻R4的一端并接后接地，电容C6的另一端以及锂离子电池正极均连接线性稳压器U3的1脚，线性稳压器U3的2脚接地，电阻R4的另一端连接分别连接线性稳压器U3的1、3脚，电容C4的另一端连接线性稳压器U3的4脚，电容C4的另一端连接线性稳压器U3的5脚，线性稳压器U3的5脚分别与声音检测模块、桶盖按键控制模块、红外检测模块、桶盖启闭驱动模块、主控模块的电源接口连接。
4.根据权利要求2所述的一种低功耗智能垃圾桶控制***，其特征在于：所述红外检测模块包括三极管Q1、三极管Q2、红外发射管IR1、红外接收头VS、电容C9、电阻R5、R6、R7、R11、所述电阻R11的一端连接主控模块的10脚，电阻R6的一端连接主控模块的9脚，电阻R11的另一端连接三极管Q1的B极，电阻R6的另一端连接三极管Q2的B极，三极管Q1的E极连接电源模块，三极管Q1的C极连接三极管Q2的E极，三极管Q2的C极依次串接红外发射管IR1、电阻R5并接地，电阻R7的一端连接三极管Q1的C极，电阻R7的另一端分别连接电容C9的一端、红外接收头VS的3脚，电容C9的另一端连接红外接收头VS的2脚并接地，所述红外接收头VS的1脚连接主控模块的8脚。
5.根据权利要求2所述的一种低功耗智能垃圾桶控制***，其特征在于：所述桶盖启闭驱动模块包括电阻R9、三极管Q3、电容C1、C8、H桥马达驱动芯片U5，所述电阻R9的一端连接主控模块的5脚、另一端连接三极管Q3的B极，三极管Q3的E极连接电源模块，三极管Q3的C极连接H桥马达驱动芯片U5的5脚，H桥马达驱动芯片U5的5脚同时还连接电容C8并接地，H桥马达驱动芯片U5的4脚连接主控模块的6脚，H桥马达驱动芯片U5的3脚连接主控模块的7脚，H桥马达驱动芯片U5的2脚连地，电容C1的两端连接在H桥马达驱动芯片U5的1脚、6脚之间。
6.根据权利要求2所述的一种低功耗智能垃圾桶控制***，其特征在于：所述声音检测模块包括驻极体电容麦克风MIC 、电阻R1、电容C2，驻极体电容麦克风MIC的2脚接地，驻极体电容麦克风MIC的1脚分别连接电阻R1、电容C2的一端，电阻R1的另一端连接电源模块，电容C2的另一端连接主控模块的11脚。
7.根据权利要求2所述的一种低功耗智能垃圾桶控制***，其特征在于：桶盖按键控制模块包括常开型按键KEY1和电阻R2，常开型按键KEY1的一端接地、另一端分别连接电阻R2的一端、主控模块的2脚，电阻R2的另一端连接电源模块。
8.根据权利要求2所述的一种低功耗智能垃圾桶控制***，其特征在于：所述状态指示模块包括一个红色LED灯、绿色LED灯和两个限流电阻R14、R15，红色LED灯、绿色LED灯的负极端并接并接地，红色LED灯的正极与电阻R14串接后连接主控模块的4脚，绿色LED灯的正极与电阻R15串接后与主控模块的3脚连接。
9.一种低功耗智能垃圾桶控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、***初始化；
S2、***除声音检测模块外，均进入休眠模式；
S3、声音检测模块持续检测，如果检测到声音信号则转至步骤S4，如果未检测到声音信号则转至步骤S2；
S4、通过主控模块的INT外设中断引脚唤醒主控模块，启用看门狗定时器中断，并对主控模块内的计数器清零，将看门狗定时器重设为初始值；
S5、主控模块检测是否启用看门狗定时器中断，若是则转至步骤S6、若不是则转至步骤S2；
S6、在一个休眠周期结束后唤醒看门狗；
S7、主控模块检测桶盖按键控制模块是否触发，若触发，则转至步骤S8，若未触发转至步骤12；
S8、状态指示模块的红色LED灯亮、控制桶盖启闭驱动模块驱动垃圾桶盖打开；
S9、***除声音检测模块外，均再次进入休眠模式；
S10、在一个休眠周期结束后看门狗再次唤醒；
S11、主控模块检测桶盖按键控制模块是否触发，若触发，则转至步骤S16，若未触发转至S9；
S12、启动红外检测模块，若检测到人体接近转至步骤S13、若未检测到人体接近转至步骤18；
S13、控制状态指示模块的红色LED灯亮，并通过桶盖启闭驱动模块驱动垃圾桶盖打开；
S14、***延时3秒；
S15、红外检测模块启动，若检测到人体接近转至步骤S14、若未检测到人体接近转至步骤16；
S16、控制桶盖启闭驱动模块驱动垃圾桶盖关闭，状态指示模块的绿色LED灯亮、红色LED灯关；
S17、延时1秒后，关闭绿色LED灯和红外检测模块6，并转至步骤S2；
S18、主控模块内的计数器加1；
S19、主控模块检测计数器的数值是否大于1000，若是则转至步骤S20，若不是，则转至步骤S2；
S20、主控模块检测看门狗定时器设定值是否到达允许设定的最大值，若是转至步骤S21，若不是则转至步骤S22；
S21、关闭看门狗中断、并控制***除声音检测模块外，均进入休眠模式；
S22、看门狗定时器设定值加倍、并转至步骤S2。
10.根据权利要求9所述的一种低功耗智能垃圾桶控制方法，其特征在于：休眠模式包括主控模块进入休眠模式、关闭红外检测模块电源控制三极管Q1、关闭桶盖启闭驱动模块电源控制三极管Q3、关闭状态指示模块输出。
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