家居生活中的幾乎每一種設(shè)備都在經(jīng)歷自動(dòng)化和智能化的創(chuàng)新,。順應(yīng)這一趨勢(shì)，本文將介紹如何創(chuàng)建一個(gè)智能垃圾桶設(shè)計(jì)，當(dāng)有人接近垃圾桶時(shí)會(huì)自動(dòng)打開,，并在人離開時(shí)自動(dòng)關(guān)閉。這個(gè)設(shè)計(jì)不需要用戶觸碰垃圾桶,。該系統(tǒng)還配備了特殊的按鈕來(lái)校準(zhǔn)距離：用戶可以選擇垃圾桶感應(yīng)的距離為20厘米,、40厘米或60厘米。該設(shè)計(jì)通過(guò)使用一顆IC,、" target="_blank">Dialog SLG46140V CMIC,、一個(gè)伺服電機(jī)和一個(gè)超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)。

我們?yōu)檫@個(gè)項(xiàng)目選擇了SLG46140,，因?yàn)樗擞行?zhí)行所有系統(tǒng)功能的合適元素,。該IC以脈沖的形式接收來(lái)自超聲波傳感器的信號(hào)，其中觸發(fā)器和接收信號(hào)之間的延遲時(shí)間表示聲音信號(hào)移動(dòng)和從對(duì)面物體回彈所需的時(shí)間,。然后,，該IC將時(shí)間延遲與距離進(jìn)行關(guān)聯(lián)；然后,，相對(duì)于所選擇的距離閾值測(cè)量該距離,。如果滿足閾值，則生成合適的PWM信號(hào)并發(fā)送到伺服電機(jī),，使其旋轉(zhuǎn)90,？從而打開垃圾桶蓋。當(dāng)用戶離開垃圾桶時(shí),，該IC從超聲波傳感器接收新值,，生成新的PWM信號(hào)，使電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)90°,，從而關(guān)閉桶蓋,。

圖1： 電路框圖

SLG46140 GreenPAK是一款小型IC,，包含很多不同的可配置組件?？梢栽趲追昼妰?nèi)對(duì)該IC完成配置實(shí)現(xiàn)這個(gè)應(yīng)用,，它將能執(zhí)行所有系統(tǒng)功能，而無(wú)需使用微控制器或類似的處理器件,。此外,，GreenPAK的低功耗性能可以節(jié)省電池使用，這使自動(dòng)垃圾桶傳感器對(duì)客戶更具吸引力,。

我們用了一個(gè)小型伺服電機(jī)（SG90）來(lái)創(chuàng)建項(xiàng)目原型設(shè)計(jì),，這對(duì)小型垃圾桶很方便。在選擇伺服電機(jī)的時(shí)候,，應(yīng)檢查其扭矩并確保能夠正確打開垃圾捅蓋,。該項(xiàng)目已通過(guò)實(shí)際原型進(jìn)行測(cè)試和實(shí)現(xiàn)。

GreenPAK設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)包括兩個(gè)基本部分：第一部分用于接收來(lái)自超聲波傳感器的信號(hào),，并將其與距離進(jìn)行關(guān)聯(lián),。 第二部分負(fù)責(zé)生成PWM信號(hào)以旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)。

超聲波傳感器控制設(shè)計(jì)

我們?cè)谶@個(gè)項(xiàng)目中使用的傳感器是HC－SR04超聲波傳感器模塊,。該傳感器有四個(gè)引腳,。GND和VCC引腳為傳感器提供電源，TRIG和ECHO引腳控制濾波后的超聲波信號(hào),。如果我們?cè)赥RIG引腳上施加高信號(hào)至少10 us（微秒）,，傳感器將發(fā)送頻率為40 kHz的8周期超聲波發(fā)射脈沖串。如果有物體面向傳感器,，超聲波將反彈并被傳感器接收,。然后，傳感器將在ECHO引腳上輸出一個(gè)高信號(hào),，其周期等于脈沖發(fā)送和接收之間的延遲,。

根據(jù)傳感器的數(shù)據(jù)表，距離可以通過(guò)以下公式計(jì)算：

時(shí)間＝回波脈沖寬度（微秒）

距離（以cm為單位）＝時(shí)間 ／ 58

或者你可以利用聲速（340米／秒）并使用等式：

距離＝速度x時(shí)間

請(qǐng)注意,，我們從傳感器接收的時(shí)間是聲音信號(hào)接收和反彈所需的時(shí)間,。因此距離值加倍，我們需要將時(shí)間除以2才能得到正確的距離,。

GreenPAK中的Pin3已配置為輸出,，連接到HC－SRO4的TRIG引腳。CNT2和CNT3每20ms生成一個(gè)10us脈沖,，發(fā)送到Pin3,。

CNT2已配置為“延遲”，計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)等于270,。延遲在來(lái)自P DLY的下降沿觸發(fā),。CNT3負(fù)責(zé)每10ms生成一個(gè)脈沖,，其計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)為249。

CNT3輸出連接到DFF0,，已與P DLY一起用作分頻器,，每20ms觸發(fā)一次CNT2。

Pin4配置為輸入,，連接到超聲波傳感器的ECHO引腳,。Pin4的輸入信號(hào)傳遞至2－bit LUT0和CNT0；兩者都用于計(jì)算脈沖寬度,，來(lái)與所選閾值進(jìn)行比較,。

CNT0被配置為上升沿延遲，計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)等于26,。該延遲時(shí)間等于1．14ms,，對(duì)應(yīng)于20cm的距離。 因此,，CNT0將為每個(gè)20cm距離增量輸出一個(gè)脈沖，根據(jù)來(lái)自傳感器的ECHO脈沖持續(xù)時(shí)間計(jì)算,。

管道延遲塊用于計(jì)算來(lái)自CNT0的一個(gè),、兩個(gè)或三個(gè)脈沖?！? Pipe Out”與20cm距離標(biāo)記相關(guān)聯(lián),，“Out1”與40cm距離標(biāo)記相關(guān)聯(lián)，“Out0”與60cm距離標(biāo)記相關(guān)聯(lián),。

來(lái)自管道延遲塊的信號(hào)傳遞至4－bit LUT0和3－bit LUT0,，以與DFF1、DFF2和DFF5輸出進(jìn)行比較,。 如果管道延遲的有效輸出與用戶選擇的值匹配,，則高信號(hào)產(chǎn)生并存儲(chǔ)在DFF3中。

Pin5連接到一個(gè)按鈕,，該按鈕通過(guò)為由DFF1,、DFF2和DFF5組成的3－bit移位寄存器提供時(shí)鐘，來(lái)循環(huán)設(shè)備的距離靈敏度,。DFF輸出連接到Pin9,、Pin10和Pin11，這幾個(gè)引腳都配置為輸出,。這些DFF負(fù)責(zé)保存用戶選擇的選項(xiàng),，輸出可以發(fā)送到LED以示意當(dāng)前設(shè)置。

Pin6將切換反相DFF4,，它負(fù)責(zé)激活或停用系統(tǒng),。DFF4的輸出傳遞至2－L2和2－L3,。

Pin5和Pin6均采用外部濾波器去抖，因?yàn)槲覀兊脑O(shè)計(jì)使用了SLG46140中的所有CNT ／ DLY模塊,。

3－L1配置為反相器,，轉(zhuǎn)換來(lái)自Pin4的信號(hào)。反相器的輸出連接到DFF3的CK輸入,。當(dāng)傳感器開始新的運(yùn)行周期時(shí),，此連接使DFF3能夠保持位于“D”輸入的值。

伺服電機(jī)控制設(shè)計(jì)       

在這部分設(shè)計(jì)中,，將生成合適的PWM信號(hào)以旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)臂,，從而根據(jù)距離計(jì)算打開和關(guān)閉垃圾桶蓋。

伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度由PWM信號(hào)決定,。在本項(xiàng)目中,，我們將使用Tower Pro SG90，它能夠旋轉(zhuǎn)到幾乎180°（每側(cè)90°）,。 旋轉(zhuǎn)角度通過(guò)提供給電機(jī)控制輸入的PWM信號(hào)來(lái)延展,。如果每個(gè)PWM脈沖寬度為1．5ms，則電機(jī)位于中間（角度0°）,；如果脈沖寬度等于2ms,，則電機(jī)位于90°；如果脈沖寬度等于1ms,，則電機(jī)位于－90°,。在這個(gè)項(xiàng)目中，當(dāng)傳感器未在指定范圍內(nèi)監(jiān)測(cè)到物體時(shí),，電機(jī)應(yīng)定位在0°,；當(dāng)物體接近垃圾桶時(shí)，電機(jī)將旋轉(zhuǎn)至約90°角,。

當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到垃圾桶附近有物體時(shí),，DFF3輸出從低切換到高；命名為“檢測(cè)到物體”的信號(hào)傳遞至CNT1的“DLY IN”輸入,。CNT1配置為雙邊延遲,，用于防止噪音或傳感器前方任何快速移動(dòng)導(dǎo)致打開垃圾桶。 這樣的話,，除非物體在垃圾桶前停留半秒以上,，否則垃圾桶蓋不會(huì)打開。

CNT1的計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)為193,，等于500ms,。CNT1的輸出連接到PWM0的“MTRX sel＃1”和“MTRX sel＃0”輸入。PWM0負(fù)責(zé)生成伺服電機(jī)的最終PWM信號(hào),；由于我們從“IN ＋”列表中選擇了“通過(guò)矩陣選擇的寄存器”,，因此生成的脈沖的寬度將對(duì)應(yīng)于先前存儲(chǔ)在該塊的內(nèi)部寄存器中的值,。我們?cè)诩拇嫫?中存儲(chǔ)了值24，在寄存器2中存儲(chǔ)了值52,。

圖2： GreenPAK設(shè)計(jì)

圖3： 頂層電路圖

圖4： 自動(dòng)垃圾桶原型

總結(jié)       

在本項(xiàng)目中我們創(chuàng)建了一個(gè)智能垃圾桶,，當(dāng)有人靠近它時(shí)自動(dòng)打開，并在人離開時(shí)自動(dòng)關(guān)閉,。

系統(tǒng)的所有控制功能,，包括從超聲波傳感器接收信號(hào)，和為伺服電機(jī)生成合適的信號(hào),，都是通過(guò)單個(gè)小型Dialog GreenPAK CMIC實(shí)現(xiàn),，它能有效地執(zhí)行各項(xiàng)功能。