周華春

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們的生活水平不斷提高，人們對科學(xué)帶來的智能體驗(yàn)更加期待。通過遙控器可以智能遙控機(jī)器作業(yè)是科技贈予工業(yè)的禮物，科學(xué)技術(shù)在漸漸改變?nèi)藗兊墓ぷ骱蜕?，我們希望不再僅僅依賴遙控器，而是通過機(jī)器感知人的動(dòng)作，機(jī)器根據(jù)人的意愿就能完成相應(yīng)的任務(wù)。讓智能機(jī)器慢慢貼近人們的生活，改善和豐富人們的生活。開發(fā)體感手勢控制垃圾桶，實(shí)現(xiàn)人與智能垃圾桶的互動(dòng)，讓人機(jī)交互發(fā)生一次革命化的改變。本文講解了該智能垃圾桶硬件電路的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：智能；控制；電路；電壓

1 智能垃圾桶硬件電路框架

智能垃圾桶硬件電路框架如圖1所示，Zigbee無線接收控制命令，CC2530控制電機(jī)、吸塵器、垃圾桶開關(guān)蓋。超聲波傳感器檢測前方障礙物、下方懸崖，智能躲避，異味傳感器檢測垃圾桶內(nèi)有害氣體，如果有異味報(bào)警提醒。考慮到節(jié)約電能和傳感器及電機(jī)等用電設(shè)備不一樣，電源也分為LDO、開關(guān)電源兩種，LDO電源負(fù)責(zé)傳感器、報(bào)警提示供電，開關(guān)電源給MCU、電機(jī)等其他設(shè)備供電。

2 智能垃圾桶硬件電路的設(shè)計(jì)

2.1 CC2530最小系統(tǒng)及Zigbee無線通訊

CC2530集成了51單片機(jī)內(nèi)核，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)最多可以連接255個(gè)，每個(gè)的通信距離在60-100米左右。Zigbee協(xié)調(diào)器通過USB接口連接電腦，電腦發(fā)送控制命令控制網(wǎng)絡(luò)里的節(jié)點(diǎn)工作。CC2530既是單片機(jī)也是Zigbee無線通訊芯片。如圖2 CC2530是有倆個(gè)晶振為它提供時(shí)鐘信號，CC2530的系統(tǒng)時(shí)鐘system clock可選擇外部32MHz crystal oscillator，或者內(nèi)部自帶的16MHz RC oscillator，但是RF工作時(shí)必須選擇32MHz crystal oscillator。如圖3所示CC2530的復(fù)位只需把RESET接負(fù)極。

2.2 電源電路

智能垃圾桶用電情況如下：MCU功率：1W，倆臺電機(jī)功率：12W，垃圾桶蓋功率：2W，吸塵器功率：5W，異味傳感器功率：1W，超聲波傳感器功率：1W，總功率：22W。

根據(jù)以上計(jì)算智能垃圾桶平臺需要12V、5000mAh鋰電池供電，為合理配置用電，電源分為LDO電源和開關(guān)電源兩部分供電。LDO電源電路如圖4所示，負(fù)責(zé)給報(bào)警提醒、異味傳感器、超聲波傳感器供電。開關(guān)電源本文不作詳細(xì)介紹，開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。

2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

電機(jī)為可調(diào)速直流減速電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)使用BTS7960B，BTS7960是NovalithIC家族三個(gè)獨(dú)立的芯片的一部分：一是p型通道的高電位場效應(yīng)晶體管，二是一個(gè)n型通道的低電位場效應(yīng)晶體管，結(jié)合一個(gè)驅(qū)動(dòng)晶片，形成一個(gè)完全整合的高電流半橋。如圖5所示。

BTS7960B參數(shù)：輸入電壓：7.2V-20V，輸出電流：0-68A。

2.4 垃圾桶蓋開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路

電機(jī)為直流減速電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)使用LM298，L298是SGS公司的產(chǎn)品，比較常見的是15腳Multiwatt封裝的L298N，內(nèi)部同樣包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路?？梢苑奖愕尿?qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，或一個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)。如圖6所示。

LM298參數(shù)：輸入電壓：5V-35V，輸出電流：2A（MAX單橋），最大功率：25W。

2.5 吸塵器開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路

吸塵器是高速旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，MCU控制達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)繼電器，實(shí)現(xiàn)吸塵器電源的通斷。如圖7所示。

繼電器參數(shù)：驅(qū)動(dòng)電壓：5V，導(dǎo)通電壓：220V（交流）。

3 體感手勢控制平臺技術(shù)展望

體感手勢控制智能應(yīng)用平臺是一開放性的巨大平臺，上述開發(fā)的“智能垃圾桶”可通過人的手勢姿態(tài)控制其作業(yè)，在清潔工作時(shí)給人愉悅的智能體驗(yàn)，此則改變?nèi)藗儗揖忧鍧嵉姆绞健?/p>

基于上述“體感手勢控制智能移動(dòng)平臺”，將可以開發(fā)出更多的智能應(yīng)用。例如：基于體感手勢控制的智能醫(yī)療平臺、基于體感手勢控制的智能交通平臺、基于體感手勢控制的軍事應(yīng)用平臺等。智能機(jī)器慢慢貼近人們的生活，改善和豐富人們的生活不再是遙不可及的海市蜃樓。未來，人們將用最自然的方式，自然的動(dòng)作與機(jī)器對話。

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