基于单片机AT90USB1286的垃圾称重计费控制系统
本文设计了一种基于单片机的垃圾称重计费控制系统。与其他控制系统相比，单片机系统具有体积小巧、成本低廉等优势。
系统工作原理如下：垃圾箱由3个不同的箱体组成，分别收集厨余垃圾（箱1）、纸张和塑料等可回收垃圾（箱2）以及其他不可回收垃圾（箱3）。每个箱体顶部安装大小合适的投入门，底部安装一个称重台。住户准备投放垃圾时，拿出充值卡，当卡内余额充足时，可以打开箱1、箱2或箱3，进行垃圾投放。其中箱1和箱3按照称重减费，箱2按照称重加费。为防止不同类别的垃圾投错，可以将各个箱的投入门做得各不相同，例如纸张投入箱控制门应当做成扁平口，只允许纸张或报纸杂志投入。控制系统硬件结构如图1所示。
与其他控制器相比，单片机具有体积小巧、价格低廉以及性价比高等优点，因此本控制系统选用目前应用最多的AT89S51单片机做为主控制器，可以方便地与射频电路、显示电路、通信电路、A/D转换电路接口连接，构成完整的控制系统。
IC卡及读卡电路
非接触式IC卡又称射频卡，与接触式IC卡相比，解决了无源和免接触的问题，具有可靠性高、操作方便的优点，本设计中选用目前流行的Mifare1卡，控制器内的专用读卡芯片连接的天线线圈不断向外发射一组13.56MHz固定频率的电磁波，Mifare1卡靠近时，卡内的LC串联谐振电路产生共振，使电容充电产生电荷，当电容充电达到2V时，该电容作为电源为卡上的电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接收控制器内的数据并予以保存［1］。
AT90USB1286是应用于13.56MHz的非接触式通信高集成度读卡芯片，集成了13.56MHz下所有类型的被动非接触通信方式和协议，支持Mifare1卡，与AT89S51的接口电路如图2所示。根据系统要求，相应部分的控制程序需要实现的功能如下：
（1）无刷卡时，系统处于等待状态；当有刷卡时，识别卡内信息，包括用户信息、卡内余额以及系统内部的存储区域，并调用显示程序。
（2）支付方式可选充值和记账。本设计采用充值方式，对厨余垃圾和不可回收垃圾进行扣费，而纸张、塑料垃圾可以向卡内充值。
称重模块和显示模块的设计
（1）称重传感器的选择
电子计价秤、平台称等场合适合选用铝合金悬臂梁式传感器，由弯曲引起的形变，在弯曲面集中的区域上下两面粘贴应变计，形成全桥的测量电路。图3为CYT-204系列悬臂梁称重传感器，选择量程为0~0.1T，精度高，漂移低；选择输出0~5V，易于和单片机接口；尺寸为130mm×32mm×32mm，安装方便［3］。
（2）A/D转换电路和显示电路的设计
号码和卡内余额。当用户按下箱体选择按钮，垃圾重量计费装置打开相应的投入门，用户投放垃圾完毕后，根据投放垃圾的种类和重量，卡内余额可以增加或扣减并进行显示。
存储模块和通信模块的设计
AT90USB1286是ATMEL公司的EEPROM存储器，它的接线极为简单，只需要2根信号线;其存储容量为1KB，1个存储模块可以储存几百个用户的信息，与单片机的接口电路如图4所示。
对每个住户的垃圾投放情况进行统计，需要将系统内存储的住户垃圾投放信息读出。单片机的串行通信接口可以扩展为USB接口、RS232接口和GPRS接口等。本系统内AT89S51的串行接口只有1个，考虑到系统的方便性，在本设计中采用USB口扩展。
L298N芯片是步进电机和直流电机的驱动芯片，很容易实现电机的正反转，本设计中选择Multiwatt15封装，易于实验室焊接。L298N芯片的引角图如图5所示。该芯片可接收标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4.5V～7V电压；4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为2.5V～46V。输出电流可达2.5A，可驱动电感性负载；1脚和15脚下发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机，OUT1和OUT2以及OUT3和OUT4之间可分别接电动机。输入信号端IN1接高电平、IN2接低电平，电机1正转；反之，电机1反转。输入信号端IN3接高电平、IN4接低电平，电机2正转；反之，电机2反转。因为不需要调速，调速端A、B可以直接接+5V。本装置中，有3个投入门需要控制，因此需要2片L298N，占用单片机6个I/O口。另外L298N对每个电动机都有使能控制端EnA和EnB，3个投入门需要3根单片机I/O口线，如果它们为低电平，则电机不会转动。
考虑到一片AT90USB1286的I/O口有限，且本系统需要的I/O口线较多，所以选用1片AT90USB1286来控制投入门电动机动作的正反转。AT90USB1286可以接收选择投入门的按键的信号；它是24引脚的CPU芯片，体积小，节省空间。投入门是否动作由系统中的主CPUAT90USB1286的一根口线和这片AT89C2051一根I/O口线相连作为信号线来决定。如果用户卡余额不足，则AT90USB1286的这根I/O口线输出高电平，与AT90USB1286相连的I/O口线也为高电平，禁止所有投入门动作。
