应用领域：智能家电

方案类型：模块板卡

主控芯片：STM32F103ZET6

方案概述

一、项目简介：

本智能环保垃圾箱项目是一项综合性很强的研发项目，涉及到了硬件的设计、软件的编程以及服务器数据和传感器数据的对接处理，其中硬件要和软件配合，软件又需要和服务器和硬件传感器等设备配合，设计内容相互关联环环相扣。

二、项目需求：

1 垃圾投放口模块：投放口不能外力打开，由触摸屏控制和实体按钮打开有防夹功能，关闭过程遇到障碍物需要回弹;

2 垃圾溢满感应模块：检测垃圾箱内垃圾满溢程度，并且报警到云平台;

3 重量检测模块：检测每个垃圾桶的重量数据，记录并发到云平台;

4 注册用户：通过云平台来设置设备注册;

5 系统采集用户投放垃圾重量数据：用户投放数据记录，并且发到云平台;

6 网络接入：通过无线4G网络或WIFI接入，来与云平台进行通信;

7 验证登录：与平台通信，用户可以通过手机、APP扫描等方式登录系统;

8 界面/广告：①登录界面可以定制图文，②待机状态显示垃圾分类、城市宣传及其他公益等广告，③可以通过云平台推送广告;

9 垃圾满载提示：垃圾满载后在LCD上显示并语音提示，对应的投放口不再打开;

10 语音播报提示：引导提示语音,结果提示积分播报，谢谢使用语;

11 环保人员考勤和任务功能：①与云平台通信达到垃圾箱管理人员的考勤签到、任务功能，②与云平台通信达到垃圾箱管理人员通过扫描二维码快速获取垃圾;

12 数据采集和处理功能：①温度数据，②各个投放口开关次数数据，③提供电池状态数据，③各种垃圾桶的重量数据，④一键采集数据(次数和内容)，⑤回收物料门次数(清洁工回收门打开次数);

13 一键报警模块：用户和管理人员可以一键报警垃圾箱故障;

14 自动休眠：晚间自动停止及早上开系统(后台设置具体时间);

15 恢复功能模块：检测故障，提供自动重启，人工重启，云平台控制重启恢复;

16 震动传感模块：垃圾箱感应到较大的震动，并记录发送到云平台;

17 清洁工垃圾回收门模块：清洁工回收垃圾门由系统授权人员通过电子锁打开，也可以通过机械钥匙打开。

三、设计框架：

四、原理框图：

五、成品展示

【STM32F103ZET6】

Mainstream Performance line, ARM Cortex-M3 MCU with 512 Kbytes Flash, 72 MHz CPU, motor control, USB and CAN

The STM32F103xC, STM32F103xD and STM32F103xE performance line family incorporates the high-performance ARM®Cortex®-M3 32-bit RISC core operating at a 72 MHz frequency, high-speed embedded memories (Flash memory up to 512 Kbytes and SRAM up to 64 Kbytes), and an extensive range of enhanced I/Os and peripherals connected to two APB buses. All devices offer three 12-bit ADCs, four general-purpose 16-bit timers plus two PWM timers, as well as standard and advanced communication interfaces: up to two I2Cs, three SPIs, two I2Ss, one SDIO, five USARTs, an USB and a CAN.

The STM32F103xC/D/E high-density performance line family operates in the –40 to +105 °C temperature range, from a 2.0 to 3.6 V power supply. A comprehensive set of power-saving mode allows the design of low-power applications.

These features make the STM32F103xC/D/E high-density performance line microcontroller family suitable for a wide range of applications such as motor drives, application control, medical and handheld equipment, PC and gaming peripherals, GPS platforms, industrial applications, PLCs, inverters, printers, scanners, alarm systems video intercom, and HVAC.

Key Features

Core: ARM® 32-bit Cortex® -M3 CPU

72 MHz maximum frequency, 1.25 DMIPS/MHz (Dhrystone 2.1) performance at 0 wait state memory access

Single-cycle multiplication and hardware division

Memories

256 to 512 Kbytes of Flash memory

up to 64 Kbytes of SRAM

Flexible static memory controller with 4 Chip Select. Supports Compact Flash, SRAM, PSRAM, NOR and NAND memories

LCD parallel interface, 8080/6800 modes

Clock, reset and supply management

2.0 to 3.6 V application supply and I/Os

POR, PDR, and programmable voltage detector (PVD)

4-to-16 MHz crystal oscillator

Internal 8 MHz factory-trimmed RC

Internal 40 kHz RC with calibration

32 kHz oscillator for RTC with calibration

Low power

Sleep, Stop and Standby modes

VBAT supply for RTC and backup registers

3 × 12-bit, 1 μs A/D converters (up to 21 channels)

Conversion range: 0 to 3.6 V

Triple-sample and hold capability

Temperature sensor

2 × 12-bit D/A converters

DMA: 12-channel DMA controller

Supported peripherals: timers, ADCs, DAC, SDIO, I2 Ss, SPIs, I2 Cs and USARTs

Debug mode

Serial wire debug (SWD) & JTAG interfaces

Cortex® -M3 Embedded Trace Macrocell™

Up to 112 fast I/O ports

51/80/112 I/Os, all mappable on 16 external interrupt vectors and almost all 5 V-tolerant

Up to 11 timers

Up to four 16-bit timers, each with up to 4 IC/OC/PWM or pulse counter and quadrature (incremental) encoder input

2 × 16-bit motor control PWM timers with dead-time generation and emergency stop

2 × watchdog timers (Independent and Window)

SysTick timer: a 24-bit downcounter

2 × 16-bit basic timers to drive the DAC

Up to 13 communication interfaces

Up to 2 × I2 C interfaces (SMBus/PMBus)

Up to 5 USARTs (ISO 7816 interface, LIN, IrDA capability, modem control)

Up to 3 SPIs (18 Mbit/s), 2 with I2 S interface multiplexed

CAN interface (2.0B Active)

USB 2.0 full speed interface

SDIO interface

CRC calculation unit, 96-bit unique ID

ECOPACK® packages

电路原理图

【STM32】

STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex®-M0，M0+，M3, M4和M7内核(ST's product portfolio contains a comprehensive range of microcontrollers, from robust, low-cost 8-bit MCUs up to 32-bit ARM-based Cortex®-M0 and M0+, Cortex®-M3, Cortex®-M4 Flash microcontrollers with a great choice of peripherals. ST has also extended this range to include an ultra-low-power MCU platform)[1] 。按内核架构分为不同产品：

主流产品(STM32F0、STM32F1、STM32F3)、超低功耗产品(STM32L0、STM32L1、STM32L4、STM32L4+)、高性能产品(STM32F2、STM32F4、STM32F7、STM32H7)。

产品介绍

在STM32F105和STM32F107互连型系列微控制器之前，意法半导体已经推出STM32基本型系列、增强型系列、USB基本型系列、互补型系列;新系列产品沿用增强型系列的72MHz处理频率。内存包括64KB到256KB闪存和 20KB到64KB嵌入式SRAM。新系列采用LQFP64、LQFP100和LFBGA100三种封装，不同的封装保持引脚排列一致性，结合STM32平台的设计理念，开发人员通过选择产品可重新优化功能、存储器、性能和引脚数量，以最小的硬件变化来满足个性化的应用需求。

截至2010年7月1日，市面流通的型号有：

基本型：STM32F101R6、STM32F101C8、STM32F101R8、STM32F101V8、STM32F101RB、STM32F101VB

增强型：STM32F103C8、STM32F103R8、STM32F103V8、STM32F103RB、STM32F103VB、 STM32F103VE、STM32F103ZE

STM32型号的说明：以STM32F103RBT6这个型号的芯片为例，该型号的组成为7个部分，其命名规则如下：

1· STM32~ STM32代表ARM Cortex-M内核的32位微控制器。

2· F~ F代表芯片子系列。

3· 103~ 103代表增强型系列。

4· R~ R这一项代表引脚数，其中T代表36脚，C代表48脚，R代表64脚，V代表100脚，Z代表144脚，I代表176脚。

5· B~ B这一项代表内嵌Flash容量，其中6代表32K字节Flash，8代表64K字节Flash，B代表128K字节Flash，C代表256K字节Flash，D代表384K字节Flash，E代表512K字节Flash，G代表1M字节Flash。

6· T~ T这一项代表封装，其中H代表BGA封装，T代表LQFP封装，U代表VFQFPN封装。

7· 6~ 6这一项代表工作温度范围，其中6代表-40——85℃，7代表-40——105℃。

互联型

全新STM32互联型(Connectivity)系列微控制器增加一个全速USB(OTG)接口，使终端产品在连接另一个USB设备时既可以充当USB主机又可充当USB从机;还增加一个硬件支持IEEE1588精确时间协议(PTP)的以太网接口，用硬件实现这个协议可降低CPU开销，提高实时应用和联网设备同步通信的响应速度。

全新互联型系列还是STM32家族中首款集成两个CAN2.0B控制器的产品，让开发人员能够研制可连接两条工业标准CAN(控制器区域网)总线的网关设备。此外，新系列微控制器还支持以太网、USB OTG和CAN2.0B外设接口同时工作，因此，开发人员只需一颗芯片就能设计整合所有这些外设接口的网关设备。

STM32互联型系列产品强化了音频性能，采用一个先进的锁相环机制，实现音频级别的I2S通信。结合USB主机或从机功能，STM32可以从外部存储器(U盘或MP3播放器)读取、解码和输出音频信号。设计人员还可以在新系列微控制器上开发人机界面(HMI)功能，如播放和停止按键，以及显示器界面。这个功能使其可用于各种家庭音响设备，如音响底座系统、闹钟/音乐播放器和家庭影院。

新系列产品整合先进的面向连接的外设，标准的STM32外设(包括一个PWM定时器)，高性能的32位ARM Cortex-M3 CPU，这些特性使开发人员可以在设备上(如家电、楼宇或工业自动化)整合多种功能，如马达控制、用户界面控制和设备互连功能。其它目标应用包括需要联网、数据记录或USB外设扩展功能的系统，如病患监视、销售终端机、自动售货机和保安系统。

包括新的互联型系列在内的STM32系列微控制器具有多种配套软件和开发工具，其中包括意法半导体免费提供的软件库以及第三方工具厂商的广泛支持。意法半导体还将推出一个新的评估板，目前正在向大客户提供STM32F105和STM32F107互联型系列的样片。

新系列

STM32互连型系列产品分为两个型号： STM32F105和STM32F107。STM32F105具有USB OTG 和CAN2.0B接口。STM32F107在USB OTG 和CAN2.0B接口基础上增加了以太网10/100 MAC模块 。片上集成的以太网MAC支持MII和RMII，因此，实现一个完整的以太网收发器只需一个外部PHY芯片。只使用一个25MHz晶振即可给整个微控制器提供时钟频率，包括以太网和USB OTG外设接口。微控制器还能产生一个25MHz或50MHz的时钟输出，驱动外部以太网PHY层芯片，从而为客户节省了一个附加晶振。

音频功能方面，新系列微控制器提供两个I2S音频接口，支持主机和从机两种模式，既用作输入又可用作输出，分辨率为16位或32位。音频采样频率从8kHz到96kHz。利用新系列微控制器强大的处理性能，开发人员可以用软件实现音频编解码器，从而消除了对外部组件的需求。

把U盘插入微控制器的USB OTG接口，可以现场升级软件;也可以通过以太网下载代码进行软件升级。这个功能可简化大型系统网络(如远程控制器或销售终端设备)的管理和维护工作。

架构优势

除新增的功能强化型外设接口外，STM32互连系列还提供与其它STM32微控制器相同的标准接口，这种外设共用性提升了整个产品家族的应用灵活性，使开发人员可以在多个设计中重复使用同一个软件。新STM32的标准外设包括10个定时器、两个12位1-Msample/s 模数转换器 (交错模式下2-Msample/s)、两个12位数模转换器、两个I2C接口、五个USART接口和三个SPI端口。新产品外设共有12条DMA通道，还有一个CRC计算单元，像其它STM32微控制器一样，支持96位唯一标识码。

新系列微控制器还沿续了STM32产品家族的低电压和节能两大优点。2.0V到3.6V的工作电压范围兼容主流的电池技术，如锂电池和镍氢电池，封装还设有一个电池工作模式专用引脚Vbat。以72MHz频率从闪存执行代码，仅消耗 27mA电流。低功耗模式共有四种，可将电流消耗降至两微安。从低功耗模式快速启动也同样节省电能;启动电路使用STM32内部生成的8MHz信号，将微控制器从停止模式唤醒用时小于6微秒。

低功耗性能

意法半导体的EnergyLite™超低功耗技术平台是STM32L取得业内领先的能效性能的关键。这个技术平台也被广泛用于意法半导体的8位微控制器STM8L系列产品。EnergyLite™超低功耗技术平台基于意法半导体独有的130nm制造工艺，为实现超低的泄漏电流特性，意法半导体对该平台进行了深度优化。在工作和睡眠模式下，EnergyLite™超低功耗技术平台可以最大限度提升能效。此外，该平台的内嵌闪存采用意法半导体独有的低功耗闪存技术。这个平台还集成了直接访存(DMA)支持功能，在应用系统运行过程中关闭闪存和CPU，外设仍然保持工作状态，从而可为开发人员节省大量的时间。

除最为突出的与制程有关的节能特色外，STM32L系列还提供更多其它的功能，开发人员能够优化应用设计的功耗特性。通过六个超低功耗模式，STM32L系列产品能够在任何设定时间以最低的功耗完成任务。这些可用模式包括：(在1.8V/25°C环境的初步数据)

· 10.4μA低功耗运行模式，32kHz运行频率

· 6.1 μA低功耗睡眠模式，一个计时器工作

· 1.3 μA 停机模式：实时时钟(RTC)运行，保存上下文，保留RAM内容

· 0.5 μA 停机模式：无实时时钟运行，保存上下文，保留RAM内容

· 1.0μA待机模式：实时时钟运行，保存后备寄存器

· 270nA待机模式：无实时时钟运行，保存后备寄存器

STM32L系列新增低功耗运行和低功耗睡眠两个低功耗模式，通过利用超低功耗的稳压器和振荡器，微控制器可大幅度降低在低频下的工作功耗。稳压器不依赖电源电压即可满足电流要求。STM32L还提供动态电压升降功能，这是一项成功应用多年的节能技术，可进一步降低芯片在中低频下运行时的内部工作电压。在正常运行模式下，闪存的电流消耗最低230μA/MHz，STM32L的功耗/性能比最低185μA/DMIPS。

此外，STM32L电路的设计目的是以低电压实现高性能，有效延长电池供电设备的充电间隔。片上模拟功能的最低工作电源电压为1.8V。数字功能的最低工作电源电压为1.65V，在电池电压降低时，可以延长电池供电设备的工作时间。

STM32 ARM Cortex 32位微控制器

The STM32 family of 32-bit Flash microcontrollers based on the Arm® Cortex®-M processor is designed to offer new degrees of freedom to MCU users. It offers products combining very high performance, real-time capabilities, digital signal processing, and low-power and low-voltage operation, and connectivity, while maintaining full integration and ease of development.

The unparalleled and large range of STM32 devices, based on an industry-standard core and accompanied by a vast choice of tools and software, makes this family of products the ideal choice, both for small projects or an entire platforms.

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