FastBond2阶段1-基于ESP32的智能可移动垃圾桶的框图设计

内容介绍

项目总结报告

1.设计思路

在居家生活中，垃圾桶是必不可少的一环。但传统的垃圾桶不能移动，翻盖也必须人工操作。于是我想借助FastBond2的机会，设计一款智能的可移动垃圾桶，可以解决不想走到垃圾桶跟前的难题。

2.项目介绍

本项目旨在设计一款创新的可移动智能垃圾桶，为现代家居生活提供更方便、更快捷的垃圾处理。该垃圾桶采用物联网，机器视觉，超声探障等技术，能够通过互联网进行远程控制，实现垃圾桶自主定位和自主移动功能，使垃圾桶能够自动到达用户身边，并能识别用户手势，自动开合盖。

麦克纳姆轮全向移动功能
可接入互联网进行远程自主控制
使用超声波传感器实现实时检测周围环境，进行避障
机器视觉，识别出当前镜头内用户挥手动作，若有控制舵机打开桶盖

3.市场介绍

本项目适用于解决家居生活的一些懒人需求，或者解决当用户因故无法离开某个位置到达垃圾桶时的丢垃圾需求。

也适用于家中行动不便者，可以方便快捷地丢垃圾。

4.方案框图和介绍

本项目的主要框图如下：

FnBDFL_T_3NfCrFaosGKRx_F2nZm

点此查看框图设计的得捷网站链接

主要元器件：

1.ESP32S3 乐鑫

2.HC-SR04超声波测距模块

3.Intel® RealSense™ D405 深度摄像头

5.Scheme-it工具介绍

Scheme-it 是一款功能强大的在线原理图和图表绘制工具。它允许用户在浏览器中创建和分享自己的技术布局设计。该工具提供了一整套构建电路所需的原理图符号，并集成了 Digi-Key 目录，方便用户选择和添加元件。

使用 Scheme-it，用户可以通过简单拖拽和连接符号来构建电路图或系统框图。并且支持将产品图片和图像插入设计中，使得绘制的图表更加直观和具体。此外，Scheme-it 还提供了一个集成的物料清单 (BOM)，方便用户将每个通用符号或制造商元件与 Digi-Key 零件编号相关联，以便后续采购和使用。

Scheme-it 还具有导出功能，可以将绘制的框图导出为常见的图片格式（如 PNG）或文档格式（如 PDF），方便用户进行保存、打印或与他人共享。此外，Scheme-it 还支持将框图导出为 KiCad 格式，以便在 KiCad PCB 设计软件中进行进一步的开发和设计。

Scheme-it 是一个方便易用的在线绘图工具，适用于电路设计、系统布局等技术领域。它提供了丰富的符号库、集成的元件目录和物料清单功能，以及导出和分享的便利性，使用户能够快速创建和分享自己的技术布局设计。

6.主要元器件介绍

ESP32-S3

       ESP32-S3是一款集成 2.4 GHz Wi-Fi 和 Bluetooth 5 (LE) 的 MCU 芯片，支持远距离模式。ESP32-S3 搭载 Xtensa® 32 位 LX7 双核处理器，主频高达 240 MHz，内置 512 KB SRAM (TCM)，具有 45 个可编程 GPIO 管脚和丰富的通信接口。ESP32-S3 支持更大容量的高速 Octal SPI flash 和片外 RAM，支持用户配置数据缓存与指令缓存。

       ESP32-S3 MCU 增加了用于加速神经网络计算和信号处理等工作的向量指令 (vector instructions)。AI 开发者们通过 ESP-DSP 和 ESP-NN 库使用这些向量指令，可以实现高性能的图像识别、语音唤醒和识别等应用。ESP-WHO 和 ESP-Skainet 也将支持此功能。

       ESP32-S3 为物联网设备提供了完善的安全机制和保护措施，防止各类恶意攻击和威胁。它支持基于 AES-XTS 算法的 flash 加密、基于 RSA 算法的安全启动、数字签名和 HMAC。ESP32-S3 还新增了一个“世界控制器 (World Controller)”模块，提供了两个互不干扰的执行环境，实现可信执行环境或权限分离机制。

       ESP32-S3 拥有 45 个可编程 GPIO 以及 SPI、I2S、I2C、PWM、RMT、ADC、UART、SD/MMC 主机控制器和 TWAITM 控制器等常用外设接口。其中的 14 个 GPIO 可被配置为 HMI 交互的电容触摸输入端。此外，ESP32-S3 搭载了超低功耗协处理器 (ULP)，支持多种低功耗模式，广泛适用于各类低功耗应用场景。

       ESP32-S3 集成 2.4 GHz Wi-Fi (802.11 b/g/n)，支持 40 MHz 带宽；其低功耗蓝牙子系统支持 Bluetooth 5 (LE) 和 Bluetooth Mesh，可通过 Coded PHY 与广播扩展实现远距离通信。它还支持 2 Mbps PHY，用于提高传输速度和数据吞吐量。ESP32-S3 的 Wi-Fi 和 Bluetooth LE 射频性能优越，在高温下也能稳定工作。

       ESP32-S3 沿用乐鑫成熟的物联网开发框架 ESP-IDF。ESP-IDF 已成功赋能了数以亿计物联网设备，历经了严格的测试和发布周期，具有清晰有效的支持策略。开发人员基于其成熟的软件架构，凭借对工具和 API 的熟悉，将更容易构建应用程序或迁移原有程序至 ESP32-S3 平台。

       ESP32-S3适用于物联网、智能家居、工业自动化等领域，为像我这样的开发者提供了高度集成、灵活可靠的无线连接和控制能力。
HC-SR04超声波测距模块

增加UART和IIC功能：它支持通过电阻设置成UART或IIC模式，以提供更多的接口选项。
超小盲区，大测距范围：该模块的测量盲区非常小，只有2cm。此外，它的测量范围非常大，可以达到450cm，这使得它适合用于各种不同的应用场景。
超低工作电流：该模块的工作电流非常低，只有2.2mA，这使得它非常节能，可以长时间运行而不会过热。
升级解调芯片RCWL-9206：这款模块采用了升级解调芯片RCWL-9206，支持GPIO、UART与IIC三种模式接口，使得外围电路更加简洁，工作电压更宽（3-5.5V），接口功能更多。
工作温度范围：-10-70℃：这意味着该模块可以在广泛的环境温度下工作，不会受到温度的影响。
声速温度公式补偿：该模块提供了声速温度公式补偿功能，以考虑温度对声速的影响，从而提供更精确的测量结果。
开发支持和资源丰富：由于HC-SR04是一款常见的传感器模块，因此有大量的开发支持和资源可用。用户可以轻松找到相关的示例代码、库和文档，以帮助他们快速上手和集成到项目中。

Intel® RealSense™ D405 深度摄像头

       D405 是一款短程立体摄像头，可为近距离计算机视觉提供亚毫米级精度

       Intel RealSense 的 D405 在 7 cm 至 50 cm 的理想范围内工作，在 7 cm 处最小物体检测低至 500 微米。它具有高分辨率彩色全局快门深度传感器，可提供匹配的 RGB 和深度数据。Intel 从深度传感器获取 RGB 数据，使用图像信号处理器 (ISP) 对其进行增强，因此摄像头可以做得更小。D405 是从精密机器人抓取操作，到装配线检查，再到更有效的伤口护理管理，以及其他近距离任务等应用的首选深度摄像头。

       具有亚毫米级检测精度的 D405 进一步扩展了市场上最全面的 Intel RealSense 深度摄像头解决方案组合。使用 Intel RealSense D405 深度摄像头，来近距离观察世界吧。
特性

500 微米精度，最小 z 为 7 cm
RGB 设计，ISP 连接到左侧深度成像仪
该摄像头旨在与 SDK2.0 配合使用，以扩展现有的 Intel RealSense 深度摄像头，或者进行替换

7.心得体会

通过此次FastBond2阶段1，我想到了这样一款智能的可移动垃圾桶。后续希望有时间能够完善电路图，然后学习一下kiCad，真正的把实物做出来。

这个比赛也是给了我一个观察生活的机会，这样的垃圾桶是否可以继续拓展到一些更广阔的平台，例如一些餐馆，进而商超，公园广场，乃至整个城市。传统的垃圾桶无法满足高效、快速、便捷的垃圾处理需求，寻求自动化和智能化解决方案是必然的。也是打开了我的思维框架。

也祝FastBond越办越好！