STEAM課堂，打開了我的創新思維

楊澤璞 崔少杰

【中圖分類號】TP18 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）26-0236-02

一、我的STEAM學科的背景

STEAM代表科學（Science），技術（Technology），工程（En？鄄gineerng），藝術（Art），數學（Mathematics），STEAM課程就是集科學、技術、工程、藝術、數學多學科融合的綜合課程。

這樣的課程，是創客文化與教育的結合，它基于興趣，以項目學習的方式，使用數字化工具，倡導造物，鼓勵分享，培養跨學科解決問題能力、團隊協作能力和創新能力的一種素質教育。我從初中就開始接觸STEAM課程，非常喜歡，他打開了我的創新思維。

二、智能垃圾桶設計的提出

垃圾在我們的生活中無處不在，垃圾桶已經成為了人們生活中的必需品，但傳統的垃圾桶，本身無蓋，即使有蓋也需人工打開或腳踩，使用者極不方便，更重要的是存在有衛生感染隱患。如何解決傳統垃圾桶對使用者存在衛生感染的隱患，有效杜絕各種傳染性疾病通過垃圾進行傳播，為人們高品質的生活服務呢？我想設計一款智能垃圾桶。

三、智能垃圾桶設計的設計思路

現致力于設計出一款垃圾桶，當人走到垃圾桶跟前時，垃圾桶會自動感應到人體的靠近，當人的手或物體接近投物口時，垃圾桶蓋便會自動開啟，等垃圾投入完畢，在設定時間內垃圾桶蓋又會自動關閉，人、物不需接觸垃圾桶，在長時間不使用的情況下又會自動進入休眠模式以便節能。使用的過程中，垃圾桶會根據不同的情況播放不同的語音。這種垃圾桶衛生、自動、耗能低、環保，是一款的新型智能垃圾桶。

四、智能垃圾桶設計的設計原理

（一）智能垃圾桶的組成部分及各部分對應的功能是什么樣子的？

這款智能垃圾桶主要由紅外（對管）傳感器、單片機、步進電機、語音系統模塊、狀態顯示液晶屏和垃圾桶蓋六部分組成。當紅外傳感器檢測到人靠近垃圾桶時，紅外信號會由接收端轉換成電信號，并對其進行放大、濾波等處理，還原成二進制數字信號，并傳輸至單片機。此時單片機會向步進電機發出控制指令，這會驅動電機在旋轉方向上轉動一個固定的角度，垃圾桶蓋隨之被打開，與此同時狀態顯示液晶屏會顯示垃圾桶已開啟，語音系統模塊會發出語音提示。當紅外傳感器感應到人離開后，同樣通過信號傳導至單片機，進而單片機控制步進電機關閉垃圾桶蓋。當紅外對管傳感器檢測到垃圾高度超過設定時，單機片會控制語音系統模塊播放相應的語音報警，此時可以通過手動關閉報警器，當垃圾被清理后立即會停止報警。一般情況下人不需要觸碰垃圾桶，并且在長時間不使用的情況下垃圾桶會進入休眠模式，節能效果顯著。

（二）如何通過語音系統吸引人們將垃圾扔進垃圾桶，使垃圾桶增強環保意識的同時具有娛樂性呢？

這款垃圾桶的語音系統會根據不同情況發出一些幽默詼諧的話語，如：先生，請您把垃圾投放到我右邊的肚子里呀！謝謝！在娛樂大眾的同時也吸引人們有意識地將垃圾丟進桶內，更能吸引小孩去撿垃圾往里丟，從而使人們養成不亂扔垃圾的好習慣，讓我們周圍的環境更加美麗。

（三）垃圾桶錄放模塊的原理。

語音模塊主要由音頻下載電路、語音存儲電路以及音頻功放電路三部分組成。語音模塊主要完成以下三種功能：能夠將語音通過USB下載入存儲模塊；當有人靠近一定距離時，語音模塊自動提示；當人離開一定距離時，語音模塊再次啟動提示。

本裝置通過USB接口將MP3格式的提示音頻信息下載至語音存儲電路中，通過外放模塊進行播報。基于本模塊的應用需要，設計選用了側重于音頻信號處理的基于AT32UC3A的EVK110開發板作為開發平臺。

（四）如何完成簡易錄音機的制作。

本設計使用的ISD1820語音錄播模塊具有如下特點：使用方便的單片8至20秒語音錄放；高質量，自然的語音還原技術；邊沿/電平觸發放音；自動節電，維持電流0.5uA；內置喇叭驅動放大電路；3-5V單電源工作。

（五）垃圾桶的外形設計及功能設計。

生活垃圾的成分復雜，設計理念考慮到含易腐外觀、分類回收功能、惡臭氣味處理、智能翻蓋、煤灰、泥沙、塑料、橡膠、玻璃、紙類、語音提示等方面進行多功能垃圾桶的設計，力求垃圾桶不僅能滿足收集垃圾的功能，而且因其美觀、色彩能與周圍環境相和諧，成為環境的重要組成部分。以其藝術性、實用性，豐富審美觀念，讓人身心愉悅。

五、制作收獲

這款智能垃圾桶設計實踐，雖然是一次粗淺的嘗試，卻也是一次創新的嘗試，他應用到了我的物理知識、計算機知識、數學知識，發覺了我的藝術才華，激發我的環保意識和主人翁責任感，這是一次難得的創作之旅。