智能口罩回收終端設計與應用研究

摘? 要：智能口罩回收終端設計與應用研究是針對口罩作為公共衛生突發事件下，大量使用時無法快速有效解決口罩回收的難題。因此，對口罩回收效率低、不規范，造成的環境污染問題進行研究，報告了現階段難以對廢棄口罩進行有效回收的現狀，同時進行了一系列產品理念和應用場景的調查，將產品設計與大數據人工智能理念相結合，最終設計出一款智能口罩回收終端。

關鍵詞：口罩回收;人工智能;回收終端

中圖分類號：TP368? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）22-0127-03

Research on Design and Application of Intelligent Mask Recycling Terminal

LI Xi

（Chongqing Technology and Business University，Chongqing? 400067，China）

Abstract：The design and application research of intelligent mask recycling terminal is aimed at masks as a public health emergency，when they are used in large quantities，they cannot quickly and effectively solve the problem of mask recycling. Therefore，the environmental pollution caused by the low and irregular recycling of masks was studied，and the status that it is difficult to effectively recycle discarded masks at this stage was reported. At the same time，a series of product concepts and application scenarios were investigated. Combining product design with big data artificial intelligence concept，an intelligent mask recycling terminal was finally designed.

Keywords：mask recycling;artificial intelligence;recycling terminal

0? 引? 言

作者一直從事產品設計方向的研究與學習，具有豐富的理論知識與設計經驗，多次獲的產品設計類比賽獎項，同時參與了重慶市哲學社會科學規劃重大委托項目“重慶市社會科學大數據集成運用基本規律研究”。在重大醫療衛生事件發生時，針對口罩消耗量研發智能口罩回收終端，集成人工智能技術，不但能提高廢棄口罩的回收效率，也可以防止口罩隨意丟棄所帶來的二次污染。同時通過記錄大數據，能夠實時檢測和預測所在區域居民健康情況，也可為相應部門提供有效數據。在一定程度上豐富目前該領域的學術理論知識，對未來相關領域研究具有一定的理論和指導意義。

1? 口罩回收的現狀和問題

1.1? 口罩回收必要性

口罩作為防護隔絕細菌、病毒的重要物資在民用防護和醫用防護領域廣泛運用，尤其在冬季呼吸道傳染病高發的情況下，口罩對阻隔細菌傳播有很重要的作用。近年來隨著公共醫療衛生事件的頻發，口罩被越來越多的人使用。在專家的持續呼吁下，“口罩文化”已經成為防控傳染性疾病的一個重要途徑。口罩使用后如何妥善處理、如何杜絕可能的“二次傳播”問題，也應及時引起高度重視。成都、浙江、上海等多地的疾控中心發布科普提示，向群眾普及口罩佩戴完后的正確處理方法，這些科普無疑來得及時且必要。然而，細看多地公布的一些提示知識，在大體趨同的基礎上，也有一些細節存在沖突。比如，有地方就不提倡“開水燙一下”“剪碎后扔掉”和“焚燒”等方式[1]。但是這些方式都不能很好地對口罩進行降解，口罩制作主要材料熔巖布，如果不用專業設備進行降解再利用，那么丟棄的口罩不會在自然情況下自行分解。在當前形勢下，大量丟棄的口罩究竟應當如何規范、妥善處理，是一件非常值得去解決的問題，智能口罩回收終端正是在這種大環境下應運而生的產物，如何處理好每一片小口罩，也是天大的事情，絕不能讓保護我們的口罩成為新的病毒傳播途徑和污染環境的白色垃圾。

1.2? 口罩回收現階段存在的問題

現階段國內外學術界對人工智能與產品結合，以及人工智能對防疫和環保進行研究，更多的是關于理論和可行性方面的研究，但是將理論研究落地的并不多，目前國內智能回收終端存在功能單一、智能化不足、分類效果差等問題，無法做到分類回收的要求[2]。

2? 產品理念以及應用場景

2.1? 產品理念

通過開發智能口罩回收終端，集成人工智能技術，提高廢棄口罩的回收效率，也能防止口罩隨意丟棄所帶來的二次污染。同時，資源的再利用獲得的收益對回收企業是一個利潤增長點，人工智能技術的加入也提升了產品應用場景的維度和廣度。

智能口罩回收終端記錄大數據，能夠實時檢測和預測所在區域人體健康情況，不僅為有關部門提供第一手數據，也為保護環境提供切實可行的方案。所以研究人工智能與產品相結合，不僅使產品功能的維度大大提升，同時也把功能單一的產品升級成為具有數據分析處理能力的智能化產品[3]。

2.2? 應用場景

口罩作為衛生醫療物資在防控傳染性疾病方面有著的極大需求，相信在往后的很長一段時間內，口罩仍然會是我們的整個社會中普遍的需求。但每當在公共衛生事件突發的初期，我們觀察到整個市場、社會對于醫療物資的哄搶、不規范的使用以及使用結束后的隨意丟棄造成資源浪費、環境污染等一系列社會問題。本項目擬針對這些問題以及對智能口罩回收終端探討：

（1）通過掃描APP將廢棄口罩投遞至回收終端，可對廢棄口罩進行即時殺毒消菌處理，進行二次回收利用，杜絕廢棄口罩亂扔造成的資源浪費和二次污染，同時通過回收廢棄口罩可獲得積分返利，積分可免費換取新口罩，引導人們擯棄亂扔亂丟的習慣;

（2）對于口罩佩戴不規范的問題，智能口罩回收終端的屏幕面板上滾動播出的口罩正確佩戴以及衛生防護小知識起到宣傳作用;

（3）為醫療行業、生活小區、學校、商場、企業、交通樞紐等公共場所提供口罩智能管理的產品設備，設備運行時，可主動檢測路過設備人員的體溫狀況，進而完成投放場所人群健康數據抽樣調查。

以上為未來的智能口罩回收研究提供初步的解決方案。

3? 智能口罩回收終端的設計思路

3.1? 功能設計

3.1.1? 設計理念

智能口罩回收終端秉持“有用、易用”的設計理念結構，如圖1所示。

“有用”，對人民群眾來講，智能口罩回收終端不僅能幫助居民科學、安全的處理廢棄口罩，還能為居民提供豐富的防疫宣傳資料，培養居民良好的衛生習慣并重視垃圾污染問題，減少廢棄口罩沾染細菌帶來的二次污染。對于產品開發而言，智能口罩回收終端引入人工智能技術后，讓原來單一的產品功能與人工智能相結合，變成服務終端和健康數據檢測收集終端。通過收集用戶數據后進行大數據分析所得出的結論，信息的價值遠遠大于回收廢棄口罩獲得的利益，對企業競爭力升級起到了積極作用。對于社會效益而言，智能口罩回收終端一方面能科學管理廢棄口罩，避免了口罩隨意丟棄造成對生態的破壞，將二次污染的風險降到最低。同時，為政府提供科學的統計數據，為政府決策提供參考[4]。

“易用”，用戶體驗也是我們設計的重點，智能口罩回收終端的使用不僅符合人體工程學，而且操作流程便捷簡單。居民只需要使用IC卡、進行人臉識別或者在智能口罩回收終端小程序上操作，回收機箱門就會自動打開，居民可在不接觸回收箱的情況下，投遞廢棄口罩;終端全程監控并給出語音提示，箱體顯示屏還可檢測投遞人員的體溫，用戶操作完畢后可領取對應的積分獎勵。口罩投遞完畢后，回收箱會自動讀取口罩數量，箱內的紫外線燈會對箱子進行連續三小時殺菌消毒，防止病毒和細菌滋生，箱內滿溢時系統自動報警通知收運人員，及時做好回收處置工作。智能口罩回收終端安裝了定位系統和監控系統，政府部門可以通過后臺監管系統實時監管，參與實現高效率無縫管理口罩收集、數據處理的全過程。

3.1.2? 硬件設計

硬件核心系統包括計數模塊、無線模塊、語音模塊等：

（1）計數模塊方面，口罩的材質、形狀、大小不一，設計過程中采用了機械結構配合光電傳感器的方式，多通道輸入捕獲來檢測投入口罩數量等操作;

（2）無線模塊方面，主要采用ZigBee技術，是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網通信技術。利用其特性，將范圍內的回收終端覆蓋在同一個網絡下，可實時采集各個智能口罩回收終端的數據，便于監控和調度;

（3）語音模塊方面，使用WT588D語音芯片，功能多、音質好，應用范圍廣性能穩定，串口控制模式可以控制語音播放、停止、循環和音量大小，或直接觸發0～219任意語音的地址[5]。

3.1.3? 軟件系統

軟件方面，考慮到以上需求，軟件系統包含服務端、設備端、用戶端、Web端軟件設計：

（1）服務端方面采用阿里云服務器（ECS），可提供簡單高效、處理能力可彈性伸縮的計算服務，可用來快速構建更加穩定、安全的應用且可幫助維護人員提升運維效率，降低IT成本;

（2）設備端在軟件設計過程中使用了μC/OS-Ⅱ實時操作系統，該系統是一個完整的、靈活的搶占式實時多任務內核，可以使各個任務獨立、準時且無誤的工作。通過時間片輪轉調度和信號量控制等方法實現對用戶請求消息的快速響應;

（3）用戶端分為IOS和Android。首先進行用戶登錄，登錄成功之后，可以掃描二維碼開蓋投遞廢棄口罩（此功能供普通用戶使用），也可以進行掃描二維碼開門清理回收箱（此功能供回收箱清理人員使用）;

（4）Web端為設備管理維護人員使用。Web端可獲得回收終端的報警顯示并進行監測，維護人員可根據報警消息進行設備維護。此外，可以在Web端的地圖上添加相應回收終端的設備ID。

3.2? 外觀設計

智能口罩回收終端運用模塊化結構設計，分為室內版和戶外版。室內版如圖2所示，戶外版如圖3所示。

材質：以鋼化玻璃和鍍鋅板作為機身的主要材料，鍍鋅板堅固耐磨、防腐防潮、視覺效果好且性價比較高，能讓產品在室外復雜環境下穩定運行，同時，還能控制成本。

造型：設計分為室內和戶外版，造型設計以長方體為基礎，大量直線構成，造型簡潔渾厚，安全性更強、空間利用率更高。此外，通過模塊化設計，戶外版在室內版的造型上增加了LED廣告屏、擋板、太陽能電池板，其他無異。

功能：智能口罩回收終端由箱體外殼、廢棄口罩投遞口、取物口、防盜鎖、口罩存儲箱、感應開門、人臉識別、led顯示屏、太陽能板等模塊組成。具有紅外感應、消毒殺菌、兌換獎勵、IC卡掃描、體溫檢測、自動箱門、溢滿感應、防盜、網絡操作、語音報警、實時監測、太陽能充電、避雨、底部排水等功能，操作簡單且可適用于各種馬路、小區、公園等戶外場地以及室內場地[6]。

4? 結? 論

如何避免佩戴之后的廢棄口罩被不法商家回收，或在處置階段出現二次感染，從口罩使用后如何妥善處理、如何杜絕可能的“二次傳播”問題出發，展開對智能口罩回收終端的創新性課題的思考，從而設計一套規范的流程，有效的幫助社會做好廢棄口罩的處理工作，確保廢棄口罩無泄漏、無二次利用，保護廣大人民群眾的身體健康。此項目是結合當今所需，解決社會問題，謀民生之本，具備十分重要的意義。

本項目參與者在研究過程中，閱讀、查找大量的相關資料文獻與本項目相結合，總結和探討出適合我國的智能口罩回收系統的創新型項目。智能口罩回收終端創新性地將產品設計與人工智能技術相結合，通過收集用戶數據后進行大數據分析所得出的結論，為政府提供科學的統計數據，為政府決策提供參考，這些信息的價值遠遠大于回收廢棄口罩獲得的利益，在產品設計領域里具有較強的創新性。這一創新成果在國內整個公共醫療衛生管理事業都具有標志性和領先性，并且為營造健康生態環境作出積極的貢獻。智能口罩回收終端不僅為疫情防控和環保做出貢獻，更重要的是它可以作為一個大數據收集終端，對使用者的身體健康進行檢測。通過產品設計與人工智能相結合，由原來的被動檢測變為主動監測，為未來公共醫療衛生管理的監控提供了新途徑。

參考文獻：

[1] 李松林.疫情當前，處理好小口罩也是大事 [N].金昌日報，2020-02-03（2）.

[2] 劉紅，許妙佳.智能垃圾桶的研究與設計 [J].上海電機學院學報，2019，22（1）：42-45+49.

[3] 王寧.人工智能賦能，助力戰“疫”科學化精準化 [J].中國設備工程，2020（4）：6-8.

[4] 賴茂生，麥曉華，曹雨佳.我國政府信息資源開發利用模式創新研究 [J].圖書情報工作，2014，58（6）：25-31.

[5] 李杰，JASKARAN S，MOSLEM A，等.工業人工智能——工業應用中的人工智能系統框架（英文）[J].中國機械工程，2020，31（1）：37-48.

[6] 秦鵬，石夫雨，孟嘉琪.智能垃圾分類回收機專利技術綜述 [J].中國新技術新產品，2018（4）：130-131.

作者簡介：李茜（1995—），女，漢族，四川成都人，碩士研究生，研究方向：產品設計。