太陽能夜燈智能消毒垃圾桶的設計研究

張哲華 陳鑫鑫 王辛巖

（西藏大學，西藏 拉薩850000）

1 背景

自公共衛生事件發生以來，人民對自身健康方面的問題更加重視和關注，這場大型的公共衛生事故，不僅對人民生命健康安全造成傷害威脅還對國家經濟體制造成影響，大多數企業商鋪停產停工，醫護人員在抗疫一線失去了生命。這時，需要人人注意衛生，減少病毒傳播帶來的流行性疾病的可能性，將大型醫療事故扼殺在搖籃中。因此，針對此問題，本文研究并設計了一款太陽能夜燈智能消毒垃圾桶。

2 工作原理

設備通過太陽能作為能源，其內部含有LED 夜燈電路、紫光燈消毒設備和紅外感應裝置，總體通過單片機調控，市民在丟垃圾之后，將手放在設備感應裝置前，設備的感應器感應到后，就會噴出定量的消毒水對手部消毒，其次垃圾桶內部的紫光燈通過電路板的控制，可以通過遙控定時開關對垃圾桶內部垃圾進行消毒滅菌。從而清潔雙手起到反病毒、手上零病毒垃圾桶內零病毒的作用（見圖1）。

圖1 設備流程圖

3 智能垃圾桶的功能設計

3.1 太陽能能源利用功能

相關研究表明每年到達地球表面上的太陽輻射能約相當于130 萬億噸煤，其總量屬現今世界上可以開發的最大能源。根據太陽產生的核能速率估算，氫的貯量足夠維持上百億年，而地球的壽命也約為幾十億年，從這個意義上講，可以說太陽能無枯竭危險，不需要市政額外電力輸入，安全可靠，無噪聲，無污染排放外，建設周期短，且無須開采和運輸。根據國家數據統計局統計2020 年4 月份能源生產中，電力總體生產由降轉增。4 月份，發電量為5543 億千瓦時，同比增長了0.3%，和上個月總發電量相比較下降了4.6%，日均發電量也達到了184.8 億千瓦時，環比增加6.6 億千瓦時。1-4 月份，發電量總量達到21388 億千瓦時，同比去年同時下降了5.0%。其中，火電增速由負轉正，水電降幅擴大，風電增速回落，自然能力發電總體承上升趨勢（如圖2）。

圖2 電力生產情況圖

本產品采用太能蓋板供電（如圖3），基本解決日常電能所需。通過太陽光照射半導體光電二極管，將光能轉化在晶體硅太陽能電池片中形成電能。運用單片機調控，光敏電阻、紅外感應元件作為開關判斷。存儲的電能基本可以滿足日常設備所需，夜晚將其轉化為光能為行人照明，可以減少路燈在夜間相對凌晨的電量輸送，降低電量，達到能源節約。本產品可以將太陽能充分利用，達到保護環境，綠色友好的生態觀念。

圖3 上層太陽能蓋板圖

3.2 夜燈功能

本產品含有夜燈設計，光敏電阻控制開關，不僅利用太陽能給其設備供電，還可以在夜晚作為夜燈對人行道進行照明。具有很強的環保性，經筆者調查，城市周邊主要街道17:00-3:00 期間內人流量，得出在23:00 之后幾乎所有街道人流量驟然下降（如圖4），路燈常亮，對電力消耗較大，采取太陽能夜燈智能消毒垃圾桶可以減少對電力的消耗，僅采用夜燈形式對人行道照明，減少道路上人行道照明路燈工作數量，兩者相互配合，達到節能減排，也不會降低市民的夜晚出行的體驗感受。

圖4 周邊街道夜晚人流量統計圖

夜燈可以節省夜間路燈電量消耗，節約道路的占地面積，完善城市功能，強化地方風貌特征，提升發展品味。太陽能夜燈智能消毒垃圾桶不僅提升市民的生活衛生質量，還增強人們環保綠色的意識，更能帶動經濟的發展。做到能源充分利用，減少資源消耗，能源綠色環保的發展理念。

3.3 智能消毒功能

在城市建設中，垃圾桶作為道路上最常見的公共設施，也是最容易產生和傳播病毒的地方。經國家科學院研究表明未經消毒雙手的細菌總數為1441 個/cm2, 大腸菌數MPN 為15，而經過消毒的雙手細菌的平均數為364 個/cm2, 大腸菌群為0～6(MPN)個/cm2。由此證明日常消毒對抑制病毒的傳播的重要性。設備內部含有定時紫光燈消毒設備，對垃圾桶內部的表面進行光照消毒，外部含有紅外感應，當市民扔完垃圾之后，可以把手放在感應區，會有少量的消毒液噴灑到手上，對手部進行消毒。

考慮各街道人流量等密度，選取合適的位置進行擺放，防止因病毒而引起大規模的衛生安全事故，并且太陽能可以改善市民日常出行的低碳需求，積極建設低碳城市，與其耗費國家大量財力物力，不如提前做好預防，將病毒扼殺在搖籃中（如圖5）。

圖5 預期布置街道渲染圖

4 設計實物

以容量50L 的垃圾桶為例進行設計，詳情見圖6。

圖6 理論設計效果圖

5 結論

本文利用Auto CAD、3Ds MAX 等設計軟件進行設計，結合實地調研數據分析，根據分析結果，設計了太陽能夜燈智能消毒垃圾桶，該產品利用太陽能將垃圾桶與消毒設備新穎結合，將垃圾桶智能化，使產品具有自動消毒定時開關和人為外部遙控智能控制功能，垃圾桶上部的自動消毒水設備和內部的紫光燈可以有效減少病毒傳播，一定程度上起到防疫作用，降低流行性疾病暴發的概率。但以上設計研究均屬于最基礎的理論模型，并未進行電路分析實驗，分析耐用度以及產品本生抵抗外界不良因素的影響，后期將從這些方面進行分析完善，并利用MATLE LAB 預測分析產品對社會公共衛生環保方面能夠帶來的優勢，使高科技與綠色環保發展相結合，提高城市知名度，成為了城市的標簽，也同時促進經濟的增長。