創(chuàng)客產(chǎn)品：疫情下的免接觸智能殺毒垃圾桶

翟濤　翟晶敏

進(jìn)入2021年，新冠疫情依然存在，隨著人員流動(dòng)逐漸放開，環(huán)境傳人的現(xiàn)象日益增多，特別是在機(jī)場、醫(yī)院、車站等公共場所保潔工作人員容易成為感染人群，降低人與環(huán)境之間病毒傳播的比較好的解決方案是人與環(huán)境之間避免直接接觸。在日常生活中，每天都會(huì)有將垃圾扔到垃圾桶的操作，公共場所里垃圾桶附近很容易發(fā)生病毒通過環(huán)境傳人的現(xiàn)象，這是最容易發(fā)生環(huán)境傳人的地方之一，如圖1所示。垃圾桶內(nèi)細(xì)菌、病毒較多，容易大量繁殖。研究表明，新型冠狀病毒對紫外線敏感，紫外線燈消滅新型冠狀病毒效果顯著。在垃圾桶內(nèi)放置紫外線消毒燈，可以消滅病毒。因此制造免接觸智能殺毒垃圾桶，可避免垃圾和人之間的接觸，也避免倒垃圾人群之間的間接接觸，預(yù)防病毒通過垃圾環(huán)境傳播。在垃圾桶內(nèi)通過紫外線燈殺滅病毒，既能切斷病毒的傳播途徑，又可以消滅傳染源，保護(hù)易感染人群。

● 設(shè)計(jì)思路

當(dāng)物體距離垃圾桶超聲波傳感器小于10厘米時(shí)，垃圾桶的蓋子自動(dòng)打開90度，等待5秒鐘，待人扔完垃圾后，蓋子自動(dòng)閉合至0度。因?yàn)槿梭w不能長時(shí)間照射紫外線，所以垃圾桶開蓋的過程紫外線燈全程關(guān)閉。當(dāng)物體距離垃圾桶超聲波傳感器大于等于10厘米時(shí)，垃圾桶的蓋子始終閉合，保持0度。垃圾桶蓋子處于閉合狀態(tài)時(shí)，紫外線燈通電開始工作，消滅細(xì)菌和病毒。

通過超聲波測距傳感器實(shí)現(xiàn)人與垃圾桶的免接觸，通過設(shè)置舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)度數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)打開、關(guān)閉垃圾桶蓋子，通過LED燈模塊模擬紫外線消毒燈。物體距離垃圾桶遠(yuǎn)近的距離參數(shù)、垃圾桶打開時(shí)間長短的參數(shù)、垃圾桶蓋子打開角度的參數(shù)以及紫外線燈開啟關(guān)閉的時(shí)間參數(shù)都可以通過程序調(diào)試更改，以方便應(yīng)用于不同場景使用的各種類型垃圾桶。

● 硬件準(zhǔn)備

Arduino開發(fā)板、數(shù)據(jù)線、超聲波傳感器模塊、舵機(jī)、LED燈模塊、帶蓋垃圾桶，底座。

● 安裝

在底板上用螺絲固定Arduino開發(fā)板、超聲波傳感器模塊、帶蓋垃圾桶，如圖2所示。LED燈用螺絲固定在垃圾桶蓋上，舵機(jī)用螺絲固定在垃圾桶翻蓋的固定軸上，搖臂用螺絲固定金屬臂，金屬臂用螺絲固定在垃圾桶蓋子上，如下頁圖3所示。

● 接線

超聲波傳感器模塊接線：Vcc（電源）接Arduino開發(fā)板5V接口，Trig（控制端）接Arduino開發(fā)板11號接口，Echo（接收端）接Arduino開發(fā)板10號接口，Gnd（地線）接Arduino開發(fā)板GND接口。

LED燈模塊：正接Arduino開發(fā)板13號接口，負(fù)接Arduino開發(fā)板GND接口。

舵機(jī)模塊接線：棕線（地線）接Arduino開發(fā)板GND接口，紅線（電壓線）接Arduino開發(fā)板5V接口，橙線（PWM）信號線接Arduino開發(fā)板9號接口，如圖4所示。

● 程序原理

Mind+編程軟件支持中文圖形化積木編程和Python/C/C++等高級編程語言，既適用于零基礎(chǔ)的初級編程的青少年學(xué)生也適用于有一定編程語言基礎(chǔ)的專業(yè)愛好者。不僅有可以單獨(dú)設(shè)計(jì)程序和游戲的實(shí)施模式，還有連接硬件控制傳感器工作的上傳模式。

打開Mind+編程軟件，打開用于燒錄程序到Arduino開發(fā)板的“上傳模式”（如上頁圖5），在“擴(kuò)展”功能里面“主控板”模塊下加載“Arduino nuo”開發(fā)板（如上頁圖6），在“傳感器”模塊下加載“超聲波測距傳感器”（如上頁圖7），在“執(zhí)行器”模塊下加載“舵機(jī)模塊”（如上頁圖8），返回主程序。

在變量中新建數(shù)字類型變量“超聲波距離”，設(shè)置“超聲波距離”變量的值為Arduino nuo開發(fā)板讀取的超聲波距離值。編程語言如圖9所示。

當(dāng)物體與超聲波距離小于10厘米時(shí)，舵機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)到60度的位置使垃圾桶蓋子打開（如圖10），此過程LED燈低電平不發(fā)光。等待5秒種后，舵機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)到150度的位置使垃圾桶的蓋子閉合（如圖11），閉合后，LED燈高電平發(fā)光。當(dāng)物體與超聲波距離大于等于10厘米時(shí)，舵機(jī)保持150度的位置始終保持垃圾桶蓋子閉合，LED燈高電平發(fā)光。其中舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度需要根據(jù)實(shí)際舵機(jī)安裝的位置與垃圾桶蓋子的位置進(jìn)行調(diào)試，實(shí)現(xiàn)垃圾桶蓋子打開90度的設(shè)計(jì)要求。

免接觸垃圾桶的設(shè)計(jì)符合疫情時(shí)代的公共安全衛(wèi)生環(huán)境，避免了垃圾桶污染物與人之間的直接接觸，也避免了人與人扔垃圾的間接接觸。應(yīng)用了超聲波傳感器來感應(yīng)是否有人要扔垃圾，應(yīng)用舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)垃圾桶蓋打開，LED燈模擬紫外線消毒燈。同時(shí)設(shè)計(jì)了Mind+程序，調(diào)試了人到超聲波傳感器的距離;也通過調(diào)試程序，確定舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，確保垃圾桶蓋打開的角度在90度;保護(hù)人身安全，LED燈在垃圾桶蓋子打開時(shí)不工作，在蓋子關(guān)閉時(shí)才工作，實(shí)現(xiàn)人工智能。

在我國衛(wèi)生系統(tǒng)中，每天會(huì)有大量的醫(yī)療垃圾產(chǎn)生，且醫(yī)療垃圾與生活垃圾相比所攜帶的細(xì)菌、病毒更多，醫(yī)院中的垃圾桶環(huán)境病毒傳人的概率非常高，目前國內(nèi)大部分醫(yī)院中的垃圾桶還不是免接觸的，因此此創(chuàng)客作品還有非常廣闊的推廣應(yīng)用空間。