互聯網智能廢紙回收機設計

閆 爽，于 迪，劉曉華

(齊齊哈爾大學理學院，黑龍江 齊齊哈爾 161000)

綠色設計理念與廢紙回收綠色設計又稱生態設計、環境設計。綠色設計注重自然資源和生態環境的保護，使環境不受工業發展污染。綠色設計是為了資源消耗的再減少、再利用、再循環。而紙張回收從環保角度出發，考慮環境保護要素、技術應用范圍和經濟效益，為用戶提供更為優質的回收體驗，實現資源和能源的節約，減少環境污染。

1 智能紙張回收機設計背景

根據造紙行業數據，制漿造紙及紙制品全行業2020年完成紙漿、紙、紙板和紙制品合計25 498萬噸，同比增長1.22%，其中，紙及紙板產量11 260萬噸，較上年增長4.60%；紙漿產量7 378萬噸，較上年增長2.37%。我國對紙制品的需求量很大且逐年增加。造紙的主要原料有木漿、廢漿和非木漿(蘆葦漿、甘蔗渣漿、竹漿等)，這些原料存在極大缺口，這為紙張回收行業提供了極大的市場。對紙張進行二次回收再利用，可以在很大程度上減少對自然資源的消耗，減少能源消耗。

學校及企事業單位，每天廢紙產出量較大。據對齊齊哈爾大學的調查發現，67.86%的人日產生廢棄紙張數量為1～5張；26.79%的人日產生廢棄紙張數量為6～10張。對齊齊哈爾大學一號教學樓正門單日通過人數進行統計得到，單日通過平均為7 000人次，廢紙回收機器被關注并應用的概率為20%，通過計算可以得出，每日機器應收到的紙張數量約為4 725張(以A4紙為例：重量為4.366 g)，重量約為20 kg。學校中有十幾個教學樓、實驗樓及辦公大樓，這說明在學校內部存在大量紙張需要回收，如果這些紙張能被統一回收處理，將對資源再生利用做出巨大貢獻。

辦公用紙也存在一些問題：辦公用紙的使用量很大，書寫、打印、傳真等紙張使用后，上面留存了很多信息，部分信息屬于個人或企業隱私，一旦泄漏將會帶來很多問題，因此紙張粉碎處理十分重要。回收中，雜物體積小，人工清理耗時長，且廢棄紙張中摻雜了其他廢物，為紙張后續處理造成困擾。

設計一種適用于校園周邊紙張回收的產品。智能紙張回收機為廢紙再利用提供了便利條件，解決了紙張信息泄漏問題，相較于焚燒方式，粉碎回收減少了燃燒造成的污染，實現了信息保護。

該紙張回收機對紙張進行粉碎后，減少了后續紙張處理步驟，縮短了廢紙處理時間，提高了回收效率。但碎后紙屑體積較小，不利于處理，因此設計了壓縮功能，使其回收過程更加便捷，利于操作。

2 智能紙張回收機設計理念

將不易回收且容易被忽視的能源進行回收利用，以實現能源的可持續利用。智能紙張回收機設計考慮了經濟、便利、功能等因素，通過對目前的紙張回收裝置進行分析發現，其中存在紙屑蓬松不易回收、所占體積大等問題，故而采取壓縮方式來解決。這種壓縮方式已應用于生活的各個方面，如礦泉水瓶、易拉罐、快遞紙箱及一次性塑料餐具等廢品均采用壓縮處理，有利于存放，大大增加了運輸量，提高了回收效率。碎紙機可將紙屑壓縮成塊，體積小，便于回收利用。紙張回收機實現了環保理念，功能齊全，造型簡單，易于生產、加工、使用，在科技及互聯網管理方面體現了智能性。

3 智能紙張回收機設計方案

基于綠色環保理念及互聯網技術，設計了智能紙張回收機。主要實現4個功能，圖1為功能區域劃分。①區：控制臺及智能互聯網區；②區：紙張投入口及稱重區；③區：紙張粉碎區；④區：儲存消殺區。

圖1 智能紙張回收機的功能區域Fig.1 Function areas of intelligent paper recycling machine

基于微信小程序與物聯網平臺實現對機器的遠程控制。選取正點原子新戰艦STM 32開發主板、LORA通信模塊、激光測距模塊OV7725攝像頭等對機器進行監控，通信模塊與云端進行聯通，云端經過處理后，將數據及GPS定位情況向機器管理人員反饋機器狀態。

紙張容量監測，如圖2所示。采用紅外線測距方法對機器中的紙張容量進行測定。將紅外線發射儀與接收儀固定在容積提醒線處的同一側，與之相對的一側放置反光鏡，當其中紙張未達到機器容積的80%，紅外線將接收到反射光線，反之光線將受到紙張阻礙返回時將發生改變。接收儀在感知到數字變化時會向云端發射信號，云端對數據進行處理并反饋到手機小程序端，從而實現對紙張容量的監控。

圖2 紙張容量監控結構Fig.2 Paper capacity monitoring structure

利用云端網絡數據處理，將紙張回收價格同步至機器上，當機器有紙張投入時，對紙張重量進行稱量，通過重力傳感器將所得數據傳入云端，并計算出紙張總價格反饋于機器顯示器上，通過微信小程序進行金額結算。

機器粉碎紙張功能的實現采用YD-428刀具進行粉碎切割，該機器刀片適應于不同硬度的紙張，對投入紙張有著更大的包容性，可以減少機器故障發生。采用塑封袋及塑型模具進行壓縮處理，此為真空壓縮方式。對于不同紙張特性，可以選擇不同吸力強度來達到不同壓縮程度。

圖3 機器粉碎紙張功能Fig.3 Machine shredding paper function

機器消防安全是十分重要的，在火災初期可能出現陰燃情況，在溫度不是很高的情況下，溫感傳感器不一定能夠即時做出報警處理，因此在機器上安裝了一氧化碳探測器。如果火勢迅猛，機器迅速升溫將會被溫度傳感器即時檢測到，當周圍環境的一氧化碳達到一定濃度或溫度達到紙張燃點時，將自動通過物聯網平臺向消防部門及機器管理者發出火災警報。

國家科學院研究表明，未經消毒雙手的細菌總數為1 441個/cm2，大腸菌數 MPN為15，而經過消毒的雙手細菌平均數為364個/cm2，大腸菌群為0～6(MPN)個/cm2。紙張回收機作為一種公共設施，衛生問題應被重視，因此選用了紫外線燈照射方式對回收的廢棄紙張進行消毒。當紙張被粉碎后，采用紫外線消毒燈照射3 min，這種消毒方式適用于密閉機器環境內，相較于照射整本書籍粉碎后的消毒效果也更為明顯。與其他消毒方式相比，這種消毒方式更加方便快捷。

4 結論

綠色環境友好型機器設計符合我國環保及資源再利用要求。針對現有紙張回收裝置存在的不足，從綠色環保設計理念出發，提出粉碎壓縮設計，減少紙張運輸體積，解決紙張內容泄露問題。智能型回收機將人工智能交互、互聯網技術作為設計的一部分，實現了自主操作，無需人工看守，可以解決學校周邊廢紙零碎不易回收問題，做到了自動回收，相較于人工回收降低了成本，減少了紙張資源浪費。