一種智能落葉收集回收車

石碩碩 毛偉 汪鑫 孫保彬 朱廣宇 王兵記 夏俊偉 張帥 寧志成 楊子涵

（安徽新華學院 安徽合肥 230000）

由于城市公共生活服務區域及居民工作生活區域相對較為集中，尤其在正是上下班堵車高峰期的時段，道路上的車流量及人流量非常大。在這種情況下，如果落葉不能及時進行清掃，它就不再是城市的自然景觀了，反而可能會影響整個城區公共市政、城區市容及周圍環境，造成空氣污染。城市綠化脫落的鮮花、樹葉若長期得不到清理，會逐漸風干，經過碾壓很容易變得細碎。此外，落葉也容易堵塞下水道口，本文所述落葉回收機不但可以實現對落葉進行收集，而且還可以對落葉直接進行利用。本處理機器可以廣泛應用于大學校園、公園、城市及街道等范圍，不僅操作簡單、使用便利，且該處理裝置操作成本相對較低、運行穩定、操作簡單、使用壽命長，可有效減少山林落葉垃圾處理過程中帶來的環境污染，迎合了目前我國所普遍倡導的綠色節能低碳減排的環保主題。目前，市面上收集落葉的裝置還處于半自動化的狀態，只能進行簡單的收集，應用場合有限，現有的裝置還需要進一步的優化和創新。

1 設計與實現

1.1 系統方案

本設計的研究思路是基于了解市場上的落葉收集器的多樣性并充分考慮了現有裝置存在的不足，在降低用戶的使用成本的同時，達到對落葉高效、高質收集處理的目的，使其更便捷、耗能更少。

1.2 整體結構及運行流程

如圖1 所示，該機器主要由3 個部分組成，即落葉收集器、落葉除雜器、落葉處理器。落葉收集器先將落葉收集起來，然后經過落葉雜質分離機構對落葉進行除雜處理，之后通過傳送帶送至落葉粉碎機構，最后進入落葉儲存桶。當機器的電量到達設定值時，機器停止收集，并且停止行走，太陽能板及蓄電裝置對電池進行充電。

圖1 機器組成部分

1.2.1 機械部分

關于機械部分，采用了一些機構創新設計，主要包括落葉收集機構、落葉雜質分離機構、落葉傳送機構、蒸汽發電內部冷卻機構的創新［1］。

1.2.2 落葉收集機構

該設計機構的主要創新之處在于，收集車落葉掃帚回收系統通過利用收集車前方的4個同軸轉向完全相反的、由直流邊輪減速器發電機進行驅動的同軸旋轉邊輪掃帚，使兩個同軸外側的邊輪掃刷機和旋轉掃帚方向相同且都向內側邊輪旋轉，并且在兩個同側邊輪掃刷之間設有一塊利用彈簧進行連接的落葉擋板，以便于回收落葉的及時收集。落葉收集機構的創新之處還在于，可以展開盤刷及抬升盤刷，優點是利用一根推桿就可以完成盤刷的收合動作，結構巧妙，另外，展開幅度是可以通過手動調節的。抬升機構也比較新穎，利用平行四連桿機構，使整個抬升過程更加穩定［2］。

1.2.3 落葉雜質分離機構

該落葉振動篩選機構是通過利用振動篩振子的激振往復振動而工作的。振子的上旋轉重錘使篩面產生平面回旋振動，而下旋轉重錘則使篩面產生錐面回轉振動，其聯合作用的效果則使篩面產生復旋型振動。其中，在振動電機上與落葉振動軸相對應的篩面上，落葉具有一定的落葉傾角，從而實現落葉從后向前運動，并且實現對落葉除雜的主要目的，以及對整個電機落葉向后高速進行篩選物料除雜短距離高速篩選運輸［3-4］。

1.2.4 太陽板發電裝置

太陽能電池發電裝置由兩部分組成，一部分是太陽能電池，另一部分是太陽能控制器。其中，太陽能電池是可以直接利用太陽光進行發電的光電半導體薄片，只要在一定的光照條件下，它瞬間就可以輸出電壓并在回路中產生電流。太陽能控制器的作用是對太陽能電池產生的電壓、電流進行調控，主要是控制輸出電壓和功率。

1.2.5 實現原理

本機器是通過利用智能手機與單片機Arduino 進行無線連接，通過智能手機實時監控裝置的運行情況。Arduino與小車電機高速驅動系統相連，通過自動控制電機PWM 來自動調控小車電機的運動轉速，從而實時控制一輛小車高速行進的運動速度，Arduino還與Wi-Fi繼電器相連，繼電器連上手機的局域網，從而實現對落葉收集裝置和落葉處理裝置的無線控制。

1.2.6 特性

MCU的主要任務是處理車輛的底層控制，并提供來自底層車載傳感器的讀數。MCU 通過串行連接接收車輛控制和指示信號，將控制轉換為電機控制器的PWM 信號，并根據指示器信號切換LED。Arduino 程序還通過計算左右前輪上光學傳感器的中斷來跟蹤輪盤旋轉。

1.3 功能

1.3.1 落葉回收

本裝置涉及環保回收裝置各種技術應用領域。該落葉收集回收車的落葉收集處理裝置大致可以分為扇葉、收集箱、粉碎機3個部分。收集箱的底部位置固定安裝有扇葉擋板塊，收集箱的側面底部固定安裝有扇葉吸收排氣管，收集箱的頂部通過兩個螺釘與封閉板的底部一端通過螺紋板相連接；封閉板的底部位置固定安裝有兩個防護框，封閉板底部位于兩個防護框側面的底部位置固定安裝有清潔機的電機；清潔機在電機的兩個輸出端底部固定安裝有兩片扇葉；收集箱內腔的底部位置固定安裝有扇葉隔離板；隔離板的側面底部固定安裝有扇葉收集筐；收集筐的底部安裝有滑輪。本新型機器具有拆卸便捷、維修簡單、可持續穩定地工作、落葉處理效果好、環保程度高的優點。

1.3.2 落葉利用

該裝置將路邊的落葉收集后進入箱體，并通過粉碎機將其落葉粉碎，然后將落葉通過土和水將其腐殖化和礦質化。礦質化過程中產生單糖、多肽和氨基酸等簡單有機物供微生物利用，最終產生二氧化碳、水、銨離子、磷酸氫根、硫酸根等無機成分；腐殖化過程形成腐殖質，可改善土壤性質，調節土壤肥力。對于礦質化產生的簡單有機物，樹體可少量吸收利用；對于無機成分，樹根可吸收利用。

1.3.3 太陽能發電（可再生能源的循環利用）

該智能落葉回收車是一種靠太陽能來驅動的裝置。利用貼在車體外表的太陽電池板，將太陽能直接轉換成電能，再通過消耗電能，驅動車輛行駛，對于車的行駛快慢，只要控制輸入電機的電流就可以解決。

1.3.4 無線智能遠程控制

無線網絡手機智能遠程控制基于人工智能手機智慧APP 的智能監控器，對設備進行程序化自動監控和設備環境監測數據采集，通過手機無線連接，利用手機智能APP的無線網絡，實時、隨地獲得遠程工作環境巡視監控中的設備環境數據，進行對當地段科學工作運行環境的實時跟蹤監測分析，完成對現場環境參數的正確合理設置與自動化的調整、修復故障等。

2 設計測試與分析

在該裝置的測試中，落葉回收利用機的功能都可以實現。當落葉回收利用機進入道路后，通過Wi-Fi模塊，可實現手機遠程操控小車行駛，攝像頭可實現清潔人員對于路況的實時觀察，由此進行落葉的清理及落葉的粉碎回收。傳感器可使小車自動檢測到落葉，當檢測到落葉時，掃地的扇葉將其掃到風口以達到吸入的效果。人為操控與自動尋找落葉的相互結合可避免小車自動忽略細小目標而直奔的情況，確保將落葉盡可能全部收集。隨后，將落葉粉碎回收，減少囤積空間。在小車的運行同時，太陽能板實時地進行電量儲存，循環給小車供電。由測試與分析可得，落葉回收利用機的功能都可以實現。在各個路況中，該款落葉回收利用機可以保證復雜情況下對現場進行二次檢查和落葉回收。

3 創新性說明

落葉收集器采用了四邊刷設計，使落葉收集更加流暢；落葉分離器采用電動篩網設計，可以實現對落葉和一些雜質的分離；落葉處理器采用燃燒蒸汽發電設計，使收集到的落葉轉換為電能。

4 結語

伴隨物聯網技術的發展，該落葉收集回收車的設計由于造價低、耗能少的特點必將走上時代發展的前沿。本設計就是利用了物聯網的特性“萬物相聯形成網絡”，這一設計不僅實現了“物聯網+生態保護”，而且還可滿足節能減排的時代需求。