校園智能廢紙分類產(chǎn)品設(shè)計(jì)

魏思維，薛維，鄧旭琛，王傲天，劉夢潔

（西安文理學(xué)院，陜西 西安 710065）

0 引 言

近年來，環(huán)境問題深受社會(huì)關(guān)注，依托于環(huán)境保護(hù)的“垃圾分類”模式順勢產(chǎn)生。其中，紙張回收還處于市場發(fā)展初期且市場空間龐大。目前市場上的智能垃圾回收工具，功能較為基礎(chǔ)，并且校園廢舊紙張回收部分缺乏相應(yīng)平臺、技術(shù)支撐。基于此大背景，一款高效率的智能校園廢舊紙張回收產(chǎn)品既呼應(yīng)了高校校園的關(guān)切也順應(yīng)了國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

本項(xiàng)目以西安文理學(xué)院為研究對象，通過調(diào)查西安文理學(xué)院師生需求從而打造高效廢舊紙回收系統(tǒng)，建立長效化的校園廢舊紙張回收體系并加以推廣。

1 設(shè)計(jì)過程

1.1 設(shè)計(jì)定位

本次智能分類廢紙箱產(chǎn)品的設(shè)計(jì)定位主要有以下幾方面。

1.1.1 技術(shù)

本次智能分類廢紙箱設(shè)計(jì)上將采用智能識別技術(shù)、智能語音技術(shù)、紫外線消毒技術(shù)、定位監(jiān)測技術(shù)、太陽能電能充電技術(shù)和自動(dòng)化輸送技術(shù)作為本次設(shè)計(jì)的技術(shù)定位。

1.1.2 產(chǎn)品功能

在產(chǎn)品功能定位上，將人們投放的廢紙自動(dòng)化合理分類，并且全程自動(dòng)消毒和運(yùn)輸，大大節(jié)省了人力成本，高效完成廢紙分類的任務(wù)。圖1 是本次設(shè)計(jì)的工作流程圖，產(chǎn)品收集好廢紙并分類以后，開始消毒，待廢紙儲(chǔ)存滿以后，便會(huì)發(fā)送一條短信到管理者手中，管理者確認(rèn)以后開啟運(yùn)輸模式，產(chǎn)品本身會(huì)直接運(yùn)輸?shù)礁浇膹U紙站點(diǎn)，進(jìn)行廢紙?zhí)幚怼Ｌ幚硗暌院螅芾碚唿c(diǎn)擊返回模式，產(chǎn)品便又回到工作的地方，如此反復(fù)循環(huán)。

圖1 工作流程圖

1.1.3 造型

在造型上，采用功能組合的設(shè)計(jì)方法，并盡量貼合現(xiàn)代人的審美進(jìn)行設(shè)計(jì)。在保證功能完整適用的情況下增加科技的元素，采用簡約的線條和顏色進(jìn)行表達(dá)。

1.1.4 色彩

賦予產(chǎn)品色彩對于一個(gè)產(chǎn)品會(huì)起到一個(gè)增色的作用，并給人帶來各種各樣的視覺沖擊。本次設(shè)計(jì)產(chǎn)品定位在一個(gè)智能科技產(chǎn)品。如表1 所示。

表1 色彩分析圖

1.1.5 材料

智能的分類廢紙箱主要是以鋼材，并結(jié)合現(xiàn)有的智能技術(shù)，表2 是材料與部件分析表。智能分類廢紙箱如圖2所示。

表2 材料與部件分析表

圖2 智能分類廢紙箱

1.2 思維發(fā)散圖分析

在經(jīng)過對用戶需求進(jìn)行調(diào)研之后，分析并總結(jié)現(xiàn)階段數(shù)據(jù)為后面的產(chǎn)品設(shè)計(jì)建立了較為穩(wěn)定的基礎(chǔ)。接下來圍繞智能分類廢紙箱具體內(nèi)容進(jìn)行思維發(fā)散、聯(lián)想，最終得出以下思維發(fā)散圖。如圖3 所示。

圖3 思維發(fā)散圖

2 產(chǎn)品創(chuàng)新點(diǎn)

“青，取之于藍(lán)，而青于藍(lán)；冰，水為之，而寒于水?！蔽覀兩钪魏卧O(shè)計(jì)都不可能是設(shè)計(jì)者獨(dú)出心裁、憑空設(shè)想、不依靠任何資料所能實(shí)現(xiàn)的。因此該項(xiàng)目在初期的設(shè)計(jì)構(gòu)想時(shí)，其靈感來自我國近年來日趨完善的“垃圾分類”行動(dòng)，但該項(xiàng)目在繼承和借鑒前人的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和成果時(shí)，不會(huì)拘泥于垃圾分類的傳統(tǒng)模式，更不會(huì)盲目的全盤抄襲，因此我們根據(jù)具體的設(shè)計(jì)條件和要求，獨(dú)立思考，大膽的進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。在貫穿于整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中我們始終以創(chuàng)新作為引航的燈塔，為分類回收系統(tǒng)的不斷完善再次注入一些新的血液。

我們不滿足于傳統(tǒng)的分類回收模式，因此對廢舊紙張分類回收箱做出了以下調(diào)整：

（1）這款名為“廢舊紙分類回收箱”的產(chǎn)品，是基于垃圾分類的基礎(chǔ)上，經(jīng)過大量的調(diào)研以及數(shù)據(jù)歸納，依照所掌握的數(shù)據(jù)不僅將回收箱分為紙張、課本、雜紙三類，并且更加科學(xué)化的控制其所占比例，為了更符合資源的合理化利用，可以將回收箱中的紙張、雜紙、課本三類按1:2:3 的比例分類，從而使其各個(gè)箱體最大限度的發(fā)揮其價(jià)值?；厥障湔w如圖4、圖5 所示。

圖4 回收箱整體主視圖

圖5 回收箱整體側(cè)視圖

（2）在按比例分類箱體體積之后，為了實(shí)時(shí)監(jiān)控箱體內(nèi)回收廢舊紙的實(shí)時(shí)質(zhì)量，從而可以預(yù)知性的做出一些人為安排，因此在每個(gè)箱體底部還加入了稱重傳感器（以下簡稱傳感器），從而將輸入廢舊紙的質(zhì)量信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出，其工作原理是：當(dāng)投入的重物置于承載器臺面上時(shí)，在重力的作用下，承載器會(huì)將重力傳遞至傳感器，從而使傳感器里的彈性體產(chǎn)生變形，貼附在彈性體上的應(yīng)變計(jì)橋路則會(huì)失去平衡，輸出于重量數(shù)值成正比例關(guān)系的電信號，經(jīng)線性放大電路將信號放大。在經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最后由儀表的微處理機(jī)對重量信號進(jìn)行處理后直接顯示重量數(shù)據(jù)?；厥障渫敢晥D如圖6 所示，圖稱重傳感器的原理結(jié)構(gòu)圖如圖7 所示，信號傳遞過程的邏輯圖如圖8 所示。

圖6 回收箱透視圖（圖中小黑點(diǎn)即為傳感器）

圖7 稱重傳感器的原理結(jié)構(gòu)圖

圖8 信號傳遞過程的邏輯圖

（3）在顯示屏上顯示實(shí)時(shí)重量時(shí)，為了明確知道何時(shí)應(yīng)該去回收箱清空箱體，使回收箱一直維持在一種良性的工作狀態(tài)，因此在其相關(guān)程序編寫處增加了臨界質(zhì)量警報(bào)數(shù)值，經(jīng)過一些基礎(chǔ)的計(jì)算和校園調(diào)研，分別設(shè)定紙張的臨界質(zhì)量警報(bào)數(shù)值為10 kg，課本的臨界質(zhì)量警報(bào)數(shù)值為40 kg，雜紙的臨界警報(bào)數(shù)值為25 kg。在這個(gè)系統(tǒng)中，其中單片機(jī)相當(dāng)于一個(gè)橋梁，聯(lián)系著傳感器和警報(bào)電路設(shè)備，當(dāng)箱體內(nèi)的廢舊紙質(zhì)量達(dá)到其設(shè)置的臨界重量時(shí)，傳感器將輸出的可以利用識別的電信號傳遞給單片機(jī)，接收到信號的單片機(jī)經(jīng)過原先程序的設(shè)定后會(huì)作為單片機(jī)的輸出直接啟動(dòng)警報(bào)電路。此時(shí)警報(bào)燈就會(huì)發(fā)亮，這就達(dá)到了警報(bào)器報(bào)警的效果。稱重傳感器模塊電路設(shè)計(jì)如圖9 所示，單片機(jī)的最小系統(tǒng)以及原理圖如圖10 所示。

圖9 稱重傳感器模塊電路設(shè)計(jì)

圖10 單片機(jī)的最小系統(tǒng)以及原理圖

（4）在設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)的采集是由單片機(jī)負(fù)責(zé)的，臺式機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理和建立通信等任務(wù)。在日常工作運(yùn)行中，單片機(jī)通過對實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù)按照一定設(shè)定的頻率向臺式機(jī)進(jìn)行傳輸，從而使相關(guān)負(fù)責(zé)人能夠動(dòng)態(tài)的掌握到每個(gè)回收箱是否處于良性的工作狀態(tài)并對于即將溢滿的回收箱可以提前做出相關(guān)規(guī)劃。通常臺式機(jī)與單片機(jī)在現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集距離上較遠(yuǎn)，在校內(nèi)距離遠(yuǎn)的甚至達(dá)到千米左右。由于數(shù)據(jù)傳輸通道大都不太理想，為了防止通信中斷，保障數(shù)據(jù)高效、及時(shí)、穩(wěn)定的傳送到臺式機(jī)，中間的通信采用RS458 通信方式。通信模塊的仿真圖如圖11 所示。

圖11 通信模塊的仿真

通信模塊的仿真采用的是MAX485 接口芯片，它具有良好的可靠的傳輸速度，同時(shí)還具有優(yōu)越的抗干擾性可以很好地證傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。系統(tǒng)對重量比較和警報(bào)的部分相關(guān)程序如圖12 所示。

圖12 系統(tǒng)對重量比較和警報(bào)的部分相關(guān)程序

（5）本項(xiàng)目主要探究在校園建立高效廢紙回收體系，保障校園廢紙回收和處理的規(guī)范性。前期團(tuán)隊(duì)通過調(diào)查問卷等開展管理學(xué)實(shí)驗(yàn)，分析學(xué)校內(nèi)廢紙?zhí)幚淼男枨蠛凸芾矸椒ǎ诨A(chǔ)數(shù)據(jù)參數(shù)，設(shè)置回收箱的精準(zhǔn)投放地點(diǎn)、回收周期。中期團(tuán)隊(duì)將與環(huán)保公司合作，形成校園廢紙?jiān)偕幚礞湣Ｍ瑫r(shí)設(shè)置“以舊換新”等獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，將生產(chǎn)出的再生紙產(chǎn)品送回師生的手中，提高學(xué)生使用廢舊紙張回收箱的積極性，固定校園廢紙收集渠道。后期團(tuán)隊(duì)試運(yùn)行此回收體系方案，并不斷優(yōu)化參數(shù)和升級產(chǎn)品功能，運(yùn)行模式成熟之后逐步擴(kuò)展到西安其他高校。最后，團(tuán)隊(duì)勇于承擔(dān)社會(huì)責(zé)任，秉持“點(diǎn)點(diǎn)滴滴的付出才會(huì)讓公益有意義”的理念，將長期性舉辦手牽手活動(dòng)，將再生紙產(chǎn)品贈(zèng)給支教地區(qū)進(jìn)行公益援助?！靶@廢舊紙張分類箱”參數(shù)基于科學(xué)數(shù)據(jù)，利于推廣應(yīng)用。基于大量的調(diào)研以及數(shù)據(jù)歸納，團(tuán)隊(duì)科學(xué)地設(shè)計(jì)回收箱的空間比例分類、安置稱重傳感器、回收容量警報(bào)裝置、采用RS458 通信方式，以確保分類箱穩(wěn)定、規(guī)范地運(yùn)行。同時(shí)，結(jié)合了多專業(yè)的優(yōu)勢設(shè)置的回收箱，在設(shè)計(jì)制造、營銷策略、盈利模式方面產(chǎn)品體系成熟，利于在市場中推廣宣傳。

綜上，整個(gè)廢舊紙分類回收箱的外形設(shè)計(jì)和功能仿真就完成了。另外在新冠疫情暴發(fā)至如今處于疫情常態(tài)化的階段里，線上學(xué)習(xí)和工作也越來越受人們重視，并發(fā)揮著愈發(fā)重要的作用，有的老師已經(jīng)開拓出線上線下相結(jié)合的新的教學(xué)方法，基于此處思考，雖然本構(gòu)思已經(jīng)設(shè)計(jì)出主體任務(wù)，但行百里者半九十，對于線上所有的空間也必須重視，因此計(jì)劃與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，采取線上線下雙重宣傳方法。線下我們將舉辦：跳蚤市場。線上計(jì)劃創(chuàng)建公眾號、小程序以及短視頻賬號等形式進(jìn)行宣傳環(huán)保知識普及，目的是使該設(shè)計(jì)能夠進(jìn)入更多人的視野，在不斷完善和創(chuàng)新中行穩(wěn)致遠(yuǎn)。

3 結(jié) 論

本次設(shè)計(jì)主要是針對學(xué)校的智能分類廢紙箱的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)經(jīng)過在校生對于生活的發(fā)現(xiàn)以及相關(guān)的調(diào)查研究，再到西安文理學(xué)院的實(shí)地調(diào)查和走訪，最后完成了想法的落實(shí)和方案的確定，每一個(gè)步驟都是慢慢地不斷形成、探討推翻、再到實(shí)現(xiàn)，保證了本設(shè)計(jì)的最大可行性。本文是一次未來校園智能分類廢紙箱的概念設(shè)計(jì)，以智能一體化，智能分類廢紙為設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)，依照目前的智能分類廢紙箱以及現(xiàn)有技術(shù)，預(yù)測未來智能分類廢紙箱的發(fā)展趨勢，為分類廢紙行業(yè)打造一款智能高效的廢紙分類箱。