王玉琪 陳英杰 談貴楊 張琦 季浩南 金馳

【摘要】智能感應技術的逐漸成熟，以及其他相關技術的持續(xù)更新，為智能垃圾桶的普及應用打下了堅實的基礎。在此背景下，本文闡述了智能垃圾桶的各項功能，分析了標準化設計原則、垃圾桶外觀品牌實現(xiàn)等，并對當前主流智能垃圾桶為藍本進行了智能垃圾桶的軟硬件設計。

【關鍵詞】垃圾桶；標準化設計；品牌實現(xiàn)；智能

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.03.050

【基金項目】沈陽化工大學2022年大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目資助項目（202210149007）。

Intelligent Trash Standardized Design and Brand Implementation

WANG Yuqi1，CHEN Yingjie1*，TAN Guiyang1，ZHANG Qi1，JI Haonan1，JIN Chi2

（1.Shenyang University of Chemical Technology，Shenyang 110000，China；2.Shenyang Institute of Metrology and Testing，Shenyang 110179，China）

Abstract：The gradual maturity of intelligent sensing technology，as well as the continuous updating of other related technologies，has laid a solid foundation for the popularization and application of intelligent garbage cans. Under this background，this article elaborated each function of the intelligent trash bin，analyzed the standardization design principle， trash bin appearance brand realization and so on，then the software and hardware design of the smart trash can is carried out with the current mainstream smart trash can as the backboard.

Key words：intelligence；trash bin；standardized design；brand realization；intelligence

1智能垃圾桶簡介

智能垃圾桶外形采用仿古小屋樣式，整體來看落落大方，與環(huán)境有著協(xié)調(diào)感，使本身缺乏設計藝術的垃圾桶獲得特點。

自動開蓋功能。通過紅外感應設置自動開蓋，在向垃圾桶丟垃圾時，將丟垃圾的角度保持在桶蓋正上方（允許15°偏差），范圍在半米之內(nèi)，紅外感應設備便能夠自動開啟桶蓋，在人離開紅外感應器范圍后，桶蓋會自行關閉。

語音功能。在使用智能垃圾桶時，垃圾桶會發(fā)出語音“歡迎使用某類型（不可回收、可回收等）智能垃圾桶，感謝對環(huán)保的支持”，提醒人們做好垃圾分類，尤其是對小朋友的教育，有著顯著效果，目前，大多智能垃圾桶的語音設置是一段悅耳的音樂。

燈光提醒功能。在有人向垃圾桶丟垃圾時，垃圾桶外設置的led燈亮起，如果是在較暗的環(huán)境中（比如夜晚），這種燈光會很絢麗。可回收垃圾桶燈光顏色主要使用冷色調(diào)，不可回收垃圾桶燈光顏色主要使用暖色調(diào)。當垃圾桶儲存空間已滿時發(fā)出的燈光是閃爍的，提醒相關人員此垃圾桶需要清理[1]。

新穎外觀。外觀設計與置放背景相融合，比如在公園等地方，外觀則是木屋造型，背景設計則是桃花背景，還可以根據(jù)實際需求添加其他設置。

太陽能能源。采用太陽板加蓄電池的方式為智能垃圾桶提供電力保障，能源干凈無污染，可長久利用；也可采用充電的方式，設置MICRO-USB充電口，智能垃圾桶特殊設計，少量電源可滿足長久運行。

2智能垃圾桶標準化設計

2.1設計分析

通過紅外感應器收集外部信號，單片機處理信息數(shù)據(jù)控制輸出數(shù)據(jù)，電機帶動負載，系統(tǒng)能源供應選擇10 w/18 v太陽能板、7A/h蓄電池及DC/DC穩(wěn)壓模塊供電。當人們?nèi)永鴷r手進入紅外感應區(qū)時，傳感器接收到信號，發(fā)送給單片機，單片機處理信號再發(fā)送給led燈管及電機，同時音樂功能啟動。當人離開垃圾桶紅外感應區(qū)后，傳感器會將低電平信號發(fā)送給單片機，發(fā)出控制信號關停音樂，led停止供電，電機啟動，根據(jù)電機轉(zhuǎn)速確定電機運行時間，在垃圾桶閉合的時候，電機停止運行。當智能垃圾桶儲存空間已滿時，桶內(nèi)設置的距離檢測裝置便會傳遞信號給單片機，單片機接收信號并處理，之后發(fā)送給led，led接收信號后開始閃爍[2]。

2.2設計原則

智能垃圾桶關鍵點在于智能，智能指的是簡單、高效、便利等，同時還要體現(xiàn)出科技感帶來的特點，這要求智能垃圾桶要有足夠吸引用戶眼球的外觀設計，以做到能夠吸引人們的視線。另外，在當前能源環(huán)境中，智能垃圾桶設計需要滿足衛(wèi)生環(huán)保、低耗低碳的要求。

系統(tǒng)設計要求。智能垃圾桶的使用穩(wěn)定性、壽命等需要有保障，至少為6年以上，并且根據(jù)用戶的使用便利、干凈衛(wèi)生等主要需求出發(fā)，展開系統(tǒng)設計。通過微電腦對芯片形成控制，創(chuàng)新紅外線探測裝置，機械轉(zhuǎn)動裝置和連桿機構的構成，能夠通過感應自動開啟桶蓋，集光、電于一體，經(jīng)過實際測試，性能穩(wěn)定、耗能較低。人們在向智能垃圾桶丟垃圾時，不需要與桶有任何接觸，便能夠?qū)⒗鴣G入桶中，這規(guī)避了交叉感染風險。環(huán)保衛(wèi)生，外形簡約大氣或是貼合背景，整體給人以舒適感，動能供應采取移動式電源。智能垃圾桶的應用，避免了異味四散污染室內(nèi)空氣，保證室內(nèi)空氣新鮮[3]。

2.3智能垃圾桶外觀品牌分析

2.3.1基本組成

包含測量、主控、電源、警報四個組成部分，其中紅外傳感是最關鍵的檢測設備，它的主要作用是檢測外部信號，開啟與關閉桶蓋，通過壓力傳感設施，進行超重警報提示。

2.3.2造型特點

根據(jù)應用環(huán)境區(qū)分：公共垃圾桶，長時間在室外，需要具備耐高溫等特點，并且有著一定的抗沖擊韌性，表面易清理，能夠與環(huán)境產(chǎn)生融合效果。家庭用品，多使用在廚房與客廳，因此對垃圾桶的密封性有較高的要求，盡可能嚴絲合縫，避免有異味溢出，影響人們的使用體驗[4]。

根據(jù)盛放類型區(qū)分：獨立垃圾桶，常用于辦公間、家庭中、部分公共設施的場合中。分類垃圾桶，有我們所熟知的可回收、不可回收等類型，在公共場合較為常見。

開啟類型區(qū)分：敞口式、揭蓋式、踩踏開蓋式、紅外感應式。前幾種方式已經(jīng)與時代脫節(jié)，只有部分還在應用，但市場前景約等于無，因此紅外感應是當前的主要應用形式，無須接觸垃圾桶，當手靠近垃圾桶一定距離時，便會自動開啟桶蓋。

不同材料區(qū)分：塑料材料，制造簡單，室內(nèi)應用效果較好，若應用于室外則壽命大大降低。不銹鋼材料，在室外使用時壽命有保障。陶瓷材料，高端的代名詞，易清潔，簡約大方，材質(zhì)能給人以視覺舒適感。木質(zhì)垃圾桶，較為少見，但可突出個人品位，與環(huán)境有較好的融合效果[5]。

2.3.3色彩設計

智能垃圾桶除了功能外，外觀色彩設計同樣是重點，不同色彩可以給人以不同的心理反饋，以及展現(xiàn)對不同環(huán)境的協(xié)調(diào)性。

藍色，是垃圾桶中最常見的一種色彩，在其他領域中也較為常見，它具有調(diào)節(jié)神經(jīng)的作用，有相關研究試驗表明，人處于藍色空間內(nèi)時，心神能夠逐漸趨于寧靜，安神效果顯著。藍色在一定程度上影響人的食欲，但是在臥室、衛(wèi)浴間卻能提升隱私感。

紫色，通常代表著浪漫，在喧囂的環(huán)境中，一抹紫色的存在給人以暢想的空間，喜歡時尚、追求時尚的人最喜歡紫色，但要恰當使用，過量的紫色會使空間整體變深沉，而產(chǎn)生難以描述的壓抑感，因此小物件的紫色可以作為一個裝飾品，給臥室增加一分浪漫[6]。

粉紅色，滿滿喜慶的味道，當前在婚房中大多都是粉紅色的垃圾桶，以往常常使用紅色，但是由于紅色會使人持續(xù)居于興奮狀態(tài)，在一段時間后會令人不適，產(chǎn)生莫名其妙的情緒，影響到家庭和諧關系，因此在后來粉紅色垃圾開始大量出現(xiàn)于家庭中，并且粉紅色一直受到少女的青睞，粉紅色的臥室裝扮使空間更為溫馨。

2.3.4表面裝飾處理

涂飾，將涂料均勻涂抹在垃圾桶表面，賦予垃圾桶抗侵蝕、抗老化能力。

絲網(wǎng)印刷，在絲網(wǎng)上涂抹感光材料，根據(jù)其感光前后的不同可溶性特點，經(jīng)過感光后將不需要的部分去除，繼而實現(xiàn)能透油墨、不能透油墨設置。塑料件的絲印，是塑料制品二次加工中的一種。

2.4硬件選擇

硬件電路部分包括電源電路模塊MOD-1；HT46F49E芯片控制中心模塊MOD-2；信號檢測電路模塊MOD-3；控制電路模塊及語音電路模塊MOD-4四個部分。

MOD-1：實現(xiàn)智能垃圾桶的供電。電源電路組成是變壓器、集成器等，我國家庭用電器使用220 v，再通過變壓器轉(zhuǎn)換為5 v的電壓，給單片機供電，為避免電信號中存在的干擾問題，集成器兩側(cè)設置電容作用是濾波。

MOD-2：采用HT46F49E芯片，構建數(shù)據(jù)輸出模型，與模塊3連接通信，實現(xiàn)智能垃圾桶的基本控制。設計過程中，單片機以5 v電壓供電，頻率為8 MHz。結(jié)構使用的是RISC，這一結(jié)構有著集成A/D與PWM特點，并且有著低功耗、控制反應迅速等優(yōu)勢。

MOD-3：由垃圾桶的檢測電路以及相關電器串聯(lián)組成，作用是接受外部信號。紅外感應可實現(xiàn)熱源檢測；振動傳感器可完成重量檢測；光傳感在受模塊2控制，對帶數(shù)據(jù)編碼功能的紅外遙控發(fā)射/接收。信號檢測可概括為兩部分，即紅外傳感以及紅外光傳感。前者主要針對人，用于探測人體接近，因此組成元件對紅外輻射極其敏感，并且為增加這一效果，還施加有菲尼爾濾光片，可有效抵抗來自環(huán)境等因素的檢測干擾。后者PT2262/2272是一對地址、數(shù)據(jù)編碼功能的無線遙控發(fā)射/接收芯片。地址編碼有1、0、開路狀態(tài)，數(shù)據(jù)輸入則有1、0兩個狀態(tài)。由數(shù)據(jù)與地址接腳狀態(tài)確定，編碼通過輸出端輸出，經(jīng)由紅外發(fā)射管向外部傳達。

Mod-4：電路控制是利用電磁鐵完成桶蓋開啟與關閉操作；語音模塊是通過系統(tǒng)設計完成語音播報。電路控制選擇電磁鐵是常見的拍合式。電磁鐵獲得電流后，轉(zhuǎn)變?yōu)椤捌胀ù盆F”具備吸力，使桶蓋打開，在電力停止供應后，磁力消失，這時桶蓋在失去吸力后受重力控制為落下閉合。語音模塊，ISD25120共有10個地址輸入端A0～A9，錄址能力達到1024位，地址空間為0～1023。分配實況：0～310分段用，599～789未使用，798～1021工作模式。

2.5軟件設計

程序在KEILC編碼環(huán)境中開發(fā)，選擇c語言作為編寫語言，程序編寫完成后寫入單片機中，通過智能垃圾通道控制功能實現(xiàn)各個設置。

3系統(tǒng)實現(xiàn)

本次設計的智能垃圾桶外觀由pv塑料板剪切、黏合制成，常規(guī)圓柱體，晶白色外觀，整體看起來是簡約風格，具備時尚特點。

上位機軟件是當前較為流行、實用的軟件，能夠提供短距離的控制服務，給用戶創(chuàng)造了極大的便利，并且該軟件在現(xiàn)有的基礎上不斷改進、更新，使得軟件具備時代性，能夠更好滿足人們的各個需求，操作界面簡潔。

4總結(jié)

綜上所述，本文通過對智能垃圾桶的分析，而后展開標準化設計，以當前流行的軟件控制垃圾桶為模板，設計一款智能垃圾桶，具備自動開蓋、燈光、語音等各項功能，為用戶帶來了新穎的體驗。從市場發(fā)展趨勢來講，該款垃圾桶有著較大市場前景，值得品牌推廣、開發(fā)。

【參考文獻】

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【作者簡介】

通訊作者：陳英杰，男，1978年出生，副院長，副教授，研究方向為環(huán)境設計，郵箱為410483987@qq.com。

（編輯：謝飛燕）