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1、一種風光互補智能垃圾分類箱的設計 摘要：為了使垃圾分類更加便捷、高效和節(jié)能，本文設計了一種風光互補智能垃圾分類箱，并通過分析控制流程來驗證其可行性與實用性。它主要包括風光互補供電系統(tǒng)、機械運動系統(tǒng)、智能識別分類系統(tǒng)和運輸自卸系統(tǒng)四大局部，既節(jié)能又環(huán)保，可以提高垃圾分類效果，改善人們的生活環(huán)境。 關鍵詞：智能垃圾分類箱;風光互補供能;智能識別分類 Abstract：Inordertomakewastesortingmoreconvenient，efficientandenergy-saving，thispaperdesignedawind-solarcomplementaryintell

2、igentwastesortingbox，andanalyzedthecontrolprocesstoverifyitsfeasibilityandpracticability.Itmainlyincludesfourmajorparts，namelywind-solarcomplementarypowersupplysystem，mechanicalmotionsystem，intelligentidentificationclassificationsystemandtransportationself-unloadingsystem，whichisbothenergy-savingand

3、environmentallyfriendly，canimprovetheeffectofgarbageclassification，andimprovepeopleslivingenvironment. Keywords：intelligentwastesortingbox;wind-solarcomplementaryenergysupply;intelligentidentificationandclassification 2021年6月，住房和城鄉(xiāng)建設部在?關于在全國地級及以上城市全面開展生活垃圾分類工作的通知?〔建城56號〕中提出全面啟動生活垃圾分類工作【1】。在國家加快推進生

4、態(tài)文明建設和人民對高質量生活環(huán)境需求日益增強的背景下，垃圾分類產品的設計和優(yōu)化非常必要。為實現(xiàn)其高效、節(jié)能和智能化，本文設計了一種風光互補智能垃圾分類箱〔以下簡稱智能垃圾分類箱〕，彌補了傳統(tǒng)垃圾箱利用率較低、結構功能單一、垃圾分類處理步驟復雜等缺點，是一款集風光互補供電、機械運動、智能識別分類和運輸自卸為一體的多功能自動化垃圾分類設備，在節(jié)能環(huán)保領域有較好的應用價值。 1總體設計方案 智能垃圾分類箱的總體設計方案如圖1所示，主要包括主體結構、風光互補供電系統(tǒng)、機械運動系統(tǒng)、智能識別分類系統(tǒng)和運輸自卸系統(tǒng)五個模塊。 2系統(tǒng)模塊設計 智能垃圾分類箱頂部安裝太陽能電池板和小型風力發(fā)電裝置

5、，并安裝一個鋰電池用于儲存兩者所產生的電能，如圖2〔a〕所示。 太陽能電池板下面配置了一個裝有紅外傳感器的可收縮箱蓋，當人體距離垃圾箱15～25cm時，箱蓋會自動翻開，待垃圾扔進垃圾箱內并且檢測不到人手靠近之后，箱蓋自動關閉，隨后垃圾進入智能分類程序。 機械轉盤裝置由L形刀、圓錐形支撐架、圓柱形垃圾收納轉盤和壓縮裝置組成，液壓舉升裝置位于機械轉盤裝置的底部，機械轉盤裝置側視圖如圖2〔b〕所示。 粉碎裝置位于機械轉盤裝置下面，由排列整齊的螺旋形粉碎部件構成，其下面配有一個倒立的等腰梯形狀收集裝置，其中一側設有沿內壁的廢液收集水渠;智能垃圾分類箱的足部設計了兩個“綠化帶〞，用于吸收粉碎裝置處

6、理的肥料。 通過對智能垃圾分類箱內部矩形收納裝置、機械轉盤裝置、粉碎裝置和傳統(tǒng)垃圾箱尺寸的分析，將智能垃圾分類箱尺寸設計為0.8m0.8m1.5m。 智能垃圾分類箱所需的電能采用風光互補供電技術來提供，其中電力應用主要包括智能識別分類系統(tǒng)、粉碎裝置和移動裝置等，其電量消耗計算如表1所示。 2.2.1光伏供電模塊。選用50W的單晶硅太陽能電池板兩塊，將其安裝于箱蓋上方20cm高度處，由支撐軸支撐，通過太陽能電池板對光角度的調節(jié)使其充分吸收光照。以南通市為例，按照月平均輻照和安裝傾角進行光伏供電量計算。如圖3所示，[β]為太陽能電池板所在平面與水平地面之間的夾角，[α]為太陽光線與其在水

7、平地面上的投影之間的夾角，可根據南通地理位置選用最正確安裝傾角31，朝向正南，通過計算，得出其年發(fā)電量約為1305kWh，故平均每天的發(fā)電量約為3.57kWh。 2.2.2風力供電模塊。選用型號名稱為fy-100的小型風力發(fā)電裝置【2】，將其安裝在太陽能電池板上方〔支撐軸頂部〕，其主要技術參數如表2所示。 以南通市為例，進行風力供電模塊的發(fā)電量計算，假設平均風速[V=3.3m/s]，一天內的有效風速時間[T=15h]，根據式〔1〕計算可得，選用型號fy-100的小型風力發(fā)電裝置日均發(fā)電量約為0.054kWh。 通過以上計算可得，風光互補供電系統(tǒng)每天的發(fā)電量為3.624kWh，大于2kWh

8、，因此滿足智能垃圾分類箱運轉所需的電能。 2.2.3蓄電池。選用型號為12V/200AH的鋰電池，其密封性良好，使用壽命長，電壓相對穩(wěn)定，用于儲存太陽能電池板和小型風力發(fā)電裝置產生的電能。 鼓風機安裝在箱體最右側，如圖4〔a〕所示。在垃圾從投放口落入矩形收納裝置的過程中，鼓風機工作，使得紙張、枝葉等輕小物體被別離出來。旋轉門安裝在矩形收納裝置中依次排列，通過其旋轉依次將垃圾別離出來，并且在矩形收納裝置的角落設置一個直徑0.2m的圓形落口，使得垃圾落入機械轉盤裝置。 矩形收納裝置底部為一個圓錐形支撐架，并在其上方焊接一個L形刀，對從圓形落口落下的垃圾進行“拉攏〞處理，當圓柱形垃圾收納轉

9、盤旋轉到圓形落口下方時，L形刀迅速分叉使得垃圾落入收納轉盤內，如圖4〔b〕所示。與圓錐形支撐架緊密連接的是圓柱形垃圾收納轉盤，高度為0.5m，并且底部有小孔，以便廢液流淌，直徑根據子桶數目選擇，子桶數目根據其所放置的區(qū)域調整。圓錐形支撐架裝置底面圓內含有可伸縮的壓縮桿件，通過光感效應檢測技術可判斷垃圾箱體內所?？臻g大小，當圓柱形垃圾收納轉盤所容納垃圾較多時，壓縮裝置由上而下進行壓縮，減少垃圾占據的空間，從而提高箱體的利用率。粉碎裝置位于機械轉盤裝置底下，采用排列整齊的螺旋形粉碎部件，其下面是一個倒立的等腰梯形狀的粉碎物收集裝置，并且其中的一側設有沿著內壁的廢液收集水渠。粉碎裝置會對識別后的廚余

10、垃圾、果皮、枝葉等進行粉碎處理，并將處理好的粉碎物放置在粉碎物收集裝置中，殘留的廢液通過轉盤底部的小孔流進垃圾箱一側的廢液收集水渠，粉碎物可用來對垃圾箱足部的兩個“綠化帶〞進行施肥，到達美化環(huán)境和凈化垃圾箱周圍空氣的目的。 識別分類系統(tǒng)的設計 智能垃圾分類箱充分利用傳感器的特性進行智能識別分類系統(tǒng)的設計，根據不同垃圾的材質特性〔金屬性、透明度和電導率等〕選擇多個傳感器組成識別系統(tǒng)。傳感器組成框圖如圖5所示。 2.4.1識別原理。位于箱體一側的條形碼掃描器對帶有包裝的飲料瓶、包裝袋等進行種類識別;金屬探測器運用電磁感應的原理以區(qū)分金屬和非金屬材質的垃圾;選用紅外對射式傳感器〔型號E3F-5

11、DN1〕，用以區(qū)分非金屬垃圾中的透明和非透明垃圾;透明垃圾以玻璃和塑料為主，且玻璃與塑料的電導率特性不同，因此運用電容式傳感器來區(qū)分透明垃圾中的玻璃和塑料;不同材質的物體敲擊同一物體時所產生的聲音頻率信號不同，并且不同種類垃圾的外形不同，可將聲音傳感器〔型號MCA-BTA〕與X光速射線管掃描相結合來提高垃圾種類識別精度【3】。 識別過程。垃圾從投放口落入矩形收納裝置，位于箱體一側的條形碼掃描器對帶有包裝的垃圾進行種類識別，被識別出來的垃圾由旋轉門進入圓形落口。同時，位于箱體最右側的鼓風機開始運轉，紙張、枝葉等輕小物體被別離出來掉落到L形刀上，然后L形刀分叉使分類好的垃圾落進圓柱形垃圾收納轉盤

12、中。接著，第一級旋轉門依次別離出垃圾，當位于旋轉門橫向“手臂〞上的金屬探測器有感應時，直接將其旋轉進入垃圾收納桶，以此來區(qū)分金屬和非金屬垃圾;第二級旋轉門橫向“手臂〞上安裝有紅外對射式傳感器和電容式傳感器，對剩余的非金屬垃圾進行透明垃圾與非透明垃圾的識別，其利用塑料和玻璃電導率不同的特性，運用電容式傳感器對玻璃和塑料進行區(qū)分，區(qū)分開來的垃圾經過第三級旋轉門進入圓形落口。其他種類的垃圾那么被第三級旋轉門別離和識別，利用不同材質的物體敲擊同一物體所產生的聲音頻率不同，當垃圾與旋轉門的“手臂〞碰撞接觸時，其軸向底部安裝的聲音傳感器吸收到聲音信號，并且借助位于箱體最左側的X光速射線管，掃描旋轉門別離出

13、不同的垃圾，同時測距傳感器對別離出的垃圾進行尺寸測量，將掃描圖像、聲音信號和垃圾尺寸等信息傳輸到后臺計算機管理系統(tǒng)，它會根據已儲藏的數據來判斷垃圾種類，然后與X光速射線管的掃描圖像進行匹配驗證，假設匹配一致，那么對應種類的子桶旋轉到L形刀下方，實現(xiàn)分類收納，反之，那么將其歸為其他垃圾，傾卸時采集其性質參數，不斷更新后臺數據庫。 智能垃圾分類箱將GPS定位技術、遙控技術、履帶移動裝置和液壓舉升裝置相結合，實現(xiàn)運輸自卸功能。如圖6所示，智能垃圾分類箱的底部安裝有履帶移動裝置和遙控信號接收設備。當有垃圾回收車經過進行垃圾箱清理時，智能垃圾分類箱底部安裝的遙控信號接收設備接收工作人員發(fā)出的指令信

14、號，按照GPS定位技術規(guī)劃的短距離路線通過底部履帶移動裝置移動靠近垃圾回收車。翻開一側垃圾箱門，通過轉軸旋轉出機械轉盤裝置，利用圓柱形垃圾收納轉盤底部的液壓舉升裝置將其抬高，頂部的壓縮裝置開始延伸，兩者組合使垃圾收納轉盤開始傾斜，完成運輸自卸任務;通過網絡技術實現(xiàn)垃圾收集、分類、回收、處理一體化運行，可根據卸除垃圾的頻率等信息產生有價值的大數據，方便城市管理和資源合理利用【4】。 3智能垃圾分類箱的控制流程 在設計智能垃圾分類箱主體結構、風光互補供電系統(tǒng)、機械運動系統(tǒng)、智能識別分類系統(tǒng)和運輸自卸系統(tǒng)的根底上，本文設計和分析了風光互補智能圾分類箱的運轉控制流程，如圖7所示。 4結語 本文

15、所設計的風光互補智能垃圾分類箱既節(jié)能又環(huán)保，集垃圾分類、垃圾處理、機械運輸和垃圾自卸四大功能于一體，可以提高垃圾分類工作的實效，改善人們的生活環(huán)境，在居民小區(qū)、街道等戶外公共場所有廣泛的應用前景。 參考文獻： 【1】胡莎莎，張菏瀟.我國城市生活垃圾分類困境及對策研究[J].法制與社會，2021〔3〕：137-138. 【2】PJenkins，MElmnifi，AYounis，etal.HybridPowerGenerationbyUsingSolarandWindEnergy：CaseStudy[J].WorldJournalofMechanics，2021〔4〕：172-174. 【3】吳凡，孫穎，賈長青.基于物聯(lián)網的垃圾智能分類回收系統(tǒng)的研究[J].科技與創(chuàng)新，2021〔14〕：48-50.