實驗室廢棄物料收集裝置的改進

陳 玉 張 紅 楊明明 王 碩

安徽農(nóng)業(yè)大學工學院 安徽合肥 230036

實驗室廢棄物料收集裝置的改進

陳 玉 張 紅 楊明明 王 碩

安徽農(nóng)業(yè)大學工學院 安徽合肥 230036

闡述了實驗室廢棄物料收集裝置改進的背景、意義、理論依據(jù)以及完成過程。裝置改進的內(nèi)容主要是實現(xiàn)可自動開蓋和將金屬物料從中分離出來，為物料分類回收提供方便，減少可再利用資源的浪費，為構(gòu)建節(jié)約型校園做出貢獻。

收集裝置；分類；自動

Abstract: This article is from the Anhui agriculture university students’ science and technology innovation project. It describes the project’s background, signif cance, and the theory basis as well as the completion of the project’s whole process. Device with the improved content mainly realizes the automatic opening cover and the metal materials which are separated from the material classif cation recycling, so to provide the convenient, reducing the metal waste of resources in order to make the contribution to build a conservation-oriented campus.

Key words: collecting device; classify; automatic

在科技、經(jīng)濟迅速發(fā)展的當今社會，人們越來越注重身邊的生活環(huán)境。然而隨著現(xiàn)代生活節(jié)奏的進一步加快，日常生活中的細節(jié)往往容易被人們忽視。人們忙碌之中不能對廢棄物料進行分類，使得一些非自動分類廢棄物料收集裝置根本起不到分類作用。于是我們提出自動分類的廢棄物料收集裝置改裝方案，不僅方便日常生活，也利于節(jié)能環(huán)保。

1 項目立項的背景及意義

1.1 背景

目前我國廢棄物料分類回收的方式主要有兩種：第一種是在廢棄物料場對大批量的廢棄物料集中分類，其缺點是很難實現(xiàn)準確分類，回收的各個種類中含雜質(zhì)成分較多，且設(shè)備較為龐大，能耗較高。第二種是在廢棄物料投放源頭，利用人工將廢棄物料按照規(guī)定分為若干類，此法要求投放者有較高的素質(zhì)和廢棄物料分類常識，其缺點是準確率低，同時也給投放者造成諸多不便。比如在國民環(huán)保意識較強的德國，就是讓市民對廢棄物進行先分類，即利用黃口袋、褐色廢棄物料收集裝置等，對廢棄物料進行先分類。這種分類方法雖然從理論上說可行，但在實際操作中，人們會將30%以上的廢棄物料扔錯地方，特別是在大城市。

根據(jù)廢棄物料分類的發(fā)展趨勢和現(xiàn)今存在的問題，提出自動分類廢棄物料收集裝置的設(shè)想，即在投放源頭，利用機器把有回收價值的廢棄物料分類篩選，并做出適當?shù)念A(yù)處理，以減少相關(guān)人員在廢棄物料后續(xù)回收中的勞動，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

目前已有的腳踏式開蓋廢棄物料收集裝置，不能實現(xiàn)自動化。據(jù)此我們提出紅外線控制的自動開關(guān)蓋廢棄物料收集裝置，簡單地實現(xiàn)分類功能，加上特定語音答謝功能，更能體現(xiàn)一種和諧社會環(huán)境。

1.2 意義

目前自動開蓋的廢棄物料收集裝置市場上已經(jīng)存在，但是自動開蓋并簡單分類的廢棄物料收集裝置卻沒有，提出研制一種這樣的廢棄物料收集裝置，可以填補市場的空白。這個方案簡化了分類的種類和方式，同時也大大降低了成本，在市場上也具有一定的競爭優(yōu)勢。

該裝置可以在機場、賓館以及商務(wù)會所等中高檔場所使用，語音提示和開蓋簡單分類功能可向使用者做很好的宣傳，營造充滿人性化的氛圍。這種裝置在政府機關(guān)以及高校中使用，可以提升單位的環(huán)保理念和文化氛圍。

裝置改進后的意義：

(1)廢棄物料的分類回收是減少環(huán)境污染、建設(shè)節(jié)約型社會的重要手段；

(2)由于采用了自動分類處理，對于環(huán)衛(wèi)工人來說工作壓力有所減少，對于保持廢棄物料的回收利用也有很大幫助；

(3)由于無蓋廢棄物料收集裝置沒有密封，所以廢棄物料易被風吹散，而加蓋可以有效防止這種情況發(fā)生，對于環(huán)境整潔有很大作用；

(4)采用廢棄物料收集裝置加蓋的方式可以有效阻止空氣污染和細菌傳播。

1.3 理論依據(jù)

與一般廢棄物料收集裝置的不同之處在于自動開蓋和簡單分類，這樣就會有信號的處理過程，需要電氣控制的支持。

紅外線感應(yīng)對外部環(huán)境做出反應(yīng)，是現(xiàn)行大多數(shù)感應(yīng)開蓋廢棄物料收集裝置普遍采用的手段，技術(shù)已經(jīng)成熟。

信號處理采用單片機的相關(guān)技術(shù)，可以實現(xiàn)復(fù)雜動作的信號處理，穩(wěn)定可靠，容易實現(xiàn)且成本較低。

為翻蓋提供動力的是采用12VA直流電壓的步進電機，工作穩(wěn)定可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)各種角度的轉(zhuǎn)動，且動力充足。

1.4 前人研究綜述

在同類課題的研究方面，自動開蓋的功能已經(jīng)很成熟，但自動分類系統(tǒng)復(fù)雜、成本偏高，為推廣帶來了很多問題。更復(fù)雜、更高級的廢棄物料收集裝置在市場推廣方面將會有巨大的障礙。

2 研究過程

2.1 工作流程

在開始著手做實物之前，規(guī)劃好工作流程(如圖1所示)。

圖1 自動翻蓋分類裝置工作流程圖

2.2 工作狀態(tài)

根據(jù)工作的流程圖，得出相應(yīng)的工作狀態(tài)如圖2所示。

圖2 自動翻蓋分類裝置工作狀態(tài)圖

2.3 電路圖

根據(jù)各種工作狀態(tài)，得出電機的各種動作。根據(jù)這些動作，得出單片機的相關(guān)數(shù)據(jù)處理流程，并畫出能夠完成這些動作命令的電路圖(如圖3所示)。

圖3 自動翻蓋分類裝置電路圖

2.4 編程與仿真

根據(jù)相關(guān)電路和動作用C語言編程，設(shè)計出能夠滿足這些命令的程序，然后用單片機仿真軟件Proteus7.5sp3對編好的程序和畫好的電路圖進行模擬仿真，檢驗程序和電路圖的正確性。

2.5 硬件實現(xiàn)

一切仿真都正常，進而統(tǒng)計需要的各種電路原件和其他材料，統(tǒng)計完成后購買各種器材，做好裝置改進制作的準備。一切準備工作完成后，就著手進行廢棄物料收集裝置的改造，包括電路板的焊接、電機與廢棄物料收集裝置的整合、程序向單片機的拷錄等。

2.6 設(shè)備調(diào)試

完成各種制作之后，開始對成品進行調(diào)試。調(diào)試過程能夠檢驗出很多問題，如電路板線路短路、斷路，程序不能執(zhí)行(即使使用如Proteus等的仿真軟件進行仿真檢驗成功，實際制作生成的電路板也會出現(xiàn)程序無法執(zhí)行的情況)，電動機動力不足，電磁鐵吸附力不夠等情況。以上出現(xiàn)的問題隨后逐一得到了解決。調(diào)試的過程就是不斷發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的過程，通過不斷地實驗調(diào)試才能更準確地解決問題。

3 結(jié)果分析

對調(diào)試實驗過程中存在的問題進行分析和改進：

(1)運行過程中，開蓋不徹底和開蓋力度不夠。說明電機的動力不足，更換了功率更大的12 VA的直流步進電機，靜力矩5 320 g?cm可以滿足動力需求。

(2)晶振對單片機的工作很重要，一開始將晶振放置的距離與單片機過遠，以至于單片機工作有點不穩(wěn)定。解決辦法是將晶振布置在緊挨著單片機芯片安放的位置。

(3)基于紅外線技術(shù)的自動控制開關(guān)，當有人進入開關(guān)感應(yīng)范圍時，專用傳感器探測到人體紅外光譜的變化，自動輸出高電平，人不離開感應(yīng)范圍區(qū)，將持續(xù)輸出高電平；人離開后，開關(guān)延時自動關(guān)閉負載。靈敏度高，感應(yīng)角為140°圓錐角(如圖4所示)。

圖4 自動翻蓋分類裝置紅外感應(yīng)角度示意圖

(4)整個流程的進行實驗。用兩份相同質(zhì)量的雜物，一份為非金屬類雜物，另一份為金屬(為了實驗效果采用可被電磁鐵吸附)類雜物。將兩份雜物充分混合在一起作為被檢測對象，而后完成過程，將分類的廢棄物料取出來進行分類稱重統(tǒng)計，數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表1。

表1 自動翻蓋分類裝置分類效果統(tǒng)計表

金屬類箱內(nèi)誤差較大的原因是非金屬夾雜在吸附在金屬中間，不能充分地分離開，但誤差仍在可控制范圍內(nèi)。

4 結(jié)束語

本方案的不足是金屬中不能被電磁鐵吸附的金屬無法從非金屬中分離出來，從而造成分離不徹底。如果要分離徹底，則需要更加復(fù)雜細化的裝置設(shè)計以及更高的成本，這樣就不利于推廣。本方案使裝置大大簡化，成本降低很多，更適于大眾使用。目前該裝置已試用于實驗室，對實驗室日常教學運行中所產(chǎn)生的廢棄物料的分類回收起到了很好的作用。

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Improvement for waste material collecting device in laboratory

Chen Yu, Zhang Hong, Yang Mingming, Wang Shuo
Anhui agricultural university, Hefei, 230036, China

2012-02-14

陳玉，在讀本科生。張紅，在讀本科生。楊明明，在讀本科生。通訊作者：王碩，碩士，實驗師。

安徽農(nóng)業(yè)大學大學生科技創(chuàng)新基金。