STEAM課堂，打開(kāi)了我的創(chuàng)新思維

楊澤璞 崔少杰

【中圖分類號(hào)】TP18 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2018）26-0236-02

一、我的STEAM學(xué)科的背景

STEAM代表科學(xué)（Science），技術(shù)（Technology），工程（En？鄄gineerng），藝術(shù)（Art），數(shù)學(xué)（Mathematics），STEAM課程就是集科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)多學(xué)科融合的綜合課程。

這樣的課程，是創(chuàng)客文化與教育的結(jié)合，它基于興趣，以項(xiàng)目學(xué)習(xí)的方式，使用數(shù)字化工具，倡導(dǎo)造物，鼓勵(lì)分享，培養(yǎng)跨學(xué)科解決問(wèn)題能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新能力的一種素質(zhì)教育。我從初中就開(kāi)始接觸STEAM課程，非常喜歡，他打開(kāi)了我的創(chuàng)新思維。

二、智能垃圾桶設(shè)計(jì)的提出

垃圾在我們的生活中無(wú)處不在，垃圾桶已經(jīng)成為了人們生活中的必需品，但傳統(tǒng)的垃圾桶，本身無(wú)蓋，即使有蓋也需人工打開(kāi)或腳踩，使用者極不方便，更重要的是存在有衛(wèi)生感染隱患。如何解決傳統(tǒng)垃圾桶對(duì)使用者存在衛(wèi)生感染的隱患，有效杜絕各種傳染性疾病通過(guò)垃圾進(jìn)行傳播，為人們高品質(zhì)的生活服務(wù)呢？我想設(shè)計(jì)一款智能垃圾桶。

三、智能垃圾桶設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路

現(xiàn)致力于設(shè)計(jì)出一款垃圾桶，當(dāng)人走到垃圾桶跟前時(shí)，垃圾桶會(huì)自動(dòng)感應(yīng)到人體的靠近，當(dāng)人的手或物體接近投物口時(shí)，垃圾桶蓋便會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟，等垃圾投入完畢，在設(shè)定時(shí)間內(nèi)垃圾桶蓋又會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，人、物不需接觸垃圾桶，在長(zhǎng)時(shí)間不使用的情況下又會(huì)自動(dòng)進(jìn)入休眠模式以便節(jié)能。使用的過(guò)程中，垃圾桶會(huì)根據(jù)不同的情況播放不同的語(yǔ)音。這種垃圾桶衛(wèi)生、自動(dòng)、耗能低、環(huán)保，是一款的新型智能垃圾桶。

四、智能垃圾桶設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原理

（一）智能垃圾桶的組成部分及各部分對(duì)應(yīng)的功能是什么樣子的？

這款智能垃圾桶主要由紅外（對(duì)管）傳感器、單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、語(yǔ)音系統(tǒng)模塊、狀態(tài)顯示液晶屏和垃圾桶蓋六部分組成。當(dāng)紅外傳感器檢測(cè)到人靠近垃圾桶時(shí)，紅外信號(hào)會(huì)由接收端轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行放大、濾波等處理，還原成二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，并傳輸至單片機(jī)。此時(shí)單片機(jī)會(huì)向步進(jìn)電機(jī)發(fā)出控制指令，這會(huì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)在旋轉(zhuǎn)方向上轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，垃圾桶蓋隨之被打開(kāi)，與此同時(shí)狀態(tài)顯示液晶屏?xí)@示垃圾桶已開(kāi)啟，語(yǔ)音系統(tǒng)模塊會(huì)發(fā)出語(yǔ)音提示。當(dāng)紅外傳感器感應(yīng)到人離開(kāi)后，同樣通過(guò)信號(hào)傳導(dǎo)至單片機(jī)，進(jìn)而單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)關(guān)閉垃圾桶蓋。當(dāng)紅外對(duì)管傳感器檢測(cè)到垃圾高度超過(guò)設(shè)定時(shí)，單機(jī)片會(huì)控制語(yǔ)音系統(tǒng)模塊播放相應(yīng)的語(yǔ)音報(bào)警，此時(shí)可以通過(guò)手動(dòng)關(guān)閉報(bào)警器，當(dāng)垃圾被清理后立即會(huì)停止報(bào)警。一般情況下人不需要觸碰垃圾桶，并且在長(zhǎng)時(shí)間不使用的情況下垃圾桶會(huì)進(jìn)入休眠模式，節(jié)能效果顯著。

（二）如何通過(guò)語(yǔ)音系統(tǒng)吸引人們將垃圾扔進(jìn)垃圾桶，使垃圾桶增強(qiáng)環(huán)保意識(shí)的同時(shí)具有娛樂(lè)性呢？

這款垃圾桶的語(yǔ)音系統(tǒng)會(huì)根據(jù)不同情況發(fā)出一些幽默詼諧的話語(yǔ)，如：先生，請(qǐng)您把垃圾投放到我右邊的肚子里呀！謝謝！在娛樂(lè)大眾的同時(shí)也吸引人們有意識(shí)地將垃圾丟進(jìn)桶內(nèi)，更能吸引小孩去撿垃圾往里丟，從而使人們養(yǎng)成不亂扔垃圾的好習(xí)慣，讓我們周圍的環(huán)境更加美麗。

（三）垃圾桶錄放模塊的原理。

語(yǔ)音模塊主要由音頻下載電路、語(yǔ)音存儲(chǔ)電路以及音頻功放電路三部分組成。語(yǔ)音模塊主要完成以下三種功能：能夠?qū)⒄Z(yǔ)音通過(guò)USB下載入存儲(chǔ)模塊；當(dāng)有人靠近一定距離時(shí)，語(yǔ)音模塊自動(dòng)提示；當(dāng)人離開(kāi)一定距離時(shí)，語(yǔ)音模塊再次啟動(dòng)提示。

本裝置通過(guò)USB接口將MP3格式的提示音頻信息下載至語(yǔ)音存儲(chǔ)電路中，通過(guò)外放模塊進(jìn)行播報(bào)?；诒灸K的應(yīng)用需要，設(shè)計(jì)選用了側(cè)重于音頻信號(hào)處理的基于AT32UC3A的EVK110開(kāi)發(fā)板作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

（四）如何完成簡(jiǎn)易錄音機(jī)的制作。

本設(shè)計(jì)使用的ISD1820語(yǔ)音錄播模塊具有如下特點(diǎn)：使用方便的單片8至20秒語(yǔ)音錄放；高質(zhì)量，自然的語(yǔ)音還原技術(shù)；邊沿/電平觸發(fā)放音；自動(dòng)節(jié)電，維持電流0.5uA；內(nèi)置喇叭驅(qū)動(dòng)放大電路；3-5V單電源工作。

（五）垃圾桶的外形設(shè)計(jì)及功能設(shè)計(jì)。

生活垃圾的成分復(fù)雜，設(shè)計(jì)理念考慮到含易腐外觀、分類回收功能、惡臭氣味處理、智能翻蓋、煤灰、泥沙、塑料、橡膠、玻璃、紙類、語(yǔ)音提示等方面進(jìn)行多功能垃圾桶的設(shè)計(jì)，力求垃圾桶不僅能滿足收集垃圾的功能，而且因其美觀、色彩能與周圍環(huán)境相和諧，成為環(huán)境的重要組成部分。以其藝術(shù)性、實(shí)用性，豐富審美觀念，讓人身心愉悅。

五、制作收獲

這款智能垃圾桶設(shè)計(jì)實(shí)踐，雖然是一次粗淺的嘗試，卻也是一次創(chuàng)新的嘗試，他應(yīng)用到了我的物理知識(shí)、計(jì)算機(jī)知識(shí)、數(shù)學(xué)知識(shí)，發(fā)覺(jué)了我的藝術(shù)才華，激發(fā)我的環(huán)保意識(shí)和主人翁責(zé)任感，這是一次難得的創(chuàng)作之旅。