太陽(yáng)能夜燈智能消毒垃圾桶的設(shè)計(jì)研究

張哲華 陳鑫鑫 王辛巖

（西藏大學(xué)，西藏 拉薩850000）

1 背景

自公共衛(wèi)生事件發(fā)生以來(lái)，人民對(duì)自身健康方面的問(wèn)題更加重視和關(guān)注，這場(chǎng)大型的公共衛(wèi)生事故，不僅對(duì)人民生命健康安全造成傷害威脅還對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)體制造成影響，大多數(shù)企業(yè)商鋪停產(chǎn)停工，醫(yī)護(hù)人員在抗疫一線失去了生命。這時(shí)，需要人人注意衛(wèi)生，減少病毒傳播帶來(lái)的流行性疾病的可能性，將大型醫(yī)療事故扼殺在搖籃中。因此，針對(duì)此問(wèn)題，本文研究并設(shè)計(jì)了一款太陽(yáng)能夜燈智能消毒垃圾桶。

2 工作原理

設(shè)備通過(guò)太陽(yáng)能作為能源，其內(nèi)部含有LED 夜燈電路、紫光燈消毒設(shè)備和紅外感應(yīng)裝置，總體通過(guò)單片機(jī)調(diào)控，市民在丟垃圾之后，將手放在設(shè)備感應(yīng)裝置前，設(shè)備的感應(yīng)器感應(yīng)到后，就會(huì)噴出定量的消毒水對(duì)手部消毒，其次垃圾桶內(nèi)部的紫光燈通過(guò)電路板的控制，可以通過(guò)遙控定時(shí)開(kāi)關(guān)對(duì)垃圾桶內(nèi)部垃圾進(jìn)行消毒滅菌。從而清潔雙手起到反病毒、手上零病毒垃圾桶內(nèi)零病毒的作用（見(jiàn)圖1）。

圖1 設(shè)備流程圖

3 智能垃圾桶的功能設(shè)計(jì)

3.1 太陽(yáng)能能源利用功能

相關(guān)研究表明每年到達(dá)地球表面上的太陽(yáng)輻射能約相當(dāng)于130 萬(wàn)億噸煤，其總量屬現(xiàn)今世界上可以開(kāi)發(fā)的最大能源。根據(jù)太陽(yáng)產(chǎn)生的核能速率估算，氫的貯量足夠維持上百億年，而地球的壽命也約為幾十億年，從這個(gè)意義上講，可以說(shuō)太陽(yáng)能無(wú)枯竭危險(xiǎn)，不需要市政額外電力輸入，安全可靠，無(wú)噪聲，無(wú)污染排放外，建設(shè)周期短，且無(wú)須開(kāi)采和運(yùn)輸。根據(jù)國(guó)家數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)2020 年4 月份能源生產(chǎn)中，電力總體生產(chǎn)由降轉(zhuǎn)增。4 月份，發(fā)電量為5543 億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)了0.3%，和上個(gè)月總發(fā)電量相比較下降了4.6%，日均發(fā)電量也達(dá)到了184.8 億千瓦時(shí)，環(huán)比增加6.6 億千瓦時(shí)。1-4 月份，發(fā)電量總量達(dá)到21388 億千瓦時(shí)，同比去年同時(shí)下降了5.0%。其中，火電增速由負(fù)轉(zhuǎn)正，水電降幅擴(kuò)大，風(fēng)電增速回落，自然能力發(fā)電總體承上升趨勢(shì)（如圖2）。

圖2 電力生產(chǎn)情況圖

本產(chǎn)品采用太能蓋板供電（如圖3），基本解決日常電能所需。通過(guò)太陽(yáng)光照射半導(dǎo)體光電二極管，將光能轉(zhuǎn)化在晶體硅太陽(yáng)能電池片中形成電能。運(yùn)用單片機(jī)調(diào)控，光敏電阻、紅外感應(yīng)元件作為開(kāi)關(guān)判斷。存儲(chǔ)的電能基本可以滿(mǎn)足日常設(shè)備所需，夜晚將其轉(zhuǎn)化為光能為行人照明，可以減少路燈在夜間相對(duì)凌晨的電量輸送，降低電量，達(dá)到能源節(jié)約。本產(chǎn)品可以將太陽(yáng)能充分利用，達(dá)到保護(hù)環(huán)境，綠色友好的生態(tài)觀念。

圖3 上層太陽(yáng)能蓋板圖

3.2 夜燈功能

本產(chǎn)品含有夜燈設(shè)計(jì)，光敏電阻控制開(kāi)關(guān)，不僅利用太陽(yáng)能給其設(shè)備供電，還可以在夜晚作為夜燈對(duì)人行道進(jìn)行照明。具有很強(qiáng)的環(huán)保性，經(jīng)筆者調(diào)查，城市周邊主要街道17:00-3:00 期間內(nèi)人流量，得出在23:00 之后幾乎所有街道人流量驟然下降（如圖4），路燈常亮，對(duì)電力消耗較大，采取太陽(yáng)能夜燈智能消毒垃圾桶可以減少對(duì)電力的消耗，僅采用夜燈形式對(duì)人行道照明，減少道路上人行道照明路燈工作數(shù)量，兩者相互配合，達(dá)到節(jié)能減排，也不會(huì)降低市民的夜晚出行的體驗(yàn)感受。

圖4 周邊街道夜晚人流量統(tǒng)計(jì)圖

夜燈可以節(jié)省夜間路燈電量消耗，節(jié)約道路的占地面積，完善城市功能，強(qiáng)化地方風(fēng)貌特征，提升發(fā)展品味。太陽(yáng)能夜燈智能消毒垃圾桶不僅提升市民的生活衛(wèi)生質(zhì)量，還增強(qiáng)人們環(huán)保綠色的意識(shí)，更能帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。做到能源充分利用，減少資源消耗，能源綠色環(huán)保的發(fā)展理念。

3.3 智能消毒功能

在城市建設(shè)中，垃圾桶作為道路上最常見(jiàn)的公共設(shè)施，也是最容易產(chǎn)生和傳播病毒的地方。經(jīng)國(guó)家科學(xué)院研究表明未經(jīng)消毒雙手的細(xì)菌總數(shù)為1441 個(gè)/cm2, 大腸菌數(shù)MPN 為15，而經(jīng)過(guò)消毒的雙手細(xì)菌的平均數(shù)為364 個(gè)/cm2, 大腸菌群為0～6(MPN)個(gè)/cm2。由此證明日常消毒對(duì)抑制病毒的傳播的重要性。設(shè)備內(nèi)部含有定時(shí)紫光燈消毒設(shè)備，對(duì)垃圾桶內(nèi)部的表面進(jìn)行光照消毒，外部含有紅外感應(yīng)，當(dāng)市民扔完垃圾之后，可以把手放在感應(yīng)區(qū)，會(huì)有少量的消毒液噴灑到手上，對(duì)手部進(jìn)行消毒。

考慮各街道人流量等密度，選取合適的位置進(jìn)行擺放，防止因病毒而引起大規(guī)模的衛(wèi)生安全事故，并且太陽(yáng)能可以改善市民日常出行的低碳需求，積極建設(shè)低碳城市，與其耗費(fèi)國(guó)家大量財(cái)力物力，不如提前做好預(yù)防，將病毒扼殺在搖籃中（如圖5）。

圖5 預(yù)期布置街道渲染圖

4 設(shè)計(jì)實(shí)物

以容量50L 的垃圾桶為例進(jìn)行設(shè)計(jì)，詳情見(jiàn)圖6。

圖6 理論設(shè)計(jì)效果圖

5 結(jié)論

本文利用Auto CAD、3Ds MAX 等設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)合實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)分析，根據(jù)分析結(jié)果，設(shè)計(jì)了太陽(yáng)能夜燈智能消毒垃圾桶，該產(chǎn)品利用太陽(yáng)能將垃圾桶與消毒設(shè)備新穎結(jié)合，將垃圾桶智能化，使產(chǎn)品具有自動(dòng)消毒定時(shí)開(kāi)關(guān)和人為外部遙控智能控制功能，垃圾桶上部的自動(dòng)消毒水設(shè)備和內(nèi)部的紫光燈可以有效減少病毒傳播，一定程度上起到防疫作用，降低流行性疾病暴發(fā)的概率。但以上設(shè)計(jì)研究均屬于最基礎(chǔ)的理論模型，并未進(jìn)行電路分析實(shí)驗(yàn)，分析耐用度以及產(chǎn)品本生抵抗外界不良因素的影響，后期將從這些方面進(jìn)行分析完善，并利用MATLE LAB 預(yù)測(cè)分析產(chǎn)品對(duì)社會(huì)公共衛(wèi)生環(huán)保方面能夠帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)，使高科技與綠色環(huán)保發(fā)展相結(jié)合，提高城市知名度，成為了城市的標(biāo)簽，也同時(shí)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)。