校园智能废纸分类产品设计
时间：2022-12-06 16:55:02 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
魏思维，薛维，邓旭琛，王傲天，刘梦洁
（西安文理学院，陕西 西安 710065）
近年来，环境问题深受社会关注，依托于环境保护的“垃圾分类”模式顺势产生。其中，纸张回收还处于市场发展初期且市场空间庞大。目前市场上的智能垃圾回收工具，功能较为基础，并且校园废旧纸张回收部分缺乏相应平台、技术支撑。基于此大背景，一款高效率的智能校园废旧纸张回收产品既呼应了高校校园的关切也顺应了国家可持续发展战略。
本项目以西安文理学院为研究对象，通过调查西安文理学院师生需求从而打造高效废旧纸回收系统，建立长效化的校园废旧纸张回收体系并加以推广。
1.1 设计定位
本次智能分类废纸箱产品的设计定位主要有以下几方面。
1.1.1 技术
本次智能分类废纸箱设计上将采用智能识别技术、智能语音技术、紫外线消毒技术、定位监测技术、太阳能电能充电技术和自动化输送技术作为本次设计的技术定位。
1.1.2 产品功能
在产品功能定位上，将人们投放的废纸自动化合理分类，并且全程自动消毒和运输，大大节省了人力成本，高效完成废纸分类的任务。图1 是本次设计的工作流程图，产品收集好废纸并分类以后，开始消毒，待废纸储存满以后，便会发送一条短信到管理者手中，管理者确认以后开启运输模式，产品本身会直接运输到附近的废纸站点，进行废纸处理。处理完以后，管理者点击返回模式，产品便又回到工作的地方，如此反复循环。
图1 工作流程图
1.1.3 造型
在造型上，采用功能组合的设计方法，并尽量贴合现代人的审美进行设计。在保证功能完整适用的情况下增加科技的元素，采用简约的线条和颜色进行表达。
1.1.4 色彩
赋予产品色彩对于一个产品会起到一个增色的作用，并给人带来各种各样的视觉冲击。本次设计产品定位在一个智能科技产品。如表1 所示。
表1 色彩分析图
1.1.5 材料
智能的分类废纸箱主要是以钢材，并结合现有的智能技术，表2 是材料与部件分析表。智能分类废纸箱如图2所示。
表2 材料与部件分析表
图2 智能分类废纸箱
1.2 思维发散图分析
在经过对用户需求进行调研之后，分析并总结现阶段数据为后面的产品设计建立了较为稳定的基础。接下来围绕智能分类废纸箱具体内容进行思维发散、联想，最终得出以下思维发散图。如图3 所示。
图3 思维发散图
“青，取之于蓝，而青于蓝；
冰，水为之，而寒于水。”我们深知任何设计都不可能是设计者独出心裁、凭空设想、不依靠任何资料所能实现的。因此该项目在初期的设计构想时，其灵感来自我国近年来日趋完善的“垃圾分类”行动，但该项目在继承和借鉴前人的设计经验和成果时，不会拘泥于垃圾分类的传统模式，更不会盲目的全盘抄袭，因此我们根据具体的设计条件和要求，独立思考，大胆的进行改进和创新。在贯穿于整个项目的设计中我们始终以创新作为引航的灯塔，为分类回收系统的不断完善再次注入一些新的血液。
我们不满足于传统的分类回收模式，因此对废旧纸张分类回收箱做出了以下调整：
（1）这款名为“废旧纸分类回收箱”的产品，是基于垃圾分类的基础上，经过大量的调研以及数据归纳，依照所掌握的数据不仅将回收箱分为纸张、课本、杂纸三类，并且更加科学化的控制其所占比例，为了更符合资源的合理化利用，可以将回收箱中的纸张、杂纸、课本三类按1:2:3 的比例分类，从而使其各个箱体最大限度的发挥其价值。回收箱整体如图4、图5 所示。
图4 回收箱整体主视图
图5 回收箱整体侧视图
（2）在按比例分类箱体体积之后，为了实时监控箱体内回收废旧纸的实时质量，从而可以预知性的做出一些人为安排，因此在每个箱体底部还加入了称重传感器（以下简称传感器），从而将输入废旧纸的质量信号转变为可测量的电信号输出，其工作原理是：当投入的重物置于承载器台面上时，在重力的作用下，承载器会将重力传递至传感器，从而使传感器里的弹性体产生变形，贴附在弹性体上的应变计桥路则会失去平衡，输出于重量数值成正比例关系的电信号，经线性放大电路将信号放大。在经过A/D转换为数字信号，最后由仪表的微处理机对重量信号进行处理后直接显示重量数据。回收箱透视图如图6 所示，图称重传感器的原理结构图如图7 所示，信号传递过程的逻辑图如图8 所示。
图6 回收箱透视图（图中小黑点即为传感器）
图7 称重传感器的原理结构图
图8 信号传递过程的逻辑图
（3）在显示屏上显示实时重量时，为了明确知道何时应该去回收箱清空箱体，使回收箱一直维持在一种良性的工作状态，因此在其相关程序编写处增加了临界质量警报数值，经过一些基础的计算和校园调研，分别设定纸张的临界质量警报数值为10 kg，课本的临界质量警报数值为40 kg，杂纸的临界警报数值为25 kg。在这个系统中，其中单片机相当于一个桥梁，联系着传感器和警报电路设备，当箱体内的废旧纸质量达到其设置的临界重量时，传感器将输出的可以利用识别的电信号传递给单片机，接收到信号的单片机经过原先程序的设定后会作为单片机的输出直接启动警报电路。此时警报灯就会发亮，这就达到了警报器报警的效果。称重传感器模块电路设计如图9 所示，单片机的最小系统以及原理图如图10 所示。
图9 称重传感器模块电路设计
图10 单片机的最小系统以及原理图
（4）在设计中，数据的采集是由单片机负责的，台式机负责数据处理和建立通信等任务。在日常工作运行中，单片机通过对实时采样数据按照一定设定的频率向台式机进行传输，从而使相关负责人能够动态的掌握到每个回收箱是否处于良性的工作状态并对于即将溢满的回收箱可以提前做出相关规划。通常台式机与单片机在现场数据采集距离上较远，在校内距离远的甚至达到千米左右。由于数据传输通道大都不太理想，为了防止通信中断，保障数据高效、及时、稳定的传送到台式机，中间的通信采用RS458 通信方式。通信模块的仿真图如图11 所示。
图11 通信模块的仿真
通信模块的仿真采用的是MAX485 接口芯片，它具有良好的可靠的传输速度，同时还具有优越的抗干扰性可以很好地证传输数据的准确性和及时性。系统对重量比较和警报的部分相关程序如图12 所示。
图12 系统对重量比较和警报的部分相关程序
（5）本项目主要探究在校园建立高效废纸回收体系，保障校园废纸回收和处理的规范性。前期团队通过调查问卷等开展管理学实验，分析学校内废纸处理的需求和管理方法，基于基础数据参数，设置回收箱的精准投放地点、回收周期。中期团队将与环保公司合作，形成校园废纸再生处理链。同时设置“以旧换新”等奖励机制，将生产出的再生纸产品送回师生的手中，提高学生使用废旧纸张回收箱的积极性，固定校园废纸收集渠道。后期团队试运行此回收体系方案，并不断优化参数和升级产品功能，运行模式成熟之后逐步扩展到西安其他高校。最后，团队勇于承担社会责任，秉持“点点滴滴的付出才会让公益有意义”的理念，将长期性举办手牵手活动，将再生纸产品赠给支教地区进行公益援助。“校园废旧纸张分类箱”参数基于科学数据，利于推广应用。基于大量的调研以及数据归纳，团队科学地设计回收箱的空间比例分类、安置称重传感器、回收容量警报装置、采用RS458 通信方式，以确保分类箱稳定、规范地运行。同时，结合了多专业的优势设置的回收箱，在设计制造、营销策略、盈利模式方面产品体系成熟，利于在市场中推广宣传。
综上，整个废旧纸分类回收箱的外形设计和功能仿真就完成了。另外在新冠疫情暴发至如今处于疫情常态化的阶段里，线上学习和工作也越来越受人们重视，并发挥着愈发重要的作用，有的老师已经开拓出线上线下相结合的新的教学方法，基于此处思考，虽然本构思已经设计出主体任务，但行百里者半九十，对于线上所有的空间也必须重视，因此计划与互联网结合，采取线上线下双重宣传方法。线下我们将举办：跳蚤市场。线上计划创建公众号、小程序以及短视频账号等形式进行宣传环保知识普及，目的是使该设计能够进入更多人的视野，在不断完善和创新中行稳致远。
本次设计主要是针对学校的智能分类废纸箱的设计。本设计经过在校生对于生活的发现以及相关的调查研究，再到西安文理学院的实地调查和走访，最后完成了想法的落实和方案的确定，每一个步骤都是慢慢地不断形成、探讨推翻、再到实现，保证了本设计的最大可行性。本文是一次未来校园智能分类废纸箱的概念设计，以智能一体化，智能分类废纸为设计出发点，依照目前的智能分类废纸箱以及现有技术，预测未来智能分类废纸箱的发展趋势，为分类废纸行业打造一款智能高效的废纸分类箱。
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