自動化防污染紙巾盒

鄭小冰　李海東　曾淑婷　李國歡??

摘要：抽取式紙巾在人們的生活中已經成為一種必不可少的生活品，市場上也出現了各式各樣的抽取式紙巾盒，但目前出現的紙巾盒只有對紙巾起到一定保護和美觀作用的類型。本產品的主要目的是解決傳統抽取式紙巾盒帶來的兩個生活中的問題，并利用人體運動檢測傳感器和單片機知識實現紙巾盒外蓋的自動開合，讓物理知識跟生活問題緊密聯系。

關鍵詞：防污染紙巾盒；傳感器；應用

在科技越來越先進的時代，利用傳感器功能解決生活中的問題成為了一種常用的手段，傳感器主要用于實現自動化，并應用于各個領域中，精確地獲取信息并根據信息迅速地做出自動化反饋，這是傳感器與單片機技術融合的最佳表現，也是其在物理領域中的廣泛應用。[12]目前市場上已有的抽取式紙巾盒存在兩個顯著的問題，一是在使用過程中每抽取一張紙巾，幾乎每張紙巾有一半都是暴露在空氣中，受到空氣中塵埃的污染；二是當使用至紙巾只剩下差不多一厘米厚度的時候，由于紙巾間的摩擦力太小，不足夠支持人們將它抽出來便掉在了底部，對人們來說存在極大的不便利性。本文在解決上述問題的同時，運用先進的物理知識為解決方案提供了良好的基礎，打破傳統的紙巾盒模式，將新技術應用到新產品中，讓自動化技術融入日常生活，為生活提供便利。

1 產品功能與實現方案

（1）紙巾盒外蓋利用步進電機實現自動開合，與步進電機的連接是利用硬鐵片充當杠桿，并在上面綁上細繩與步進電機的輪軸連接，用步進電機的轉動帶動外蓋的開合。而控制步進電機是采用單片機程序控制的方式，編寫程序從而對人體運動檢測傳感器和步進電機的工作進行控制。（2）紙巾盒內部設置可移動隔板，目的是解決問題二，當出現問題所述情況時，手動將隔板上升到卡位，卡住隔板，隔板與紙巾盒蓋子將紙巾包裝袋壓縮，縮小底部紙巾與抽取口的距離，保持紙巾間的摩擦力，支持其順利被抽取出來。

2 硬件設計

（1）主控MCU模塊：該模塊使用CortexM3內核的TM32F103控制芯片。基于CortexM3內核的STM32F103系列芯片是使用廣泛32位嵌入式微處理器，它是不需要操作系統的ARM，性能遠高于51系列單片機，價格低廉，開發簡便，功耗低，本產品使用STM32F103作為主控芯片進行開發。（2）人體檢測模塊：本作品選用HCSR501進行人體感應，該模塊是基于紅外線技術的自動控制模塊，采用德國原裝進口LHI778 探頭設計，靈敏度高，可靠性強，超低電壓工作模式，廣泛應用于各類自動感應電器設備，尤其是干電池供電的自動控制產品，適合于本產品使用。（3）步進電機：本產品步進電機使用28BYJ48，28BYJ48常用于空調扇葉的控制，具有步進角小、力矩大、控制精準等特點。步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變得非常的簡單。

3 軟件設計

軟件部分主要通過檢測HCSR501人體感應模塊的輸出電平，當感應到有人體活動則輸出相應脈沖控制步進電機旋轉185.26度來打開盒蓋，連續10秒內沒有感應到沒有人體活動.185.26度來關閉盒蓋。

4 產品測試

使用者在紙巾盒右下角的人體運動檢測傳感器的半圓3米范圍內時，傳感器檢測模塊檢測到人體運動后立即將信息傳輸到單片機，單片機接收到信息后執行相應的指令——控制步進電機轉動，而后紙巾盒外蓋被打開，執行打開的指令的10秒內，如果不再檢測到人體的運動，單片機執行指令——控制步進電機反轉，而后紙巾盒外蓋被關閉，實現對暴露在空氣中的紙巾的防污染。

參考文獻：

[1]吳揚.傳感器技術及應用[J].電源技術應用，2014 （02）.

[2]丁紅斌.基于單片機的機械手控制系統[J].電子技術與軟件工程，2017（14）.

項目：項目編號是20161205；課題級別：省級，審批部門：華南師范大學物理與電信工程學院，課題名稱：基于STEAM理念的小學科學創客教育與指導研究

作者簡介：鄭小冰（1994），女，漢族，廣東潮州人，本科，華南師范大學，研究方向：科學教育（師范）；李海東（1998），男，廣東人，華南師范大學；曾淑婷（1996），女，廣東人，華南師范大學；李國歡（1996），女，廣東人，華南師范大學，研究方向：科學教育（師范）。