設計能夠識別金屬的垃圾回收系統

張祿

有關調查發現，2013年我國城市生活垃圾總量已達1.8億噸，城市生活垃圾堆積量已超過80億噸，侵占土地約5億平方米。預計2020年將會達到3.23億噸，全國近700座城市中，約有三分之二的城市處于垃圾包圍之中，有四分之一的城市已無適當場所堆放垃圾。而生活垃圾中，金屬、紙類、塑料、玻璃可直接回收利用的資源約占垃圾總量的42.9%，大量的可回收垃圾被隨意丟棄，不僅造成了資源的浪費，還污染了環境。2018年1月，教育部辦公廳等六部門下發《關于在學校推進生活垃圾分類管理工作的通知》，對校園內垃圾分類管理工作提出了要求;2019年7月1日起，《上海市生活垃圾管理條例》正式實施，上海市開始了垃圾分類強制時代。

為在學校能有效實現金屬垃圾的再利用，筆者設計制作了一款基于Arduino的金屬垃圾回收系統，該系統通過Arduino開源硬件進行控制，能夠實現金屬垃圾與非金屬垃圾的自動分類，從而實現金屬垃圾更好的回收再利用。

● 金屬垃圾回收系統的硬件實現

首先是金屬垃圾回收系統的外殼設計。筆者使用SolidWorks制圖軟件，設計金屬垃圾回收系統的結構外殼部分——主要是垃圾箱的箱體，包括外殼、兩個抽屜、傾倒垃圾的搖板以及用于安放控制板的控制盒，設計完成的三維模型如圖1所示，左圖為外觀主視圖，右圖為透視圖。整個結構中較為特殊的是傾倒垃圾的搖板，其采用了船型結構，以便于舵機控制它左右傾斜，將垃圾傾倒下去。同時，筆者利用激光切割機將亞克力板切成相應的尺寸，并進行組裝。

其次是電路部分的連接。電路部分包括控制板、輸入模塊、輸出模塊、供電模塊。控制板使用DFRobot公司的Romeo三合一主板。輸入模塊為紅外傳感器、金屬傳感器（自制）;輸出模塊為180度金屬舵機;供電模塊則為7.4V鋰電池（為控制板供電）、9V電池（為金屬傳感器供電）。

自制金屬傳感器時，筆者想到了監考時常見的金屬探測儀。當檢測到金屬時，金屬探測儀上的蜂鳴器會發出警報聲（也可以調成震動模式）。筆者用了一種“偷懶”的方式，將一個外表有些破舊的金屬探測儀的電路部分拆出進行改裝，即將蜂鳴器拆掉，原本連接蜂鳴器的引腳焊接上兩根導線（取名數字引腳），如圖2所示。該傳感器的物理學原理為電磁感應原理，通電的線圈（漆包銅線圈）會產生磁場，當金屬通過該磁場時，如果引起磁通量的變化會產生感應電流，從而影響原來的磁場。該傳感器在使用時，將開關打開，數字引腳連接至Arduino控制板即可編程控制，其中紅色線接數字引腳，黑色線接GND。

將輸入輸出模塊與Arduino控制板相連。其中，舵機連接數字引腳10，紅外傳感器連接數字引腳2，金屬探測傳感器連接數字引腳5;金屬探測傳感器使用9V電池供電，Arduino控制板使用7.4V電池供電，連接如圖3所示。

● 金屬垃圾回收系統的軟件實現

該金屬垃圾回收系統的運行流程是：當系統通過紅外傳感器檢測到有垃圾投入時，便會啟動自動識別系統，根據識別結果來控制舵機，傾倒垃圾的搖板會把含有金屬的垃圾投放進金屬垃圾回收桶，把不含金屬的垃圾投放進非金屬垃圾回收桶。

根據運行流程編寫程序，本項目中編寫程序使用的是圖形化編程軟件ArduBlock教育版，參考程序如圖4所示。

● 拓展提升

本項目還可以進行改進和完善。例如，增加錄放音模塊，當有人投放垃圾時，播放聲音“愛護環境，從我做起”。又如，將亞克力外殼貼上圖紙以裝飾美化，讓垃圾回收系統更美觀實用，如圖5所示為筆者嘗試的美化。再如，可以嘗試將鋰電池換成太陽能電池組，以更加實用。

● 結語

該金屬垃圾回收系統目前的應用場景主要是在學校，因為需要電源來啟動運作，又有Arduino、傳感器、舵機等電子設備，所以可以放置在創客空間、走廊、會場內等地方，旨在通過宣傳與普及垃圾分類，引導人們增加環保理念，增強社會責任感。同時，把金屬垃圾與其他垃圾精準區分后，金屬垃圾可由定點的垃圾回收站來清理收購，既可減少垃圾總量，又可實現一定的經濟價值，這對于現代社會治理創新也有很好的促進和實踐價值。

當然，本項目最有趣的工作是自制了一個金屬傳感器。大家身邊廢棄的家電中，其實可以拆解出很多有用的電子模塊，如LED、蜂鳴器等。在廢舊電子垃圾中拆卸零件，利用可樂瓶、金屬罐和塑料盒作為開展創客活動的材料。“我們都愛電子垃圾”，這是《愛上Arduino》中的一句話，筆者認同這一理念，并希望能和更多教育創客一起感悟、踐行。