創客產品：疫情下的免接觸智能殺毒垃圾桶

翟濤　翟晶敏

進入2021年，新冠疫情依然存在，隨著人員流動逐漸放開，環境傳人的現象日益增多，特別是在機場、醫院、車站等公共場所保潔工作人員容易成為感染人群，降低人與環境之間病毒傳播的比較好的解決方案是人與環境之間避免直接接觸。在日常生活中，每天都會有將垃圾扔到垃圾桶的操作，公共場所里垃圾桶附近很容易發生病毒通過環境傳人的現象，這是最容易發生環境傳人的地方之一，如圖1所示。垃圾桶內細菌、病毒較多，容易大量繁殖。研究表明，新型冠狀病毒對紫外線敏感，紫外線燈消滅新型冠狀病毒效果顯著。在垃圾桶內放置紫外線消毒燈，可以消滅病毒。因此制造免接觸智能殺毒垃圾桶，可避免垃圾和人之間的接觸，也避免倒垃圾人群之間的間接接觸，預防病毒通過垃圾環境傳播。在垃圾桶內通過紫外線燈殺滅病毒，既能切斷病毒的傳播途徑，又可以消滅傳染源，保護易感染人群。

● 設計思路

當物體距離垃圾桶超聲波傳感器小于10厘米時，垃圾桶的蓋子自動打開90度，等待5秒鐘，待人扔完垃圾后，蓋子自動閉合至0度。因為人體不能長時間照射紫外線，所以垃圾桶開蓋的過程紫外線燈全程關閉。當物體距離垃圾桶超聲波傳感器大于等于10厘米時，垃圾桶的蓋子始終閉合，保持0度。垃圾桶蓋子處于閉合狀態時，紫外線燈通電開始工作，消滅細菌和病毒。

通過超聲波測距傳感器實現人與垃圾桶的免接觸，通過設置舵機轉動度數實現自動打開、關閉垃圾桶蓋子，通過LED燈模塊模擬紫外線消毒燈。物體距離垃圾桶遠近的距離參數、垃圾桶打開時間長短的參數、垃圾桶蓋子打開角度的參數以及紫外線燈開啟關閉的時間參數都可以通過程序調試更改，以方便應用于不同場景使用的各種類型垃圾桶。

● 硬件準備

Arduino開發板、數據線、超聲波傳感器模塊、舵機、LED燈模塊、帶蓋垃圾桶，底座。

● 安裝

在底板上用螺絲固定Arduino開發板、超聲波傳感器模塊、帶蓋垃圾桶，如圖2所示。LED燈用螺絲固定在垃圾桶蓋上，舵機用螺絲固定在垃圾桶翻蓋的固定軸上，搖臂用螺絲固定金屬臂，金屬臂用螺絲固定在垃圾桶蓋子上，如下頁圖3所示。

● 接線

超聲波傳感器模塊接線：Vcc（電源）接Arduino開發板5V接口，Trig（控制端）接Arduino開發板11號接口，Echo（接收端）接Arduino開發板10號接口，Gnd（地線）接Arduino開發板GND接口。

LED燈模塊：正接Arduino開發板13號接口，負接Arduino開發板GND接口。

舵機模塊接線：棕線（地線）接Arduino開發板GND接口，紅線（電壓線）接Arduino開發板5V接口，橙線（PWM）信號線接Arduino開發板9號接口，如圖4所示。

● 程序原理

Mind+編程軟件支持中文圖形化積木編程和Python/C/C++等高級編程語言，既適用于零基礎的初級編程的青少年學生也適用于有一定編程語言基礎的專業愛好者。不僅有可以單獨設計程序和游戲的實施模式，還有連接硬件控制傳感器工作的上傳模式。

打開Mind+編程軟件，打開用于燒錄程序到Arduino開發板的“上傳模式”（如上頁圖5），在“擴展”功能里面“主控板”模塊下加載“Arduino nuo”開發板（如上頁圖6），在“傳感器”模塊下加載“超聲波測距傳感器”（如上頁圖7），在“執行器”模塊下加載“舵機模塊”（如上頁圖8），返回主程序。

在變量中新建數字類型變量“超聲波距離”，設置“超聲波距離”變量的值為Arduino nuo開發板讀取的超聲波距離值。編程語言如圖9所示。

當物體與超聲波距離小于10厘米時，舵機啟動轉動到60度的位置使垃圾桶蓋子打開（如圖10），此過程LED燈低電平不發光。等待5秒種后，舵機啟動轉到150度的位置使垃圾桶的蓋子閉合（如圖11），閉合后，LED燈高電平發光。當物體與超聲波距離大于等于10厘米時，舵機保持150度的位置始終保持垃圾桶蓋子閉合，LED燈高電平發光。其中舵機轉動的角度需要根據實際舵機安裝的位置與垃圾桶蓋子的位置進行調試，實現垃圾桶蓋子打開90度的設計要求。

免接觸垃圾桶的設計符合疫情時代的公共安全衛生環境，避免了垃圾桶污染物與人之間的直接接觸，也避免了人與人扔垃圾的間接接觸。應用了超聲波傳感器來感應是否有人要扔垃圾，應用舵機轉動，帶動垃圾桶蓋打開，LED燈模擬紫外線消毒燈。同時設計了Mind+程序，調試了人到超聲波傳感器的距離;也通過調試程序，確定舵機的旋轉角度，確保垃圾桶蓋打開的角度在90度;保護人身安全，LED燈在垃圾桶蓋子打開時不工作，在蓋子關閉時才工作，實現人工智能。

在我國衛生系統中，每天會有大量的醫療垃圾產生，且醫療垃圾與生活垃圾相比所攜帶的細菌、病毒更多，醫院中的垃圾桶環境病毒傳人的概率非常高，目前國內大部分醫院中的垃圾桶還不是免接觸的，因此此創客作品還有非常廣闊的推廣應用空間。