实验室废弃物料收集装置的改进

陈 玉 张 红 杨明明 王 硕

安徽农业大学工学院 安徽合肥 230036

实验室废弃物料收集装置的改进

陈 玉 张 红 杨明明 王 硕

安徽农业大学工学院 安徽合肥 230036

阐述了实验室废弃物料收集装置改进的背景、意义、理论依据以及完成过程。装置改进的内容主要是实现可自动开盖和将金属物料从中分离出来，为物料分类回收提供方便，减少可再利用资源的浪费，为构建节约型校园做出贡献。

收集装置；分类；自动

Abstract: This article is from the Anhui agriculture university students’ science and technology innovation project. It describes the project’s background, signif cance, and the theory basis as well as the completion of the project’s whole process. Device with the improved content mainly realizes the automatic opening cover and the metal materials which are separated from the material classif cation recycling, so to provide the convenient, reducing the metal waste of resources in order to make the contribution to build a conservation-oriented campus.

Key words: collecting device; classify; automatic

在科技、经济迅速发展的当今社会，人们越来越注重身边的生活环境。然而随着现代生活节奏的进一步加快，日常生活中的细节往往容易被人们忽视。人们忙碌之中不能对废弃物料进行分类，使得一些非自动分类废弃物料收集装置根本起不到分类作用。于是我们提出自动分类的废弃物料收集装置改装方案，不仅方便日常生活，也利于节能环保。

1 项目立项的背景及意义

1.1 背景

目前我国废弃物料分类回收的方式主要有两种：第一种是在废弃物料场对大批量的废弃物料集中分类，其缺点是很难实现准确分类，回收的各个种类中含杂质成分较多，且设备较为庞大，能耗较高。第二种是在废弃物料投放源头，利用人工将废弃物料按照规定分为若干类，此法要求投放者有较高的素质和废弃物料分类常识，其缺点是准确率低，同时也给投放者造成诸多不便。比如在国民环保意识较强的德国，就是让市民对废弃物进行先分类，即利用黄口袋、褐色废弃物料收集装置等，对废弃物料进行先分类。这种分类方法虽然从理论上说可行，但在实际操作中，人们会将30%以上的废弃物料扔错地方，特别是在大城市。

根据废弃物料分类的发展趋势和现今存在的问题，提出自动分类废弃物料收集装置的设想，即在投放源头，利用机器把有回收价值的废弃物料分类筛选，并做出适当的预处理，以减少相关人员在废弃物料后续回收中的劳动，实现可持续发展。

目前已有的脚踏式开盖废弃物料收集装置，不能实现自动化。据此我们提出红外线控制的自动开关盖废弃物料收集装置，简单地实现分类功能，加上特定语音答谢功能，更能体现一种和谐社会环境。

1.2 意义

目前自动开盖的废弃物料收集装置市场上已经存在，但是自动开盖并简单分类的废弃物料收集装置却没有，提出研制一种这样的废弃物料收集装置，可以填补市场的空白。这个方案简化了分类的种类和方式，同时也大大降低了成本，在市场上也具有一定的竞争优势。

该装置可以在机场、宾馆以及商务会所等中高档场所使用，语音提示和开盖简单分类功能可向使用者做很好的宣传，营造充满人性化的氛围。这种装置在政府机关以及高校中使用，可以提升单位的环保理念和文化氛围。

装置改进后的意义：

(1)废弃物料的分类回收是减少环境污染、建设节约型社会的重要手段；

(2)由于采用了自动分类处理，对于环卫工人来说工作压力有所减少，对于保持废弃物料的回收利用也有很大帮助；

(3)由于无盖废弃物料收集装置没有密封，所以废弃物料易被风吹散，而加盖可以有效防止这种情况发生，对于环境整洁有很大作用；

(4)采用废弃物料收集装置加盖的方式可以有效阻止空气污染和细菌传播。

1.3 理论依据

与一般废弃物料收集装置的不同之处在于自动开盖和简单分类，这样就会有信号的处理过程，需要电气控制的支持。

红外线感应对外部环境做出反应，是现行大多数感应开盖废弃物料收集装置普遍采用的手段，技术已经成熟。

信号处理采用单片机的相关技术，可以实现复杂动作的信号处理，稳定可靠，容易实现且成本较低。

为翻盖提供动力的是采用12VA直流电压的步进电机，工作稳定可靠，能够实现各种角度的转动，且动力充足。

1.4 前人研究综述

在同类课题的研究方面，自动开盖的功能已经很成熟，但自动分类系统复杂、成本偏高，为推广带来了很多问题。更复杂、更高级的废弃物料收集装置在市场推广方面将会有巨大的障碍。

2 研究过程

2.1 工作流程

在开始着手做实物之前，规划好工作流程(如图1所示)。

图1 自动翻盖分类装置工作流程图

2.2 工作状态

根据工作的流程图，得出相应的工作状态如图2所示。

图2 自动翻盖分类装置工作状态图

2.3 电路图

根据各种工作状态，得出电机的各种动作。根据这些动作，得出单片机的相关数据处理流程，并画出能够完成这些动作命令的电路图(如图3所示)。

图3 自动翻盖分类装置电路图

2.4 编程与仿真

根据相关电路和动作用C语言编程，设计出能够满足这些命令的程序，然后用单片机仿真软件Proteus7.5sp3对编好的程序和画好的电路图进行模拟仿真，检验程序和电路图的正确性。

2.5 硬件实现

一切仿真都正常，进而统计需要的各种电路原件和其他材料，统计完成后购买各种器材，做好装置改进制作的准备。一切准备工作完成后，就着手进行废弃物料收集装置的改造，包括电路板的焊接、电机与废弃物料收集装置的整合、程序向单片机的拷录等。

2.6 设备调试

完成各种制作之后，开始对成品进行调试。调试过程能够检验出很多问题，如电路板线路短路、断路，程序不能执行(即使使用如Proteus等的仿真软件进行仿真检验成功，实际制作生成的电路板也会出现程序无法执行的情况)，电动机动力不足，电磁铁吸附力不够等情况。以上出现的问题随后逐一得到了解决。调试的过程就是不断发现问题和解决问题的过程，通过不断地实验调试才能更准确地解决问题。

3 结果分析

对调试实验过程中存在的问题进行分析和改进：

(1)运行过程中，开盖不彻底和开盖力度不够。说明电机的动力不足，更换了功率更大的12 VA的直流步进电机，静力矩5 320 g•cm可以满足动力需求。

(2)晶振对单片机的工作很重要，一开始将晶振放置的距离与单片机过远，以至于单片机工作有点不稳定。解决办法是将晶振布置在紧挨着单片机芯片安放的位置。

(3)基于红外线技术的自动控制开关，当有人进入开关感应范围时，专用传感器探测到人体红外光谱的变化，自动输出高电平，人不离开感应范围区，将持续输出高电平；人离开后，开关延时自动关闭负载。灵敏度高，感应角为140°圆锥角(如图4所示)。

图4 自动翻盖分类装置红外感应角度示意图

(4)整个流程的进行实验。用两份相同质量的杂物，一份为非金属类杂物，另一份为金属(为了实验效果采用可被电磁铁吸附)类杂物。将两份杂物充分混合在一起作为被检测对象，而后完成过程，将分类的废弃物料取出来进行分类称重统计，数据统计见表1。

表1 自动翻盖分类装置分类效果统计表

金属类箱内误差较大的原因是非金属夹杂在吸附在金属中间，不能充分地分离开，但误差仍在可控制范围内。

4 结束语

本方案的不足是金属中不能被电磁铁吸附的金属无法从非金属中分离出来，从而造成分离不彻底。如果要分离彻底，则需要更加复杂细化的装置设计以及更高的成本，这样就不利于推广。本方案使装置大大简化，成本降低很多，更适于大众使用。目前该装置已试用于实验室，对实验室日常教学运行中所产生的废弃物料的分类回收起到了很好的作用。

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Improvement for waste material collecting device in laboratory

Chen Yu, Zhang Hong, Yang Mingming, Wang Shuo
Anhui agricultural university, Hefei, 230036, China

2012-02-14

陈玉，在读本科生。张红，在读本科生。杨明明，在读本科生。通讯作者：王硕，硕士，实验师。

安徽农业大学大学生科技创新基金。