智能口罩回收终端设计与应用研究

摘  要：智能口罩回收终端设计与应用研究是针对口罩作为公共卫生突发事件下，大量使用时无法快速有效解决口罩回收的难题。因此，对口罩回收效率低、不规范，造成的环境污染问题进行研究，报告了现阶段难以对废弃口罩进行有效回收的现状，同时进行了一系列产品理念和应用场景的调查，将产品设计与大数据人工智能理念相结合，最终设计出一款智能口罩回收终端。

关键词：口罩回收;人工智能;回收终端

中图分类号：TP368       文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）22-0127-03

Research on Design and Application of Intelligent Mask Recycling Terminal

LI Xi

（Chongqing Technology and Business University，Chongqing  400067，China）

Abstract：The design and application research of intelligent mask recycling terminal is aimed at masks as a public health emergency，when they are used in large quantities，they cannot quickly and effectively solve the problem of mask recycling. Therefore，the environmental pollution caused by the low and irregular recycling of masks was studied，and the status that it is difficult to effectively recycle discarded masks at this stage was reported. At the same time，a series of product concepts and application scenarios were investigated. Combining product design with big data artificial intelligence concept，an intelligent mask recycling terminal was finally designed.

Keywords：mask recycling;artificial intelligence;recycling terminal

0  引  言

作者一直從事产品设计方向的研究与学习，具有丰富的理论知识与设计经验，多次获的产品设计类比赛奖项，同时参与了重庆市哲学社会科学规划重大委托项目“重庆市社会科学大数据集成运用基本规律研究”。在重大医疗卫生事件发生时，针对口罩消耗量研发智能口罩回收终端，集成人工智能技术，不但能提高废弃口罩的回收效率，也可以防止口罩随意丢弃所带来的二次污染。同时通过记录大数据，能够实时检测和预测所在区域居民健康情况，也可为相应部门提供有效数据。在一定程度上丰富目前该领域的学术理论知识，对未来相关领域研究具有一定的理论和指导意义。

1  口罩回收的现状和问题

1.1  口罩回收必要性

口罩作为防护隔绝细菌、病毒的重要物资在民用防护和医用防护领域广泛运用，尤其在冬季呼吸道传染病高发的情况下，口罩对阻隔细菌传播有很重要的作用。近年来随着公共医疗卫生事件的频发，口罩被越来越多的人使用。在专家的持续呼吁下，“口罩文化”已经成为防控传染性疾病的一个重要途径。口罩使用后如何妥善处理、如何杜绝可能的“二次传播”问题，也应及时引起高度重视。成都、浙江、上海等多地的疾控中心发布科普提示，向群众普及口罩佩戴完后的正确处理方法，这些科普无疑来得及时且必要。然而，细看多地公布的一些提示知识，在大体趋同的基础上，也有一些细节存在冲突。比如，有地方就不提倡“开水烫一下”“剪碎后扔掉”和“焚烧”等方式[1]。但是这些方式都不能很好地对口罩进行降解，口罩制作主要材料熔岩布，如果不用专业设备进行降解再利用，那么丢弃的口罩不会在自然情况下自行分解。在当前形势下，大量丢弃的口罩究竟应当如何规范、妥善处理，是一件非常值得去解决的问题，智能口罩回收终端正是在这种大环境下应运而生的产物，如何处理好每一片小口罩，也是天大的事情，绝不能让保护我们的口罩成为新的病毒传播途径和污染环境的白色垃圾。

1.2  口罩回收现阶段存在的问题

现阶段国内外学术界对人工智能与产品结合，以及人工智能对防疫和环保进行研究，更多的是关于理论和可行性方面的研究，但是将理论研究落地的并不多，目前国内智能回收终端存在功能单一、智能化不足、分类效果差等问题，无法做到分类回收的要求[2]。

2  产品理念以及应用场景

2.1  产品理念

通过开发智能口罩回收终端，集成人工智能技术，提高废弃口罩的回收效率，也能防止口罩随意丢弃所带来的二次污染。同时，资源的再利用获得的收益对回收企业是一个利润增长点，人工智能技术的加入也提升了产品应用场景的维度和广度。

智能口罩回收终端记录大数据，能够实时检测和预测所在区域人体健康情况，不仅为有关部门提供第一手数据，也为保护环境提供切实可行的方案。所以研究人工智能与产品相结合，不仅使产品功能的维度大大提升，同时也把功能单一的产品升级成为具有数据分析处理能力的智能化产品[3]。

2.2  应用场景

口罩作为卫生医疗物资在防控传染性疾病方面有着的极大需求，相信在往后的很长一段时间内，口罩仍然会是我们的整个社会中普遍的需求。但每当在公共卫生事件突发的初期，我们观察到整个市场、社会对于医疗物资的哄抢、不规范的使用以及使用结束后的随意丢弃造成资源浪费、环境污染等一系列社会问题。本项目拟针对这些问题以及对智能口罩回收终端探讨：

（1）通过扫描APP将废弃口罩投递至回收终端，可对废弃口罩进行即时杀毒消菌处理，进行二次回收利用，杜绝废弃口罩乱扔造成的资源浪费和二次污染，同时通过回收废弃口罩可获得积分返利，积分可免费换取新口罩，引导人们摈弃乱扔乱丢的习惯;

（2）对于口罩佩戴不规范的问题，智能口罩回收终端的屏幕面板上滚动播出的口罩正确佩戴以及卫生防护小知识起到宣传作用;

（3）为医疗行业、生活小区、学校、商场、企业、交通枢纽等公共场所提供口罩智能管理的产品设备，设备运行时，可主动检测路过设备人员的体温状况，进而完成投放场所人群健康数据抽样调查。

以上为未来的智能口罩回收研究提供初步的解决方案。

3  智能口罩回收终端的设计思路

3.1  功能设计

3.1.1  设计理念

智能口罩回收终端秉持“有用、易用”的设计理念结构，如图1所示。

“有用”，对人民群众来讲，智能口罩回收终端不仅能帮助居民科学、安全的处理废弃口罩，还能为居民提供丰富的防疫宣传资料，培养居民良好的卫生习惯并重视垃圾污染问题，减少废弃口罩沾染细菌带来的二次污染。对于产品开发而言，智能口罩回收终端引入人工智能技术后，让原来单一的产品功能与人工智能相结合，变成服务终端和健康数据检测收集终端。通过收集用户数据后进行大数据分析所得出的结论，信息的价值远远大于回收废弃口罩获得的利益，对企业竞争力升级起到了积极作用。对于社会效益而言，智能口罩回收终端一方面能科学管理废弃口罩，避免了口罩随意丢弃造成对生态的破坏，将二次污染的风险降到最低。同时，为政府提供科学的统计数据，为政府决策提供参考[4]。

“易用”，用户体验也是我们设计的重点，智能口罩回收终端的使用不仅符合人体工程学，而且操作流程便捷简单。居民只需要使用IC卡、进行人脸识别或者在智能口罩回收终端小程序上操作，回收机箱门就会自动打开，居民可在不接触回收箱的情况下，投递废弃口罩;终端全程监控并给出语音提示，箱体显示屏还可检测投递人员的体温，用户操作完毕后可领取对应的积分奖励。口罩投递完毕后，回收箱会自动读取口罩数量，箱内的紫外线灯会对箱子进行连续三小时杀菌消毒，防止病毒和细菌滋生，箱内满溢时系统自动报警通知收运人员，及时做好回收处置工作。智能口罩回收终端安装了定位系统和监控系统，政府部门可以通过后台监管系统实时监管，参与实现高效率无缝管理口罩收集、数据处理的全过程。

3.1.2  硬件设计

硬件核心系统包括计数模块、无线模块、语音模块等：

（1）计数模块方面，口罩的材质、形状、大小不一，设计过程中采用了机械结构配合光电传感器的方式，多通道输入捕获来检测投入口罩数量等操作;

（2）无线模块方面，主要采用ZigBee技术，是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通信技术。利用其特性，将范围内的回收终端覆盖在同一个网络下，可实时采集各个智能口罩回收终端的数据，便于监控和调度;

（3）语音模块方面，使用WT588D语音芯片，功能多、音质好，应用范围广性能稳定，串口控制模式可以控制语音播放、停止、循环和音量大小，或直接触发0～219任意语音的地址[5]。

3.1.3  软件系统

软件方面，考虑到以上需求，软件系统包含服务端、设备端、用户端、Web端软件设计：

（1）服务端方面采用阿里云服务器（ECS），可提供简单高效、处理能力可弹性伸缩的计算服务，可用来快速构建更加稳定、安全的应用且可帮助维护人员提升运维效率，降低IT成本;

（2）设备端在软件设计过程中使用了μC/OS-Ⅱ实时操作系统，该系统是一个完整的、灵活的抢占式实时多任务内核，可以使各个任务独立、准时且无误的工作。通过时间片轮转调度和信号量控制等方法实现对用户请求消息的快速响应;

（3）用户端分为IOS和Android。首先进行用户登录，登录成功之后，可以扫描二维码开盖投递废弃口罩（此功能供普通用户使用），也可以进行扫描二维码开门清理回收箱（此功能供回收箱清理人员使用）;

（4）Web端为设备管理维护人员使用。Web端可获得回收终端的报警显示并进行监测，维护人员可根据报警消息进行设备维护。此外，可以在Web端的地图上添加相应回收终端的设备ID。

3.2  外观设计

智能口罩回收终端运用模块化结构设计，分为室内版和户外版。室内版如图2所示，户外版如图3所示。

材质：以钢化玻璃和镀锌板作为机身的主要材料，镀锌板坚固耐磨、防腐防潮、视觉效果好且性价比较高，能让产品在室外复杂环境下稳定运行，同时，还能控制成本。

造型：設计分为室内和户外版，造型设计以长方体为基础，大量直线构成，造型简洁浑厚，安全性更强、空间利用率更高。此外，通过模块化设计，户外版在室内版的造型上增加了LED广告屏、挡板、太阳能电池板，其他无异。

功能：智能口罩回收终端由箱体外壳、废弃口罩投递口、取物口、防盗锁、口罩存储箱、感应开门、人脸识别、led显示屏、太阳能板等模块组成。具有红外感应、消毒杀菌、兑换奖励、IC卡扫描、体温检测、自动箱门、溢满感应、防盗、网络操作、语音报警、实时监测、太阳能充电、避雨、底部排水等功能，操作简单且可适用于各种马路、小区、公园等户外场地以及室内场地[6]。

4  结  论

如何避免佩戴之后的废弃口罩被不法商家回收，或在处置阶段出现二次感染，从口罩使用后如何妥善处理、如何杜绝可能的“二次传播”问题出发，展开对智能口罩回收终端的创新性课题的思考，从而设计一套规范的流程，有效的帮助社会做好废弃口罩的处理工作，确保废弃口罩无泄漏、无二次利用，保护广大人民群众的身体健康。此项目是结合当今所需，解决社会问题，谋民生之本，具备十分重要的意义。

本项目参与者在研究过程中，阅读、查找大量的相关资料文献与本项目相结合，总结和探讨出适合我国的智能口罩回收系统的创新型项目。智能口罩回收终端创新性地将产品设计与人工智能技术相结合，通过收集用户数据后进行大数据分析所得出的结论，为政府提供科学的统计数据，为政府决策提供参考，这些信息的价值远远大于回收废弃口罩获得的利益，在产品设计领域里具有较强的创新性。这一创新成果在国内整个公共医疗卫生管理事业都具有标志性和领先性，并且为营造健康生态环境作出积极的贡献。智能口罩回收终端不仅为疫情防控和环保做出贡献，更重要的是它可以作为一个大数据收集终端，对使用者的身体健康进行检测。通过产品设计与人工智能相结合，由原来的被动检测变为主动监测，为未来公共医疗卫生管理的监控提供了新途徑。

参考文献：

[1] 李松林.疫情当前，处理好小口罩也是大事 [N].金昌日报，2020-02-03（2）.

[2] 刘红，许妙佳.智能垃圾桶的研究与设计 [J].上海电机学院学报，2019，22（1）：42-45+49.

[3] 王宁.人工智能赋能，助力战“疫”科学化精准化 [J].中国设备工程，2020（4）：6-8.

[4] 赖茂生，麦晓华，曹雨佳.我国政府信息资源开发利用模式创新研究 [J].图书情报工作，2014，58（6）：25-31.

[5] 李杰，JASKARAN S，MOSLEM A，等.工业人工智能——工业应用中的人工智能系统框架（英文）[J].中国机械工程，2020，31（1）：37-48.

[6] 秦鹏，石夫雨，孟嘉琪.智能垃圾分类回收机专利技术综述 [J].中国新技术新产品，2018（4）：130-131.

作者简介：李茜（1995—），女，汉族，四川成都人，硕士研究生，研究方向：产品设计。