自动化防污染纸巾盒

郑小冰　李海东　曾淑婷　李国欢��

摘要：抽取式纸巾在人们的生活中已经成为一种必不可少的生活品，市场上也出现了各式各样的抽取式纸巾盒，但目前出现的纸巾盒只有对纸巾起到一定保护和美观作用的类型。本产品的主要目的是解决传统抽取式纸巾盒带来的两个生活中的问题，并利用人体运动检测传感器和单片机知识实现纸巾盒外盖的自动开合，让物理知识跟生活问题紧密联系。

关键词：防污染纸巾盒；传感器；应用

在科技越来越先进的时代，利用传感器功能解决生活中的问题成为了一种常用的手段，传感器主要用于实现自动化，并应用于各个领域中，精确地获取信息并根据信息迅速地做出自动化反馈，这是传感器与单片机技术融合的最佳表现，也是其在物理领域中的广泛应用。[12]目前市场上已有的抽取式纸巾盒存在两个显著的问题，一是在使用过程中每抽取一张纸巾，几乎每张纸巾有一半都是暴露在空气中，受到空气中尘埃的污染；二是当使用至纸巾只剩下差不多一厘米厚度的时候，由于纸巾间的摩擦力太小，不足够支持人们将它抽出来便掉在了底部，对人们来说存在极大的不便利性。本文在解决上述问题的同时，运用先进的物理知识为解决方案提供了良好的基础，打破传统的纸巾盒模式，将新技术应用到新产品中，让自动化技术融入日常生活，为生活提供便利。

1 产品功能与实现方案

（1）纸巾盒外盖利用步进电机实现自动开合，与步进电机的连接是利用硬铁片充当杠杆，并在上面绑上细绳与步进电机的轮轴连接，用步进电机的转动带动外盖的开合。而控制步進电机是采用单片机程序控制的方式，编写程序从而对人体运动检测传感器和步进电机的工作进行控制。（2）纸巾盒内部设置可移动隔板，目的是解决问题二，当出现问题所述情况时，手动将隔板上升到卡位，卡住隔板，隔板与纸巾盒盖子将纸巾包装袋压缩，缩小底部纸巾与抽取口的距离，保持纸巾间的摩擦力，支持其顺利被抽取出来。

2 硬件设计

（1）主控MCU模块：该模块使用CortexM3内核的TM32F103控制芯片。基于CortexM3内核的STM32F103系列芯片是使用广泛32位嵌入式微处理器，它是不需要操作系统的ARM，性能远高于51系列单片机，价格低廉，开发简便，功耗低，本产品使用STM32F103作为主控芯片进行开发。（2）人体检测模块：本作品选用HCSR501进行人体感应，该模块是基于红外线技术的自动控制模块，采用德国原装进口LHI778 探头设计，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式，广泛应用于各类自动感应电器设备，尤其是干电池供电的自动控制产品，适合于本产品使用。（3）步进电机：本产品步进电机使用28BYJ48，28BYJ48常用于空调扇叶的控制，具有步进角小、力矩大、控制精准等特点。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变得非常的简单。

3 软件设计

软件部分主要通过检测HCSR501人体感应模块的输出电平，当感应到有人体活动则输出相应脉冲控制步进电机旋转185.26度来打开盒盖，连续10秒内没有感应到没有人体活动.185.26度来关闭盒盖。

4 产品测试

使用者在纸巾盒右下角的人体运动检测传感器的半圆3米范围内时，传感器检测模块检测到人体运动后立即将信息传输到单片机，单片机接收到信息后执行相应的指令——控制步进电机转动，而后纸巾盒外盖被打开，执行打开的指令的10秒内，如果不再检测到人体的运动，单片机执行指令——控制步进电机反转，而后纸巾盒外盖被关闭，实现对暴露在空气中的纸巾的防污染。

参考文献：

[1]吴扬.传感器技术及应用[J].电源技术应用，2014 （02）.

[2]丁红斌.基于单片机的机械手控制系统[J].电子技术与软件工程，2017（14）.

项目：项目编号是20161205；课题级别：省级，审批部门：华南师范大学物理与电信工程学院，课题名称：基于STEAM理念的小学科学创客教育与指导研究

作者简介：郑小冰（1994），女，汉族，广东潮州人，本科，华南师范大学，研究方向：科学教育（师范）；李海东（1998），男，广东人，华南师范大学；曾淑婷（1996），女，广东人，华南师范大学；李国欢（1996），女，广东人，华南师范大学，研究方向：科学教育（师范）。