创客产品：疫情下的免接触智能杀毒垃圾桶

翟涛　翟晶敏

进入2021年，新冠疫情依然存在，随着人员流动逐渐放开，环境传人的现象日益增多，特别是在机场、医院、车站等公共场所保洁工作人员容易成为感染人群，降低人与环境之间病毒传播的比较好的解决方案是人与环境之间避免直接接触。在日常生活中，每天都会有将垃圾扔到垃圾桶的操作，公共场所里垃圾桶附近很容易发生病毒通过环境传人的现象，这是最容易发生环境传人的地方之一，如图1所示。垃圾桶内细菌、病毒较多，容易大量繁殖。研究表明，新型冠状病毒对紫外线敏感，紫外线灯消灭新型冠状病毒效果显著。在垃圾桶内放置紫外线消毒灯，可以消灭病毒。因此制造免接触智能杀毒垃圾桶，可避免垃圾和人之间的接触，也避免倒垃圾人群之间的间接接触，预防病毒通过垃圾环境传播。在垃圾桶内通过紫外线灯杀灭病毒，既能切断病毒的传播途径，又可以消灭传染源，保护易感染人群。

● 设计思路

当物体距离垃圾桶超声波传感器小于10厘米时，垃圾桶的盖子自动打开90度，等待5秒钟，待人扔完垃圾后，盖子自动闭合至0度。因为人体不能长时间照射紫外线，所以垃圾桶开盖的过程紫外线灯全程关闭。当物体距离垃圾桶超声波传感器大于等于10厘米時，垃圾桶的盖子始终闭合，保持0度。垃圾桶盖子处于闭合状态时，紫外线灯通电开始工作，消灭细菌和病毒。

通过超声波测距传感器实现人与垃圾桶的免接触，通过设置舵机转动度数实现自动打开、关闭垃圾桶盖子，通过LED灯模块模拟紫外线消毒灯。物体距离垃圾桶远近的距离参数、垃圾桶打开时间长短的参数、垃圾桶盖子打开角度的参数以及紫外线灯开启关闭的时间参数都可以通过程序调试更改，以方便应用于不同场景使用的各种类型垃圾桶。

● 硬件准备

Arduino开发板、数据线、超声波传感器模块、舵机、LED灯模块、带盖垃圾桶，底座。

● 安装

在底板上用螺丝固定Arduino开发板、超声波传感器模块、带盖垃圾桶，如图2所示。LED灯用螺丝固定在垃圾桶盖上，舵机用螺丝固定在垃圾桶翻盖的固定轴上，摇臂用螺丝固定金属臂，金属臂用螺丝固定在垃圾桶盖子上，如下页图3所示。

● 接线

超声波传感器模块接线：Vcc（电源）接Arduino开发板5V接口，Trig（控制端）接Arduino开发板11号接口，Echo（接收端）接Arduino开发板10号接口，Gnd（地线）接Arduino开发板GND接口。

LED灯模块：正接Arduino开发板13号接口，负接Arduino开发板GND接口。

舵机模块接线：棕线（地线）接Arduino开发板GND接口，红线（电压线）接Arduino开发板5V接口，橙线（PWM）信号线接Arduino开发板9号接口，如图4所示。

● 程序原理

Mind+编程软件支持中文图形化积木编程和Python/C/C++等高级编程语言，既适用于零基础的初级编程的青少年学生也适用于有一定编程语言基础的专业爱好者。不仅有可以单独设计程序和游戏的实施模式，还有连接硬件控制传感器工作的上传模式。

打开Mind+编程软件，打开用于烧录程序到Arduino开发板的“上传模式”（如上页图5），在“扩展”功能里面“主控板”模块下加载“Arduino nuo”开发板（如上页图6），在“传感器”模块下加载“超声波测距传感器”（如上页图7），在“执行器”模块下加载“舵机模块”（如上页图8），返回主程序。

在变量中新建数字类型变量“超声波距离”，设置“超声波距离”变量的值为Arduino nuo开发板读取的超声波距离值。编程语言如图9所示。

当物体与超声波距离小于10厘米时，舵机启动转动到60度的位置使垃圾桶盖子打开（如图10），此过程LED灯低电平不发光。等待5秒种后，舵机启动转到150度的位置使垃圾桶的盖子闭合（如图11），闭合后，LED灯高电平发光。当物体与超声波距离大于等于10厘米时，舵机保持150度的位置始终保持垃圾桶盖子闭合，LED灯高电平发光。其中舵机转动的角度需要根据实际舵机安装的位置与垃圾桶盖子的位置进行调试，实现垃圾桶盖子打开90度的设计要求。

免接触垃圾桶的设计符合疫情时代的公共安全卫生环境，避免了垃圾桶污染物与人之间的直接接触，也避免了人与人扔垃圾的间接接触。应用了超声波传感器来感应是否有人要扔垃圾，应用舵机转动，带动垃圾桶盖打开，LED灯模拟紫外线消毒灯。同时设计了Mind+程序，调试了人到超声波传感器的距离;也通过调试程序，确定舵机的旋转角度，确保垃圾桶盖打开的角度在90度;保护人身安全，LED灯在垃圾桶盖子打开时不工作，在盖子关闭时才工作，实现人工智能。

在我国卫生系统中，每天会有大量的医疗垃圾产生，且医疗垃圾与生活垃圾相比所携带的细菌、病毒更多，医院中的垃圾桶环境病毒传人的概率非常高，目前国内大部分医院中的垃圾桶还不是免接触的，因此此创客作品还有非常广阔的推广应用空间。