楊澤璞 崔少杰

【中圖分類號】TP18 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）26-0236-02

一、我的STEAM學(xué)科的背景

STEAM代表科學(xué)（Science），技術(shù)（Technology），工程（En？鄄gineerng），藝術(shù)（Art），數(shù)學(xué)（Mathematics），STEAM課程就是集科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)多學(xué)科融合的綜合課程。

這樣的課程，是創(chuàng)客文化與教育的結(jié)合，它基于興趣，以項(xiàng)目學(xué)習(xí)的方式，使用數(shù)字化工具，倡導(dǎo)造物，鼓勵分享，培養(yǎng)跨學(xué)科解決問題能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新能力的一種素質(zhì)教育。我從初中就開始接觸STEAM課程，非常喜歡，他打開了我的創(chuàng)新思維。

二、智能垃圾桶設(shè)計的提出

垃圾在我們的生活中無處不在，垃圾桶已經(jīng)成為了人們生活中的必需品，但傳統(tǒng)的垃圾桶，本身無蓋，即使有蓋也需人工打開或腳踩，使用者極不方便，更重要的是存在有衛(wèi)生感染隱患。如何解決傳統(tǒng)垃圾桶對使用者存在衛(wèi)生感染的隱患，有效杜絕各種傳染性疾病通過垃圾進(jìn)行傳播，為人們高品質(zhì)的生活服務(wù)呢？我想設(shè)計一款智能垃圾桶。

三、智能垃圾桶設(shè)計的設(shè)計思路

現(xiàn)致力于設(shè)計出一款垃圾桶，當(dāng)人走到垃圾桶跟前時，垃圾桶會自動感應(yīng)到人體的靠近，當(dāng)人的手或物體接近投物口時，垃圾桶蓋便會自動開啟，等垃圾投入完畢，在設(shè)定時間內(nèi)垃圾桶蓋又會自動關(guān)閉，人、物不需接觸垃圾桶，在長時間不使用的情況下又會自動進(jìn)入休眠模式以便節(jié)能。使用的過程中，垃圾桶會根據(jù)不同的情況播放不同的語音。這種垃圾桶衛(wèi)生、自動、耗能低、環(huán)保，是一款的新型智能垃圾桶。

四、智能垃圾桶設(shè)計的設(shè)計原理

（一）智能垃圾桶的組成部分及各部分對應(yīng)的功能是什么樣子的？

這款智能垃圾桶主要由紅外（對管）傳感器、單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、語音系統(tǒng)模塊、狀態(tài)顯示液晶屏和垃圾桶蓋六部分組成。當(dāng)紅外傳感器檢測到人靠近垃圾桶時，紅外信號會由接收端轉(zhuǎn)換成電信號，并對其進(jìn)行放大、濾波等處理，還原成二進(jìn)制數(shù)字信號，并傳輸至單片機(jī)。此時單片機(jī)會向步進(jìn)電機(jī)發(fā)出控制指令，這會驅(qū)動電機(jī)在旋轉(zhuǎn)方向上轉(zhuǎn)動一個固定的角度，垃圾桶蓋隨之被打開，與此同時狀態(tài)顯示液晶屏?xí)@示垃圾桶已開啟，語音系統(tǒng)模塊會發(fā)出語音提示。當(dāng)紅外傳感器感應(yīng)到人離開后，同樣通過信號傳導(dǎo)至單片機(jī)，進(jìn)而單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)關(guān)閉垃圾桶蓋。當(dāng)紅外對管傳感器檢測到垃圾高度超過設(shè)定時，單機(jī)片會控制語音系統(tǒng)模塊播放相應(yīng)的語音報警，此時可以通過手動關(guān)閉報警器，當(dāng)垃圾被清理后立即會停止報警。一般情況下人不需要觸碰垃圾桶，并且在長時間不使用的情況下垃圾桶會進(jìn)入休眠模式，節(jié)能效果顯著。

（二）如何通過語音系統(tǒng)吸引人們將垃圾扔進(jìn)垃圾桶，使垃圾桶增強(qiáng)環(huán)保意識的同時具有娛樂性呢？

這款垃圾桶的語音系統(tǒng)會根據(jù)不同情況發(fā)出一些幽默詼諧的話語，如：先生，請您把垃圾投放到我右邊的肚子里呀！謝謝！在娛樂大眾的同時也吸引人們有意識地將垃圾丟進(jìn)桶內(nèi)，更能吸引小孩去撿垃圾往里丟，從而使人們養(yǎng)成不亂扔垃圾的好習(xí)慣，讓我們周圍的環(huán)境更加美麗。

（三）垃圾桶錄放模塊的原理。

語音模塊主要由音頻下載電路、語音存儲電路以及音頻功放電路三部分組成。語音模塊主要完成以下三種功能：能夠?qū)⒄Z音通過USB下載入存儲模塊；當(dāng)有人靠近一定距離時，語音模塊自動提示；當(dāng)人離開一定距離時，語音模塊再次啟動提示。

本裝置通過USB接口將MP3格式的提示音頻信息下載至語音存儲電路中，通過外放模塊進(jìn)行播報?；诒灸K的應(yīng)用需要，設(shè)計選用了側(cè)重于音頻信號處理的基于AT32UC3A的EVK110開發(fā)板作為開發(fā)平臺。

（四）如何完成簡易錄音機(jī)的制作。

本設(shè)計使用的ISD1820語音錄播模塊具有如下特點(diǎn)：使用方便的單片8至20秒語音錄放；高質(zhì)量，自然的語音還原技術(shù)；邊沿/電平觸發(fā)放音；自動節(jié)電，維持電流0.5uA；內(nèi)置喇叭驅(qū)動放大電路；3-5V單電源工作。

（五）垃圾桶的外形設(shè)計及功能設(shè)計。

生活垃圾的成分復(fù)雜，設(shè)計理念考慮到含易腐外觀、分類回收功能、惡臭氣味處理、智能翻蓋、煤灰、泥沙、塑料、橡膠、玻璃、紙類、語音提示等方面進(jìn)行多功能垃圾桶的設(shè)計，力求垃圾桶不僅能滿足收集垃圾的功能，而且因其美觀、色彩能與周圍環(huán)境相和諧，成為環(huán)境的重要組成部分。以其藝術(shù)性、實(shí)用性，豐富審美觀念，讓人身心愉悅。

五、制作收獲

這款智能垃圾桶設(shè)計實(shí)踐，雖然是一次粗淺的嘗試，卻也是一次創(chuàng)新的嘗試，他應(yīng)用到了我的物理知識、計算機(jī)知識、數(shù)學(xué)知識，發(fā)覺了我的藝術(shù)才華，激發(fā)我的環(huán)保意識和主人翁責(zé)任感，這是一次難得的創(chuàng)作之旅。