自動化防污染紙巾盒

鄭小冰　李海東　曾淑婷　李國歡??

摘要：抽取式紙巾在人們的生活中已經(jīng)成為一種必不可少的生活品，市場上也出現(xiàn)了各式各樣的抽取式紙巾盒，但目前出現(xiàn)的紙巾盒只有對紙巾起到一定保護和美觀作用的類型。本產(chǎn)品的主要目的是解決傳統(tǒng)抽取式紙巾盒帶來的兩個生活中的問題，并利用人體運動檢測傳感器和單片機知識實現(xiàn)紙巾盒外蓋的自動開合，讓物理知識跟生活問題緊密聯(lián)系。

關(guān)鍵詞：防污染紙巾盒；傳感器；應(yīng)用

在科技越來越先進的時代，利用傳感器功能解決生活中的問題成為了一種常用的手段，傳感器主要用于實現(xiàn)自動化，并應(yīng)用于各個領(lǐng)域中，精確地獲取信息并根據(jù)信息迅速地做出自動化反饋，這是傳感器與單片機技術(shù)融合的最佳表現(xiàn)，也是其在物理領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。[12]目前市場上已有的抽取式紙巾盒存在兩個顯著的問題，一是在使用過程中每抽取一張紙巾，幾乎每張紙巾有一半都是暴露在空氣中，受到空氣中塵埃的污染；二是當使用至紙巾只剩下差不多一厘米厚度的時候，由于紙巾間的摩擦力太小，不足夠支持人們將它抽出來便掉在了底部，對人們來說存在極大的不便利性。本文在解決上述問題的同時，運用先進的物理知識為解決方案提供了良好的基礎(chǔ)，打破傳統(tǒng)的紙巾盒模式，將新技術(shù)應(yīng)用到新產(chǎn)品中，讓自動化技術(shù)融入日常生活，為生活提供便利。

1 產(chǎn)品功能與實現(xiàn)方案

（1）紙巾盒外蓋利用步進電機實現(xiàn)自動開合，與步進電機的連接是利用硬鐵片充當杠桿，并在上面綁上細繩與步進電機的輪軸連接，用步進電機的轉(zhuǎn)動帶動外蓋的開合。而控制步進電機是采用單片機程序控制的方式，編寫程序從而對人體運動檢測傳感器和步進電機的工作進行控制。（2）紙巾盒內(nèi)部設(shè)置可移動隔板，目的是解決問題二，當出現(xiàn)問題所述情況時，手動將隔板上升到卡位，卡住隔板，隔板與紙巾盒蓋子將紙巾包裝袋壓縮，縮小底部紙巾與抽取口的距離，保持紙巾間的摩擦力，支持其順利被抽取出來。

2 硬件設(shè)計

（1）主控MCU模塊：該模塊使用CortexM3內(nèi)核的TM32F103控制芯片?；贑ortexM3內(nèi)核的STM32F103系列芯片是使用廣泛32位嵌入式微處理器，它是不需要操作系統(tǒng)的ARM，性能遠高于51系列單片機，價格低廉，開發(fā)簡便，功耗低，本產(chǎn)品使用STM32F103作為主控芯片進行開發(fā)。（2）人體檢測模塊：本作品選用HCSR501進行人體感應(yīng)，該模塊是基于紅外線技術(shù)的自動控制模塊，采用德國原裝進口LHI778 探頭設(shè)計，靈敏度高，可靠性強，超低電壓工作模式，廣泛應(yīng)用于各類自動感應(yīng)電器設(shè)備，尤其是干電池供電的自動控制產(chǎn)品，適合于本產(chǎn)品使用。（3）步進電機：本產(chǎn)品步進電機使用28BYJ48，28BYJ48常用于空調(diào)扇葉的控制，具有步進角小、力矩大、控制精準等特點。步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變得非常的簡單。

3 軟件設(shè)計

軟件部分主要通過檢測HCSR501人體感應(yīng)模塊的輸出電平，當感應(yīng)到有人體活動則輸出相應(yīng)脈沖控制步進電機旋轉(zhuǎn)185.26度來打開盒蓋，連續(xù)10秒內(nèi)沒有感應(yīng)到?jīng)]有人體活動.185.26度來關(guān)閉盒蓋。

4 產(chǎn)品測試

使用者在紙巾盒右下角的人體運動檢測傳感器的半圓3米范圍內(nèi)時，傳感器檢測模塊檢測到人體運動后立即將信息傳輸?shù)絾纹瑱C，單片機接收到信息后執(zhí)行相應(yīng)的指令——控制步進電機轉(zhuǎn)動，而后紙巾盒外蓋被打開，執(zhí)行打開的指令的10秒內(nèi)，如果不再檢測到人體的運動，單片機執(zhí)行指令——控制步進電機反轉(zhuǎn)，而后紙巾盒外蓋被關(guān)閉，實現(xiàn)對暴露在空氣中的紙巾的防污染。

參考文獻：

[1]吳揚.傳感器技術(shù)及應(yīng)用[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2014 （02）.

[2]丁紅斌.基于單片機的機械手控制系統(tǒng)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017（14）.

項目：項目編號是20161205；課題級別：省級，審批部門：華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院，課題名稱：基于STEAM理念的小學(xué)科學(xué)創(chuàng)客教育與指導(dǎo)研究

作者簡介：鄭小冰（1994），女，漢族，廣東潮州人，本科，華南師范大學(xué)，研究方向：科學(xué)教育（師范）；李海東（1998），男，廣東人，華南師范大學(xué)；曾淑婷（1996），女，廣東人，華南師范大學(xué)；李國歡（1996），女，廣東人，華南師范大學(xué)，研究方向：科學(xué)教育（師范）。