设计能够识别金属的垃圾回收系统

张禄

有关调查发现，2013年我国城市生活垃圾总量已达1.8亿吨，城市生活垃圾堆积量已超过80亿吨，侵占土地约5亿平方米。预计2020年将会达到3.23亿吨，全国近700座城市中，约有三分之二的城市处于垃圾包围之中，有四分之一的城市已无适当场所堆放垃圾。而生活垃圾中，金属、纸类、塑料、玻璃可直接回收利用的资源约占垃圾总量的42.9%，大量的可回收垃圾被随意丢弃，不仅造成了资源的浪费，还污染了环境。2018年1月，教育部办公厅等六部门下发《关于在学校推进生活垃圾分类管理工作的通知》，对校园内垃圾分类管理工作提出了要求;2019年7月1日起，《上海市生活垃圾管理条例》正式实施，上海市开始了垃圾分类强制时代。

为在学校能有效实现金属垃圾的再利用，笔者设计制作了一款基于Arduino的金属垃圾回收系统，该系统通过Arduino开源硬件进行控制，能够实现金属垃圾与非金属垃圾的自动分类，从而实现金属垃圾更好的回收再利用。

● 金属垃圾回收系统的硬件实现

首先是金属垃圾回收系统的外壳设计。笔者使用SolidWorks制图软件，设计金属垃圾回收系统的结构外壳部分——主要是垃圾箱的箱体，包括外壳、两个抽屉、倾倒垃圾的摇板以及用于安放控制板的控制盒，设计完成的三维模型如图1所示，左图为外观主视图，右图为透视图。整个结构中较为特殊的是倾倒垃圾的摇板，其采用了船型结构，以便于舵机控制它左右倾斜，将垃圾倾倒下去。同时，笔者利用激光切割机将亚克力板切成相应的尺寸，并进行组装。

其次是电路部分的连接。电路部分包括控制板、输入模块、输出模块、供电模块。控制板使用DFRobot公司的Romeo三合一主板。输入模块为红外传感器、金属传感器（自制）;输出模块为180度金属舵机;供电模块则为7.4V锂电池（为控制板供电）、9V电池（为金属传感器供电）。

自制金属传感器时，笔者想到了监考时常见的金属探测仪。当检测到金属时，金属探测仪上的蜂鸣器会发出警报声（也可以调成震动模式）。笔者用了一种“偷懒”的方式，将一个外表有些破旧的金属探测仪的电路部分拆出进行改装，即将蜂鸣器拆掉，原本连接蜂鸣器的引脚焊接上两根导线（取名数字引脚），如图2所示。该传感器的物理学原理为电磁感应原理，通电的线圈（漆包铜线圈）会产生磁场，当金属通过该磁场时，如果引起磁通量的变化会产生感应电流，从而影响原来的磁场。该传感器在使用时，将开关打开，数字引脚连接至Arduino控制板即可编程控制，其中红色线接数字引脚，黑色线接GND。

将输入输出模块与Arduino控制板相连。其中，舵机连接数字引脚10，红外传感器连接数字引脚2，金属探测传感器连接数字引脚5;金属探测传感器使用9V电池供电，Arduino控制板使用7.4V电池供电，连接如图3所示。

● 金属垃圾回收系统的软件实现

该金属垃圾回收系统的运行流程是：当系统通过红外传感器检测到有垃圾投入时，便会启动自动识别系统，根据识别结果来控制舵机，倾倒垃圾的摇板会把含有金属的垃圾投放进金属垃圾回收桶，把不含金属的垃圾投放进非金属垃圾回收桶。

根据运行流程编写程序，本项目中编写程序使用的是图形化编程软件ArduBlock教育版，参考程序如图4所示。

● 拓展提升

本项目还可以进行改进和完善。例如，增加录放音模块，当有人投放垃圾时，播放声音“爱护环境，从我做起”。又如，将亚克力外壳贴上图纸以装饰美化，让垃圾回收系統更美观实用，如图5所示为笔者尝试的美化。再如，可以尝试将锂电池换成太阳能电池组，以更加实用。

● 结语

该金属垃圾回收系统目前的应用场景主要是在学校，因为需要电源来启动运作，又有Arduino、传感器、舵机等电子设备，所以可以放置在创客空间、走廊、会场内等地方，旨在通过宣传与普及垃圾分类，引导人们增加环保理念，增强社会责任感。同时，把金属垃圾与其他垃圾精准区分后，金属垃圾可由定点的垃圾回收站来清理收购，既可减少垃圾总量，又可实现一定的经济价值，这对于现代社会治理创新也有很好的促进和实践价值。

当然，本项目最有趣的工作是自制了一个金属传感器。大家身边废弃的家电中，其实可以拆解出很多有用的电子模块，如LED、蜂鸣器等。在废旧电子垃圾中拆卸零件，利用可乐瓶、金属罐和塑料盒作为开展创客活动的材料。“我们都爱电子垃圾”，这是《爱上Arduino》中的一句话，笔者认同这一理念，并希望能和更多教育创客一起感悟、践行。