太阳能夜灯智能消毒垃圾桶的设计研究

张哲华 陈鑫鑫 王辛岩

（西藏大学，西藏 拉萨850000）

1 背景

自公共卫生事件发生以来，人民对自身健康方面的问题更加重视和关注，这场大型的公共卫生事故，不仅对人民生命健康安全造成伤害威胁还对国家经济体制造成影响，大多数企业商铺停产停工，医护人员在抗疫一线失去了生命。这时，需要人人注意卫生，减少病毒传播带来的流行性疾病的可能性，将大型医疗事故扼杀在摇篮中。因此，针对此问题，本文研究并设计了一款太阳能夜灯智能消毒垃圾桶。

2 工作原理

设备通过太阳能作为能源，其内部含有LED 夜灯电路、紫光灯消毒设备和红外感应装置，总体通过单片机调控，市民在丢垃圾之后，将手放在设备感应装置前，设备的感应器感应到后，就会喷出定量的消毒水对手部消毒，其次垃圾桶内部的紫光灯通过电路板的控制，可以通过遥控定时开关对垃圾桶内部垃圾进行消毒灭菌。从而清洁双手起到反病毒、手上零病毒垃圾桶内零病毒的作用（见图1）。

图1 设备流程图

3 智能垃圾桶的功能设计

3.1 太阳能能源利用功能

相关研究表明每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130 万亿吨煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。根据太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳能无枯竭危险，不需要市政额外电力输入，安全可靠，无噪声，无污染排放外，建设周期短，且无须开采和运输。根据国家数据统计局统计2020 年4 月份能源生产中，电力总体生产由降转增。4 月份，发电量为5543 亿千瓦时，同比增长了0.3%，和上个月总发电量相比较下降了4.6%，日均发电量也达到了184.8 亿千瓦时，环比增加6.6 亿千瓦时。1-4 月份，发电量总量达到21388 亿千瓦时，同比去年同时下降了5.0%。其中，火电增速由负转正，水电降幅扩大，风电增速回落，自然能力发电总体承上升趋势（如图2）。

图2 电力生产情况图

本产品采用太能盖板供电（如图3），基本解决日常电能所需。通过太阳光照射半导体光电二极管，将光能转化在晶体硅太阳能电池片中形成电能。运用单片机调控，光敏电阻、红外感应元件作为开关判断。存储的电能基本可以满足日常设备所需，夜晚将其转化为光能为行人照明，可以减少路灯在夜间相对凌晨的电量输送，降低电量，达到能源节约。本产品可以将太阳能充分利用，达到保护环境，绿色友好的生态观念。

图3 上层太阳能盖板图

3.2 夜灯功能

本产品含有夜灯设计，光敏电阻控制开关，不仅利用太阳能给其设备供电，还可以在夜晚作为夜灯对人行道进行照明。具有很强的环保性，经笔者调查，城市周边主要街道17:00-3:00 期间内人流量，得出在23:00 之后几乎所有街道人流量骤然下降（如图4），路灯常亮，对电力消耗较大，采取太阳能夜灯智能消毒垃圾桶可以减少对电力的消耗，仅采用夜灯形式对人行道照明，减少道路上人行道照明路灯工作数量，两者相互配合，达到节能减排，也不会降低市民的夜晚出行的体验感受。

图4 周边街道夜晚人流量统计图

夜灯可以节省夜间路灯电量消耗，节约道路的占地面积，完善城市功能，强化地方风貌特征，提升发展品味。太阳能夜灯智能消毒垃圾桶不仅提升市民的生活卫生质量，还增强人们环保绿色的意识，更能带动经济的发展。做到能源充分利用，减少资源消耗，能源绿色环保的发展理念。

3.3 智能消毒功能

在城市建设中，垃圾桶作为道路上最常见的公共设施，也是最容易产生和传播病毒的地方。经国家科学院研究表明未经消毒双手的细菌总数为1441 个/cm2, 大肠菌数MPN 为15，而经过消毒的双手细菌的平均数为364 个/cm2, 大肠菌群为0～6(MPN)个/cm2。由此证明日常消毒对抑制病毒的传播的重要性。设备内部含有定时紫光灯消毒设备，对垃圾桶内部的表面进行光照消毒，外部含有红外感应，当市民扔完垃圾之后，可以把手放在感应区，会有少量的消毒液喷洒到手上，对手部进行消毒。

考虑各街道人流量等密度，选取合适的位置进行摆放，防止因病毒而引起大规模的卫生安全事故，并且太阳能可以改善市民日常出行的低碳需求，积极建设低碳城市，与其耗费国家大量财力物力，不如提前做好预防，将病毒扼杀在摇篮中（如图5）。

图5 预期布置街道渲染图

4 设计实物

以容量50L 的垃圾桶为例进行设计，详情见图6。

图6 理论设计效果图

5 结论

本文利用Auto CAD、3Ds MAX 等设计软件进行设计，结合实地调研数据分析，根据分析结果，设计了太阳能夜灯智能消毒垃圾桶，该产品利用太阳能将垃圾桶与消毒设备新颖结合，将垃圾桶智能化，使产品具有自动消毒定时开关和人为外部遥控智能控制功能，垃圾桶上部的自动消毒水设备和内部的紫光灯可以有效减少病毒传播，一定程度上起到防疫作用，降低流行性疾病暴发的概率。但以上设计研究均属于最基础的理论模型，并未进行电路分析实验，分析耐用度以及产品本生抵抗外界不良因素的影响，后期将从这些方面进行分析完善，并利用MATLE LAB 预测分析产品对社会公共卫生环保方面能够带来的优势，使高科技与绿色环保发展相结合，提高城市知名度，成为了城市的标签，也同时促进经济的增长。