摘要：在河流湖泊污染日益严重的情况下，针对大型打捞的局限性和人工打捞的危险性，本文设计了一款适合于小型湖泊和河流的水上垃圾收集器，该收集器通过远程操控来实现对垃圾的自动收集，在传统的垃圾打捞基础上实现智能化，减少劳动成本的同时，实现了资源的可回收利用，有利于保护河流湖泊的生态环境。
关键字：垃圾收集；环境保护；无线遥控；
随着我国社会经济和城市化进程的快速发展, 湖泊水环境污染问题日益突出，很多城市的小型湖泊和河流都存在不同程度的污染，漂浮着各种垃圾。目前存在人工和打捞船这两种打捞方式，其中打捞船适用于较大面积的河流湖泊和海洋中垃圾分布集中的区域，对于水域的边缘和水深较浅区域因船体体积过大无法实现，而人工打捞主要用于较小且复杂的流域，即费时费力又存在着一定的危险性。针对以上问题，本文提出并设计了一款基于无线遥控的水上垃圾收集器，利用人为远程操控，实现对水中垃圾的清理，同时减少人工打捞的危险，成本很低，有很好的市场前景。
1 功能介绍
本文设计了一种无线遥控的水上垃圾收集器，收集器主要由船体、传送系统、垃圾收集系统、动力系统和控制系统五部分组成。如图1所示为机器的工作流程图，收集器先由操作人员把垃圾收集器放入需要清洁的水中，通过对水面垃圾的判断，操作人员可远程遥控手柄，控制螺旋桨转速，从而实现转弯和前进的目的。前进过程中保持缓慢匀速，保证运动过程对垃圾产生的作用力最小，垃圾产生不必要的相对运动，机器到达目标位置之后，垃圾通过收集口进入前方的收割机转轮，转轮将收集到的垃圾送到金属网上面，进行滤水。然后通过传送带将垃圾运送到收集舱内，当传感器得到垃圾收集舱满了的信号时，会向控制人员返回相应的信息，控制人员可以操控方向，使其停靠最近的岸边，回收收集到的垃圾。操作人员可以用提出已满的垃圾袋，把垃圾倒出之后再放进去即可实现一次的垃圾收集。
2 设计方案
2.1 船体结构设计
本文设计开发了基于无线遥控的水面垃圾收集器，该收集器的船体结构主要由三个部分组成：1）船体，基于对浮力、吃水深度和重量的考虑，将两侧船体设计成流线型以减小阻力提升船的速度。船体采用工程塑料外壳，材料较轻，质量较好，浮力较大，抗水面风险能力较强；2）垃圾收集装置，在机器的前端放置一个收割机转轮，在船体前进时顺时针旋转将垃圾运送到金属网上，接着传送带将滤水之后的垃圾运送到收集仓；3）垃圾存储舱室，收集舱箱底由带孔洞的板组成，实现对垃圾的滤水之外也减少自身的前进阻力。该收集器的机械图如图2所示。
2.2各部分系统设计
1）动力系统
动力系统主要由螺旋桨、直流减速电机和电机支座组成。直流减速电机固定在电机支座上，电机支座放置在船体最后方两侧，螺旋桨通过传动轴和直流减速电机相连。系统的运动主要包括船体的运动以及传送带的运动。船体的运动由后方的两个电机带动螺旋桨运动，从而实现船的运动。传送带和滚轮的转动由6623电机通过链条进行驱动，前方和后方的传动比分别为1:5,1:4。
2）垃圾收集系统
垃圾收集系统主要由直流减速电机、传送带、齿轮组、直流减速电机支撑台、传送带滚筒支撑架、采集网以及垃圾箱组成。当船体遇到垃圾时，采集网将垃圾收集起来放到传送带上，由传送带运到垃圾箱中，垃圾收集系统是通过装置前面的滚轮转动将垃圾收集起来后放到传送带上，传送带运送垃圾送到垃圾箱中，从而实现垃圾的收集。垃圾箱由体积为220*500*320的收集箱构成，收纳容积较大，一次性可以清理比较宽的水域。
3）遥控系统
遥控系统由遥控器、信号接收器以及电子调速器组成。其中信号接收器主要用来控制垃圾收集船的电机，在动力系统中后方的两个电机与信号接收装置之间装有电子调速器，用于垃圾收集船的变速以及差速转弯。遥控系统是用来控制船体的运动状态，通过无线遥控向船体发出信号，船体上的信号接收器接收到信号后开始执行相应的命令。在遇到垃圾时，控制装置对垃圾进行收集。
4）供能系统
供能系统主要由蓄电池和太阳能板组成，蓄电池放于传送带的下方，太阳能板置于船体正上方的支撑板上，其中太阳能板可折叠收缩，方便摘装。（支撑板由四根收缩的支架撑起）。供能系统采用太阳能板与蓄电池相结合的方式为垃圾收集船的运动提供能量来源。太阳能板在有阳光的时候为蓄电池充电，同时蓄电池为整个系统提供能量来源；在阴天或者雨天时蓄电池单独为整个系统提供能量来源。本产品中太阳能板选用为开路电压18V，功率70W的太阳能极板，蓄电池电压选用12V，容量为38AH。
供能系统主要由蓄电池，太阳能板，BUCK电路，STM32单片机最小系统以及单片机系统电源组成。由于太阳能板的输出电压容易受太阳光照强度和温度的影响，所以不能直接与蓄电池相连，需要通过一个BUCK电路来间接为蓄电池充电。充电过程分为四个过程：涓流充电模式（PURL）、MPPT充电模式、过充电模式（OCP）与浮动充电模式（FLOAT）。
3 创新点和特色
1）收集器在遥控器的指令下进行前后左右运动，智能控制，实现快速准确将水中的漂浮物打捞起来，具有易于操作、收集效率高的特点。
2）蓄电池与太阳能板的结合利用，有效的利用了可再生能源，在意外断电的情况下拥有提供储备电量的能力，具有绿色节能的特点。
3）能够实现人船分离打捞，消除潜在的危险，减小劳动强度，改善打捞工作人员工作环境。
4 结语
生态文明建设一直是重中之重，改善环境质量，让水域变的干净美丽一直是我国努力的方向。本文设计并介绍了水上垃圾收集器，采用人工LoRa协议的无线遥控方式，消除垃圾分散和水面波动带来的不良影响，由操作者判断收集路线，更方便快速的收集垃圾，提高工作效率，有益于清理河道湖泊的垃圾，改善了河道湖泊的环境。
参考文献
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