长沙理工大学学生科技立项可行性报告.docx
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长沙理工大学学生科技立项可行性报告
关于研发“多方位环保型废电池回收箱
——废电池绿飓风袭卷者”可行性报告
作者：
机制1004班科技创新小组
指导老师：
张凌郑斌
项目顾问老师：
欧彩玲彭霞
一．立项背景及意义
（1）立项背景
随着人民物质生活的提高，电池的使用愈来愈广泛，废弃的电池数量巨大，环境问题越来越突出，废旧电池的处理问题也越来越受到关注。
废旧电池潜在的污染已引起社会各界的广泛关注。
我国是世界上头号干电池生产和消费大国，有资料表明，我国目前有1400多家电池生产企业，1980年干电池的生产量已超过美国而跃居世界第一。
1998年我国干电池的生产量达到140亿只，而同年世界干电池的总产量约为300亿只。
如此庞大的电池数量，使得一个极大的问题暴露出来，那就是如何让这么多的电池不去破坏污染我们生存的环境。
据调查，废旧电池内含有大量的重金属以及废酸、废碱等电解质溶液。
如果随意丢弃，腐败的电池会破坏我们的水源，侵蚀我们赖以生存的庄稼和土地，导致我们的生存环境面临着巨大的威胁。
有关资料表明，如果一节一号电池在地里腐烂，它的有毒物质能使一平方米的土地失去使用价值；扔一粒纽扣电池进水里，它其中所含的有毒物质会造成60万升水体的污染，相当于一个人一生的用水量；废旧电池中含有重金属镉、铅、汞、镍、锌、锰等，其中镉、铅、汞是对人体危害较大的物质。
而镍、锌等金属虽然在一定浓度范围内是有益物质，但在环境中超过极限，也将对人体造成危害。
废旧电池中的重金属会影响种子的萌发与生长。
废旧电池渗出的重金属会造成江、河、湖、海等水体的污染，危及水生物的生存和水资源的利用，间接威胁人类的健康。
废酸、废碱等电解质溶液可能污染土地，使土地酸化和盐碱化，这就如同埋在我们身边的一颗定时炸弹。
因此，对废旧电池的收集与处置非常重要，如果处置不当，可能对生态环境和人类健康造成严重危害。
随意丢弃废旧电池不仅污染环境，也是一种资源浪费。
有人算了一笔帐以全国每年生产100亿只电池计算，全年消耗15.6万吨锌，22.6万吨二氧化锰，2080吨铜，2.7万吨氯化锌，7.9万吨氯化铵，4.3万吨碳棒。
尽管先进的科技已给了我们正确的指向，但我国的电池污染现象仍不容乐观。
目前我国的大部分废旧电池混入生活垃圾被一并埋入地下，久而久之，经过转化使电池腐烂，重金属溶出，既可能污染地下水体，又可能污染土壤，最终通过各种途径进入人的食物链。
生物从环境中摄取的重金属经过食物链的生物放大作用，逐级在较高级的生物中成千上万倍地富集，然后经过食物链进入人的身体，在某些器官中积蓄造成慢性中毒，日本的水俣病就是汞中毒的典型案例。
目前人类赖以生存的地球遭受破坏和污染的现象越来越严重。
一颗小小的废电池在被随意丢弃后，能污染一大块干净的土地而致使其多年不能再被用来种植；污染一方水资源使得原本就已是珍贵的淡水资源变得更加稀少。
针对小小废电池造成大污染这一环保问题，同时响应世界环保、倡导绿色、为子孙后代留下一片纯洁天地的号召。
我们研发了这样一台集节能、环保、绿色、运动为一体的多方位环保型废电池回收箱。
（2）立项意义
对废电池的管理，我们可以看看其它发达国家的政策。
据环保专家介绍，为加强对废电池的回收管理，德国实施了废电池回收管理新规定。
规定要求消费者将使用完的干电池、钮扣电池等各种类型的电池送交商店或废品回收站回收，商店和废品回收站必须无条件接受废电池，并转送处理厂家进行回收处理。
同时，他们还对有毒性的镍镉电池和含汞电池实行押金制度，即消费者购买每节电池中含有一定的押金，当消费者拿着废旧电池来换时，价格中可以自动扣除押金。
在废电池的处理方面，瑞士有两家专门加工利用旧电池的工厂，其中一家工厂采取的方法是将旧电池磨碎，然后送往炉内加热，这时可提取挥发出的汞，温度更高时锌也蒸发，锰和铁熔合后成为炼钢所需的锰铁合金。
这家工厂一年可加工２０００吨废电池，可获得７８０吨锰铁合金、４００吨锌和３吨汞。
另一家工厂则是直接从电池中提取铁元素，并将氧化锰、氧化锌、氧化铜和氧化镍等金属混合物作为金属废料直接出售。
目前，在我国有关废旧电池的回收与处理的工艺还不太成熟，由于电池所含元素种类多而量少，处理起来成本很高。
因此，在各地方建立处理站是不可能的。
我们所知道的目前比较有规模的处理厂建在河北易县，它是与北京一所高校联合运行的。
目前我们所能做的就是尽量将废旧的电池集中起来，避免到处散布而污染环境。
而现在海口市共设置了200多个废电池回收箱，回收的电池集中送到郊区指定的地方进行处理。
人们对于废电池回收的态度多为支持，但是很多人认为国内缺乏有效的回收机制和处理能力。
另外，没有足够的回收点，很不便。
所以，建立健全的废电池回收机制，回收废电池集中处理是一种必然的趋势。
为了环境更美好，回收利用废电池更是一种义务。
本项目研究的多方位环保型废电池回收箱相对于传统的简易废电池回收箱而言，更加符合现代人的价值取向，更加契合人们的兴趣心理，比传统废电池回收箱更能吸引人们的眼球。
在凸显其本身所具备功能的同时，还兼顾到它丰富的独特含义和独具审美艺术价值的造型。
最为重要的是本研究项目能通过人与机器的互动及感官传达寓意来积极主动、潜移默化地引导人们收集、回收废电池，并在人们心中逐步树立和坚定绿色环保的人生信条。
极大效率地发挥了废旧电池回收的功能，也在人类的精神世界中起着永恒的教育意义，具备了传统废电池回收箱无可比拟的历史前瞻性。
二．项目主要研究内容、技术关键以及科研创新的主要方式。
（一）主要研发内容。
目标定位
本项目主要是作为公共设施应用于国家的社会公益事业，与电池生产厂家和回收厂家直接联系。
克服传统废电池回收箱功能单一、废电池回收效率不高等缺陷而设计的具备其独特优点和强大的功能的一款废电池回收箱。
能为进一步美化换进增添又一亮点。
项目外观及内部结构
本项目装置的基本结构如下：
（1）游戏平台设置。
（2）自行车锻炼器材生电供能装置。
（3）以旧换新电池奖放装置。
（4）废电池个数计时电话。
（5）闪电状循环组合支撑架
（6）绿叶状顶棚盖。
主视图后视图
图1，多方位环保型废电池回收箱外形图
说明：
由于设计时小组内部成员对项目外观设计有不同想法，经过讨论后确定回收箱外观左右侧为两种方案。
方案一：
部分组员认为回收箱外观只需将功能集中到前后两个面上，左右两侧没有内容。
此方案有点：
节约材料，布局对称。
方案二：
部分组员认为回收箱的功能要分布到外观的四周。
主视图和后视图不变，左视图为游戏版面，右视图为以旧换新电池奖放装置，图中主要显示电池计数。
此方案优点：
方便多个人同时使用该机器。
（二）详细介绍结构作用及其功能。
“游戏平台设置”可以通过设置不同的游戏内容来吸引不同人群来投掷废电池。
类比于游戏币，每投入规定数量的电池则可玩一次游戏（数量由兑换厂家规定）。
主要适用于少量多次等零散的废电池回收，针对小孩等对游戏感兴趣的人群。
“自行车锻炼器材生电供能装置”为那些喜欢搞体育锻炼的人群提供了锻炼器材。
在他们锻炼身体的同时转换装置将动能转换成电能储存在蓄电池中。
储蓄在蓄电池中的电可供机器运作、照明，也可通过输出接口让健身的人给手机、mp3、mp4等充电。
当储蓄的电量不足时机器用电将切换到城市电网。
在锻炼者前方，视野能随意可及的屏幕面板上设置励志标语。
标语主要鼓励锻炼者坚持锻炼，自强不息。
当锻炼者踩踏锻炼装置时，系统内的计速器同时运转，将信息传到屏幕面板，屏幕面板则会显示锻炼者的运动状况。
锻炼者可以通过锻炼时注意到废电池回收的信息，不自觉的就会将自己家里的废电池带过来回收。
“以旧换新电池奖放装置”能在人们投入规定数量的废电池后，为了表示对积极响应废电池回收的环保行为的嘉奖，机器将吐出一定数量的新电池回馈给投掷者。
与电池生产厂家合作后，奖励新电池数量由兑换厂家规定。
奖放装置主要工作图
"废电池检测装置"
为了检测投入的是否为废电池，我们设计了两道检测装置。
图2，多方位环保型废电池回收箱主要工作流程图、内部结构图。
第一道检测装置，主要由一些导线和微型灵敏电流计组成。
当目标物体投入投掷口后，通过第一道检测装置。
根据电池导电的原理，微型灵敏电流计则检测到该物体是否导电，初步判定该物体是导体还是非导体。
非导体直接吐出，导体进入下一道检测装置。
第二道检测装置，主要由导线和微型电压表组成。
用于测量该物体的电量。
该装置预先通过多方面调查和咨询后设定电池的高低电量的界限。
如果该物体没有电量或者电量超过旧电池的额度，则退出该物。
在没有电量和高电量之间的被判定为低电量的旧电池，则进行第三道程序。
第三道程序，由单片机控制程序完成计数、控制游戏的开关、控制新电池的导出、控制在旧电池回收箱满时自动停机。
此外，该机器预留升级装置，可以安装一个播音装置。
设定一些褒奖、感谢环保行为的话语。
在以旧换新的同时播出。
或者可以安装录音设备，录下人们以旧换新后的环保感言。
到时后可以用特定的网站、在环保节目上定期播放，给我们的后代留下回首他们先辈在环保史上奋斗的资料。
“废电池个数计时电话”的内部电路图如下图所示，其中：
装置A为话机；
如下图所示，器件B内部结构为：
废旧电池计数器+传感器+时控开关.
当从相应的投掷口投入废电池后，计数器记下电池的个数。
传感器接收“电池个数”这一信号，然后再将信号传给时控开关。
时控开关根据电池的个数制定通话开关闭合时间，限定通话时间。
并在通话结束前一分钟时，主动提示“通话一分钟后即将结束”。
“绿叶状顶棚盖”用来给机箱体遮风挡雨、防暴晒。
提供了一个良好的安置及工作环境，延长机器的使用寿命。
独特的绿叶状造型也象征了绿色环保，在给人们提供艺术享受的同时，也传达了环保的寓意。
“闪电状循环组合支撑架”用来连接机箱体与顶棚盖。
其独特的造型寓意着电的循环利用，从而人们可以更深刻地意识到节约用电的重要性，也传达了废电池回收循环利用的寓意。
（三）科研创新的主要方式
以上功能的实现基于ARM7单片机主控制实现。
ARM7处理器以其高性能、低价位、低能耗等特点而广泛应用于智能控制的各个领域，以ARM7处理器为核心的智能产品以其优异的性能深受用户喜爱。
游戏编制及功能界面由VS2008编写完成。
在应用游戏程序软件界面设计中，本软件采用microsoft公司的windows系列操作系统为工作环境，visualC++2008（旗舰版）作为集成开发环境，其中visualC++2008是微软公司最优，功能也是最全的开发环境，VisualC++2008能够设计出清爽、独特的界面，加之其整合了便利的除错工具，能够大大减少开发人员的出错率，缩短软件开发周期的同时也增强了软件的质量。
本应用程序软件的开发需要对游戏知识的一些基本概念性知识进行大量了解，以方便软件的后期开发的顺利进行，对软件功能逐一实现，通过自身掌握及对新知识的学习，将软件功能算法通过visualC++2008开发工具和应用程序设计框架一一实现，并在后期进行调试和测试，以确保游戏软件的吸引力。
（四）技术关键。
（1）实现自行车锻炼器材生电、储电；
（2）实现电池、杂物的筛选；实现废电池的计数；
（3）实现新电池的奖放；实现废电池个数计时通话；
（4）实现废电池投掷口对多种类不同电池的普适性等技术。
（五）创新点及意义。
本项目所研究的废电池回收箱解决了传统废电池回收方式吸引力弱、效率低、教育意义不深刻的缺陷，适用于社会、国家乃至世界对废电池的回收，且在废电池回收的精神教育层面具备显著的优势。
通过长时间地调动人们的环保互动性及环保寓意的感官表达，对人们的影响将会潜移默化，拥有能从根本上根治环保病的强大潜力。
三．项目预期目标
本项目对废电池的回收功能强大，教育意义突出，在环保方面影响意义深远。
在制作实体模型时，能联系到生产电池的生产厂家，说服对方进行投资赞助。
因为这样可以在解决电池污染问题的同时，为电池生产厂家回收到了生产的原材料。
奖励新电池时也是对电池的一种推销，这对其产品的销售也是有益的。
生产厂家利用回收到得原材料获得收益，也减轻了资源开采带来的环境问题，从而达到良性循环的效果。
实物进行推行使用时，与各通讯公司合作。
根据电话时长制定合理的合作项目。
由于是环保这一全人类的问题，通讯公司也会当仁不让地维持“废电池个数计时电话”运作。
这样既为对方提供了更多的业务，也提升了该公司的环保公益形象。
四．对本项目的保护方案策略
人类已经进入21世纪。
在这个充满希望的新世纪，科学技术和文学艺术高速发展并将取得更加辉煌的成就。
伴随着信息社会和知识经济的到来，知识产权的保护与经济、科技和文化发展之间的矛盾、发达国家与欠发达国家之间的矛盾日显突出，同时，知识产权制度在促进经济发展、科技进步和文化繁荣等方面也将发挥越来越重要的作用。
我们小组通过商定，决定做一下知识产权保护：
（1）申请实用新型专利。
实用新型专利又称小发明或小专利，是专利权的客体，是专利法保护的对象，是指依法应授予专利权的实用新型。
实用新型通常是指对产品的形状、构造或者其结合所提出的适于实用的新的技术方案。
由于本项目产品外观形状特殊，与回收箱环保意义相结合，是对类似产品的一种创新。
这种创新结果应当得到有利的保护，所以我们准备申请使用新型专利。
（2）做出实物产品模型。
做出实物产品模型对产品实现其功能的有利体现，是成功开发产品的必须条件。
先实现各个模块的功能，然后综合各个模块形成模型整体。
（3）申请发明专利。
五．项目实施方案及计划进度安排
第一阶段：
2011年11月到2011年12月31日，对该项目进行深层次的理解，仔细进行前期调研，编写设计项目需求分析及开发文档，设计规划各个功能模块及其接口，为下一阶段做准备。
第二阶段：
2012年1月，完善图纸和理论设计。
第三阶段：
2012年1月到2012年3月，解决项目中存在的关键技术问题。
其中包括学习单片机控制系统、传感检测装置、游戏平台硬件及软件的开发。
第四阶段：
2012年4月~11月选购器材及设备、制作材料。
制作单个模块。
将各个模块连成一个有序的一个整体，形成一套完整的系统，完成实物主要模型的制作。
第五阶段：
2012年11月到2012年12月，撰写论文并提交项目总结报告。
第六阶段：
对实物模型进行功能拓展，并发表项目论文。
六．经费计算
模块名称
器材
数量
单价
合计
游戏平台设置
LCD显示屏
1
50元
150元
游戏控制电路板
1
100元
自行车锻炼器材生电供能装置
机械能转电能模块
1
220元
646元
类自行车机械结构架
1
100元
蓄电池
1
326元
以旧换新电池奖放装置
单片机主控装置
1
274元
435元
传感器检测装置
1
57元
新电池吐放装置
1
39元
废电池识别、收集装置
1
65元
废电池个数计时电话
电话机
1
62元
100元
计数器装置
1
38元
闪电状循环组合支撑架
不锈钢
若干平米
57元
57元
绿叶状顶棚盖
绿色涂料
1桶
30元
130元
合成硬质材料
若干平米
100元
外围立体结构架
耐腐蚀不锈钢材料、塑料
若干平米
300元
300元
总计费用
1818元
七．小组分工合作情况。
（分组情况另行安排）
黄煌：
项目整体规划、以旧换新电池奖放装置主研发、资料整理和文档编写、内部废电池检测程序开发，单片机主控电路开发。
舒雄：
废电池回收箱外观结构设计（包括闪电状循环组合支撑架，绿叶状顶棚盖）、社会调研。
黄佳亮：
游戏平台设置开发，以旧换新电池奖放装置
王彬：
材料、经费计算，废电池个数计时电话
邹伯醇：
自行车锻炼器材生电供能装置。
升级会员 