第六章设计创新案例 6.1基于Fun Theory的I旧电池回收箱创新设计 6.1.1需求背景 我们日常所用的普通干电池，主要有酸性锌锰电池和碱性锌锰电池两类，它 们都含有汞、锰、镉、铅、锌等各种金属物质。我们用过的电池被遗弃后，电池 的外壳会慢慢腐蚀，其中的重金属物质会逐渐渗入水体和土壤，造成污染。重金 属污染的最大特点是它在自然界中不能降解，只能通过净化作用将污染消除。有 关资料显示：一节电池产生的有害物质能污染60万升水，等于一个人一生的饮 水量：一节烂在地里的一号电池能吞噬一平方米土地，并可造成永久性公害。 虽然有一些回收渠道，但是我国废旧电池回收利用的现状不容乐观。目前， 我国的电池生产企业有350多家，每年各类电池的年生产量约150-160亿只，国 内消费量为70亿只左右，并且这个数据每年以10%左右的速度在增长，但回收 力度却不足2%。分析表明，有以下三个主要原因。 1)对废旧电池回收利用的关注度低 由于宣传教育力度不够，居民对于废旧电池的危害缺乏认识，环保意识淡薄， 不能积极主动的参与废旧电池回收处理。人们在购买电池时也并不考虑其是否符 合环保标准。很多设置的废旧电池回收箱被当作垃圾箱，形同虚设。 2）相关法律制度不健全 虽然公众已经开始关注环保问题，但是截至目前，我国仍然缺乏针对废旧电 池回收的具体措施，尚未有切实有效的法律法规出台，生产者、使用者和管理者 之间各自应承担的责任仍不明确。 3)处理技术要求高、利润低、难以形成规模经济 各种经济因素制约着废旧电池处理产业的发展。废旧电池处理回报率低、处 理技术要求高、利润回报周期长的特性导致了很难吸引投资者，所以也就很难形 成产业化的规模。1997年北京刚开始回收旧电池时，曾有七八家企业进入废旧电 池处理行业，但后来都退出了。全国第一个最大和专业的废旧回收处理企业，目 前因为种种原因面临着停产危机
第六章 设计创新案例 6.1 基于 Fun Theory 的旧电池回收箱创新设计 6.1.1 需求背景 我们日常所用的普通干电池，主要有酸性锌锰电池和碱性锌锰电池两类，它 们都含有汞、锰、镉、铅、锌等各种金属物质。我们用过的电池被遗弃后，电池 的外壳会慢慢腐蚀，其中的重金属物质会逐渐渗入水体和土壤，造成污染。重金 属污染的最大特点是它在自然界中不能降解，只能通过净化作用将污染消除。有 关资料显示：一节电池产生的有害物质能污染 60 万升水，等于一个人一生的饮 水量：一节烂在地里的一号电池能吞噬一平方米土地，并可造成永久性公害。 虽然有一些回收渠道,但是我国废旧电池回收利用的现状不容乐观。目前, 我国的电池生产企业有 350 多家,每年各类电池的年生产量约 150-160 亿只，国 内消费量为 70 亿只左右，并且这个数据每年以 10%左右的速度在增长，但回收 力度却不足 2%。分析表明，有以下三个主要原因。 1) 对废旧电池回收利用的关注度低 由于宣传教育力度不够，居民对于废旧电池的危害缺乏认识，环保意识淡薄， 不能积极主动的参与废旧电池回收处理。人们在购买电池时也并不考虑其是否符 合环保标准。很多设置的废旧电池回收箱被当作垃圾箱，形同虚设。 2) 相关法律制度不健全 虽然公众已经开始关注环保问题,但是截至目前，我国仍然缺乏针对废旧电 池回收的具体措施，尚未有切实有效的法律法规出台，生产者、使用者和管理者 之间各自应承担的责任仍不明确。 3) 处理技术要求高、利润低、难以形成规模经济 各种经济因素制约着废旧电池处理产业的发展。废旧电池处理回报率低、处 理技术要求高、利润回报周期长的特性导致了很难吸引投资者，所以也就很难形 成产业化的规模。1997 年北京刚开始回收旧电池时,曾有七八家企业进入废旧电 池处理行业，但后来都退出了。全国第一个最大和专业的废旧回收处理企业，目 前因为种种原因面临着停产危机
此外，低回收率也直接限制了处理规模的扩大和处理技术的提高，严重阻碍 了废旧干电池回收利用的产业化进程，很多耗巨资建成的处理中心，因回收不到 足够的废旧电池，面临停运的尴尬窘境。一些不正规的小企业由于缺乏必要的技 术支持和处理设备，不但很难有效回收利用，反而还会造成更为严重的二次污染。 废电池回收在全世界都是一个重要话题，世界很多国家都有不少成功的经验。 作为一名本科生，我立足于最基本的方面，同时受到德国大众汽车The Fun Theory 的启发，我设计了一款新型废旧电池回收箱。初步设想是：该回收箱能在用户投 入电池时，给用户带来一些快乐。例如，可以播放一首音乐，讲一个笑话，甚至 可以驱动电动幼儿玩具（如摇摇马）等。在本设计中，由于时间和成本的关系， 仅通过灯光、声音等形式来模拟能给用户带来快乐的音乐、笑话等。 6.1.2概念设计 为了使投入废旧电池变得有趣，新型的回收箱安装有照明和发声装置。人们 向箱体投入电池后，箱体的照明装置会产生闪烁的灯光效果，此时若按下箱体上 的开关，箱体则可以为附近的人们播放音乐。到达设定时间后，回收箱的灯光和 音乐效果自动停止，直至再次有电池投入。图1为上述电池回收箱的主要功能结 构。 用户 娱乐用户〉高兴的用户 电能 开关 信号 7 音乐 信号 播放音乐--→声音- 电池一检测电池 存放电池 电能 电信号…闪烁灯光…》灯光一 开关 信号 图1功能结构 根据上图，为每个功能选择可能的解决方案，编写解决方案列表。在本课程 的实验中，我们选取光电二极管、LED灯、扬声器和箱体作为废旧电池回收箱的 解决方案。 表1解决方案
此外，低回收率也直接限制了处理规模的扩大和处理技术的提高，严重阻碍 了废旧干电池回收利用的产业化进程，很多耗巨资建成的处理中心，因回收不到 足够的废旧电池，面临停运的尴尬窘境。一些不正规的小企业由于缺乏必要的技 术支持和处理设备，不但很难有效回收利用，反而还会造成更为严重的二次污染。 废电池回收在全世界都是一个重要话题，世界很多国家都有不少成功的经验。 作为一名本科生，我立足于最基本的方面，同时受到德国大众汽车The Fun Theory 的启发，我设计了一款新型废旧电池回收箱。初步设想是：该回收箱能在用户投 入电池时，给用户带来一些快乐。例如，可以播放一首音乐，讲一个笑话，甚至 可以驱动电动幼儿玩具（如摇摇马）等。在本设计中，由于时间和成本的关系， 仅通过灯光、声音等形式来模拟能给用户带来快乐的音乐、笑话等。 6.1.2 概念设计 为了使投入废旧电池变得有趣，新型的回收箱安装有照明和发声装置。人们 向箱体投入电池后，箱体的照明装置会产生闪烁的灯光效果，此时若按下箱体上 的开关，箱体则可以为附近的人们播放音乐。到达设定时间后，回收箱的灯光和 音乐效果自动停止，直至再次有电池投入。图 1 为上述电池回收箱的主要功能结 构。 播放音乐 声音 开关 信号 电能 用户 娱乐用户 高兴的用户 音乐 信号 电信号 闪烁灯光 灯光 电能 电池 检测电池 存放电池 开关 信号 图 1 功能结构 根据上图，为每个功能选择可能的解决方案，编写解决方案列表。在本课程 的实验中，我们选取光电二极管、LED 灯、扬声器和箱体作为废旧电池回收箱的 解决方案。 表 1 解决方案
功能 检测 照明 播放音乐 存放 方案 1 光电二极管 LED灯 扬声器 箱体 2 限位开关 霓虹灯 光电二极管和发光二极管对置安装在回收箱的投入口内侧，用以实现检测是 否有电池投入的功能，同时向照明和播放音乐模块发出信号。当人们投入电池时， 投入口的挡板被推开向内旋转，遮挡在光电二极管与发光二极管之间，光电二极 管不产生电流。投入电池后，挡板在弹簧作用下复位，发光二极管的光线照射到 光电二极管，光电二极管产生电流。 LED灯布置灵活，功率较小，用以实现照明功能。照明电路的通断由光电二 极管控制。 播放音乐模块使用扬声器，电路的通断由光电二极管和音乐开关控制。 箱体具有引导电池进入的通道，和工作人员用于取出电池的门。 6.1.3人员分工 从小组确定到最终作品完成，废旧电池回收箱的方案实现总共有三个主要部 分。 首先是小组方案讨论过程。在这个过程中，我们具体讨论了整个电池回收箱 的各个细节的设计及实现方法。在这个过程中，全体组员都在发挥自己的专业特 点，对电池回收箱的设计提出了自己的想法。例如王笛和楼茜蓉同学主要对回收 箱的外观提出了自己的想法，设计了如何才能使回收箱更加引人注意，以达到令 人们关注的效果。而周凌清和陆源同学则对回收箱内各个结构如何实现提出了很 多具体的意见，包括总电路的控制及音乐开关的设计。高官涛同学则更加注意电 池回收箱的异物排出功能，并对此方面提出了很多设计，但是由于方案实现过程 中难度较大，因此异物排出功能没有最终实现。 接下来是材料购买和基本制作过程.这个过程开始之初我们分为了3个小组， 分别是楼茜蓉和王笛、高官涛和陆源、我和周凌清。3个小组分别寻找和购买电 池回收箱所需要的材料，因此材料的购买工作很快完成，并且在材料购买完成后 用一节课时间就完成了电池回收箱的基本主体的制作工作。使电池回收箱的基本
功能 方案 检测 照明 播放音乐 存放 1 光电二极管 LED 灯 扬声器 箱体 2 限位开关 霓虹灯 光电二极管和发光二极管对置安装在回收箱的投入口内侧，用以实现检测是 否有电池投入的功能，同时向照明和播放音乐模块发出信号。当人们投入电池时， 投入口的挡板被推开向内旋转，遮挡在光电二极管与发光二极管之间，光电二极 管不产生电流。投入电池后，挡板在弹簧作用下复位，发光二极管的光线照射到 光电二极管，光电二极管产生电流。 LED 灯布置灵活，功率较小，用以实现照明功能。照明电路的通断由光电二 极管控制。 播放音乐模块使用扬声器，电路的通断由光电二极管和音乐开关控制。 箱体具有引导电池进入的通道，和工作人员用于取出电池的门。 6.1.3 人员分工 从小组确定到最终作品完成，废旧电池回收箱的方案实现总共有三个主要部 分。 首先是小组方案讨论过程。在这个过程中，我们具体讨论了整个电池回收箱 的各个细节的设计及实现方法。在这个过程中，全体组员都在发挥自己的专业特 点，对电池回收箱的设计提出了自己的想法。例如王笛和楼茜蓉同学主要对回收 箱的外观提出了自己的想法，设计了如何才能使回收箱更加引人注意，以达到令 人们关注的效果。而周凌清和陆源同学则对回收箱内各个结构如何实现提出了很 多具体的意见，包括总电路的控制及音乐开关的设计。高官涛同学则更加注意电 池回收箱的异物排出功能，并对此方面提出了很多设计，但是由于方案实现过程 中难度较大，因此异物排出功能没有最终实现。 接下来是材料购买和基本制作过程。这个过程开始之初我们分为了 3 个小组， 分别是楼茜蓉和王笛、高官涛和陆源、我和周凌清。3 个小组分别寻找和购买电 池回收箱所需要的材料，因此材料的购买工作很快完成，并且在材料购买完成后 用一节课时间就完成了电池回收箱的基本主体的制作工作。使电池回收箱的基本
结构得到了确定，因此可以进一步的完善电池回收箱的内部细节。 最后就是方案的细化部分。在这个部分中每个人分别对电池回收箱的不同部 分进行了细化和完善。我完成了电池回收箱内的整个电路部分，周凌清完成了电 池回收箱的音乐开关部分，王笛设计了电池回收箱的外观及灯光，高官涛、陆源 和楼茜蓉共同完成了电池回收箱全部的灯光安装。 总的小组人员分工情况见表2。 表2人员分工 姓名 工作内容 苏航 材料采购、整体电路设计和加工 楼茜蓉 外观设计、材料采购、LED灯安装 王笛 外观设计、材料采购、灯光设计 周凌清 结构设计、材料采购、音乐开关制作 陆源 结构设计、材料采购、LED灯安装 高官涛 异物处理功能、材料采购、LED灯安装 6.1.4 实现过程 实现过程如下： 1)设计控制电路 当光电二极管产生电流时，LED灯的控制电路使LED灯的电源电路断开：当 光电二极管不产生电流时，LED灯的控制电路使LED灯工作，同时开启延时功能， 到达设定时间前，LED灯的工作状态不再受光电二极管影响。 当光电二极管产生电流时，音乐播放器的控制电路使播放器的电源电路断开。 当光电二极管不产生电流时，开启延时功能，若音乐开关在设计时间内闭合，则 音乐播放器自动开始工作，同时LED灯停止工作。 2)制作音乐播放器 改造采购的门铃，用作方案中的扬声器。 3)连接和测试电路 连接各控制电路、开关、检测模块（含发光二极管和光电二极管）、LED灯、 音乐播放器。模拟投入电池（遮挡光电二极管），观察系统的行为是否符合预期：
结构得到了确定，因此可以进一步的完善电池回收箱的内部细节。 最后就是方案的细化部分。在这个部分中每个人分别对电池回收箱的不同部 分进行了细化和完善。我完成了电池回收箱内的整个电路部分，周凌清完成了电 池回收箱的音乐开关部分，王笛设计了电池回收箱的外观及灯光，高官涛、陆源 和楼茜蓉共同完成了电池回收箱全部的灯光安装。 总的小组人员分工情况见表 2。 表 2 人员分工 姓名 工作内容 苏航 材料采购、整体电路设计和加工 楼茜蓉 外观设计、材料采购、LED 灯安装 王笛 外观设计、材料采购、灯光设计 周凌清 结构设计、材料采购、音乐开关制作 陆源 结构设计、材料采购、LED 灯安装 高官涛 异物处理功能、材料采购、LED 灯安装 6.1.4 实现过程 实现过程如下: 1) 设计控制电路 当光电二极管产生电流时，LED 灯的控制电路使 LED 灯的电源电路断开；当 光电二极管不产生电流时，LED 灯的控制电路使 LED 灯工作，同时开启延时功能， 到达设定时间前，LED 灯的工作状态不再受光电二极管影响。 当光电二极管产生电流时，音乐播放器的控制电路使播放器的电源电路断开。 当光电二极管不产生电流时，开启延时功能，若音乐开关在设计时间内闭合，则 音乐播放器自动开始工作，同时 LED 灯停止工作。 2) 制作音乐播放器 改造采购的门铃，用作方案中的扬声器。 3) 连接和测试电路 连接各控制电路、开关、检测模块（含发光二极管和光电二极管）、LED 灯、 音乐播放器。模拟投入电池（遮挡光电二极管），观察系统的行为是否符合预期；
移除遮挡物，观察系统的行为。 4)调试和焊接电路 5)制作箱体 加工纸箱，安装各部件和电路板。 最初的废旧电池回收箱是为全年龄段的人设计的，其设计理念来源于简约且 时尚的苹果系列产品。外观设计力求简单而和谐，电池回收箱的三个侧面均有一 排电池投入口，投入口内部有灯光设备，回收箱还内置音箱系统。电池投入后， 音乐响起，侧面的灯光会随着音乐节奏发生变化，以此来使人们获得快乐的体验， 从而提高人们的废电池回收意识。电池回收箱在投入电池之后的大致效果示意图 如图2所示。 图2废旧电池回收箱效果示意 班级内小组确定之后，我们六人成为了一个团队，得到了大家新的想法的加 入，并且考虑了方案的具体可实现性，废电池回收箱的设计进行了多次更改，并 最终确定如下。 只有一个在正面的电池投入口，希望通过这种设计让大家产生好奇心，从而 关注并投入电池：在电池投入后灯光会发生闪烁等变化效果，而灯光亮起之后按 下顶部的开关，灯光会关掉，但是同时，内置的发声装置会响起，播放音乐，音 乐一段时间之后自动停止。通过这3个部分使人们获得快乐的体验，最后响起的
移除遮挡物，观察系统的行为。 4) 调试和焊接电路 5) 制作箱体 加工纸箱，安装各部件和电路板。 最初的废旧电池回收箱是为全年龄段的人设计的，其设计理念来源于简约且 时尚的苹果系列产品。外观设计力求简单而和谐，电池回收箱的三个侧面均有一 排电池投入口，投入口内部有灯光设备，回收箱还内置音箱系统。电池投入后， 音乐响起，侧面的灯光会随着音乐节奏发生变化，以此来使人们获得快乐的体验， 从而提高人们的废电池回收意识。电池回收箱在投入电池之后的大致效果示意图 如图 2 所示。 图 2 废旧电池回收箱效果示意 班级内小组确定之后，我们六人成为了一个团队，得到了大家新的想法的加 入，并且考虑了方案的具体可实现性，废电池回收箱的设计进行了多次更改，并 最终确定如下。 只有一个在正面的电池投入口，希望通过这种设计让大家产生好奇心，从而 关注并投入电池；在电池投入后灯光会发生闪烁等变化效果，而灯光亮起之后按 下顶部的开关，灯光会关掉，但是同时，内置的发声装置会响起，播放音乐，音 乐一段时间之后自动停止。通过这 3 个部分使人们获得快乐的体验，最后响起的