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摘要：本文设计了一种基于静电吸附的便携式柳絮回收处理装置，采用机械、电子、控制等多学科交叉融合，通过静电吸附传送单元、运输分离单元、柳絮储存收集单元和ESP32系列单片机控制单元四个核心部件，实现柳絮的快速收集、压缩与利用。在手推装置实用性、收集效率、尘凝压缩效果和资源化利用潜力四个方面展开相关实验，在不同风速下，装置收集柳絮速率稳定在60%以上，压缩比达到3.3及以上，资源化利用潜力较高。表明该装置能够有效回收处理柳絮，减少对环境的负面影响，在改善环境质量、保障人类健康以及促进柳絮资源化利用等方面具有重要意义。

关键词：柳絮；便携式；回收处理；静电吸附；

1 引言

柳絮，作为春季常见的植物种子，因其轻盈飘逸的特点而广受人们的喜爱。但4～5月大量飘散，对健康、交通和环境造成影响[1]。因此，柳絮的有效回收和处理手段的研究迫在眉睫。静电吸附原理是基于带电颗粒与载体之间的静电相互作用。带电颗粒通过带正电或带负电的方式与载体表面产生静电作用力。当带电颗粒靠近载体表面时，由于带电颗粒和载体的异号电荷相互吸引，从而实现颗粒在载体表面的吸附[2]。

本文设计一种基于静电吸附的便携式柳絮回收处理装置，阐述了装置的设计细节、工作原理及应用效果，为解决柳絮问题提供了可行的方案。通过实验数据分析，验证了该装置在柳絮回收处理中的卓越性能和优势。并且探讨其在推广应用中面临的挑战与机遇，从而提出相应的改进和完善建议，以期为解决柳絮带来的实际问题提供一种新颖、高效且实用的解决方案，为改善环境和维护人类健康做出积极贡献。

1.1 研究创新

该装置主要包括手推式、静电吸附原理[3]、防静电齿距形PC板、高转速电机[4]、超声雾化[5]、尘凝压缩技术与ESP32系列单片机[6]几个单元。

（1）便携手推式结构。该结构操作灵活便捷，高效率且不受空间限制。针对手推式柳絮回收处理装置、电动骑行式清扫车与大型清扫车，对群众满意度展开调查，图1可以看出。在操作便捷性、收集效率、噪音水平、处理效果和占地面积方面，群众对手推式柳絮处理装置的满意度高于其余两种装置。

（2）静电吸附原理（错误！未找到引用源。B）。通过对柳絮进行带电处理，有效吸附周边柳絮颗粒，不仅回收率高，且能够避免电磁辐射对环境和人体的潜在危害。

（3）防静电齿距形PC板。PC板为有齿距结构，可有效分离粘附在静电吸附传送带上的柳絮（图3）。齿距结构增加接触面积和摩擦力，有助于刮下柳絮。PC板材质硬且耐磨，能承受频繁摩擦，提高装置稳定性和可靠性。

（4）高转速电机。10万转高速电机驱动传送带，单位时间内吸附和处理柳絮的效率高，提升装置工作效率其优势是体积小、重量轻，能耗比低[7] [8]。

（5）超声雾化与尘凝压缩原理（图4）。利用超声波振动将液体分散为微小液滴，固化压缩柳絮，使其堆积在收集单元底部，实现尘凝压缩，节省空间。

（6）ESP32系列单片机（图15）。ESP32系列单片机适合电池供电的便携式絮状物回收处理，具备低功耗特性[9]，适合高频次静电吸附功能使用。ESP32单片机提供了多个GPIO引脚、ADC、DAC、PWM等接口，以及多种外设支持，如SD卡、SPI、I2C等，可以满足杨絮回收处理装置对接口和外设的需求。

1.2结构设计

装置包含静电吸附传送单元、运输分离单元、柳絮储存收集单元和 ESP32系列单片机控制单元（图 6）。同时设计了便携手推装置，满足受众人群需求。

装置前端是静电吸附传送单元。静电吸附系统为装置的核心，利用高压静电场吸引和捕捉空气中的柳絮[10]。柳絮经过静电区域时被电场吸引并附着在吸附板上。通过静电传送带传送到装置中端。装置中端是运输分离单元。利用防静电齿距型PC板实现柳絮与传送带的分离。此处设有反向电场区域，传送带上的静电荷被中和，柳絮因失去静电吸引力而自然脱落[11]。

柳絮分离后传送至储存收集单元。此单元分为内、中、外壁，中壁负责储存一定水量，内壁装有多个陶瓷雾化片，利用超声原理将液体分散为微小液滴，从而产生雾气。喷出的雾气增加该单元内部的空气湿度，使运输到此处的柳絮沉积存储，在底部实现尘凝压缩。再利用混合物悬浮分离技术，通过多级过滤系统对柳絮进行深层次加工，后续可制作肥料或纤维素提取等[12][13]。

ESP32系列单片机通过传感器实时监测柳絮浓度，并根据数据智能调整回收处理装置的工作状态。通过液晶面板实时监控柳絮浓度、装置运行状态等信息，确保整个装置的高效稳定运行[14]。

2 实验部分

2.1 方案设计

本实验旨在验证该回收处理装置的性能和效果，包括手推装置实用性、柳絮收集、尘凝压缩、柳絮资源化利用潜力等。通过实际测试和数据分析，评估装置在减少柳絮对环境和人类生活的影响以及实现柳絮资源化利用方面的能力。

选择长20.5米、宽10.2米、高4米的密闭实验场地，控制空气湿度在35%～45%，确保场景内有路面、坡道、狭窄通道等多种地形且有足够的柳絮供应。实验所需仪器设备：制风机、风速计、质量秤、体积测量仪、空气质量监测仪器等。将装置放置在实验场地，确保装置各部件连接正常。打开智能控制系统，设置实验参数，如风速、湿度、压缩比例等。

实验场地中，模拟不同浓度和风速的柳絮飘散环境；启动装置，记录开始时间，并观察装置对柳絮的收集情况；定时记录柳絮采集质量，观察压缩过程。停止装置，记录结束时间，计算实验总时长；收集实验数据，包括收集到的柳絮质量、处理速度等。

2.2 数据采集

（1）装置实用性测试（表1）

（2）柳絮收集效率测试（图7）

（3）柳絮尘凝压缩效果测试（表2）

（4）柳絮资源化利用潜力测试（表3）

生物基材料主要指从柳絮中提取的纤维素。柳絮中的纤维素是一种天然高分子化合物，具有良好的机械性能、生物相容性和可再生性[15]。通过特定的提取和加工过程，可以将柳絮中的纤维素转化为可用于造纸、纺织、生物降解塑料等领域的生物基材料。

3.分析与讨论

在装置实用性测试中，便携式装置在路面和狭窄通道中的收集效率表现良好，尤其在狭窄通道中其操作灵活性优于其余两种设备。在坡道上，虽然收集效率略低于电动骑行清扫车和大型清扫车，但考虑到便携性和操作简便性，其性能仍然可接受。噪音水平方面，便携式装置的噪音水平最低，仅为60dB，相比之下，其余两种设备的噪音水平较高，对周围环境和居民造成一定干扰。能耗测试结果显示，便携式装置的能耗远低于其余两种设备，具有节能环保的优势。

在柳絮收集效率与尘凝压缩效果测试中，便携式装置同样展现出了不凡的性能。在风速为2.5m/s至5.5m/s的变化条件下，装置的平均收集效率保持在60%以上，最高时甚至达到了88.5%。经过尘凝压缩处理后的柳絮，压缩比达到了3.3及以上，极大地节省了存储空间。柳絮资源化利用潜力测试中，提取率稳定在93%左右，且在资源化利用方面具有较高的潜力。该装置的研发对于柳絮的资源化利用和环境保护具有重要意义。

4.结论

该装置展现出良好的柳絮收集效率与应用前景，实现了对柳絮的有效收集、压缩与利用，减轻了对环境的影响。实验结果显示，该装置的收集效果可以达到预期目标，对城市环境的美化与空气净化具有积极意义。然而，装置的性能及部分细节仍有待优化，特别是不同环境条件需进一步提升适应性与稳定性。未来可以继续深入研究柳絮回收处理装置的原理与应用，探索更多可能性，以期为装置的市场推广与应用提供有力支持。

参考文献

[1]杨文正， 龚彬鲡， 张紫欣等. 灭虫吸絮环保装置一体化研究[J]. 河北企业， 2024（02）： 158-160.

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[3]党智敏. 干式直流电容器全链条国产化关键技术探讨 [J]. 电力电容器与无功补偿， 2024， 45 （01）： 1-14.

[4]李丽鑫， 李朔， 李银银等. 基于机器视觉的番茄成熟度检测装置 [J]. 科技创新与生产力， 2024， 45 （01）： 116-118.

[5]张意欢，甘雪萍，刘超强. 镀银石墨粉制备银石墨复合材料的微观结构和性能 [J]. 粉末冶金材料科学与工程， 1-9

[6]Xia T ，Peng F ，Huang Y .A Discrete-Time Current Control Method for the High-Speed Permanent Magnet Motor Drive Using the Modular Multilevel Converter[J].Symmetry，2024，16（2）.

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[9]Wu Ji-Yan， et al.MRIM： Lightweight saliency-based mixed-resolution imaging for low-power pervasive vision.Pervasive and Mobile Computing， 2023， 96.

[10]叶水远. 混合植物油基同轴静电雾化切削雾化与加工性能[D]. 镇江： 江苏科技大学， 2023.

[11]姜岩. 双侧脉冲SDBD等离子体特性及其表面除冰研究[D]. 大连：大连理工大学，2022.

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[13]刘丽婷， 钱幺， 吕惠娇等. 杨柳絮纤维的研究与应用现状[J]. 印染助剂， 2023， 40 （08）： 1-5.

[14]王健， 王吉哲， 沈正华等. 面向车联网通信的OTFS信号检测算法综述[J]. 电讯技术， 2024， 64（02）： 316-324.

[15]魏通宇. 柳絮基生物炭的制备及其对水中抗生素的吸附研究[D]. 郑州： 河南工业大学， 2023.

本论文为2023年度校级大学生创新创业训练计划项目（2023YCXC001）、2023年度

大学生专项课题（YCKYXS23117）以及2023年度山东英才学院课堂教学改革项目-《单片机设计实训》的研究成果。