CN104355018B - 一种智能感应垃圾桶系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能感应垃圾桶系统,包含智能感应垃圾桶及远程接收与监控系统;母体垃圾箱具有分层旋转结构,具有智能垃圾感应分类及感应开关功能;子垃圾箱需手动开关,但其传感收集到半满或重量报警信息,将以中断方式驱动信息处理模块,将报警信息送至远程接收与监控系统。信息处理模块产生识别感应信号控制机械旋转模块旋转母体垃圾箱转至相应垃圾袋位置;信息处理模块产生的桶满感应信号及重量感应信号控制垃圾袋封合并掉至第三层;计数器满至母体垃圾箱体容量时,输出垃圾倾倒报警信息,并存储光及声报警信息,垃圾倾倒报警信息送至远程接收与监控系统。远程接收与监控系统的手持终端在处理垃圾过程中,发信息给所辖区域的智能感应垃圾桶单体,打开声、光报警开关,并根据声、光报警类别,依据“紧迫性”程度,收取各类垃圾。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能感应垃圾桶系统,尤其涉及一种多层次垃圾搜集以及能智能感应确立垃圾倾倒等级并采用光、声报警及远程通信网络传输信息的一种综合智能感应垃圾桶单桶设计及系统,属于电机、传感、自动控制及日用品技术领域。
背景技术
垃圾桶与人们生活密不可分,是生活、工作和学习不可或缺的日常用品之一。大大小小的超市、便利店、杂货铺及至街头巷尾都有售卖和摆放。普通垃圾桶往往有异味且污染环境。
智能垃圾桶,如感应开关垃圾桶,可以为人们家居生活带来便利与洁净。如三樱智能垃圾桶具有“智能感应、开关植入”,“款式创意、新颖时尚”以及“防虫抗菌、预防感染”的特点。智能感应垃圾桶,具有高敏捷度的红外线感应装置,基于集成微电脑控制,通常有内桶和外桶,从而具有环保而卫生的特点。目前,国内市场上可查到的“美国纳仕达”、“三樱”及“安家鼎”等几家产品普遍存在造价高(折后价高达100元以上)、普及率低等问题。究其原因有两方面:一、感应开关垃圾桶面世时间短,群众使用和接收都需要一个过程;二、现今的感应开关垃圾桶城市推广基点还不多,推广基数小。还没有形成“羊群效应”。
虽然市场上智能垃圾桶产品很少,功能也较为单一和不是很环保(往往需要电池驱动)。然而从专利申请角度,本领域的专利申请数量还是很巨大的,通过检索专利之星搜索相关专利,检索式为:“垃圾桶”、“感应”、“分类”及“智能”:检索到总共66篇专利:其中11篇发明专利,48篇实用新型以及7篇外观设计专利。为使篇幅不至于过长,下面仅对和本申请相关较大的已公开发明专利进行总结,如下:
1)申请号为:201310223815.1,标题为“一种智能分类垃圾桶”的发明专利公开了一种智能分类垃圾桶,实现了感应装置检测“经过投料口”的垃圾属性,分辨出可回收和不可回收,然后进入相应料筒,从而有效实现了节能环保。然而,感应装置的设计、选择、安装及检测是其实现难点,该申请文件中没有指出智能感应环节的供电方式,另外也未涉及具体的检测、分类方法和途径,只是给出结构上的组成及功能特征。
2)申请号为:201310088316.6,标题为“一种垃圾桶”的发明专利公开了一种智能感应垃圾桶:主要包括人体感应器及漫反射传感器,并能实现智能感应人靠近及垃圾装满后的远程短信传输提醒信息功能。本专利中,人体感应器及漫反射传感器的工作模式、设计与功能是其实现难点,很遗憾,与1)专利类似和相同的是,该申请文件中没有给出具体实施细节及默认的系统供电方式。此外,检测垃圾满也仅仅是简单通过“漫反射传感器的弹簧电磁铁伸缩部分与垃圾桶盖的边缘处连接”,当垃圾到达垃圾桶边缘处后,检测到信号,通过GSM模块发给工作人员。这种检测方式还是存在很大漏洞和偏差的,也是不准确的:比如投入的垃圾是一块长度较大的木头或长条纸箱,其边缘正好触碰到伸缩部分。
3)申请号为:201310350343.6,标题为“一种基于语音识别系统的室外垃圾桶”的发明专利公开了一种带语音提示及太阳能供电的室外垃圾桶,实现了红外感应开关,及提示人们本垃圾桶内可装“回收”还是“不可回收”垃圾以及桶满光报警功能;由于太阳能供电,节能环保,同时垃圾桶四周有闪烁的灯,在夜晚还有一定的照明功能。然而,该垃圾桶的核心发明点在于其语音提示“回收”及“不可回收”的功能;这个功能一方面可能在公开室外嘈杂场合听不清语音,以及语音理解度不高的问题。不妨使用简单的颜色及可回收不可回收标志来区分垃圾桶的功能。语音提示一方面浪费能源,另一方面也增加了公共场所的嘈杂度。可以将省下的能源用于夜间照明及夜间语音提示。
4)申请号为:201310142838.X,标题为“一种智能手机遥控的垃圾桶”的发明专利公开了一种手机控制的智能垃圾桶,用手机控制垃圾桶底部的万向轮,使垃圾桶可悲控制到遥控者附近,从而便于行动不便的人使用垃圾桶。该申请主要功能为行动不便者特殊人群设计;与此同时,该垃圾桶需要充电,“Android手机”是其核心组成部分,从而导致成本骤升。
5)申请号为:201210180195.3,标题为“一种智能垃圾桶”的发明专利公开了一种智能垃圾桶,红外感应常开,直至再给出close信号,再关闭垃圾桶。这一点不是很环保,且控制麻烦。另外,使用三种颜色区分垃圾桶满,不满及系统供电情况。不如直观驱动LED显示方便,且如果使用LED数码管或者嵌入式屏幕输出,还可以实现软件版本的升级,大大增强系统灵活性。
6)申请号为:200910235006.6,标题为“一种智能垃圾桶”的发明专利公开了一种智能垃圾桶,实现了自动开合垃圾桶盖及桶满报警功能。
本申请除致力于保持原有智能垃圾桶的感应优势外,在现有产品基础上增强智能、绿色环保以及方便易用的功能。其中:更加绿色环保一方面体现在太阳能充电,另一方面体现在对垃圾类型的人工、非人工混合识别;更加智能体现在对各类垃圾分辨及归类功能;更加方便使用体现在外观设计方面,改进结构,并通过液晶面板等控制使得更加人性化和操作便捷。从而摆脱旧式垃圾桶的简单、异味大等缺点,且包含金属传感器、红外线传感器、电机、箱体等多项设计。
发明内容
本发明的目的在于改善垃圾桶智能分类、环保效能及信息传输三方面功能,通过设计一种智能感应垃圾桶单桶及其系统,提供一种智能分类、高准确度感应、实现灵活且环保的智能感应垃圾桶系统。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种智能感应垃圾桶系统包含智能感应垃圾桶(后续称为“单桶”)及远程接收与监控系统两部分;
所述的智能感应垃圾桶包含母垃圾桶和子垃圾桶两部分;
所述的母垃圾桶包含母垃圾箱体、信息收集与主控模块、机械开关模块、机械旋转模块、通信与定位模块、母接口模块、避雷模块及供电模块。
其中,所述的母垃圾箱体具有旋转多层次结构的垃圾盛放装置。
其中,所述的多层次结构具体为第一层为识别区,内含识别感应装置;第二层为分层存储区,采取旋转结构,根据类型不同采用不同颜色垃圾袋分布;第三层为垃圾堆放区,满足桶满标志或重量标志的垃圾袋经机械挤压封存在此层。
所述的信息收集与主控模块包含信息处理模块、数字处理、模拟处理及传感器阵列模块四部分。
其中,所述的信息处理模块包括存储器、实时时钟、信息产生单元及信息输出单元。
其中,所述的传感器阵列模块包含人体识别感应组、垃圾识别感应组、桶满感应组及重量感应组。
所述的机械旋转模块包括电机1、若干同步轮、同步带、联轴器四部分。
所述的机械开关模块包括电机2、轴承与机械门三部分。
所述的通信与定位模块包含通信模块、GPS模块、卫星模块与电台模块。
其中,所述的通信模块包含GSM/GPRS/CDMA及4G模块。
所述的母接口模块包括通用USB接口、计算机数据接口及电瓶接口模块。
所述的子垃圾桶包含开关、子垃圾桶箱体、半满感应器及子接口模块。
所述的远程接收与监控系统包括远程监控中心及手持终端两部分。
其中,所述的手持终端能够发射控制信息产生模块中光、声报警信息的使能。
所述的供电模块,包含太阳能电池及其接口、通用可扩展电源接头、干电池接口、锂电化学可充电池及家用交流电源五种。
上述各模块连接关系如下:
所述的子垃圾桶位于母垃圾箱体侧方独立位置。
所述机械旋转模块中的电机1受信息处理模块信息输出单元的旋转信号控制,驱动若干同步轮、同步带、联轴器进行特定角度及大小的旋转。
所述机械开关模块中的电机2受信息处理模块信息输出单元的开关信号控制,驱动机械门通过与其相连的轴承完成开启及关闭母垃圾箱体的功能。
所述的传感器阵列模块中的人体识别感应组为M个平均分布于母垃圾箱体内桶盖四周。
所述的传感器阵列模块中的垃圾识别感应组为N个均匀分布于母垃圾箱体内第一层。
所述的传感器阵列模块中的桶满感应组为K类、每类P个均匀悬挂分布于第二层各类垃圾袋口2cm位置处。
所述的传感器阵列模块中的重量感应组为R类、每类2个对称悬挂分布于第二层各类垃圾袋口的重量测量感应器。
所述的传感器阵列模块中的相应感应器与数字处理或模拟处理相连。
所述的数字处理或模拟处理输出的信息在输入到信息处理模块。
所述的信息处理模块与母接口模块中的通用USB接口、计算机数据接口为双向连接。
所述的信息处理模块与电瓶接口相连。
所述的信息处理模块接收通信与定位模块中GPS模块信息,并输出到通信与定位模块中的通信模块、卫星模块及电台模块。信息处理模块输出信息中的光报警及声报警输出到箱体报警模块。
信息处理模块的信息输出单元中的光报警及声报警输出到箱体报警模块。
信息处理模块的信息产生单元中的识别感应信息输出至机械旋转模块与机械开关模块。
上述各模块功能如下:
所述的旋转多层次母垃圾箱体用于盛放可回收及无毒不可回收垃圾;
所述的子垃圾桶箱体用于盛放不可回收废旧电池;
子垃圾桶箱体通过其上的开关手动打开,其清理级别高于所有其他类型垃圾,清理条件是“半满”及子垃圾桶体内垃圾重量大于Q千克;
所述的信息收集与主控模块有信息接收、信息处理及信息输出三方面功能:
所述的信息接收功能是接收从传感器阵列模块输出并经数字及模拟两种处理后的信号,进入信息处理模块中的信息产生单元;定期查询的子接口模块传输来的子垃圾桶半满信息也进入信息处理模块中的信息产生单元。
所述的信息处理及信息输出由信息产生单元及信息输出单元完成。
其中,信息输出单元输出旋转信号、开关信号、光报警信息、声报警信息及网络报警五类信息。
所述的旋转信号用于控制母垃圾箱体第二层中机械旋转模块的旋转角度,实现将不同类别的垃圾装入相应类别的垃圾袋中;所述的开关信号用于控制机械开关模块中的各部分实现母垃圾箱体的开关;所述的光报警和声报警信息的使能信号由远程接收与监控系统的手持终端使能。
所述的通信与定位模块用于将各种收集到的信息通过无线方式传送到远程接收与监控系统。
所述的避雷模块在单个智能感应垃圾桶电流过载时,该智能感应垃圾桶通过自检及防过载措施及设置能及时避免,防止智能感应垃圾桶传感器供电过载过流;所述的避雷模块在单个智能感应垃圾桶遭雷电袭击时具有避雷功能,防止打雷时产生的感应电流。
所述的供电模块其供应可与智能感应垃圾桶分开,电源供应端与电瓶相接,电瓶经过充电控制器与太阳能电池板相接,或直接与太阳能电池板或其他可充电池、通用可扩展电源插头及家用交流电源相接。
有益效果
本发明包含母子多层次垃圾箱体、阵列传感器、信息传输、控制以及箱体等多项设计,设计巧妙,具有简单、环保、易用而灵活等优势。具体来说有如下有益效果:
(1)综合自动开关、多层次垃圾分辨功能等功能于一体;
(2)建立人机交互智能模式,运用红外线感应原理,完成自动开闭的智能设计;
(3)建立垃圾手动及自动分类识别系统,运用旋转分层结构及重量、压力等传感器阵列,实现对垃圾准自动分类的同时,提升环保理念;
(4)每个垃圾箱体作为分布式的网络节点,收集信息及警示等信息并自动存储及上报;
(5)系统供电灵活,使用多种供电模式以实现对整个系统电力的支持,体现绿色环保理念,可太阳能供电,同时内置通用电池和充电接口;
(6)桶满感应信号的智能设计,大大降低了误判及信息提示错误。
附图说明
图1是本发明一种智能感应垃圾桶系统总体功能框图;
图2是本发明一种智能感应垃圾桶系统的“信息处理模块”示意图;
图3是本发明一种智能感应垃圾桶系统的“通信与定位模块”示意图;
图4是本发明一种智能感应垃圾桶系统的“接口模块”示意图。
具体实施方式
如图1所示,本申请一种智能感应垃圾桶系统包含智能感应垃圾桶及远程接收与监控系统。其中,如说明书所述及下面各实施例所述仅为本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。本申请中说明书内容中的各个模块是完整的系统组成。可针对不同应用条件,可以进行增减相应模块。
基于本申请说明书及若干实施例中所述,本领域普通技术人员在不脱离本发明本质和精神的情况下所获得的所有其他实施例,都属于本发明公开和保护的范围。
实施例1
如图2所示是信息处理模块的组成示意图。其中,信息产生单元的各类信息相关的传感器分布、数量及产生如下:
首先,识别感应包含人体识别和垃圾识别两类。
其中,所述的识别感应中的人体识别信息接收12(M=12)个平均分布于母垃圾箱体内桶盖四周取得,检验覆盖率为>4/12。
其中,所述的垃圾识别信息产生于N=6个均匀分布于母垃圾箱体内第一层的垃圾识别感应组。
其次,桶满感应信息由每类12(P=6)个、一共4类(K=4)均匀悬挂分布于第二层各类垃圾袋口2cm位置处的桶满感应器采集,桶满感应阐述条件为≧7/12。
第三,桶重感应信息由每类2个、一共4类(R=4)对称悬挂分布于第二层各类垃圾袋口的重量测量感应器,重量感应的输出条件为>3KG。
第四,计数器中的其中一个用于计算掉到第三层的各类垃圾袋数量。此数量大于4时输出垃圾倾倒报警信息。
如图2所示,其中的信息输出单元中各类相关信息产生如下:
所述的光报警和声报警都是由远程接收与控制系统的手持终端产生的使能信号控制。
所述的网络报警、光报警及声报警有如下几个层次:
a)当第三层的垃圾袋数量为大于等于2小于4时,表明基本可以倾倒,产生相应网络报警信号,存储和发送;在光、声报警使能信号的驱动下,LED灯10s闪烁一次,并鸣笛一次;
b)当第三层的垃圾袋数量为大于等于4时小于6时,为:垃圾倾倒标志,产生相应网络报警信号,存储和发送;此时在光、声报警使能信号的驱动下,LED灯4s闪烁一次,并鸣笛一次;
c)当第三层的垃圾袋数量为大于等于6时,为:紧急垃圾倾倒标志,产生相应网络报警信号,存储和发送;此时在光、声报警使能信号的驱动下,LED灯1s闪烁一次,并鸣笛一次。
实施例2
如图3所示,是一种智能感应垃圾桶系统的“通信与定位模块”示意图。图4是一种智能感应垃圾桶系统的“接口模块”示意图。
所述的智能感应垃圾桶通过其“信息收集与主控模块”实现自动切换多种信息传输与通信方式及多种工作模式。可实现GSM/GPRS/CDMA/4G/WiFi、GPS、卫星通信和电台接入的多种传输方式和通信模式,并可设主备通信模式。经过其接口模块可以与笔记本、PC机等相关信息处理设备相连,无线电台传送、短信传送(GSM/CDMA/4G)、GPRS传送、卫星传送、Wifi传输等。一旦主通信方式发生故障,系统自动切换到备用通信方式。上报通信方式自动转换,并支持零点重启,工作模式、省电模式切换等功能。所有参数均可由“智能感应垃圾桶系统”的远程接收与监控系统的信息中心进行设置及查询。
实施例3
智能感应垃圾桶系统中的单个智能感应垃圾桶具有路由功能,每个智能感应垃圾桶既可作为传输信息的源,也可作为消息传输的目的终点。定义单个智能感应垃圾桶可以一步传输到达的另一智能感应垃圾桶,为当前传输智能感应垃圾桶的近邻;整个智能感应垃圾桶系统中,任意两个智能感应垃圾桶不为“直连”,可假设二者间通过有限次转发可实现通信。每个智能感应垃圾桶还配有存储器,可根据系统设置,实现自动组网、定时自动信息收集、存储与上报。
远程接收与控制系统是智能感应垃圾桶系统不可分割的另一部分。智能感应垃圾桶中母垃圾箱体中的功能模块制作在一块电路板上,其接口模块与子垃圾桶的子接口模块相连。母垃圾箱体中电路板上各模块间考虑了电源隔离及抑制共模及差模噪声的相应措施。通信及定位模块中的通信模块与远程接收与监控系统通过GSM、CDMA、4G、Wifi、GPRS、北斗通信及超短波电台无线通信方式进行信息交互;通信与定位模块将各种收集到的信息通过无线方式传送到远程接收与监控平台,远程接收与监控平台对接收到的信息进行管理、发布及反馈控制。
实施例4
母体垃圾箱具有分层旋转结构,具有智能垃圾感应分类及感应开关功能。子垃圾箱需手动开关,但其传感收集到半满或重量报警信息,将以中断方式驱动信息处理模块,将报警信息送至远程接收与监控系统。信息处理模块产生识别感应信号控制机械旋转模块旋转母体垃圾箱转至相应垃圾袋位置;信息处理模块产生的桶满感应信号及重量感应信号控制垃圾袋封合并掉至第三层;计数器满至母体垃圾箱体容量时,输出垃圾倾倒报警信息,并存储光及声报警信息,垃圾倾倒报警信息送至远程接收与监控系统。远程接收与监控系统的手持终端在处理垃圾过程中,发信息给所辖区域的智能感应垃圾桶单体,打开声、光报警开关。并根据声、光报警类别,依据“紧迫性”程度,收取各类垃圾。
垃圾识别感应组的识别感应装置识别出特定垃圾类型,信息被送入信息处理模块的信息产生单元,判断出垃圾类型后,给出相应信息输出进入信息输出单元,驱动计时器及机械开关模块;第二层为分层存储区,采取旋转结构,根据类型不同采用不同颜色垃圾袋分布;第三层为垃圾堆放区,满足桶满标志或重量标志的垃圾袋经机械挤压封存在此层。
以上所述为本发明的较佳实施例而已,本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改,都落入本发明保护的范围。
Claims (1)
1.一种智能感应垃圾桶,其特征在于,包括:
智能感应垃圾桶及远程接收与监控系统两部分;
所述的智能感应垃圾桶包含母垃圾桶和子垃圾桶两部分;
所述的母垃圾桶包含母垃圾箱体、信息收集与主控模块、机械开关模块、机械旋转模块、通信与定位模块、母接口模块、避雷模块及供电模块;
其中,所述的母垃圾箱体具有旋转多层次结构的垃圾盛放装置;
其中,所述的多层次结构具体为第一层为识别区,内含识别感应装置;第二层为分层存储区,采取旋转结构,根据类型不同采用不同颜色垃圾袋分布;第三层为垃圾堆放区,满足桶满标志或重量标志的垃圾袋经机械挤压封存在此层;
所述的信息收集与主控模块包含信息处理模块、数字处理、模拟处理及传感器阵列模块四部分;
其中,所述的信息处理模块包括存储器、实时时钟、信息产生单元及信息输出单元;
其中,所述的传感器阵列模块包含人体识别感应组、垃圾识别感应组、桶满感应组及重量感应组;
所述的机械旋转模块包括电机1、若干同步轮、同步带、联轴器四部分;
所述的机械开关模块包括电机2、轴承与机械门三部分;
所述的通信与定位模块包含通信模块、GPS模块、卫星模块与电台模块;
其中,所述的通信模块包含GSM/GPRS/CDMA及4G模块;
所述的母接口模块包括通用USB接口、计算机数据接口及电瓶接口模块;
所述的子垃圾桶包含开关、子垃圾桶箱体、半满感应器及子接口模块;
所述的远程接收与监控系统包括远程监控中心及手持终端两部分;
其中,所述的手持终端能够发射控制信息产生单元中光、声报警信息的使能;
所述的供电模块,包含太阳能电池及其接口、通用可扩展电源接头、干电池接口、锂电化学可充电池及家用交流电源五种;
上述各模块连接关系如下:
所述的子垃圾桶位于母垃圾箱体侧方独立位置;
所述机械旋转模块中的电机1受信息处理模块信息输出单元的旋转信号控制,驱动若干同步轮、同步带、联轴器进行特定角度及大小的旋转;
所述机械开关模块中的电机2受信息处理模块信息输出单元的开关信号控制,驱动机械门通过与其相连的轴承完成开启及关闭母垃圾箱体的功能;
所述的传感器阵列模块中的人体识别感应组为M个平均分布于母垃圾箱体内桶盖四周;
所述的传感器阵列模块中的垃圾识别感应组为N个均匀分布于母垃圾箱体内第一层;
所述的传感器阵列模块中的桶满感应组为K类、每类P个均匀悬挂分布于第二层各类垃圾袋口2cm位置处;
所述的传感器阵列模块中的重量感应组为R类、每类2个对称悬挂分布于第二层各类垃圾袋口的重量测量感应器;
所述的传感器阵列模块中的相应感应器与数字处理或模拟处理相连;
所述的数字处理或模拟处理输出的信息输入到信息处理模块;
所述的信息处理模块与母接口模块中的通用USB接口、计算机数据接口为双向连接;
所述的信息处理模块与电瓶接口相连;
所述的信息处理模块接收通信与定位模块中GPS模块信息,并输出到通信与定位模块中的通信模块、卫星模块及电台模块;
信息处理模块的信息输出单元中的光报警及声报警输出到箱体报警模块;
信息处理模块的信息产生单元中的识别感应信息输出至机械旋转模块与机械开关模块;
上述各模块功能如下:
所述的旋转多层次母垃圾箱体用于盛放可回收及无毒不可回收垃圾;
所述的子垃圾桶箱体用于盛放不可回收废旧电池;
子垃圾桶箱体通过其上的开关手动打开,其清理级别高于所有其他类型垃圾,清理条件是“半满”及子垃圾桶体内垃圾重量大于Q千克;
所述的信息收集与主控模块有信息接收、信息处理及信息输出三方面功能:
所述的信息接收功能是接收从传感器阵列模块输出并经数字及模拟两种处理后的信号,进入信息处理模块中的信息产生单元;定期查询的子接口模块传输来的子垃圾桶半满信息也进入信息处理模块中的信息产生单元;
所述的信息处理及信息输出由信息产生单元及信息输出单元完成;
其中,信息输出单元输出旋转信号、开关信号、光报警信息、声报警信息及网络报警五类信息;
所述的旋转信号用于控制母垃圾箱体第二层中机械旋转模块的旋转角度,实现将不同类别的垃圾装入相应类别的垃圾袋中;所述的开关信号用于控制机械开关模块中的各部分实现母垃圾箱体的开关;所述的光报警和声报警信息的使能信号由远程接收与监控系统的手持终端使能;
所述的通信与定位模块将各种收集到的信息通过无线方式传送到远程接收与监控系统;
所述的避雷模块在单个智能感应垃圾桶电流过载时,该智能感应垃圾桶通过自检及防过载措施及设置能及时避免,防止智能感应垃圾桶传感器供电过载过流,所述的避雷模块在单个智能感应垃圾桶遭雷电袭击时具有避雷功能,防止打雷时产生的感应电流;
所述的供电模块其供应与智能感应垃圾桶分开,电源供应端与电瓶相接,电瓶经过充电控制器与太阳能电池板相接,或直接与太阳能电池板或其他可充电池、通用可扩展电源插头及家用交流电源相接。
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