水上巡航救生船

黃子瑤 蘇豪 陳奕滔

作品展示

水上巡航救生船的船體是在一個(gè)直徑為45cm的鋁盆的基礎(chǔ)上進(jìn)行改良的，兩片弧形的鋁片安裝在鋁盆的前部，還安裝配備了泡沫圈、走馬燈、防水罩和蜂鳴器，并使用鮮艷的色彩裝飾船體外表。

水上巡航救生船處于工作狀態(tài)時(shí)，可同時(shí)開啟熱釋電紅外傳感器、聲音傳感器和超聲波傳感器，這三種傳感器分工協(xié)作，循環(huán)獲取各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)，用以快速判斷如何躲避障礙物和識(shí)別水中溺水者。當(dāng)人體紅外傳感器檢測(cè)到附近有溺水者時(shí)，會(huì)自動(dòng)靠近溺水者，及時(shí)給予溺水者扶助。另外，水上巡航救生船配備了蜂鳴器，當(dāng)檢測(cè)到有人在禁止下水區(qū)域下水時(shí)，按照既定程序，蜂鳴器會(huì)發(fā)出警報(bào)，提醒岸上的行人幫助落水者或警示已下水者注意安全。

（指導(dǎo)老師：鄒小寧 朱 穗 黎 駿）

創(chuàng)作日記

巡航救生船誕生記

黃子瑤

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年有近5萬名14歲以下的兒童死于意外傷害，其中因溺水而不幸身亡的兒童多達(dá)2萬名，大多數(shù)情況是兒童結(jié)伴到無人看管的江河、池塘等戶外水域游泳造成的。在西江江畔長大的我想著，若是有一種水上自動(dòng)機(jī)器人能全天候地?fù)?dān)當(dāng)起水上巡邏員角色的話就太棒了！為此，我找來蘇豪和陳奕滔兩位同學(xué)組成團(tuán)隊(duì)進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造。

在前期調(diào)研中，我們從江畔巡邏人員處得知，大部分的救生機(jī)器人，一般都可用于水域的巡航，特殊情況下可起到協(xié)助救生的作用。我們?nèi)松塘亢螅_定了以“重在巡航，協(xié)助救生”為創(chuàng)作思路，打算設(shè)計(jì)一款水上巡航救生船，以減少溺水悲劇的發(fā)生。在發(fā)明的最初階段，我們通過查詢論文、與指導(dǎo)老師共同討論、走訪市場(chǎng)等方式，才最終確定了程序運(yùn)行流程圖，并決定采用常見的零部件制作。

進(jìn)入實(shí)際制作環(huán)節(jié)后，由蘇豪負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)水上巡航救生船的程序，陳奕滔負(fù)責(zé)船體的制作，我主要負(fù)責(zé)畫設(shè)計(jì)圖和跟進(jìn)組內(nèi)工作，并協(xié)調(diào)隊(duì)員與老師的意見。我們?nèi)嗽谏痰瓴少徦璧牟牧虾螅餐M裝船體內(nèi)部的重要零部件，如夾板、電池、電機(jī)、螺旋槳等，并在鉛盆中放入蓄電池、電機(jī)、Arduino開發(fā)板等零件。

此外，我們還比較了市面上已有的傳感器裝置的性能，決定綜合使用三種傳感器識(shí)別溺水者，分別是：熱釋電紅外感應(yīng)器，聲音傳感器和超聲波傳感器。

這三種傳感器各有長處：熱釋電紅外感應(yīng)器的探測(cè)元件的波長正好可專門用作辨別人體輻射的紅外線傳感器，可有效識(shí)別出水中的人。

聲音傳感器的作用相當(dāng)于一個(gè)麥克風(fēng)，可接收聲波，顯示聲音的振動(dòng)圖象，當(dāng)識(shí)別到溺水者的呼救聲后可快速進(jìn)行定位。同時(shí)使用這兩種傳感器可使水上巡航救生船在動(dòng)態(tài)水域（如河流）進(jìn)行更好的定位與航行。這樣的動(dòng)態(tài)定位能縮短定位溺水者的時(shí)間，并向其靠近，提供攀扶。

超聲波對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射，并形成反射回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，超生波便是以此判斷船與岸邊、船與人之間的距離，順利進(jìn)行巡航與救生工作。此外，在我們編寫的程序的調(diào)控下，當(dāng)發(fā)現(xiàn)溺水者或疑似溺水者時(shí)，水上巡航救生船會(huì)自動(dòng)取消對(duì)河岸的巡航，轉(zhuǎn)而配合其他傳感器一同定位溺水者，輔助救生員的工作。

在性能檢測(cè)環(huán)節(jié)，我們遇到多個(gè)問題：救生船吃水太淺，尾部略翹起，無法正常前行;測(cè)試環(huán)境嘈雜，聲音傳感器無法準(zhǔn)確作出反應(yīng);傳感器受溫度和陽光反射影響較大……針對(duì)出現(xiàn)的問題，我們?nèi)四托呐挪閱栴}，查找解決方法，如重新設(shè)計(jì)傳感器的擺放位置;優(yōu)化程序，提高聲音傳感器的工作性能;在救生船的前部安裝兩片弧形的鋁片，并配備泡沫圈，以減少水對(duì)船體的阻力，增加水對(duì)船體的吸附力，降低翻船機(jī)率;船體甲板及兩側(cè)配備有走馬燈、防水罩，蜂鳴器，并使用鮮艷的色彩裝飾船體外表等，來提高實(shí)用性能，增強(qiáng)警示作用。

最終，水上巡航救生船各方面性能表現(xiàn)良好，當(dāng)看到自己的創(chuàng)意變成實(shí)物時(shí)，我們?nèi)硕奸_心極了。