便攜式校園呼叫器

一、項目背景

“雙減”政策實施后，豐富多彩的課后活動以及疫情后的錯峰放學使得大部分家長等待接孩子的時間比以前更長了。據(jù)調(diào)查，家長接孩子放學的等待時間為10～40分鐘，有的家長甚至不得不請假去接孩子，這不僅造成了人力浪費，還導致學校周邊人群聚集，不利于疫情防控。

因此，我萌生了發(fā)明一個“便攜式校園呼叫器”的想法，該呼叫器能及時聯(lián)系家長，使孩子、家長都不用等待。

二、研究過程

1.市場調(diào)研

市場上大部分呼叫器采用的是“一對多”或“多對一”的系統(tǒng)。有線呼叫器需要安裝設(shè)備，不適合在校園應(yīng)用。無線呼叫器通常使用調(diào)頻技術(shù)，傳輸距離較短，傳輸效果受多種因素影響。還有一種老年人常用一鍵式電話和我的設(shè)計思路相似，但一鍵式電話屬于學校禁止攜帶的電子產(chǎn)品。

2.分析測試

信號傳輸方式是呼叫器的核心技術(shù)。我查閱了收音機的調(diào)頻和調(diào)幅傳播、電報的摩爾斯電碼發(fā)送和傳呼機呼叫等通信方式，最終受家電物聯(lián)網(wǎng)運行方式的啟發(fā)，決定采用移動物聯(lián)網(wǎng)芯片實現(xiàn)信號傳輸。

我用所學單片機編程知識反復進行測試實驗，為制作“便攜式校園呼叫器”做準備。

3. 確定方案

我利用Arduino控制器和移動物聯(lián)網(wǎng)芯片進行硬件編程，實現(xiàn)信號的接收和處理，通過SIM800C模塊將處理好的信號發(fā)送給手機端，連接各模塊后進行編程調(diào)試。裝置電路圖如圖1所示。

在編程的過程中，我發(fā)現(xiàn)模塊不能處理漢字信息，查閱資料后才了解這是因為受硬件限制。另外，調(diào)試設(shè)備時，信號接收總有延遲，反復查找原因后，我給裝置增加了一根天線，信號變得穩(wěn)定了。

三、裝置制作

1.外形設(shè)計

為了方便攜帶，便于操作，我將“便攜式校園呼叫器”設(shè)計成手機大小，并增加了卡扣設(shè)計。裝置的正面采用亞克力透明板制作，便于實驗觀察。我還在裝置的下方設(shè)置了一個按鈕，按下按鈕，手機就能接收到學生放學的信號。

我用3D數(shù)字設(shè)計軟件Solidwork畫出“便攜式校園呼叫器”的外殼形狀，并用3D打印機打印。

2.電路連接與安裝

前期實驗測試時，我已經(jīng)安裝了處理器、芯片和發(fā)送模塊，此時只需連接電路和天線，安裝外殼和觸發(fā)按鈕等即可。

四、調(diào)試

裝置制作完成后需進行調(diào)試。學生依據(jù)到達校門口的時間，預先按下圖5（a）下方的按鍵，10～15秒后家長收到圖5（b）中的信息（內(nèi)容以拼音方式顯示），根據(jù)到校需要花費的時間，前往校門口接學生放學。使用幾次后，孩子和家長在時間點上即可實現(xiàn)完美契合，雙方都不用等待。

五、結(jié)論與創(chuàng)新性

“便攜式校園呼叫器”傳輸距離不受限制，適合學生在校使用，不屬于“禁帶智能電子產(chǎn)品”。它不僅節(jié)約了家長和學生的時間，而且在一定程度上解決了人群聚集和學校附近交通擁堵的問題。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，市面上目前沒有發(fā)現(xiàn)同類型裝置。

本裝置接收信號的時間為10～15秒，雖對使用無影響，但進一步完善后應(yīng)該能實現(xiàn)信號的即時接收，從而擴大裝置的應(yīng)用范圍。（指導老師：汪娟" "蔡珊）

專家點評

“便攜式校園呼叫器”的產(chǎn)生，首先體現(xiàn)了王錦源同學具有敏銳的觀察力和判斷力。“雙減”政策出臺后，放學時校園周邊交通擁堵的亂象及家長們急迫找到自家孩子的需求，第一時間被她發(fā)現(xiàn)并抓住。

其次體現(xiàn)了王錦源同學具有一定的創(chuàng)新實踐能力。她利用Arduino控制器和移動物聯(lián)網(wǎng)芯片進行硬件編程，實現(xiàn)信號的接收和處理，通過SIM800C模塊將處理好的信號發(fā)送給設(shè)定好的手機端，通過3D建模設(shè)計裝置外形，等等，都是其創(chuàng)新實踐能力的體現(xiàn)。

最后體現(xiàn)了王錦源同學具有科研潛質(zhì)。當課題確定后，她認真思考，并通過文獻和市場調(diào)查分析，再進行設(shè)計，形成了一個完整的科研項目探究的閉環(huán)，難能可貴。

這個項目給我們最大的啟示是，青少年一定要注重培養(yǎng)觀察力和判斷力，才能找到好的發(fā)明課題，讓自己的創(chuàng)新能力與科研潛質(zhì)得到真正提升。