基于arduino的多功能溺水救援裝置

本期點評專家

譚迪熬" 中國發明協會院士專家咨詢工作委員會首任專家，中國發明協會中小學創造教育分會會長，科技創新教育特級教師，教育部國培計劃專家庫專家。

一、創意來源

一天，我們看到電視中報道了一則小孩溺水的新聞，感到很痛心，當時就想，如果能制作出一種高效的救援船，或許就能避免悲劇的發生。

我們查閱資料后發現，一些地區水上救生設備和救援方式落后，救援過程耗時較長，于是提出設計一種基于arduino的多功能溺水救援裝置。

二、設計思路

本設計主要利用船機的基本原理，在實現遠程遙控船體的基礎上，增加船的整體負載能力。當發現有人溺水時，救援人員只需放下該船，即可將救生圈、對講機通過遙控的方式送到溺水者的身旁，幫助他們及時脫困。設計流程圖如圖1。

三、制作過程

（一）硬件設計

本設計以arduino為控制中心。當arduino接收到遙控器發送的信號后，控制電機旋轉，進而帶動螺旋槳旋轉，驅動救援船前進。本裝置的主要硬件如圖2。

裝置主體包括船體和控制部分。船體采用雙船體結構，如圖3。控制部分主要包括控制器、信號接收器、電池以及驅動電機等。

船體底部有一個籃子，用于放置救生圈等設備。籃子前部有一塊擋板，擋板可通過電動推桿控制救生圈的收放。船體上方安裝了用于發電和存儲電能的太陽能電池板、可實現通話功能的對講機以及便于溺水者發現救援設備的警示燈。

為了防止弄濕電路板，將電路板封裝在防水盒內部。

（二）軟件設計

在進行軟件設計時，將信號接收模塊、電機和舵機驅動模塊、報警控制部分等各個模塊分別編程，寫入各自的子函數，然后進行模塊化的組合，搭配邏輯語句完成main函數的設計。

運行程序時，首先將各個模塊初始化，比如將各個參數設置為初始值，將接收處理信號的標志位和數組清空。然后接收遠程控制信號，根據接收的信號驅動電機和舵機。軟件流程圖如圖4。

（三）實物制作和焊接

1.根據各個模塊的器件設計印制電路板（PCB）。

2.尋找專業的PCB制作廠家，將PCB進行打樣，然后根據電路圖進行焊接。

3.根據各個模塊的設計要求制作模型，利用3D打印設備打印各個模塊。

4.用電烙鐵將外接的各個模塊的導線焊接，用熱熔膠槍將各個部分固定。

5.將防水盒、警示燈和太陽能電池板安裝在船體上部，連接電路，如圖5。

6.安裝擋板、電機模塊，完成整體實物制作。

7.進行通電測試。在水中放置一些塑料物品模擬溺水者，操作該設備運行到塑料物品周圍并實施救援。在距塑料物品較遠的情況下，可以遙控驅動救援船前進或后退，并能實現語音通話功能，基本實現設定的功能。

四、活動體會

通過本次設計，我們學習了很多新知識，了解了電機驅動的原理，明白了原來生活中有很多機器都需要電機驅動，如機器人、遙控車等。

此外，本裝置也有需要改進的地方，比如可添加遠程可視的視頻設備，實現視頻通話功能。（指導老師：黃睿）

專家點評

“基于arduino的多功能溺水救援裝置”對于幾位初中生來說，是一件比較好的創新實踐作品。關于溺水救援的裝置、報道等都比較多，幾位同學能基于自己的思考和所掌握的技術來完成這個項目，實屬不易。

值得特別贊賞的是，很多時候大家對創新有心動，但少行動。這幾位同學能將單片機技術運用到這個項目中，充分展示了他們對相關技術的應用能力。

這里有兩點要與作者們商榷：第一，這是一項集體完成的作品，但其主要制作任務分別是由誰完成的并未交代。第二，該作品還只是一個簡單的模型，并沒有投入生產應用，我們應懷有實事求是的科學態度，盡量避免對其具體應用效果的描述。