基于arduino的多功能溺水救援裝置

◎重慶師范大學附屬科學城中學校初二（8）班 張煦朗 楊和昕 杜修齊

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。

圖1 設計流程圖

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。

圖2 主要硬件

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。

圖3 船體

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。

圖4 軟件流程圖

（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。

圖5 安裝了防水盒、警示燈和太陽能電池板的船體

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。

圖6 通電測試

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。