智能臺燈

◎廣東省東莞市松山湖第一小學(xué) 陳軒宇 宋奕明 黃樾

很多學(xué)生在寫作業(yè)時(shí)忽視了坐姿和環(huán)境光線，出現(xiàn)了視力下降、駝背等健康問題。因此，我們希望用自己所學(xué)的知識發(fā)明一款智能臺燈，為學(xué)生提供一個(gè)健康、舒適的學(xué)習(xí)環(huán)境。

一、討論方案

我們向創(chuàng)客社團(tuán)的同學(xué)們介紹了初步的設(shè)計(jì)思路，并根據(jù)大家的建議改進(jìn)方案。然后向老師請教，對設(shè)計(jì)方案的可行性進(jìn)行研討，確定了作品的結(jié)構(gòu)與功能：智能臺燈主要由掌控板、傳感器、小風(fēng)扇、警示燈等構(gòu)成，具有顯示時(shí)間、提醒坐姿、調(diào)節(jié)光線、娛樂游戲等多種功能，可以為使用者提供健康、舒適的學(xué)習(xí)環(huán)境。

圖1 小組討論，初步制訂設(shè)計(jì)方案

圖2 與老師進(jìn)行研討

圖3 部分材料

二、作品功能與實(shí)現(xiàn)過程

圖4 豐富的時(shí)間管理功能

1.時(shí)間管理功能

智能臺燈能顯示時(shí)間，也可以設(shè)置鬧鐘、進(jìn)行計(jì)時(shí)。為了實(shí)現(xiàn)時(shí)間管理功能，我們編寫了數(shù)百行代碼，并進(jìn)行多次測試。

2.坐姿提醒

學(xué)生寫作業(yè)時(shí)經(jīng)常坐姿不端正，為此，我們在臺燈上安裝了超聲波傳感器。它會檢測身體與桌面的距離，當(dāng)距離較近時(shí)，紅色警示燈就會亮起。

3.環(huán)境小助手

智能臺燈可以檢測周圍的光線，并將數(shù)值顯示在屏幕上，當(dāng)環(huán)境較暗時(shí)，它會語音提醒并自動增強(qiáng)臺燈的亮度。同時(shí)，它還會將周圍的溫度顯示在屏幕上，當(dāng)溫度較高時(shí)，它會開啟小風(fēng)扇，為使用者打造一個(gè)舒適的學(xué)習(xí)環(huán)境。

4.娛樂放松

適當(dāng)?shù)挠螒蚩梢跃徑馄冢虼耍覀兘柚瓶匕逶O(shè)置了一個(gè)猜拳游戲。使用者通過按鍵選擇石頭、剪刀、布，掌控板則隨機(jī)生成一種。然后根據(jù)兩者的出拳情況進(jìn)行邏輯判斷，分出勝負(fù)。

圖5 編寫程序

三、制作模型、連接電路

圖6 設(shè)計(jì)臺燈模型

我們綜合考慮掌控板、傳感器等嵌入設(shè)備的形狀和體積，使用激光建模軟件LaserMaker 設(shè)計(jì)臺燈模型，然后利用激光切割機(jī)制作臺燈的模型部件。但是在組裝過程中，我們遇到了零部件尺寸不合、定位不準(zhǔn)等問題，經(jīng)過多次修改、切割和搭建，終于將臺燈模型與各個(gè)零部件、電子元器件完美組合在了一起。

四、功能測試

圖8 智能臺燈

作品完成后，我們馬上對其進(jìn)行了功能測試。多次測試結(jié)果表明，智能臺燈已初步滿足了我們的設(shè)計(jì)要求，但還存在一些不足之處：一是傳感器只能對臺燈附近的光線和溫度進(jìn)行檢測，無法掌握整個(gè)房間的情況；二是娛樂功能單一，可以增加學(xué)習(xí)單詞、講故事等功能，輔助學(xué)生學(xué)習(xí)。接下來，我們將針對這些問題作進(jìn)一步思考和改進(jìn)。

五、心得體會

這次作品的編程難度很大，特別是猜拳游戲的邏輯判斷，由于組合情況有9 種，需要編寫的代碼很復(fù)雜，非常考驗(yàn)我們的編程能力。但是我們沒有放棄，而是通過學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)了一種高效的算法來實(shí)現(xiàn)游戲功能。在制作模型時(shí)，我們又遇到了零部件尺寸不合的問題，為此，我們多次修改模型圖紙，并進(jìn)行精確的尺寸調(diào)整，最終成功完成了作品。這些寶貴的經(jīng)驗(yàn)將伴隨我們成長，在未來的學(xué)習(xí)和生活中發(fā)揮作用。

圖9 宋奕明（左二）、陳軒宇（左三）、黃樾（左四）與指導(dǎo)老師合影