樂羊羊

一、設(shè)計(jì)者和指導(dǎo)老師介紹

文敬滋，10歲，就讀于南寧市逸夫小學(xué)，對(duì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造有著濃厚興趣，曾榮獲第35屆廣西青少年科技創(chuàng)新大賽小學(xué)生科技創(chuàng)新成果競(jìng)賽一等獎(jiǎng)，已申請(qǐng)1個(gè)專利項(xiàng)目。

陸俊達(dá)，南寧市逸夫小學(xué)科技輔導(dǎo)員，曾榮獲第65屆德國(guó)紐倫堡世界發(fā)明展銀獎(jiǎng)、“全國(guó)十佳優(yōu)秀科技輔導(dǎo)員”稱號(hào)，已申請(qǐng)4個(gè)專利項(xiàng)目。

二、設(shè)計(jì)故事

文敬滋發(fā)現(xiàn)校園踩踏事故多發(fā)生在低層（3樓以下）樓道內(nèi)，嚴(yán)密監(jiān)控學(xué)校樓道及預(yù)防人員擁擠，是防止校園發(fā)生踩踏事故的重要手段。所以，她希望發(fā)明一套能夠?qū)W(xué)校樓道擁擠進(jìn)行預(yù)警的智能系統(tǒng)。

三、準(zhǔn)備材料

紅外對(duì)射傳感器、微控制器主板、語(yǔ)音芯片、警燈、可調(diào)焦廣角攝像頭、5mm厚度的奧松板、杜邦連接線等。

四、科創(chuàng)過程

第一步：確定設(shè)計(jì)方案

當(dāng)樓道出現(xiàn)學(xué)生密集的情況時(shí)，安裝在樓道內(nèi)的語(yǔ)音系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)播放提醒語(yǔ)音;安裝在樓道內(nèi)的紅外對(duì)射傳感器可即時(shí)識(shí)別人員密度，然后根據(jù)各樓層樓道的人員流動(dòng)趨勢(shì)和擁擠程度，通過網(wǎng)絡(luò)和app提醒負(fù)責(zé)安全的教師和安保人員及時(shí)前往現(xiàn)場(chǎng)疏散人群。

陸俊達(dá)：業(yè)內(nèi)已對(duì)如何利用傳感器檢測(cè)樓道擁擠展開過相關(guān)研究，所以文敬滋在設(shè)計(jì)思路上創(chuàng)新性地強(qiáng)調(diào)了“預(yù)警”功能，而不是繼續(xù)研究擁擠踩踏事故發(fā)生后的“報(bào)警”功能。

第二步：利用AutoCAD軟件設(shè)計(jì)模型，切割并組裝模型外殼

陸俊達(dá)：該部分涉及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）與計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）相關(guān)的知識(shí)，對(duì)于多數(shù)中小學(xué)生來說，比較抽象和難以理解?？萍驾o導(dǎo)老師上信息技術(shù)課的時(shí)候，就要注意在CAD和CAM的概念講解和實(shí)操指導(dǎo)上多下功夫，把高深晦澀的專業(yè)知識(shí)用學(xué)生能理解的語(yǔ)言描述出來，并引導(dǎo)他們形成相關(guān)的思維和解決問題的能力，這樣學(xué)生才能快速上手。

第三步：編寫程序

文敬滋用語(yǔ)音數(shù)據(jù)編程器，將錄制好的報(bào)警語(yǔ)音文件寫入語(yǔ)音芯片內(nèi);在arduino IDE開發(fā)環(huán)境中，用編程的方式實(shí)現(xiàn)讀取和分析傳感器數(shù)據(jù)、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯判斷和輸出各種可能出現(xiàn)的情況等功能。

陸俊達(dá)：本項(xiàng)目研究使用了arduino IDE和米思齊（Mixly）圖形編程軟件。小學(xué)生在編寫程序的過程中，遇到一些邏輯復(fù)雜的算法時(shí)，處理起來往往力不從心，容易出現(xiàn)邏輯混亂的錯(cuò)誤。這個(gè)時(shí)候，就需要使用思維導(dǎo)圖軟件和純代碼開發(fā)環(huán)境來配合解決。

第四步：調(diào)試程序

每個(gè)樓層的樓道都需要安裝紅外對(duì)射傳感器陣列，并將所有的傳感器都連接到主控板上，這樣主控板便可根據(jù)需要，驅(qū)動(dòng)語(yǔ)音播放和警示燈亮起，同時(shí)還負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)報(bào)警信號(hào)的發(fā)送和現(xiàn)場(chǎng)視頻信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)。

陸俊達(dá)：程序的調(diào)試花費(fèi)了很多時(shí)間，前后經(jīng)過了數(shù)十次較大的修改，才達(dá)到了預(yù)先設(shè)計(jì)的效果。這主要是因?yàn)槌绦蛟谌藛T擁擠判斷和警報(bào)信息發(fā)送的任務(wù)切換上，很容易出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤，導(dǎo)致預(yù)警功能無法實(shí)現(xiàn)。最后，文敬滋通過畫思維導(dǎo)圖，把各個(gè)傳感器和執(zhí)行部件的信號(hào)走向梳理清楚，再按照思維導(dǎo)圖將程序設(shè)計(jì)出來，這才解決了程序容易出現(xiàn)邏輯混亂的問題。

五、未來優(yōu)化方向

1.增加其他類型的傳感器，避免單列隊(duì)列下樓時(shí)誤報(bào)情況發(fā)生。例如，增加一組接近傳感器，與紅外對(duì)射傳感器配合，降低誤報(bào)率。2.增加通過報(bào)警終端直接對(duì)樓道喊話的功能，方便負(fù)責(zé)安全的教師結(jié)合手機(jī)上的現(xiàn)場(chǎng)視頻畫面，直接通過樓道的警示語(yǔ)音播放器喊話，從而更高效地疏散樓道內(nèi)的學(xué)生。3.增加教室廣播系統(tǒng)播放擁擠警示語(yǔ)音的功能，可切入教室原有的廣播系統(tǒng)，播放語(yǔ)音，提示各班學(xué)生目前某個(gè)樓道正出現(xiàn)擁擠風(fēng)險(xiǎn)，不要再前往。

陸俊達(dá)：做科學(xué)研究不會(huì)一帆風(fēng)順，遇到問題后，自己運(yùn)用智慧把問題解決，是一件很有成就感的事情?？茖W(xué)技術(shù)是國(guó)家和民族的希望與未來，希望同學(xué)們不負(fù)韶華、努力前行，對(duì)科學(xué)研究保持足夠的熱情，早日實(shí)現(xiàn)自己的遠(yuǎn)大夢(mèng)想！