適量的騎行有助于提高免疫功能、促進下肢血液循環(huán)、增強心肺功能等，對于正處于身體發(fā)育階段的學(xué)生群體來說，是一種非常合適的運動。

根據(jù)調(diào)查，我校在校學(xué)生約5000人，其中騎自行車上下學(xué)的學(xué)生約650人，占總?cè)藬?shù)的13%。騎自行車是一項綜合運動，其好處如下：屬于有氧運動，能充分吸入氧氣，呼出二氧化碳，體內(nèi)ATP消耗更多熱量；可以鍛煉下肢深部肌群如股二頭肌、股三頭肌、股四頭肌等肌群的協(xié)調(diào)能力，提高人靜息基礎(chǔ)代謝率；可鍛煉小腦的平衡功能和周身協(xié)調(diào)能力；可對下肢肌肉進行有效拉伸；等等。

自行車多以山地車和公路自行車為主，自行車本身不帶鎖體。使用的鎖體多為傳統(tǒng)的U形鎖或鋼絲鎖，但這些鎖需單獨攜帶、人工上鎖、鑰匙開鎖，其中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都有可能導(dǎo)致自行車被盜或被錯騎。因此，我想?yún)⒖技彝ブ悄荛T鎖設(shè)計一款智能車鎖，為學(xué)生的自行車增加安全保障。

一、設(shè)計原理

目前不提倡學(xué)生攜帶智能手機入校，所以物聯(lián)網(wǎng)的功能并不適用，需尋找其他方式智能感知自行車的狀態(tài)，使自行車處于非騎行狀態(tài)時能實現(xiàn)自鎖。

同時考慮到鑰匙的攜帶具有不確定性，所以可借鑒智能門鎖的工作原理，使用指紋、面部識別（面部識別掃描人臉時的耗電量較大，防水要求高，對安裝位置及光線有要求，可以忽略）等身份識別特征完成開鎖。該設(shè)計涉及電控裝置，一旦電池缺電會導(dǎo)致電控設(shè)備失效，所以需要提供電量提醒功能，并且支持使用外接電源開鎖。

基于上述功能的實現(xiàn)，我通過在網(wǎng)上和圖書館查找資料了解到，可以選用單片機控制板、光電傳感器、壓力傳感器、步進電機、電機驅(qū)動模塊以及指紋識別模塊。其中最重要的部件是指紋識別模塊、光電傳感器、壓力傳感器、步進電機等。

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計

智能自行車鎖主要由鎖體、光電傳感器、壓力傳感器、指紋識別模塊、步進電機、凸輪機構(gòu)、單片機控制板、電池及電源管理模塊、蜂鳴器等組成。

三、工作原理

當(dāng)設(shè)備開啟后，光電傳感器及壓力傳感器可檢測自行車的狀態(tài)。若壓力傳感器接收到壓力信號，則判斷自行車為騎行狀態(tài)，光電傳感器不工作；若壓力傳感器未接收到壓力信號，光電傳感器啟動。若光電傳感器一直有信號，則說明自行車處于騎行狀態(tài)；若光電傳感器長期不能接收信號，則說明自行車處于非騎行狀態(tài)。

當(dāng)單片機判斷自行車處于非騎行狀態(tài)時，控制步進電機旋轉(zhuǎn)一定的角度，讓凸輪機構(gòu)帶動鎖舌運動，隨后停止并頂住鎖舌，自行車自動上鎖。當(dāng)指紋傳感器獲取信號后，與指紋庫進行比對，若比對不成功，則不開鎖，當(dāng)檢測到三次非法指紋開鎖時控制蜂鳴器發(fā)出警報聲；若比對成功，則控制步進電機旋轉(zhuǎn)一定的角度，讓凸輪機構(gòu)開啟鎖舌，鎖舌在彈簧的作用下復(fù)位開鎖。

當(dāng)電池電量低于20%時，控制蜂鳴器發(fā)出提示音并在液晶顯示器上顯示剩余電量，這時應(yīng)及時給設(shè)備充電。

四、創(chuàng)新點

（一）自動檢測

利用光電傳感器與壓力傳感器的組合完成對自行車狀態(tài)的檢測，從而判斷自行車是否需要上鎖。

（二）自動上鎖

利用“步進電機+凸輪機構(gòu)”的組合完成自動上鎖，結(jié)合創(chuàng)新點一，可以實現(xiàn)非騎行狀態(tài)下的自動上鎖功能，避免忘記上鎖的現(xiàn)象發(fā)生，提高自行車的安全性（可將圖中鎖舌設(shè)計為圓頭，避免輪輻妨礙上鎖）。

（三）指紋開鎖

利用指紋識別模塊實現(xiàn)指紋開鎖功能，利用生物識別特征完成對自行車的開鎖，簡化開鎖過程，提高便捷性。利用指紋識別模塊與蜂鳴器的組合實現(xiàn)報警功能，如果識別指紋與預(yù)設(shè)的指紋不符，則發(fā)出警報。

（四）電量提醒

利用蜂鳴器實現(xiàn)電量提醒功能，及時提醒車主更換電池，防止因電量不足問題導(dǎo)致無法開鎖的情況發(fā)生。同時支持外接電池，當(dāng)電池電量不足時可用外接電源為設(shè)備供電。

（五）睡眠模式

當(dāng)傳感器檢測到自行車處于靜止?fàn)顟B(tài)時，電源管理模塊自動進入睡眠模式，僅給光電傳感器供電。當(dāng)光電傳感器檢測到車輛處于騎行狀態(tài)時，睡眠模式開啟，減少耗電，延長電池使用時間。

作者心聲

從決定參與科技創(chuàng)新活動到確定主題再到一步步編寫程序、調(diào)試摸索、實現(xiàn)功能，這一路上，開心和痛苦并存。我認(rèn)為很多發(fā)明創(chuàng)造其實都來源于自己生活中碰到的問題，能不能有所發(fā)明，有所創(chuàng)造，主要取決于自己會不會思考，會不會研究。為了達到預(yù)期的效果，我在前行中不斷摸索，通過查找大量的文獻，最終找到了創(chuàng)新點。

創(chuàng)新是一切事物發(fā)展的本質(zhì)，科學(xué)家科研需要創(chuàng)新，學(xué)習(xí)也需要創(chuàng)新。如何培養(yǎng)自己的創(chuàng)新能力，創(chuàng)新的源泉又在哪呢？我認(rèn)為首先要對學(xué)習(xí)或研究的事物保持好奇心。

100多年前，在沈陽東關(guān)模范學(xué)校讀書的周恩來，用稚嫩的嗓音鏗鏘有力地作出“為中華之崛起而讀書”的回答。21世紀(jì)是一個追求科技創(chuàng)新的世紀(jì)，實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國夢，渴望擁有更多具備創(chuàng)新精神與創(chuàng)新能力的人才。（指導(dǎo)老師：湯磊）

專家點評

王浩丞同學(xué)的智能自行車鎖，是一項較典型的創(chuàng)新實踐作品。由于其項目內(nèi)容屬于專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域里公眾的關(guān)注點，市場已出現(xiàn)各式各樣的自行車智能鎖。不過，王浩丞在這個作品的創(chuàng)新實踐過程中，實現(xiàn)了對創(chuàng)新實踐能力自我培養(yǎng)的追求。通過確定主題到一步步地編寫程序、調(diào)試摸索、實現(xiàn)設(shè)計功能環(huán)節(jié)等，他的思維與動手實踐等各個方面的能力都得到了強有力的培養(yǎng)。這件作品也展現(xiàn)了他對相關(guān)技術(shù)的學(xué)習(xí)與應(yīng)用的綜合能力。

這里提出的建議是：同學(xué)們在進行科技創(chuàng)新選題時，一定要考慮創(chuàng)意來源的技術(shù)領(lǐng)域背景，難以駕馭一般專業(yè)技術(shù)較強的A類項目，同時由于知識與能力的不足，還有可能影響到正常的學(xué)習(xí)或健康。所以，要選取真能“跳起來就能摘到桃子”的B類項目，且在解題時把握好“疑難問題智能化、復(fù)雜問題簡單化、簡單問題巧妙化、常規(guī)問題精細(xì)化”等基本規(guī)律。

本期點評專家

譚迪熬 中國發(fā)明協(xié)會院士專家咨詢工作委員會首任專家，中國發(fā)明協(xié)會中小學(xué)創(chuàng)造教育分會會長，科技創(chuàng)新教育特級教師，教育部國培計劃專家?guī)鞂＜摇?/p>