老人跌倒监测和定位报警装置

河北省石家庄市第二中学

作者：刘欣然

辅导教师：赵志军  薛洪波  于万堂

项目简介

本项目根据老年人跌倒警告与救助这一突出的社会问题而提出，旨在研究与设计一种可以监测老人跌倒姿态并及时定位报警的装置，当老人发生跌倒或者遭遇其它危险时，可以通过内置的GSM/3G通信模块和全球定位模块以及基站定位相结合的方式，将老人危险报警和位置信息以短信形式，发送给预设的子女或社区服务站手机终端，还可通过移动通信的语音功能，进行状态确认和语音救助指导。老人身体姿态检测与跌倒状态判断是该项目的关键技术之一，是利用中学物理中“万有引力定理”原理，也即地球表面上任意位置的物体都受到一个指向地心的地球引力，物体在静止或匀速直线运动时，仅受到该引力的作用。通过建立人体直角坐标系，即X、Y、Z轴相互正交，用三轴加速传感器测量人体X、Y、Z三个方向上的分量变化，从而检测与判断老人身体跌倒姿态。根据：老人、跌倒监测、定位、报警、语音救助和fallingdetection，在中国学术期刊网、万方数据资源系统、维普科技期刊文摘索引数据库进行了检索，检查到相关文献15篇，其研究内容和关键技术点主要涉及以下几个方面：基于老年人跌倒及其预防的认识和行为；老年人跌倒行为过程特点及其检测方法分析；老年人生理参数监测及无线传输。

本项目的创新点主要在于：提出了一种基于三轴加速度计人体跌倒监测、声光提醒、手动确认与取消、GPS与GSM基站冗余定位、短信远程报警、现场环境声音确认与语音救助指示等功能于一体的“老人跌倒监测和定位报警装置”，功能性与实用性强；提出的跌倒判据算法融合了人体三轴加速度阈值监测、人体跌倒三轴加速度过程变化识别、手动报警确认等，具有漏警和虚警率低等优点，具有创新性。

项目研究基本达到了最初的设计目的，但还有很多不足和可以优化的地方，如可以增加体温、脉搏、血压等重要生理参数的检测功能等。

太阳能追光控制系统

天津市北京师范大学天津附属中学

作者：吕仲浩

辅导教师：乔汇荃

项目简介

第一，内容摘要：主要研究内容是太阳能追光控制系统。本系统是基于单片机的自动控制系统，采用光电检测追踪模式，配合机械装置使系统更加稳定，提高了系统的追踪精度。

第二，选题：人类正面临着石油和煤炭等矿物燃料枯竭的严重威胁，太阳能作为一种新型能源具有储量无限、普遍存在、利用清洁、使用经济等优点，但是太阳能又存在着低密度、间歇性、空间分布不断变化的缺点，这就使目前的一系列太阳能设备对太阳能的利用率不高。太阳能追光控制系统解决了太阳能利用率不高的问题。

第三，研究的目的：研究一种基于光电传感器的太阳能自动追光装置，该装置能自动追踪太阳光线的运动，保证太阳能设备的能量转换部分所在平面始终与太阳光线垂直，提高设备的能量利用率。

第四，研究基本过程：通过对视日运动轨迹追踪、光电追踪、视日运动轨迹追踪和光电追踪相结合这几种追踪方案的比较，最后决定采用光敏电阻光强比较法作为本设计的追踪方案：选择ATmega16单片机，通过比较选择了光敏电阻作为光电传感器，用九个光敏电阻放置于一块电池板的各个方向，实现判断太阳所在位置的功能。

第五，科学原理及方法：应用到了环境地理学，电子电路基础，自动控制原理等内容，归因分析法，比较研究法等。

第六，创新点：结构简单，太阳光追踪精度较好。

第七，同类研究：2002年美国亚利桑那大学利用控制电机完成跟踪，采用铝型材框架结构，结构紧凑，重量轻，大大拓宽了跟踪器的应用领域。国内，1992年推出了太阳灶自动跟踪系统，1994年《太阳能》杂志介绍的单轴液压自动跟踪器，完成了单向跟踪。

第八，完善设想：（1）系统稳定性需要加强（2）在功能上需要更加完善

可印刷的电子防伪保密胶带

四川省成都市第七中学

作者：杨锐涵  罗燕桑妮  任语杰

辅导教师：张玉焜

项目简介

1、项目摘要：本项目研制了一种新型的可印刷低成本电子防伪保密胶带，解决了现有防伪保密技术存在的不足。该电子防伪保密胶带通过在特殊的胶带上印刷具有电子特征的导电线路制作而成。这种防伪保密胶带具有很好的信息记录能力，而且不容易被复制，防伪保密效果好，可以广泛应用在各种商品防伪和文件保密等场合。

2、选题目的：传统的防伪保密技术普遍采用纸质材料的标签或者胶带粘贴在商品包装表面或者需要封存的封口处，依靠外观来辨认真伪或者封口是否曾经开封过，仿效保密效果差。本项目把电子技术集成到纸质的胶带中，制作成电子防伪保密胶带，解决现有防伪保密技术存在的不足。

3、基本思路：把电子线路做在胶带上，当胶带撕开的时候，破坏电子线图从而改变电子线路的特征，并可以被一个外置的电子设备识别出来。为了提高防伪保密的效果，每一张胶带上设计不同的电子线路图案，并且当胶带撕开以后，线图被破坏，无法还原和复制。

4、研究进程：①电子防伪保密胶带原理的验证与方案设计；②材料选择与胶带的制作；③电子胶带的特征读取装置制作；④论文与附件编写（三人共同合作完成）。

5、原理与方法：①不同形状和走向的导电线路具有不同的电子特征，并且该电子特征可以被外置的电子装置识别出来；②使用丝网印刷技术，把导电线路印刷在纸质的胶带上；③通过局部涂布胶水，使得胶带在撕开的时候部分导电线路容易损坏，从而可以被识别出来。

6、主要贡献：设计并制作了一种新型可印刷低成本电子防伪保密胶带，可广泛用于各种商品防伪和文件保密，解决了现有防伪保密技术存在的不足。

7、同类研究：RFID防伪技术、纸质的防伪保密胶带。

8、进一步完善的设想：①确定电子胶带里的导电线路形状的设计准则；②增加温度补偿，使得电子胶带的电子特征更加稳定的被识别。

紧急刹车误踩油门自动刹车系统

安徽省无为中学

作者：俞笑闲

辅导教师：丁玉清

项目简介

1、项目摘要：发生车祸前，汽车如能减速，绝大部分车祸是可以避免的，但许多汽车在发生车祸前不但没有减速，而且还莫名其妙地突然加速。由此可以判断一些驾车人，在遇到紧急情况，应该紧急刹车时，慌乱中误将油门当刹车踩了下去，最终酿成惨祸。该系统利用驾驶人在给汽车加大油门和急踩刹车时，身体反应动作的差异设计而成的。当人正常驾车，给汽车加大油门时，一般会轻踩油门，即使超车等需要快速提速的，踩油门的力度也不会超过几十牛顿。而紧急刹车时，人会集中全身力量通过脚踩下去，能达到几百牛顿的力量。该系统就是在油门系统上加一套装置，当紧急刹车误踩油门时，如果脚踩的力量达到一定值时，自动刹车装置就会启动，一方面它会关闭发动机电路，发动机停止工作，汽车失去动力，另一方面刹车系统启动，汽车会立即减速并停止，从而有效防止车祸的发生。

2、该项目中申报者的主要贡献：有许多人想发明防误踩油门装置，一种方法是在油门上加装一个加速度传感器，通过检测油门加速度的大小来判断是否误踩油门，然后由电脑启动自动刹车装置达到刹车目的；另一种方法是在油门上加装一套电磁感应装置，通过踩油门时速度的快慢所产生的电流不同来判断是否误踩油门，然后由电脑启动自动刹车装置达到刹车目的。而我发明的防误踩油门装置，是通过驾驶人给汽车加油和急踩刹车时，脚的作用力大小来判断的，并且通过油门和刹车上的联动装置直接刹车。这种装置结构简单，可靠性好，由于给汽车正常加油和误踩油门时脚的作用力差别很大，所以不会出现误判而启动该装置；而当该装置一旦启动，它会在启动刹车的同时让发动机停止工作，使汽车迅速停止，从而能有效防止车祸的发生。