多方位视觉导盲装置

地区澳门特别行政区慈幼中学

作者：邓智仁

辅导教师：骆进武

项目简介

本项目的名称是「多方位视觉导盲装置」。主要是使用超声波测距检测障碍物，再以发光二极管(灯条)作为信号输出提示视障人士与障碍物之间的距离。将三个超声波传感器安装在皮带的前丶左及右方，以检测视障人士与障碍物之间的距离，并透过信号传输到处理器进行计算，控制发光二极管的闪烁频率，以三种或单一颜色的光作为轮出。视障人士在独自出外时主要使用拐扙用以在地面上敲击，发现前方地面上约0.5米内的障碍物。它的主要缺点是不能发现更远的障碍物。也有一些盲人利用导盲犬带路，但不易训练且成本较高，一些场所也不允许动物进入。许多国家也研发和生产了各种高科技的电子导盲装置，如导盲机械人，但大多成本很高。而且大多盲人视障人士生活十分穷困，无法购买这些装置。民间也有一些为视障人士设计的电子导盲装置，但大多使用语音作为警报，影响视障人士的主要感官－听觉。

本专案希望为视障人士提供一个售价相对便宜丶效率高丶易於携带丶安装丶使用的导盲装置。并且提供多方位侦测的功能来提供更可靠的资讯。在设计初期，我因着低成本丶低功耗丶多方位物品侦测丶中距离物品侦测丶提供光线信号这几点，选用了超声波传感器和发光二极管。我们再配合轻便携带及使用光线输出这两点，决定把发光二极管装放眼镜内丶超声波传感器放在皮带这一设计。

本专案使用ArduinoUno作为处理器，利用超声波的回波原理，把超声波传感器所得的资料经过处理後，控制输出电压的频率。电流通过发光二极管後，发出光线作为输出。本专案利用视障人士大多并非全盲这个特点，率先以光线作为输出，以减少对视障人士的听觉造成影响，也可利用视障人士的残馀视力。

将来这个项目可以配合各种技术，例如空间构建程式，为视障人士提供一个更加准确的空间资讯。也可将电源转换成太阳能供电，减少对电池的依赖和换电的需要。可加装GPS定位器，让家人清楚了解视障人士的行踪，避免视障人士走失。

一种新型的仿生运动驱动方式——鳞片驱动

广东省深圳市南山区华侨城中学

作者：李铮

辅导教师：李鲋瑞

项目简介

蛇在千百万年的进化中，退化了手和脚，进化出新的爬行方式，成功成为食物链较为前端的掠食动物。蛇在进化的过程中选择的爬行方式，必定有其科学性，是值得研究的。蛇是靠肋骨和肌肉往复运动产生动力的（图一）。可是在实际中物体往复运动并不能产生单向的运动，只能在原地来回运动，蛇是怎么通过往复运动产生单向运动呢？原来它靠的是腹部的鳞片，鳞片产生“倒刺”的效果，在往复中鳞片对地的摩擦力不一样，鳞片对地面向后的摩擦力大于向前的摩擦力，地面就对蛇产生了向前的推动力，正是这神奇的鳞片产生的效果。

我们利用铜片裁剪出鳞片的形状（图五），利用手机里的电磁振动片产生往复运动（振动），成功将振动转化为直线运动（图二）。那么，利用鳞片做单向运动的驱动，有什么意义呢？我们认为，这种运动驱动模式不需要旋转，不需要传动机构，运动机构简单有效。为了说明其意义，我们利用鳞片的振动来驱动，创作出不需要轮子的、体积微小的机器人（图三），它利用红外线检测，判断物体的距离，调控其运动方向，使之绕着一个物体运动(图四)。根据振动可以产生单向运动的特点，我们可以做出不需要旋转的钻头，利用振动就可以钻孔，在地质勘探中，我们可以做出通过振动就可以钻井的平台。

管道穿越机

广东省深圳市第二高级中学

作者：郑森湖

辅导教师：贾倩输  王国营  李睿

项目简介

初中时，我参加了头脑奥林匹克“小车爬坡”比赛，利用直流减速电机使小车获得很大的牵引力，用3V电源驱动电动小车爬上倾斜度为75度的斜坡。基于这次成功的尝试，我突发奇想，如果电动小车获得足够大的牵引力能否爬上竖直90度的管道呢？由此我开始探究这一问题，并研制管道穿越机。管道穿越机的橡胶轮通过直流减速电动机获得很大的转动力矩，设计巧妙的弹性八字叉簧把管道穿越机紧压在管壁上，增大橡胶轮与管壁间的最大静摩擦力，增强拖动能力。可以调节八字叉簧角度以适应管道内径大小的变化。实验表明我研制的管道穿越机能够平稳运行于直径为18mm--21mm的PVC水平、竖直管中，可通过曲率半径不小于60mm的PVC弯管，移动速度为2.5cm/s--3.8cm/s，体积小、功耗小，可双向移动。达到了“微小化、大驱动、快速、长距离运动”的设计要求。

管道穿越机可应用于网络工程、电信工程中的管道分段穿线施工中，如室内电线、电话线、有线电视信号线、网线的铺设，实用性强。

管道穿越机穿线具有以下特点：1）管道穿越机拖动尼龙线穿过管道后，再用尼龙线拖动电线的方式，可以顺利穿线，不会出现电线打折、弯曲甚至折断的问题。2）实验表明，管道穿越机穿线与手动穿线比较，既可以穿较软的电话线、光纤，也可以穿较硬摩擦大的电线、网线。更易通过弯道，穿线质量高，穿线速度快。3）管道穿越机可应用到管道电线烧坏后的换线工作中。

我对管道穿越机的后续研究提出以下设想：改用大功率电动机、改变弹性叉簧的尺寸实现小区内大口径pvc管道的布线；在管道穿越机上安装摄像头与电脑终端无线传输，实时地检测管道内部管线情况等，拓宽它的应用领域。

基于非线性声学原理的音频定向传播器

广东省广东实验中学

作者：高立尧

辅导教师：王剑  全汉炎

项目简介

1、项目摘要：基于非线性声学原理，采用双超声波发生器和阵列角度调节器设计出一套音频定向投射器。

2、项目选题：在课室、图书馆、自习室等公共场所自习的时候，经常会被同学们的嘈杂传递声打断解题的思路；于是我开始对声学进行的研究并制作音频定向转播器。

3、设计目的和基本思路：制作一种价格低廉、使用方便的定向音频传播器，该仪器能实现在安静的公共场所（图书馆等）上定向传递声音，从而避免对周边民众的噪音影响。利用废旧物品和容易采购的电子元件制作出价格低廉、声音指向性高、方便携带、使用便捷的声音定向传播器。

4、项目研究过程：探究超声波发射器的最佳排列，制作出一个能产生出具有良好指向性和穿透性的可听的差频信号的超声波发射电路，结合非线性声学、超声波传输等原理制作角度调节器。

5、项目研究方法和科学原理：本项目运用了（1）非线性声学原理。（2）运用了声电转化原理，通过对比法，探究出最佳超声波发生器陈列。（3）电路学，利用555定时器产生矩形波信号。

6、创新点：（1）采用超声波发生器陈列，提高了声波的束射能量，能增大投射距离，并能获得较高的信噪比。（2）采用单发送阵列时，可实现音频信号的定向发射；（3）采用双发送阵列时，可实现音频信号多方向发射；（4）智能化特点：能根据投射点的远近来选择发射功率；具备红外感应器及光强感应器，投射器前端没有听众，或是夜晚的时候，能自动关闭投射装置。

7、他人同类研究的情况调查：目前国际上仅美国ATC公司具有系列商业化产品，但产品还未经市场长期考验，还处于商业化初级阶段。此外，目前声频定向扬声器的国内外市场，特别是国内市场基本还处于未开发状态，因此该产品具有巨大的市场发展潜力。

8、进一步完善该项目：（1）提高该仪器的传播距离及指向性。（2）研究声音的同步传播。（3）产生悦耳的声音。