全国科普日网络科普活动成果展示(四)

为贯彻“弘扬科学精神,普及科学知识”的科学精神,努力提高学生科学素养,促进学生科学逻辑思维发散,青岛理工大学琴岛学院积极参与2020年青岛市全国科普日活动。现将活动结果展示如下:

1、琴梦云锁

应用领域和技术原理、用途:针对传统门锁的安全性不足、抗暴力性能差、可复制性强等各种弊端。本设计主要以Air202 GPRS模块为主体,通过微信小程序、云端服务器实现用户终端与Air202 GPRS模块的通信从而达到了远程控制门锁的目的。

技术性能指标:该设计采用了Air202 GPRS通信模块控制,减小产品尺寸并优化产品成本,该设计采用了Air202 GPRS通信模块控制,减小产品尺寸并优化产品成本,采用移动云服务器,通过通用分组无线服务技术与移动物联网平台连接,可靠性高,性能强,采用微信小程序,开发简单、方便、实用,开发成本低,不需要下载和安装,方便用户使用。经过测试用户可通过扫描二维码添加微信小程序,打开小程序提交申请和个人信息,申请开锁权限,等待管理员授权。开机后Air202 GPRS模块内嵌网络服务协议栈连接移动云服务器,用户通过微信小程序扫描二维码时,将会在云端数据进行数据比对,如果拥有开锁权限就会开启电控锁。如果手机丢失,只需要告诉管理员,将会取消该微信的权限,进而得到安全保障。

作品的创造性、先进性、可行性、实用性:

1、方便快捷:该远程门禁系统只需用手机扫码就可以开锁,省去了传统机械锁携带钥匙的繁琐。

2、数据互联:该门禁系统的数据都保存到了云服务器,即使断电,数据也不会丢失。

3、系统简洁:该远程门禁系统因为采用了Air202 GPRS通信模块控制,最大限度地满足终端产品对小尺寸模块产品需求,有效减小产品尺寸并优化产品成本。

4、管理简单:管理员只需在PC端登录云端服务器就能对用户进行授权管理,从而简化了管理过程。

作用意义:本设计在实际生产生活中具有很大的意义,可与家庭智能相结合,构成完整的智能家居链条,也可应用于企业门禁的安全与管理,便于人员进出的记录,能被广泛的应用于家庭、工厂、政府、公司、学校等场所,有效的消除安全忧虑的同时也具有很大的商业利用价值。

推广应用前景、效益分析与市场预测:国内智能锁市场渗透率目前不足5%,应用扫码开锁的智能锁更为稀少,可与智能家居相结合,构成万物互联的格局,适用于家庭、企业、工厂等诸多场所,存在巨大的潜在市场。

2、十字旋转屏

原理:

将单片机控制的LED流水灯设备稍作改进,让它动起来,就能神奇地显示各种字符或图案,其效果如漂浮在空中一般。之所以能如此,这得益于人眼的“视觉暂留”现象,称为POV(PersistenceofVision)。

设计思路:

POV相关的制作,实质是利用机械运动来简化电子电路,大多只需要十来个元件加上几十行甚至十几行程序就能达到神奇的视觉效果。

利用POV 即“视觉暂留”这一原理,我们可以通过发光体的运动,产生一系列运动轨迹的残留影像,达到漂浮在空中似的神奇梦幻般显示效果。

归纳为这几个问题的解决

1.运动的是发光体

2.发光体如何运动

3.如何给运动的系统供电

4.采用什么样的传感器感知运行状态

5.如何控制运转着的系统

POV介绍:

POV 即英文PersistenceofVision一词的缩写,中文是“视觉暂留”的意思。

每当人的眼睛在观察物体之后,物体的映像会在视网膜上保留一段很短暂的时间。在这短暂的时间段里,当前面的视觉形象还没有完全消退,新的视觉形象又继续产生时,就会在人的大脑里形成连贯的视觉错觉。其实,对于这种独特有趣生物现象,我们随时都能感受到。下雨时,纷纷快速下落的雨滴,在我们的眼里却成了一条条富有诗意的“雨丝”;用一支激光笔射在墙上,并快速晃动,我们会感受到一幅由线条组成的画面。进一步的研究发现,人的视觉暂留时间约为1/24s,这个时间值并非是个标准值,它因观察者的个体差异和观察的物体的亮度及大小约有不同。现代电影根据这一事实,以每秒24个画格的速度进行拍摄和放映,使得一系列原本不动的连续变化画面,在人眼里产生连贯的活动错觉影像。对“POV”现象的认识和利用,可追溯到两百多年前。

3、睡眠监测仪

作品简介

1.采集人体的血氧饱和度,心率值,这两项生命参数反应了人体心肺功能是否正常,特别是睡眠的状况更尤为重要。

2.判断人体翻动,转身次数,睡眠时间,能够监测人体是否进入深度睡眠,也反映了人体的睡眠质量。

3.记录睡眠时的鼾声,磨牙声,可以判断人体睡眠时呼吸系统是否正常。(自动录音的阈值可以自行设置)

4.报警系统可在人体参数过低时,报警,叫醒被监测者,以防被检查者出现更严重的意外。(报警阈值可自行设置)

5.记录的录音存储在TF卡中,可直接用板载喇叭播放,也可用其他播放器播放。每日睡眠数据(包括录音,SPO2,PR,翻身次数,睡眠时间)可生成TXT文档,存放在TF卡中,长期保存查看。

作品详情

(1)其中MCU采用的STM32F103VCT6,睡眠监测的核心控制部分,主频为72M。(2)电源模块将锂电池升压至5V,降压到3.3V,1.8V为系统供电 (3)充电IC选用CN3052为3.7V单节锂电池充电,可自动为锂电池充电,使用简单。(4)CP2102-GM是一款USB转串口IC,用与MCU与电脑通信,可直接下载程序(5)MPU6050六轴加速度模块通过IIC与MCU通信,该模块在运动时,获得陀螺仪的值,可判断人体是否运动。 (6)VS1053模块使用SPI与MCU通信,用来输出音频,并控制板载HT6872驱动喇叭,播放音乐,VS1053模块也用来录音,使用MI头,采集单声道音频。 (7)SPO2血氧模块是一款医疗级SP02模块,通过指甲探头采集人体血氧饱和度和心率,这两项都是人体重要的参数。 (8)TF卡和W25Q128 用来存储数据,TF上的内容可在其他设备查看。非常方便1.44彩屏用来显示画面数据,该模块采用软件SPI驱动,刷新效率较慢,如有可能尽量使用硬件SPI。 (9)蜂鸣器用来报警,提醒被监测者,可使用PWM来控制音色。DS18B20芯片用来实时监控环境温度。

作品优势

小巧便携,可穿戴在手腕处,自带锂电池,可长时间使用。1.44寸彩屏显示,操作简单,老少皆宜,通过采集睡眠时人体的血氧饱和度,心率值,来判断人体的心肺功能是否正常,睡眠监测仪带有报警功能,可以根据个人情况,设置报警阈值,当身体参数超过阈值时,通过报警叫醒被监测者。

 

4、智能烟雾报警器

作品简介:一种烟雾报警系统,用于监控火灾、煤气泄漏等不安全事故的发生。该烟雾报警系统由无线传感器网络节点和监控系统两个部分组成。无线传感网络节点监控如烟雾和CO浓度等,监控节点模块接收监控数据并进行处理,实现烟雾报警监控等功能。从而有效的减少火灾所造成的潜在损害。

 

产品借助物联网技术开发了一种烟雾报警系统,用于监控火灾、煤气泄漏等不安全事故的发生。该烟雾报警系统由无线传感器网络节点和监控系统两个部分组成。无线传感器网络节点由多个感知模块组成,用于实时检测多个监控区域的环境参数(如烟雾气体浓度、一氧化碳浓度等),并通过传感器网络将所有数据传输至监控系统。监控系统由下位机、PC上位机、手机APP三个部分组成:下位机安装在用户监控场所,通过无线传感器网络实时接收传感器节点的环境参数,并利用ZigBee网络和WIFI网络将监控数据分别发送至监控中心的PC上位机和用户手机的APP,若被监控的区域发生火灾、煤气泄漏等安全事故,三者将同时报警,从而极大程度地减低了无法获取安全事故发生的问题的风险,能够第一时间对受灾的地点进行抢救。 

作品优势

1.通过下位机、PC上位机、手机APP三种终端报警的方式降低无法第一时间获取安全事故发生的风险,能够第一时间对事故地点进行抢救;

2.利用无线传感器网络的优势,将监控传感器和监控系统分离成独立的模块,实现了增加监控区域只需安装独立的传感器节点的特性,极大程度地提升了系统的可扩展性,同时使得系统具有较低的扩展成本。

3.引入物联网技术,将烟雾传感器通过无线传感器网络接入报警器系统,传感器数量可大规模增加,系统可扩展性强。

通过此次活动,同学们意识到科技创新工作对社会发展至关重要,创新项目要立足实际,创新思维要有超前意识、突破意识。各专业之间要互相交流,分享经验,提高自主创新能力,拓宽创新成果带来的成效,为推动时代进步贡献自己的力量。