基于arduino的多功能溺水救援装置

◎重庆师范大学附属科学城中学校初二（8）班 张煦朗 杨和昕 杜修齐

本期点评专家

谭迪熬 中国发明协会院士专家咨询工作委员会首任专家, 中国发明协会中小学创造教育分会会长, 科技创新教育特级教师, 教育部国培计划专家库专家。

一、创意来源

一天, 我们看到电视中报道了一则小孩溺水的新闻, 感到很痛心, 当时就想, 如果能制作出一种高效的救援船, 或许就能避免悲剧的发生。

我们查阅资料后发现, 一些地区水上救生设备和救援方式落后, 救援过程耗时较长, 于是提出设计一种基于arduino的多功能溺水救援装置。

二、设计思路

本设计主要利用船机的基本原理, 在实现远程遥控船体的基础上, 增加船的整体负载能力。当发现有人溺水时, 救援人员只需放下该船, 即可将救生圈、对讲机通过遥控的方式送到溺水者的身旁, 帮助他们及时脱困。设计流程图如图1。

图1 设计流程图

三、制作过程

（一）硬件设计

本设计以arduino为控制中心。当arduino接收到遥控器发送的信号后, 控制电机旋转, 进而带动螺旋桨旋转, 驱动救援船前进。本装置的主要硬件如图2。

图2 主要硬件

装置主体包括船体和控制部分。船体采用双船体结构, 如图3。控制部分主要包括控制器、信号接收器、电池以及驱动电机等。

图3 船体

船体底部有一个篮子, 用于放置救生圈等设备。篮子前部有一块挡板, 挡板可通过电动推杆控制救生圈的收放。船体上方安装了用于发电和存储电能的太阳能电池板、可实现通话功能的对讲机以及便于溺水者发现救援设备的警示灯。

为了防止弄湿电路板, 将电路板封装在防水盒内部。

（二）软件设计

在进行软件设计时, 将信号接收模块、电机和舵机驱动模块、报警控制部分等各个模块分别编程, 写入各自的子函数, 然后进行模块化的组合, 搭配逻辑语句完成main函数的设计。

运行程序时, 首先将各个模块初始化, 比如将各个参数设置为初始值, 将接收处理信号的标志位和数组清空。然后接收远程控制信号, 根据接收的信号驱动电机和舵机。软件流程图如图4。

图4 软件流程图

（三）实物制作和焊接

1.根据各个模块的器件设计印制电路板（PCB）。

2.寻找专业的PCB制作厂家, 将PCB进行打样, 然后根据电路图进行焊接。

3.根据各个模块的设计要求制作模型, 利用3D打印设备打印各个模块。

4.用电烙铁将外接的各个模块的导线焊接, 用热熔胶枪将各个部分固定。

5.将防水盒、警示灯和太阳能电池板安装在船体上部, 连接电路, 如图5。

图5 安装了防水盒、警示灯和太阳能电池板的船体

6.安装挡板、电机模块, 完成整体实物制作。

7.进行通电测试。在水中放置一些塑料物品模拟溺水者, 操作该设备运行到塑料物品周围并实施救援。在距塑料物品较远的情况下, 可以遥控驱动救援船前进或后退, 并能实现语音通话功能, 基本实现设定的功能。

图6 通电测试

四、活动体会

通过本次设计, 我们学习了很多新知识, 了解了电机驱动的原理, 明白了原来生活中有很多机器都需要电机驱动, 如机器人、遥控车等。

此外, 本装置也有需要改进的地方, 比如可添加远程可视的视频设备, 实现视频通话功能。

（指导老师：黄睿）

专家点评

“基于arduino的多功能溺水救援装置”对于几位初中生来说, 是一件比较好的创新实践作品。关于溺水救援的装置、报道等都比较多, 几位同学能基于自己的思考和所掌握的技术来完成这个项目, 实属不易。

值得特别赞赏的是, 很多时候大家对创新有心动, 但少行动。这几位同学能将单片机技术运用到这个项目中, 充分展示了他们对相关技术的应用能力。

这里有两点要与作者们商榷：第一, 这是一项集体完成的作品, 但其主要制作任务分别是由谁完成的并未交代。第二, 该作品还只是一个简单的模型, 并没有投入生产应用, 我们应怀有实事求是的科学态度, 尽量避免对其具体应用效果的描述。