Wednesday, February 28, 2024

Arduino 电子专题 让创意变为现实 选修课,学生创作大丰收

        你家的数字电视、电冰箱、洗衣机、微波炉、空调、空气净化器等,都是单片机控制的,这些活,Arduino都能干。以前单片机开发需要学很多硬件知识,端口的操控比较繁琐。用Arduino做开发平台,实现起来就简单。为此,兴华中学于2016年首次在高一选修课开设Arduino电子专题课程,提供有志于发明、爱动手的同学一个课本以外的学习平台,让他们了解电子学和嵌入式系统,从学习过程中培养创新思维和技术能力,为未来的人类世界装备好自己。



● Arduino平台介绍
学生在课程开始时学习Arduino平台的基本原理和硬件组件,包括Arduino控制器、传感器和执行器。

● 电子电路设计
学生学习如何设计和构建电子电路,以满足各种应用的需求。他们使用模拟和数字电路来解决实际问题。

● 嵌入式编程
学生通过编程语言如C++学会如何编写代码,控制Arduino硬件,实现各种功能,从简单的LED控制到复杂的物联网应用。

● 项目开发
课程的重要部分是项目开发,鼓励学生将他们所学应用于实际项目,从而提高他们的实际技能和解决问题的能力。





        在2023年10月5日、12日及19日的下午,选修电子专题的高一同学展示了他们的成果。数月的学习和实践,他们已经掌握了Arduino开发平台的基本原理,所展示的各种电子项目证明了他们的创造力和技术能力。

        在项目展示之间,同学们分享了独特的学习经验,并深刻体会Arduino电子选修课对于提高问题解决和创造能力的重要性。过程中的沟通与合作、创新和不断改进设计项目所需要的耐力,也是一项重要的修炼。电子专题选修课执教老师陈伟轩表示同学们的创作项目不仅有机会提高人类的生活质量,也让同学发掘个人的潜力和发展性。他期待这些同学未来能继续追求科技创新,为社会做出更多贡献。此次活动也激发了更多同学对电子学的兴趣,希望未来还会有更多精彩的项目涌现。


1. ATAS电风扇 - 多功能创新的电子平台
        这款电风扇具备强大的自动化功能,并融合音乐播放和LED显示功能,为用户提供独特体验。它采用超声波感应器技术,智能地检测用户距离风扇的前方20公分–100公分之间,从而自动启动或停止运转,让用户享受“懒人神器”带给生活的便利。其内置可变电阻能精确控制电风扇的风速,根据个人喜好及不同情境的需求提供最佳的风力。ATAS电风扇还配置音乐播放功能,通过附带遥控器让使用者轻松控制音乐的播放,创造室内音乐氛围,提供额外的享受。其机身一侧的LED显示屏可显示电风扇的工作状态,用户可以随时了解电风扇是否处于运行状态。

苏渝杏(高一理孝)
        这次的创作,对我来说是一项巨大的挑战。幸运的是,我的团队成员非常友好和乐于助人,总是热心帮助我,这让我感到非常开心和感激。在制作过程中,我们面临了许多问题,例如风扇无法运转,以及在展示日无法展示成品等等。但通过无数次的修改和尝试,最终成功制作了完美的作品。这一年的选修课程中,我真正学到了新的知识,没虚度时光。



2. “引导之光” - 创新的盲人专用帽

        这是一款专为盲人设计的智能帽,旨在帮助盲人更安全、更自信地探测前方的障碍物。“引导之光”的独特设计使其成为一种革命性的辅助工具,将生活的品质提高到一个新的水平。它的核心功能在于智能障碍物探测系统的设计。当佩戴者前方存在障碍物时,这一系统将立即触发警报声,通过声音告知盲人有障碍物出现。不仅如此,它还能根据障碍物的距离变化来改变警报声的频率。距离障碍物越近,警报声的频率越快。此智能设计帮助盲友更精确地感知障碍物的远近,提高步行过程的安全性。

许惠雯(高一理仁)
        我们的作品“引导之光”旨在帮助盲人规避障碍物,保护盲人免受潜在危险,从而更自由和安全地生活。尽管只是一个雏形及存有一些瑕疵,但总体来说,这个帽子的设计和程式相对不太复杂,因此制作进展迅速。这个项目让我们深入思考社会的需求,培养了对他人的关心。



3. 创意自动贩卖机 - 投币即刻享受购物

        这个项目代表了创造性与便利性的完美结合,它是一个自动贩卖机,只需投入硬币即可即时购买您所需的物品。自动贩卖机的使用非常简便,只需将您想要购买的物品放入指定位置,然后投入硬币即可完成购买,无需等待。这个自动贩卖机的最大特点之一是它完全使用了同学在学习中掌握的电子元件和简单易懂的编程代码。这使得它不仅在功能上非常实用,而且具有教育和启发的作用。这个项目以创新的方式实现了自动贩卖的概念,不仅为用户提供了便捷的购物体验,还为学习者和爱好者提供了一个理想的DIY项目,展示了电子元件和编程的实际应用。

温庆渊(高一理爱)
        在这个项目中,我们经常面临巨大的挑战。尽管困难重重,但我们保持乐观,不懈努力,力求展现出作品的最佳一面。在问题解决的过程中,我们积累了许多新知识和经验。这个报告让我们学会了许多课堂以外的知识,以及一些基本技能,比如锯木和焊接。这个项目不仅是一次挑战,也是一次宝贵的学习经验,让我们变得更强大。


4. 相机稳定器 - 稳定画面,释放摄影创造力
        在摄影和影片制作领域,稳定的画面对于获得高质量的成品至关重要。为了满足此需求,相机稳定器因应而生。它让摄影师稳定画面,抵消手部震动,提供更自由和创造性高的拍摄空间。其核心特点在于能够保持云台水平状态进行两轴稳定。不论拍摄者是横或竖着拿,这一创新设计都能确保相机的水平面拍摄。这意味着摄影师可以自由地改变相机的方向,不必再担心画面会因手部震动而不稳定。此外,此相机稳定器还配备了转向功能,让拍摄者自由地控制相机的方向,以适应不同拍摄需求。无论是追随一个移动的目标,还是拍摄风景,它都能提供卓越的控制能力,让摄影创作变得更加灵活。整体而言,它提高拍摄效果的质量的同时,也降低后期制作工作量,免去修复因相机震动而引起的不稳定画面。

杨玮铭(高一理孝)
        在选择专题报告的主题时,我们需要综合考虑技术、知识和能力等多个因素。最终,我们决定以相机稳定器这个技术挑战较大的项目作为专题报告的主题。尽管面临程式编写和模型外壳设计等困难,我们坚持完成了这个复杂的作品。在程式方面,尽管我没有亲自编写太多代码,但通过理解和学习,我积累了不少知识。这包括servo函数、wire函数的使用,以及一些计算程式的表达方式等。这次经历对我的学习非常有帮助。在模型外壳方面,我们经历了材料选择和设计的挑战。最初考虑使用木板,但后来改为亚克力板。尽管在价格方面也遇到了一些问题,最终我们选择了3D打印材料。制作这个作品的过程充满挑战,大部分工作都在截止日期前才完成。尽管存在一些不足,但我相信这次的经验将让我们在未来做得更好。


5. 创造与教育的完美结合 - “幼儿版保险柜”
   
    这组同学秉持一个独特的理念:只利用现有零件制造出可用的物品。他们的产物是“幼儿版保险柜”。保险柜通常被用来储存贵重物品和私人物品,但这组同学的设计注重教育,旨在教导儿童财产管理的概念,并培养他们的自制力。“幼儿版保险柜”最引人注目的特点就是其简单性。这组同学的设计基于在课堂上学到的编程指令,结构清晰明了,而成本极低。这种易制作的特点不仅使家长和孩子们能够轻松参与制作,还可以成为引导孩子探索Arduino编程世界的媒介。“幼儿版保险柜”不仅仅是一个功能性物品,还是一种启蒙工具,为儿童提供有趣的学习机会。通过参与制作和使用“幼儿版保险柜”,儿童可以理解财产管理的基本原则,如安全储存和保护个人物品。此外,这个项目还强调了自制力的培养,为儿童将来的独立生活打下坚实的基础。

叶芊妍(高一理孝)
        从团队组建开始,我们一直陷入选题的困境。有时题目太难,有时又缺少必要的元件。最终,我们选择了一个相对简单的题目,融合了在课堂上学到的一些代码,将其制作成了一个电子保险柜。虽然在编写代码和组装元件时遇到了一些困难,但我们总是设法克服它们。通过这次专题报告,我对电子科目产生了更浓厚的兴趣。我了解到,通过创意、手工技能、团队合作和基础知识,我们可以制作出出色的作品,不论其复杂程度如何。每当完成一件作品时,都会让我感到满足。刚开始时,我觉得有些同学实力强大,与他们相比,我显得力不从心。然而,我庆幸我们的团队都秉持互相帮助、互相学习的态度,这让选修课程成为了一个有益的经验。


6. RFID点名系统 - 提高校园点名效率
        在现代教育管理中,准确的点名是确保学校秩序和学生出勤的重要环节。为了应对这一挑战,这组同学利用Arduino制作了简易RFID点名智能系统,通过读取RFID标签,提供高效、准确、便捷的点名方案,特别适用于学生群体大的考勤管理。RFID点名系统的核心在于其使用了尖端的RFID(射频识别)技术。每位学生被分配了一个独特的RFID标签,能自动识别并记录个体准确的到达时间,并显示迟到学生的记录。系统会将学生的点名记录以及迟到时间等数据汇总到Excel档案中,提高考勤管理效率。

黄正瀚(高一理爱)
        这次的Arduino项目对我来说是一个巨大的挑战。这些挑战迫使我们提升了解决问题的能力,必须不断尝试和纠错才能成功完成项目。我希望将来能够将这些新学到的技能应用到我的职业生涯中,因为我深信老师所教授的知识和项目经验在未来的实际应用中将非常有价值。



7. DIY 迷你起重机 - 探索机器人和机械工程的乐趣

        这个微型起重机的核心思想是使用直流电机为升降系统提供动力,并借助伺服电机来控制起重机臂的运动。通过编程,可以根据传感器或其他外部设备的输入来智能控制电机的速度和方向。


郭昊翔(高一理忠)
        通过这个项目,我深刻领悟了理论与实践的融合。在每个细节的精雕细琢中,我找到了科学探索的乐趣,也充分享受了挑战的刺激。最终成果让我自豪,激发了我对这个领域的热情和信心。这个经历让我明白,耐心、坚持和创新是取得成功的关键。不过,遗憾的是,在模型制作时我选用的材料不够坚固。这次经历教会我更注重细节和材料选择。

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