智造 | 动手做战“疫”神器——家用智能开关窗小助手
来源: | 作者:qcmaker2 | 发布时间: 2020-03-10 | 373 次浏览 | 分享到:
掐指一算,是不是都算不清今天是宅家的第多少天了?全国大中小学基本已经开始线上教学,电脑前一坐一整天的你,有没有怀念在学校学习的氛围?居家隔离的你是不是已经不知道外面的空气是什么味道的啦?看样子,是时候打开窗户透透气了。

掐指一算,是不是都算不清今天是宅家的第多少天了?全国大中小学基本已经开始线上教学,电脑前一坐一整天的你,有没有怀念在学校学习的氛围?居家隔离的你是不是已经不知道外面的空气是什么味道的啦?看样子,是时候打开窗户透透气了。

今天小创为大家分享2019北京市“创计划”创客挑战赛参赛学生张恒的宅家创意神器——智能提示开关窗小助手。

Maker介绍

北京市昌平区第一中学 张恒

曾担任学生会活动部副部长

2019北京市“创计划”创客挑战赛 优胜奖

技能爱好

在编程方面:先后学习了Scratch图形化编程,C++,PHP语言(涉猎很浅)以及 Python语言。其中,以Python语言相对最为擅长。

在嵌入式方面:多次借助Arduino各系列开发板完成了大大小小很多项目,参加了各类大赛。可以熟练使用C++编写程序。但是个人认为Python是未来编程语言发展的趋势,所以正在积极学习Python中。同时,会使用ESP8266物联网WI-FI开发板以及树莓派、香橙派等单板电脑。对Linux系统较为熟悉,能流畅的使用终端进行各种操作。

软件方面:能熟练使用VSCODE。目前正在自学Keil。同时也在学习ROS。开发经验较为丰富,参加过多次创客马拉松,目前正在筹备新一届的中国青少年机器人大赛,开发协作机器人。制作机器人时,可以快速地将所需要完成的目标顺利转化为需要的传感器以及执行器,并与之进行匹配。

热爱物理,能够熟练地进行电路的搭建,了解各种电子元件的工作原理。对电学有较为深刻的认识。

作品展示

作品主体

串口下载部分

作品实现的功能:定时提醒用户开关窗户

如何操作:用户通过按钮和作品交互

运作演示

设计初衷

疫情形式严峻,宅在家中,定时开窗通风是一种比较好的防疫方式。但是,冬末春初,气温依然较低,如果开窗后忘记关,患上感冒的风险大大增加。而长期不开窗,室内空气质量会变差。

针对这两种情况,我设计了智能开关窗助手,可以定时提醒用户开窗。开窗后,它还可以提醒用户及时关窗。

设计过程之硬件

主控:我采用的是STM32F103C8T6芯片,因为其功耗相对较低,支持睡眠模式,适合此场景的应用。

电路连接:首先,我加入了红、绿、蓝3个LED灯来指示状态,分别是电源、需要开/关窗、计时中指示灯。因为STM32工作在3.3V,所以我可以直接连接LED而不用接分流电阻。其次,为了起到提醒的作用,我同时加入了一个蜂鸣器,因为其工作在5V,所以我将其接到了STM32的5V管脚。最后,我还加入两个按钮,分别代表开关窗,通过返回高低电平信号来判断是否被按下,从而实现作品与用户交互。

供电部分:充电宝或者电脑的USB接口均可供电。

STM32的程序下载方面,我使用了CH340芯片实现USB-TTL,从而烧录程序。需要特别注意的是,我使用的这一款最小核心系统,在下载程序时需要调整跳线帽至BOOT0-1 BOOT1-0模式,才可以正常下载。运行程序时需要将BOOT1 BOOT2都调整为0。

设计过程之程序

程序方面,我采用的是Arduino IDE进行编程,加载了Arduino的STM32组件包。不使用keil的原因是此项目功能相对单一,复杂度也较低。

定义相关引脚,方便后续的编程。

程序框图和主循环程序如图。本着开源的原则,代码我会于近期传到Github。

使用指南

首先,系统从通电那一刻开始计时,默认为3小时,蓝灯亮起表示正在计时。时间到后,蜂鸣器发出报警,蓝灯灭表示计时结束,同时绿色灯亮起,代表需要开窗。用户开窗后,按下按钮代表已经开窗。此刻系统开始计时,默认为30分钟。时间到后,蜂鸣器报警,绿灯亮表示需要关窗,蓝灯灭表示计时结束。用户按下按钮代表关窗,此刻绿灯灭。新的循环开始。

遗憾和展望

遗憾的是手边没有OLED屏幕,不能做到完美的交互,只能通过LED的形式来进行提示,这本质上也将交互复杂化了。

首先,为了让它的应用更加灵活,还应加装一个总电源开关,以便在用户不需要提醒时关闭系统。

再者,开窗和关窗间隔时间用户应该可以自己调整,但是因为没有屏幕,所以让实现这一功能变得困难。

最后,通过按钮的方式来交互,很可能会失去系统本身的作用,用户不需要真正开窗,点击按钮即可实现“开窗”。如果假装超声波或者红外测距装置就可以规避这一问题。

“创计划”感悟

通过参加“创计划”比赛,我认识到了创意的重要性,发现了自己的不足之处,生活中我比较缺少观察和发现,而创意往往来源于生活。 另外,也懂得了如何做一个领导者,学会分配任务,调动全组,不能什么任务都自己来,自己的队员也是强有力的。

最后,完整地参与将一个想法转化为成型的产品的过程,强化了我的理工科思维。 “创计划”带给我对人工智能的憧憬,让我更进一步感受到了它的魅力。

2019北京市“创计划“创客挑战赛现场

【“创计划”背景描述】

为推进智能制造背景下,人才培养模式的转型发展,推动教育教学改革,加强未来创新人才培养,清华大学每年在清华大学“创客日”期间,举办“创计划”创客挑战赛,面向高中生,旨在让具有优秀创新能力的中学生们感受清华大学的创新文化、领会创新精神、展示创新能力,也期待在中小学基础教育与人才选拔过程中增强创新精神与创新能力的培养。

“创计划”创客挑战赛由北京市教育委员会作为指导单位,清华大学主办,清华大学基础工业训练中心、北京学生活动管理中心承办,K16技术与工程教育联盟支持,青橙教育创新研究院协办。

结语

光阴不虚度,宅家齐充电!

在这个特殊时期,小创将为广大中学生提供一系列足不出户即可学习动手制作的创意作品案例,丰富大家的宅家线上学习生活。

如果你也有“宅家”神器的创想灵感/作品案例,欢迎和我们一起分享交流。

作者|北京市昌平区第一中学 张恒

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