拆装家电练出的科技小能手

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2018-10-06

  来自人大附中朝阳学校的刘东泽是学校出了名的“修理工”:英语老师的听力设备播放不了了,他是解决燃眉之急的可靠帮手;化学老师的翻页笔坏了,他三下五除二就能给修好;班里和实验室的空调“罢工”了,经过他的“安抚”之后便能正常工作……  “这并不是我与生俱来的‘超能力’,而是我从小在强烈好奇心和求知欲的驱使下,无数次拆装家里电器设备之后积淀而成的一种能力。 ”也正是凭借这些能力,这位高三毕业生刚刚荣获了第十一届中国青少年科技创新奖;此前,他还拿下了第32届全国青少年科技创新大赛的最高荣誉“中国科协主席奖”,包括他在内,每届比赛全国仅3人获此殊荣。

  家里没有没被拆过的电器  刘东泽爱动手的习惯是受自己父亲的影响。

在他的记忆里,家里就没有爸爸不会修的东西。

他还记得,2000年前后,舅舅送给他们一台老式收音机;这么多年过去了,经过爸爸一次次地妙手回春,收音机还在顽强地工作着。   家里从小对刘东泽就有个要求——不买重样的玩具,玩具一旦坏了自己修。 变形金刚、MP3、小电路板……从爸爸带着一起修,到自己独立动手,刘东泽越来越感受到动手的乐趣,家里很多电器都成了他改造的对象。

  上小学时,东泽的爷爷奶奶住在郊区。 他发现,到了晚上,老人总是需要提前把灯关掉再慢慢走到床边。

东泽看了很担心,怎么才能让他们在床上就可以随时开关灯呢?东泽想到了电视遥控器,在爸爸的帮助下,他购买了红外发射管、红外接收头等元器件,对电灯进行了升级,制作了生平第一个为生活带来便捷的作品——家用遥控灯开关。 后来,在此基础上,他又继续升级,对遥控板上的按键进行改造,实现了不同按键控制灯光的不同亮度。   有一次,妈妈用洗衣机洗完衣服,忘记及时拿出来晾上,等想起来时,洗衣机里的衣服已经褶皱不堪。 于是,他便有心为家里的洗衣机制作一个机洗完毕报警器。 拆下电路板,仔细观察洗衣状态与显示灯以及电路信号的关系之后,他发现,在洗衣结束后,某条特定线路上会有脉冲信号经过;将这条线路引出,嵌入报警电路,便可以成功捕捉洗衣结束信号,进行报警。

之后,全家再也没有因为忘记清洗完的衣物而郁闷过。   这样的成功显然给了东泽很大的激励,也给足了他不断向不同电器“下手”的勇气。 不过,要说起爷儿俩最大的工程,还要数对汽车座椅的改造。 原来,因为父母两个人同用一辆汽车,爸爸刚用完车,妈妈上车前就要重新调节座椅姿态。

能不能让座椅拥有记忆功能,一键自动到位呢?东泽和爸爸仔细研究了座椅电路,检测出每条线路功能,通过记录座椅位移的距离和角度形成算法,并添加一定的调节装置,从而确定座椅特定角度和位移时线路的状态,让座椅拥有“记忆”功能。 上车之后,只要轻按为自己定制的按钮,座椅便会移动到之前设置的舒适状态。

“爸爸的同事和好朋友看到了,都觉得很方便,让我们帮他们也做一个。

通过思考和动手实践操作,能为身边的亲朋好友带来便利,让我体会到了创新的意义和价值。

”  升级激光笔拿下“最高奖”  刘东泽说,自己的很多作品都是出于对生活的观察,解决生活某方面的痛点。 就拿让自己斩获无数奖项的“升级激光笔”来说,就是来自生活的经验。   激光笔大家都很熟悉,是不少课堂上PPT演示的好帮手。

但是刘东泽发现,平时上课或者开会进行PPT演示时,“点击超链接”等这类操作是激光笔无法实现的,常常需要一个人在旁边辅助才能完成对屏幕的精准控制。 上高中之前参加学校开放日时,刘东泽发现,报告厅主会场和分会场同步演示讲解内容时,由于无法实现计算机的鼠标光标跟随激光笔光点同步移动,使得远程观众看不到PPT上的激光笔指示位置,大大影响了演示效果。

  进一步了解后刘东泽得知,针对这一问题,目前已经有了相关解决方案,比如在使用激光笔的主会场架一个摄像机,捕捉画面中的运动红点后,将这一信号传给电脑,电脑再向鼠标发出指令。 但是,这样一来,不仅增加了成本,而且也带来了很多不便;另外在他看来,要实现鼠标的同步跟随,只需要读取光点的位置信息,使用摄像机其实浪费了图像处理的运算。 于是,刘东泽产生了打造一款集摄像机、激光笔、鼠标功能于一身的“升级激光笔”的想法。   使用他的激光笔时,屏幕反射的光线会透过激光笔前端的小孔,投射在上、下、左、右四个线阵器件上,该器件捕捉到的线段亮度信息以及图像数据,由单片机处理后得到投影幕布的边界数据。

将边界数据结合地磁传感器所获得的激光笔与屏幕的夹角,通过一定的数学运算即可准确计算出激光点在屏幕上的位置。 激光点的位置数据和按键数据通过无线方式发射出去,由计算机上的USB接收器接收,再通过执行Windows程序,便能实现对鼠标的控制及按键操作。 这样一来,激光笔光斑的坐标计算不再需要复杂的图像识别技术。 刘东泽还为这款激光笔增加了“关闭激光”的功能,以适用于禁止使用激光的演示环境,该场景下同样可以实现鼠标的跟随。   这一作品让他分别斩获“全国青创赛”和“明天小小科学家”这两大青少年科技创新界代表性赛事的一等奖,“后来有评委老师告诉我,好多年都没有人同时在这两个比赛里拿一等奖了。 ”让他惊喜和意外的是,这一作品同时还拿下第32届全国青少年科技创新大赛的“中国科协主席奖”,要知道,每届全国仅三人有幸获此殊荣。

  解放人手让机器人自动取货  高一寒假,刘东泽入选北京市“翱翔计划”,在专家指导下,开始进行研究性学习——他的科研和动手兴趣有了来自专业领域的支撑。

  研究课题的选择同样来自于生活。 在浏览新闻时,刘东泽发现一则关于“亚马逊公司智能机器人掀起库房革命”的消息,详细了解后,他意识到,将整个货架都搬运到柜台附近,然后由工人去拣取需要的货物,这种方法虽然控制起来相对简单,但缺点也很明显:为了拣取一个货物,就需要将整个货架都搬运出来,低效而不节能,而且并没有完全解放人工,货物的拣取还是需要工作人员完成。   为什么不让机器人直接针对货物进行分拣呢?由此,他萌生了制作“库房自动存取货机器人”的想法。   要能存取货物,首先要实现机器人的自动行走。 刘东泽说,目前最基本的行走方式就是循迹行走,通过在机器人的前端朝向地面方向安装红外发射检测模块,就可以实现机器人在提前设置的轨迹上行走。

  行走的同时,机器人侧面的传感器不断读取周围障碍物信息,以确定所处位置:当机器人经过发货柜台、货架或者取货柜台时,传感器的状态将发生翻转,以此来判断机器人已经进入的区域。 根据不同位置,机器人将执行不同程序。

比如,如果机器人到达的是货架,则启动条码扫描程序,以检测是否是预期的货架,如果是,则执行相关操作;如果不是,则继续寻找下一个货架。

再比如,如果机器人到达的是取货柜台,则判断当前任务是否是取货,如果是,则启动对正定位,方便让机械手可以顺利拿起发货柜台上的货物;如果不是,则表明任务完成,发出蜂鸣提示音。   对于刘东泽来说,参与“翱翔计划”,从确定主题,到着手开始制作,再到作品成型、论文的完成,每走一步都是新的尝试与挑战,这也是他在高中期间独立完成的最大项目之一。

在他看来,课题只是他对当下库房管理未来展望的一个缩影,还有很多值得推敲改进的地方。 比如,目前机器人是通过一步步判断才能到达目标货架,未来是否能让机器人直接到达指定地点?他也在做着新的思考。   如今,高中毕业,刘东泽将进入心仪的大学继续计算机方面的学习。

他希望未来有一天,能在计算机和安防系统方面作出自己的贡献。