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智能兒童單車

在文檔中 編者的話 (頁 90-93)

測試過程及結果

程式:

我們使用了mBlock3程式,編寫了一個剎車系統。

我們先利用安裝在車前方的超音波感應器感測 單車與前方的距離,當前方有障礙物時,收到 資訊的megaPi 主控板會利用步進馬達,利用機 械結構代替手動剎車系統,剎停單車的後輪。

然後我們使用了App Inventor 2( 以下簡稱 AI2) 網上編程工具作平台,編寫了一個具GPS 功能 及求救功能的程式。

我們可以對剎車系統的位置進行微調嗎?

按鈕模組:

當步進馬達的位置過緊或過鬆時,會影響到整 個系統的運作,此時可以使用 4 按鈕模組,按 下不同的按鈕以微調步進馬達的鬆緊,以令到 系統可順利運作。

超音波:

超 音 波 的 頻 率 超 過 人 類 耳 朵 可 以 聽 到 的 最 高閾值20kHz( 千赫 )。

超聲波可以在空氣中,

液 體 或 固 體 中 振 動 傳 送。 限 制 是 聲 波 會 受 溫 度 影 響, 溫 度 高 聲 音 傳 導 越 快。 由 於 其 高 頻 特 性, 超 音 波 被

為甚麼我們能夠量度前方的距離?

廣泛應用於醫學、工業等領域。另外,一些動 物例如蝙蝠和海豚等都等夠發出和聽到超音 波。牠們根據回聲(超音波撞到物件時會反 彈)的強弱,判斷前方障礙物的遠近和大小,

令蝙蝠和海豚有能力在黑夜飛行和深海的黑暗 中捕獵。

超音波感應器:

超音波感應器配備一個發射器和接收器。發射 器會發出超音波,當超音波遇到障礙物時會反 彈,並由接收器接收,經過計算後,然後得出 一個距離。我們使用的超音波感應器可測試的 範圍是3 厘米至 400 厘米。

為甚麼我們能夠取得我們的位置資訊?

全球定位系统(GPS):

由分佈在太空中6 個軌道上的 24 顆 GPS 人造 衛星,地面上的一個主控站和五個監測站的組 合,加上用戶的GPS 接收器組合而成。由 GPS 人造衛星發出訊號,利用地面衛星接收資料,

並利用幾何原理求出坐標,並發送至用戶的裝 置上。

為甚麼我們可以打電話給家長?

VoIP Call (Voice over Internet Protocol):

不同於一般電話,VoIP Call 是一種經由網際協 議 (IP) 來達成語音通話與多媒體會議的語音通 話技術。也就是說,是經由互聯網來進行通訊。

當 我 們 按 下APP 上 的 按 鈕 時,APP 會 透 過 IFTTT 網站,使用 VoIP Call 技術,致電到安裝 了IFTTT 程式的家長手機,使家長能知道小童 單車的位置。

當單車的位置改變時,GPS 會偵測位置,並顯 示在螢幕中。當小童按下求救按鈕時,程式會 以VOIP Call 的形式打電話到家長的手機,並說 出小童單車現在的位置。

測試:

為了得到最佳的效果,我們分別進行了三種不 同的測試:

量度不同的對象:

在這次測試當中,我們主要測試了不同體重對象。

加入限位開關:

現在我們利用4 按鍵模組來微調步進馬達的位 置,從而令剎車系統順利運作。然而,有時候 使用者未能準確地調較位置,導致單車不能停 下。加入限位開關可以使步進馬達在每一次開 機運行時都先調較到限位開關的位置,令整個 系統不論何時都可以從同一位置開始運作,提 高系統的準確性。

使用更好更快的步進馬達:

我們的單車限制30KG 以下的小童才可以使用。

如果我們使用更大力的步進馬達,我們可以更 快地把步進馬達調較至把單車剎停的位置,令 我們可以把整個剎車系統放到更大的單車上。

超音波感應器的位置:

頭盔:

首先,我們把超音波感應器放到頭盔上,以車 手的視點作為檢測距離的起始點。結果發現,

當車手在駕駛中聽到其他人的叫喚或受聲響吸 引而扭動頭部時,由於超音波感應器並不能感 應車前方的障礙物,單車仍然會撞到。

軚盤:

把超音波感應器放到軚盤前方,較放在頭盔上 穩定。但是,當車手在轉彎或駕駛得不夠穩定,

成一直線時,停車系統便不能正確地發揮作用。

軚盤與車輪中間的支架:

最後我們把超音波感應器放到軚盤與車輪中間 的支架上,由於這個位置不會受車手的頭部扭 動和軚盤轉動影響,令超音波感應器可以長期 對着正前方,使剎車系統能穩定地運行。

VoIP CALL:

我們分別行走了不同的位置,嘗試了使用APP 中的VoIP Call 功能,結果都能成功聯絡登入 同樣帳號的另一部手機。

位置 對象

(30KG以下)

對象 (30Kg以上) 3.5米內

(10次) 成功在3.5米停下 不穩定 (在3.5 米之後才停)

困難

期望

今次製作「智能單車」過程中,我們曾經在編 程上遇到困難,以致超聲波感應器與步進馬達 未能聯系。經過多次修訂程式,我們才能成功 製成「智能單車」。科學探究是一個漫長的研 發過程,需要不斷的測試,方能成功。

感想

我們覺得在這次的探究中很有成就感,因為我 們發明了一個「智能單車」,可以幫助家長照 顧幼童,為這世界出一分力。雖然我們曾經遇 到了一些困難,但我們最終都一起解決了問題,

所以我們更體會到團體合作的重要性。

小 貼 士

本探究顯示同學們能在日常生活中發 現疑難,並進一步實踐探究,運用科 技嘗試解決問題。

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