◎沈陽(yáng)市南昌中學(xué) 胡家榮

虎視眈眈家中放，八面威風(fēng)震四方。手機(jī)和你遙相望，爾獨(dú)何辜限河梁。

——寫給“家益”的詩(shī)

放假前，一想到能和爸爸媽媽待在一塊兒，我別提有多興奮了。放假后，我卻高興不起來(lái)——爸爸媽媽似乎很喜歡玩手機(jī)，陪伴我的時(shí)間很少。所以，我有了設(shè)計(jì)一個(gè)智能手機(jī)管理機(jī)器人的想法。

我希望爸爸媽媽能在特定家庭時(shí)間不玩手機(jī)，讓智能手機(jī)管理機(jī)器人幫我看管他們的手機(jī)。如果有人要拿走手機(jī)，它會(huì)“咬人”或報(bào)警，但是如果遇到緊急情況需要接聽(tīng)電話，也可以通過(guò)特定的操作及時(shí)接聽(tīng)。

我期待這個(gè)機(jī)器人能走進(jìn)千家萬(wàn)戶，讓更多的家庭享受美好生活，所以我給機(jī)器人起了個(gè)名字——家益。

一、家益1.0模型制作

如圖1，我先設(shè)計(jì)圖紙，再按照?qǐng)D紙制作模型。

家益1.0的外形就像一只怪獸，“怪獸”的身體是用紙盒做的，上面安裝了超聲波距離傳感器，作為“怪獸”的眼睛。紙盒內(nèi)部右側(cè)放入Arduino主控板、擴(kuò)展版、時(shí)鐘模塊和舵機(jī)。

接著，我將卡紙剪成鋸齒狀，作為“怪獸”的牙齒，然后用媽媽的舊圍脖給它披了件外衣，還在超聲波距離傳感器兩側(cè)裝上紅色LED燈，使它的眼睛看起來(lái)炯炯有神。

圖1 家益1.0制作過(guò)程

我采用舵機(jī)擺臂加雪糕棍的方式，用熱熔膠將雪糕棍粘貼在舵機(jī)臂上，加長(zhǎng)舵機(jī)的力臂，以便“怪獸”嘴巴的張開(kāi)和閉合，但不太美觀。在防止手機(jī)被取出的實(shí)驗(yàn)中，我發(fā)現(xiàn)從側(cè)面取手機(jī)時(shí)，超聲波距離傳感器不能及時(shí)感應(yīng)。于是，我在家益1.0的基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了改進(jìn)。

二、家益2.0模型制作

我用爸爸裝紅酒的木盒做“怪獸”的身體，這樣機(jī)器人的結(jié)構(gòu)更結(jié)實(shí)。接著，我把超聲波距離傳感器改裝在“怪獸”嘴巴的下方，這樣更容易感應(yīng)到取手機(jī)者的靠近。在盒子內(nèi)部右側(cè)分別放入Arduino主控板、擴(kuò)展版、時(shí)鐘模塊和舵機(jī)。

家益1.0通過(guò)超聲波距離傳感器感應(yīng)手機(jī)是否被放入，效果不理想，我將其改為環(huán)境光傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)這部分功能。為解決裝置無(wú)法感應(yīng)人們從側(cè)面取手機(jī)的問(wèn)題，我多次測(cè)試了環(huán)境光傳感器的取值范圍。如果環(huán)境光傳感器感應(yīng)到光，那么“怪獸”嘴巴就會(huì)加快咬合頻率，防止手機(jī)被取出。我還用乒乓球制作“怪獸”的眼睛，紅色LED燈讓“怪獸”的眼睛不僅看起來(lái)炯炯有神，而且樣子更威武了，如圖2。

圖2 家益2.0模型

三、硬件連接

我用linkboy設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件連接圖，如圖3。

系統(tǒng)包括Arduino UNO主控板和擴(kuò)展板、時(shí)鐘模塊、環(huán)境光傳感器、四位數(shù)碼管、舵機(jī)、按鈕、超聲波距離傳感器、兩個(gè)紅色LED燈、蜂鳴器。

圖3 硬件連接圖

四、程序編寫

我通過(guò)Mixly編寫程序，用分支結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)時(shí)間和按鈕操作的判斷，用循環(huán)結(jié)構(gòu)去除按鈕抖動(dòng)，感應(yīng)手機(jī)的狀態(tài)，用變量記錄系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間。

智能手機(jī)管理機(jī)器人的日常功能相當(dāng)于一個(gè)電子表，通過(guò)設(shè)定兩種不同的模式進(jìn)入“看守”手機(jī)狀態(tài)，一種是固定時(shí)間模式，一種是任意時(shí)間模式。

智能手機(jī)管理機(jī)器人通電后，電子時(shí)鐘功能啟動(dòng)，紅色LED燈亮起，亮度設(shè)定為80。當(dāng)按下按鈕或規(guī)定時(shí)間到達(dá)時(shí)，紅色LED燈的亮度變?yōu)?55，蜂鳴器響起，提示使用者需將手機(jī)放入，舵機(jī)工作，盒子打開(kāi)。當(dāng)環(huán)境光傳感器感應(yīng)到手機(jī)已放入后，等待5秒鐘，舵機(jī)旋轉(zhuǎn)使“怪獸”嘴巴變?yōu)槲⑽堥_(kāi)的狀態(tài)，系統(tǒng)開(kāi)始計(jì)時(shí)。

之所以讓“怪獸”的嘴巴微微張開(kāi)，是因?yàn)槿绻娫掜懫?，可以讓使用者看一下是否有必要接?tīng)。在此期間，如果有人強(qiáng)行取出手機(jī)，“怪獸”感應(yīng)到有人靠近，就會(huì)不斷“咬人”。如果是必須接聽(tīng)的電話，經(jīng)過(guò)管理者的同意可以按下機(jī)器人旁邊的紅色開(kāi)關(guān)按鈕，停止程序運(yùn)行，取出手機(jī)接聽(tīng)電話。制作過(guò)程如圖4。

由我設(shè)計(jì)和制作的家益2.0智能手機(jī)管理機(jī)器人已經(jīng)在我家用起來(lái)了。我們每天都有固定的家庭時(shí)間，一起看書、討論問(wèn)題等，其間，爸爸媽媽的手機(jī)由智能手機(jī)管理機(jī)器人來(lái)管理，這樣，他們陪伴我的時(shí)間多了，玩手機(jī)的時(shí)間少了，家庭生活又變得快樂(lè)了起來(lái)。

圖4 家益2.0制作過(guò)程

（指導(dǎo)老師：焦大鵬）

專家點(diǎn)評(píng)

胡家榮同學(xué)的“智能手機(jī)管理機(jī)器人”是一項(xiàng)具有童真童趣的原創(chuàng)發(fā)明作品。

其一，這項(xiàng)作品的完成，說(shuō)明作者具有良好的創(chuàng)新意識(shí)，能夠從大家不太在意的家庭生活現(xiàn)象中找到“需要”，從而解決爸媽喜歡玩手機(jī)，陪伴自己的時(shí)間很少的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題很多中小學(xué)生都遇到過(guò)，唯有胡家榮同學(xué)將它放在心上，落實(shí)在行動(dòng)上。

其二，作者具有良好的創(chuàng)新思維能力，用盒子“咬人”的方式守護(hù)手機(jī)，既有趣又實(shí)用，原創(chuàng)性強(qiáng)。

其三，作者具有一定的動(dòng)手實(shí)踐能力。一個(gè)初中生要完成這個(gè)作品是有一定難度的。這需要發(fā)明人在平時(shí)就非常熱愛(ài)科技創(chuàng)新活動(dòng)，勇于實(shí)踐，還要學(xué)習(xí)與掌握程序編寫、模型制作等知識(shí)與技能。

這里需要指出的是，雖然這個(gè)項(xiàng)目具有一定的發(fā)展前景，但它只是一個(gè)粗糙的模型，如果要達(dá)到技術(shù)可應(yīng)用的程度，要走的路還很長(zhǎng)。