道路千萬條，安全第一條！雖然電動自行車不屬于機(jī)動車，但為了騎行人的安全，交警部門還是倡議大家在使用電動自行車時佩戴安全頭盔。然而，只要在馬路邊觀察幾分鐘，就能看到很多騎行人并沒有佩戴安全頭盔。為了讓電動自行車騎行人的出行更安全，我打算制作一個騎行電動自行車佩戴頭盔的提醒系統(tǒng)，提醒騎行人正確佩戴安全頭盔。

研究思路

汽車的安全帶檢測裝置啟發(fā)了我設(shè)計(jì)電動自行車安全頭盔檢測系統(tǒng)的靈感。整個項(xiàng)目由頭盔佩戴檢測系統(tǒng)和電動自行車的Arduino單片機(jī)處理系統(tǒng)兩部分組成。騎行人如果沒有正確佩戴安全頭盔，電動自行車在行駛過程中會發(fā)出警示聲音。具體而言，安全頭盔內(nèi)部裝有佩戴檢測裝置和無線電發(fā)射器，而電動自行車上則裝有無線電接收器和基于Arduino單片機(jī)的處理系統(tǒng)，二者合在一起可用于實(shí)施運(yùn)動檢測及聲光警示。當(dāng)騎行人正確佩戴頭盔后，發(fā)射器將發(fā)出無線電信號，電動自行車的接收器接收信號并處理。此外，無線電連接還具有對碼功能。電動自行車通電后，頭盔發(fā)射器與電動自行車接收器將進(jìn)行對碼，對碼成功后，安全頭盔便可以與電動自行車連接。

研究過程

我利用一天的放學(xué)時間和一個周末在北海市某路口開展實(shí)地調(diào)研，每次持續(xù)觀察20分鐘。我記錄下了這期間沒有佩戴安全頭盔的電動自行車騎行人數(shù)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)3次觀察的20分鐘內(nèi)，平均每次有42人不佩戴安全頭盔。這一數(shù)據(jù)讓我感到意外，也強(qiáng)化了我做這個項(xiàng)目的決心。

為了實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)目，我開始學(xué)習(xí)使用Arduino單片機(jī)。Arduino開發(fā)板可以讀取傳感器信息等各種輸入信息，并轉(zhuǎn)換為輸出信息，比如啟動電動機(jī)或執(zhí)行監(jiān)控控制指令等。這一功能非常適合我設(shè)計(jì)的智能化安全頭盔佩戴檢測及提醒系統(tǒng)。

我的項(xiàng)目總共包含6個主要部分：Arduino單片機(jī)、電容式接近傳感器、LED雙閃燈、語音提示器、霍爾效應(yīng)傳感器和無線發(fā)射接收模塊。這些組件共同構(gòu)成了一個綜合系統(tǒng)，能夠有效提醒電動自行車騎行人員佩戴安全頭盔。

工作原理

當(dāng)電動自行車騎行人員插入車鑰匙并啟動電動自行車時，系統(tǒng)首先通過語音電路播放提示聲音“為了您的安全，請佩戴安全頭盔”，與此同時，Arduino單片機(jī)開始運(yùn)行，檢測電動自行車的運(yùn)動狀態(tài)并等待接收安全頭盔正確佩戴的信號。

當(dāng)騎行人員正確佩戴安全頭盔，并將安全頭盔系帶的卡扣（也是本系統(tǒng)頭盔部分的電源開關(guān)）扣緊時，安全頭盔就會和電動自行車無線對碼。此時，安全頭盔內(nèi)的感應(yīng)器會檢測騎行人員是否正確佩戴安全頭盔：如果檢測結(jié)果為正確佩戴，則安全頭盔的無線電發(fā)射器會向電動自行車發(fā)送一個無線指令，電動自行車的無線發(fā)射接收模塊收到這個信號后，Arduino單片機(jī)的警示系統(tǒng)將不會啟動，電動自行車可以正常行駛；反之，如果電動自行車沒有接收到來自安全頭盔的已正確佩戴的信號就開始行駛電動自行車，Arduino系統(tǒng)將判斷為騎行人員未正確佩戴安全頭盔，這時電動自行車將持續(xù)發(fā)出“滴滴”聲提醒，并且自動打開雙閃燈，直到騎行人員正確佩戴安全頭盔為止。這個機(jī)制可有效提醒騎行人員在騎電動自行車時必須佩戴安全頭盔。

制作過程

電動自行車部分的制作：選擇Arduino單片機(jī)進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)對信號的接收與判斷，并發(fā)出相應(yīng)的操作指令。使用霍爾效應(yīng)傳感器來檢測電動自行車的行駛狀態(tài)。無線接收器選用433Hz頻率的接收模塊，用于接收來自頭盔的佩戴狀態(tài)信息。電動自行車內(nèi)部的電源系統(tǒng)將電壓降至12V和5V，分別為LED閃光燈和Arduino單片機(jī)供電。

安全頭盔部分的制作：安全頭盔的系帶卡扣設(shè)計(jì)為電源開關(guān)，扣上卡扣時，安全頭盔的電源即被接通。當(dāng)電容式傳感器感應(yīng)到人體頭部時，頭盔上的無線發(fā)射器會發(fā)送“正確佩戴安全頭盔”的無線信號給電動自行車上的接收模塊。頭盔部分使用7.4V鋰電池供電，電池可通過電動自行車的充電系統(tǒng)進(jìn)行充電。

建議與拓展

建議將安全頭盔設(shè)計(jì)為模塊化結(jié)構(gòu)，電動自行車也采用模塊化的嵌入式設(shè)計(jì)。這不僅可以方便生產(chǎn)廠家在制造過程中進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)?；a(chǎn)，還能提高設(shè)備的可維護(hù)性和兼容性。

此外，可以在電動自行車的坐墊處增加壓力傳感器，當(dāng)騎行人員解鎖電動自行車并坐上坐墊時，系統(tǒng)會自動啟動，并提醒騎行人員佩戴好安全頭盔。這種設(shè)計(jì)能在騎行人員準(zhǔn)備啟動電動自行車前提供及時提醒，進(jìn)一步提升騎行安全性。

（本項(xiàng)目獲得第38屆廣西青少年科技創(chuàng)新大賽青少年科技創(chuàng)新成果競賽中學(xué)組二等獎 指導(dǎo)老師：劉平、陳寧寧、楊永鄧）