交互型智能護(hù)眼手機(jī)支架

◎浙江省嘉興市桐鄉(xiāng)六中教育集團(tuán)實(shí)驗(yàn)中學(xué) 彭健輝

創(chuàng)作背景：

手機(jī)因其強(qiáng)大的功能，成為我們生活中的得力助手，但如果使用不當(dāng)，可能誘發(fā)近視。

傳統(tǒng)的手機(jī)支架幾乎只有擺放手機(jī)這一種功能，對(duì)自控能力較差的群體起不到實(shí)時(shí)監(jiān)控和提醒的作用。因此，我利用所學(xué)知識(shí)，制作了交互型智能護(hù)眼手機(jī)支架，以保障用眼安全。

作品結(jié)構(gòu)：

圖1 作品外觀圖

圖2 作品內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

交互型智能護(hù)眼手機(jī)支架由樹莓派、超聲波傳感器、紅外傳感器、電風(fēng)扇、舵機(jī)和顯示屏等構(gòu)成。

超聲波傳感器能夠通過超聲波探測(cè)傳感器與前方物體的距離；紅外傳感器可靠性高、響應(yīng)速度快，能夠較為精準(zhǔn)地測(cè)量物體是否靠近；舵機(jī)能控制部件以一定的角度轉(zhuǎn)動(dòng)；OLED顯示屏實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前時(shí)間、屏幕與用戶的距離、使用時(shí)長(zhǎng)等信息；按鈕用來控制電風(fēng)扇風(fēng)力，在天氣炎熱時(shí)加快周圍空氣流動(dòng)，達(dá)到降溫的目的。

制作過程：

1.3 D建模

我利用三維圖形圖像軟件Blender進(jìn)行3D建模，設(shè)計(jì)出交互型智能護(hù)眼手機(jī)支架的外觀和內(nèi)部構(gòu)造。在模型上開孔，方便連接電源和開關(guān)。在模型上加連接柱，用于固定器件。設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋，避免結(jié)構(gòu)變形。

我使用Creality Slicer切片軟件對(duì)手機(jī)支架模型進(jìn)行切片，并利用3D打印機(jī)打印出手機(jī)支架各部件。

圖3 3D建模圖

圖4 模型切片

2.搭建硬件

確定每個(gè)元器件都能正常運(yùn)行后，我開始組裝交互型智能護(hù)眼手機(jī)支架。我先將樹莓派、按鈕、OLED顯示屏安裝在模型內(nèi)部，增加支架總質(zhì)量。再將超聲波傳感器安裝在模型的外側(cè)，更好地節(jié)省內(nèi)部空間，同時(shí)提高傳感器靈敏度。將舵機(jī)安裝在手機(jī)支架上部，用于控制手機(jī)支架轉(zhuǎn)動(dòng)。最后安裝紅外傳感器、電風(fēng)扇等電子元器件。至此，交互型智能護(hù)眼手機(jī)支架組裝完成。

圖5 3D打印模型

圖6 手機(jī)支架組裝及調(diào)試

3.編寫程序

我使用古德微平臺(tái)添加控件和圖表，并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)可視化反饋。

操作方法：

將手機(jī)放置在交互型智能護(hù)眼手機(jī)支架上，紅外傳感器檢測(cè)到物體，向樹莓派發(fā)送信息。樹莓派接收到信息后，啟動(dòng)OLED顯示屏、舵機(jī)、超聲波傳感器等電子元器件。同時(shí)，可以通過物聯(lián)網(wǎng)向手機(jī)支架發(fā)送使用時(shí)長(zhǎng)，以控制使用時(shí)間。

使用時(shí)，如果超聲波傳感器檢測(cè)到人臉與手機(jī)支架的距離小于45 cm，舵機(jī)便帶動(dòng)手機(jī)支架轉(zhuǎn)動(dòng)，音響播放“太靠近了，請(qǐng)遠(yuǎn)離”。當(dāng)檢測(cè)到人臉與手機(jī)支架的距離超過45 cm，過2秒后，手機(jī)支架轉(zhuǎn)回原位。這樣，可以使用戶與手機(jī)保持一定的距離，達(dá)到保護(hù)視力的目的。

在使用時(shí)間內(nèi)，如果移走手機(jī)，則各電子元器件關(guān)閉。如果達(dá)到設(shè)定時(shí)長(zhǎng)，則舵機(jī)帶動(dòng)手機(jī)支架轉(zhuǎn)動(dòng)，音響播放“時(shí)間到了”，以限制使用時(shí)間。

使用完畢后，樹莓派向手機(jī)端發(fā)送使用時(shí)長(zhǎng)、支架轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)等數(shù)據(jù)，并形成可視化圖表。

創(chuàng)新點(diǎn)：

1.可向手機(jī)支架發(fā)送“使用時(shí)長(zhǎng)”指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)手機(jī)支架使用時(shí)間的控制。

2.通過紅外傳感器的使用，提高手機(jī)支架計(jì)時(shí)的精確度。

3.通過超聲波傳感器測(cè)量距離，并使用OLED顯示屏實(shí)時(shí)顯示用戶與手機(jī)支架的距離，同時(shí)配合音響播放指令，起到雙重提醒的作用。

4.舵機(jī)帶動(dòng)手機(jī)支架轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制護(hù)眼的目的。

5.使用完畢后，手機(jī)支架通過網(wǎng)絡(luò)向手機(jī)端發(fā)送本次使用情況的文字、圖表等數(shù)據(jù)信息，讓用戶及時(shí)了解本次的手機(jī)使用情況，以達(dá)到糾正錯(cuò)誤用眼行為的目的。（指導(dǎo)老師：周婷）

專家點(diǎn)評(píng)

彭健輝同學(xué)的交互型智能護(hù)眼手機(jī)支架，是一件源于自身興趣的創(chuàng)客作品。這是因?yàn)榫推湎嚓P(guān)關(guān)鍵詞查新的結(jié)果表明，涉及智能護(hù)眼的手機(jī)支架專利，如“智能手機(jī)支架的設(shè)計(jì)”和“一種電子智能的手機(jī)支架”等已分別于2019年、2022年公開。彭健輝同學(xué)依據(jù)自己的觀察和思考，產(chǎn)生了類似的創(chuàng)意，并將其物化與大家分享，充分體現(xiàn)他的創(chuàng)新熱情，以及對(duì)3D建模、搭建硬件、程序編寫等相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用能力。

這里應(yīng)指出的是，作為青少年學(xué)生來說，在以項(xiàng)目學(xué)習(xí)方式培養(yǎng)創(chuàng)新素養(yǎng)的時(shí)候，一定要注意選題的原創(chuàng)性。2024年《政府工作報(bào)告》提出要“加快發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力”。而新質(zhì)生產(chǎn)力就是創(chuàng)新起主導(dǎo)作用，擺脫傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式、生產(chǎn)力發(fā)展路徑，具有高科技、高效能、高質(zhì)量特征，符合新發(fā)展理念的先進(jìn)生產(chǎn)力質(zhì)態(tài)。因此，我們從小就要注重培養(yǎng)原創(chuàng)能力，以便為發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力打下厚實(shí)的基礎(chǔ)。