◎安徽省馬鞍山市第七中學(xué) 王錦源

一、項(xiàng)目背景

“雙減”政策實(shí)施后，豐富多彩的課后活動(dòng)以及疫情后的錯(cuò)峰放學(xué)使得大部分家長(zhǎng)等待接孩子的時(shí)間比以前更長(zhǎng)了。據(jù)調(diào)查，家長(zhǎng)接孩子放學(xué)的等待時(shí)間為10～40 分鐘，有的家長(zhǎng)甚至不得不請(qǐng)假去接孩子，這不僅造成了人力浪費(fèi)，還導(dǎo)致學(xué)校周邊人群聚集，不利于疫情防控。

因此，我萌生了發(fā)明一個(gè)“便攜式校園呼叫器”的想法，該呼叫器能及時(shí)聯(lián)系家長(zhǎng)，使孩子、家長(zhǎng)都不用等待。

二、研究過程

1.市場(chǎng)調(diào)研

市場(chǎng)上大部分呼叫器采用的是“一對(duì)多”或“多對(duì)一”的系統(tǒng)。有線呼叫器需要安裝設(shè)備，不適合在校園應(yīng)用。無(wú)線呼叫器通常使用調(diào)頻技術(shù)，傳輸距離較短，傳輸效果受多種因素影響。還有一種老年人常用一鍵式電話和我的設(shè)計(jì)思路相似，但一鍵式電話屬于學(xué)校禁止攜帶的電子產(chǎn)品。

2.分析測(cè)試

信號(hào)傳輸方式是呼叫器的核心技術(shù)。我查閱了收音機(jī)的調(diào)頻和調(diào)幅傳播、電報(bào)的摩爾斯電碼發(fā)送和傳呼機(jī)呼叫等通信方式，最終受家電物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行方式的啟發(fā)，決定采用移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)芯片實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸。

我用所學(xué)單片機(jī)編程知識(shí)反復(fù)進(jìn)行測(cè)試實(shí)驗(yàn)，為制作“便攜式校園呼叫器”做準(zhǔn)備。

3. 確定方案

我利用Arduino 控制器和移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)芯片進(jìn)行硬件編程，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的接收和處理，通過SIM800C 模塊將處理好的信號(hào)發(fā)送給手機(jī)端，連接各模塊后進(jìn)行編程調(diào)試。裝置電路圖如圖1所示。

在編程的過程中，我發(fā)現(xiàn)模塊不能處理漢字信息，查閱資料后才了解這是因?yàn)槭苡布拗?。另外，調(diào)試設(shè)備時(shí)，信號(hào)接收總有延遲，反復(fù)查找原因后，我給裝置增加了一根天線，信號(hào)變得穩(wěn)定了。

三、裝置制作

1.外形設(shè)計(jì)

為了方便攜帶，便于操作，我將“便攜式校園呼叫器”設(shè)計(jì)成手機(jī)大小，并增加了卡扣設(shè)計(jì)。裝置的正面采用亞克力透明板制作，便于實(shí)驗(yàn)觀察。我還在裝置的下方設(shè)置了一個(gè)按鈕，按下按鈕，手機(jī)就能接收到學(xué)生放學(xué)的信號(hào)。

我用3D 數(shù)字設(shè)計(jì)軟件Solidwork畫出“便攜式校園呼叫器”的外殼形狀，并用3D 打印機(jī)打印。

2.電路連接與安裝

前期實(shí)驗(yàn)測(cè)試時(shí)，我已經(jīng)安裝了處理器、芯片和發(fā)送模塊，此時(shí)只需連接電路和天線，安裝外殼和觸發(fā)按鈕等即可。

四、調(diào)試

裝置制作完成后需進(jìn)行調(diào)試。學(xué)生依據(jù)到達(dá)校門口的時(shí)間，預(yù)先按下圖5（a）下方的按鍵，10～15 秒后家長(zhǎng)收到圖5（b）中的信息（內(nèi)容以拼音方式顯示），根據(jù)到校需要花費(fèi)的時(shí)間，前往校門口接學(xué)生放學(xué)。使用幾次后，孩子和家長(zhǎng)在時(shí)間點(diǎn)上即可實(shí)現(xiàn)完美契合，雙方都不用等待。

五、結(jié)論與創(chuàng)新性

“便攜式校園呼叫器”傳輸距離不受限制，適合學(xué)生在校使用，不屬于“禁帶智能電子產(chǎn)品”。它不僅節(jié)約了家長(zhǎng)和學(xué)生的時(shí)間，而且在一定程度上解決了人群聚集和學(xué)校附近交通擁堵的問題。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，市面上目前沒有發(fā)現(xiàn)同類型裝置。

本裝置接收信號(hào)的時(shí)間為10～15秒，雖對(duì)使用無(wú)影響，但進(jìn)一步完善后應(yīng)該能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的即時(shí)接收，從而擴(kuò)大裝置的應(yīng)用范圍。（指導(dǎo)老師：汪娟蔡珊）

專家點(diǎn)評(píng)

“便攜式校園呼叫器”的產(chǎn)生，首先體現(xiàn)了王錦源同學(xué)具有敏銳的觀察力和判斷力?！半p減”政策出臺(tái)后，放學(xué)時(shí)校園周邊交通擁堵的亂象及家長(zhǎng)們急迫找到自家孩子的需求，第一時(shí)間被她發(fā)現(xiàn)并抓住。

其次體現(xiàn)了王錦源同學(xué)具有一定的創(chuàng)新實(shí)踐能力。她利用Arduino控制器和移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)芯片進(jìn)行硬件編程，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的接收和處理，通過SIM800C 模塊將處理好的信號(hào)發(fā)送給設(shè)定好的手機(jī)端，通過3D 建模設(shè)計(jì)裝置外形，等等，都是其創(chuàng)新實(shí)踐能力的體現(xiàn)。

最后體現(xiàn)了王錦源同學(xué)具有科研潛質(zhì)。當(dāng)課題確定后，她認(rèn)真思考，并通過文獻(xiàn)和市場(chǎng)調(diào)查分析，再進(jìn)行設(shè)計(jì)，形成了一個(gè)完整的科研項(xiàng)目探究的閉環(huán)，難能可貴。

這個(gè)項(xiàng)目給我們最大的啟示是，青少年一定要注重培養(yǎng)觀察力和判斷力，才能找到好的發(fā)明課題，讓自己的創(chuàng)新能力與科研潛質(zhì)得到真正提升。