2018年10月26日,由迁西县教育局和科学技术协会主办、迁西县第三中学和第三实验小学承办的以“创新•体验•成长”为主题的迁西县第一届科技节暨科技创新大赛圆满落下帷幕。

全县共有由400余人组成的29支代表队的89件作品参赛,经过评审团评定,迁西县第二实验小学创客社团成员刘馨安和张金秋创作的《改进的西环路交通信号灯》、高明和王奕创作的《模拟机器人小车通过十字路口》两件作品双双获得一等奖。学校还被评为优秀组织单位。

迁西县第二实验机器人创客社团成立成立于2017年9月,培训内容主要以Arduino单片机编程和电子器件的电路组装和搭建为主。Arduino开发板一块会思考的智能电路板,学生通过创建程序代码写入开发版就可以实现对各种电子器件和传感器的控制,能够创造出各种智能化的创意作品并能模拟现实生活中的各种智能化产品,如数码管、声控灯、感应灯、光控灯、交通灯、自动门、自动栏杆、遥控开关、自动报警器、温度计、电子琴等。近年来学校十分重视创客教育,2017年专门新建了一间创客教室并购置了大量电子器件和实验器材供学生使用。

在器材使用方面,学校放弃使用市场上品牌多样、名目繁多、价格高昂的专用创客器材,而是使用生活中随处可见的价格便宜的通用的电子器件,如发光二极管、数码管、蜂鸣器、声控开关、杜邦线、电阻等。这样,即大大节约了成本,又使创客教育更贴近生活。

社团成员的学习也非常认真并对创客产生了浓厚的兴趣。他们通过一年多的学习和实践已经能够熟练组装搭建常用电路、独立编写简单的程序并能读懂一些较为复杂的程序代码了。

本届大赛参展的两件作品就是由学校创客社团成员刘馨安、张金秋、王奕、高明共同组装完成的。


一、创作背景:

十字路口的红绿灯是最常见的交通信号灯,每个小学生都应该正确识别并认真遵守。为此, 孩子们以迁西县城关西环路与新立庄交叉路口的交通信号灯为参考,先进行完全模拟实验,接着在实验基础上再加以改进,加入自己的创意:

迁西县城关西环路与新立庄交叉路口南北方向车流量较大,东西方向分别为密集小区和西山公园,通过十字路口斑马线的行人也较多,如果行人中有红绿色盲障碍,光靠颜色是不能准确识别交通信号灯指示的,存有安全隐患。为此,他们为西环路设计了改进的交通信号灯:红黄绿信号灯指示不再用统一的箭头指示,而是分别用不同的符号来标记,红灯用“T”标记,黄灯用“工”标记,绿灯还使用“↑”标记,这样,东西方向通过十字路口的行人不仅可以通过颜色辨别红绿灯,还可以通过符号来直观辨别红绿灯,为有色盲障碍的行人提供了安全和方便。

附:西环路交通灯显示规律:

西环路南北方向交通灯:红灯42秒→绿灯41秒→黄灯3秒→红灯42秒→…

新立庄东西方向交通灯:红灯50秒→绿灯33秒→黄灯3秒→红灯50秒→…


二、材料准备:

红、黄、绿三种颜色的颜色的led小灯、二位数码管、杜邦线若干、灯架、可编程的Arduino开发板、数据线、长筷子、泡沫板、防水胶布、速喷漆;


三、制作过程:

1、编写程序:根据西环路交通信号灯实际显示规律,用简化的C语言代码编写小灯交替闪烁代码和数码管倒计时代码,然后将两段代码合并就生成了西环路红绿灯倒计时代码,然后将代码写入开发板,再将三种颜色的小灯和数码管插在面包板上进行点亮和数码管倒计时实验,直到与实际信号灯显示规律一致;


2、制作公路模型:先在老师的帮助下将整块泡沫板参考实际路况按比例进行切割做成公路模型,接着喷上与公路颜色相近的漆,晾干后通过粘贴白色和黄色防水胶布制作做道路指示线和斑马线;

3、制作灯架模型:根据西环路交通信号灯样式用灯架和长筷子制作简易的模型;

4、制作信号灯:①南北方向信号灯:分别在泡沫板上用5mm红色小灯拼插成“T”型、黄色小灯拼插成“工”型、绿色小灯拼插成“↑”型,用做不同的交通信号灯标记,并将三种小灯分别并联在一起,再把二位数码管镶嵌在泡沫板上;②东西方向信号灯:直用较大的10mm的红黄绿三盏小灯插入泡沫板,再把二位数码管镶嵌在泡沫板上;


5、组装信号灯:将开发板和拼插好的泡沫板用胶布分别固定在灯架上,并将小灯和数码管的引脚按照程序的定义与开发板对应的接口用杜邦线连接;

6、拼装成型:将三块制作好的泡沫板公路模型拼接在一起组成西环路十字路口,再把拼接好的四个交通信号灯灯架按实际测量好的比例分别安放在十字路口东南西北四个方向。最后再用电源给四个信号灯同时供电用按实际变化规律显示,一套完整的西环路交通信号灯模型制作完成。

四、模拟机器人小车通过十字路口

为更直观的呈现交通信号灯的作用,他们又以这个交通灯模型为场地制作了第二个参赛作品《模拟机器人小车通过十字路口》:


先组装成型四辆可编程的机器人小车,再通过写入程序代码分别控制小车的前进、停止、后退、左转、右转的速度和时间并在场地上反复测试修改,就实现了小车公路先在公路前进、遇红灯停止、变绿灯通过十字路口后在前方合适位置进行转弯的过程。

任何结构复杂、功能强大的创客作品都是从最简单的创意开始的,只要同学们勤学、用心、坚持,一定能够创作出更多优秀的作品!