智能老师讲台

设计背景

我是一名小学六年级的在校生，上学时，我发现老师上课的时候，总是需要做很多不同类型的工作。我看到老师在教室既需要维护班级，和学生互动，下课后还需要清理讲桌上的粉尘，维护教学场所的整洁。为了给老师的教学日常提供便利的功能，我想到做这样一个装置，以下是我的作品。

作品摘要

主要用途
功能1：在老师上课时，灯环显示剩余时间；
功能2：屏幕可以随机点名，帮助老师向学生提问；
功能3：教室噪音过大时，帮助老师维护秩序；
功能4：老师的粉笔放在笔筒中，可回收粉尘

主要特征
本装置主要作为智能助理来帮助老师上课，结构有包括以下5个部分。
1.底座支撑以及桌面 
2.提醒上下课时间的灯环 
3.声音传感器 
4.桌面屏幕随机点名系统
5.粉笔粉尘回收装置

作品创新点
1.辅助老师进行日常教学活动
2.减少粉尘给老师带来的身体损伤
3.帮助老师管理班级

作品说明

设计过程
1.绘制设计图
2.使用激光切割，将设计图变成平面切割组块
3.使用胶枪拼装
4.使用掌控板结合硬件进行编程
5.测试相关的效果，并且给外观涂上喷漆
6.修改代码，让最终的功能更符合老师的实际情况

演示效果
1.在老师上课时，灯环显示剩余时间
2.屏幕可以随机点名，帮助老师向学生提问
3.噪音过大时帮助老师维护秩序
4.老师的粉笔放在笔筒中，可回收粉尘

作品分析

优点
1.能够很好的帮助老师管理班级
2.改善老师的上课环境，增加老师教育教学幸福感

还需进一步研究的问题
可以通过人脸识别模块分析学生上课专注度
帮助老师点名发作业，发送试题等等功能。

1.设计背景

在我们人类赖以生存的海洋，存在这样一个无形的杀手——塑料垃圾和渔网，海洋生物因吃下塑料垃圾导致胃部不消化，而逐渐死去，也因被渔线缠身，逐渐失去自由。这些可恶的海洋垃圾靠人类的力量去清理，工程尤为庞大，因此我想发明出一个自动清理海洋里悬浮塑料垃圾、渔网的潜水装置，改善我们的海洋环境。

2.设计目的

一是清理水下的渔网、渔线； 二是清理水下悬浮、较大的垃圾。 三能遥控、自主运行、识别夹取和存储垃圾。  

3.设计的基本思路

4.实施过程与步骤

1.设计和制作第一代机器人的机械臂外观

2.打印和拼装，并调整尺寸

3.测试和安装机械臂，并完成机械臂部分的编程和调试。

4.完成机械臂的制作之后，选择矿泉水空桶制作机器人外观作为样品，切割安装零件

5.切割设计和制作机械臂手抓部分，并完成在机器人上的安装

6.安装主控板，调试舵机、推进器的功能

7.制作缠绕渔网的鱼叉，最终完成第一代制作

8.总结塑料外壳拼装过程中外形外观不稳定，密封性差等问题，设计并制作第二代作品。

9.发送给工厂进行定制打印如下

10.钻孔安装导管，安装机械臂，制作防水

11.编程和调试智能摄像头的功能

12.做好摄像头防水

13.设计和制作遥控器

14.户外实验前的调试和防水工作

15.水下工作情景

16.结束后与村民沟通防水技术和密封问题

5.应用了哪些科学方法、技术手段与工具

应用原理包括：
水的浮力，通过计算机器人的体积和排水，预估产生的浮力以达到悬浮平衡状态。
杠杆原理，通过设计齿轮和抓手的结构，完成舵机控制机械手抓。
力的反作用力，通过推进器控制机器人在水下的运动和工作。  

使用工具：
1.123Design设计机械臂和第二代的外观
2.使用激光切割制作安装零部件
3.使用mpython完成编程，掌控板完成人工智能的控制。

6.作品的创新点

1.空桶结构容量大，可容纳垃圾3.848L,排水量4.836kg
2.空腔隔层可以抽水进水，动态保持悬浮状态。
3.可以利用人工智能识别垃圾的位置，并利用机械臂清理垃圾。
4.可以利用旋转叉结构，将渔网勾住并搅拌一起，方便回收。    

7.进一步完善该作品的设想

1.防水密封做的不够好，摄像头最终还是进水
2.水下容易产生不平衡的状态，因为水箱内部水的状态，容易产生倾斜
3.机械臂的运转防水做的不够好
4.控制器使用的是两个控制器，一个遥控运动，另一个是智能控制，过多占用空间，下次使用一块控制板控制。
5.只能通过水泵进水下潜，无法进气上浮，需要气泵控制潜水器内部空气量从而控制浮潜。

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Member:
王紫宸WANG ZICHEN

Advisor:
吴魁WU KUI

作品摘要

主要特征:
1.使用离子推进器，原理:通过离子的加速栅极，产生微弱的离子风。 运用该原理使用高压发生器的正极连接一根铜丝，负极连接一片铝箔纸 (如图所示，可轻微飞起)。

2.固定翼离子推进器，为保证气流能够通过，设计为中空圆柱体，用 激光切割机切出框架，再用铝箔纸将其覆盖，接通高压发生器的负极， 并将正极固定在木板上，木板有精确刻度，可上下移动，更换不同发动 机的型号与正负极间距。

3.第三代采用了 3D 打印环形锯齿结构作为高压发生器正极介入导体 用环状金属连接负极在此基础上做三段进行加速。

-主要用途:
仅仅用电能即可为飞机，轮船，汽车，等交通工具提供动力。
尤其是在太空中，可为航天器提供无尽的动力。

-创新点:

1. 相比于已经实现的离子飘升机，本推进器能够充分利用进气 口，并对其实现多级加速。从而提高推进器的动力。
2. 通过人工智能模块，可以智能控制每一个推进器的加速等 级。从而控制其运行的方向。

作品说明

构思形成:

左：流线型机身， 八个螺旋桨， 一个机翼配置 4 个螺旋桨。
右：固定翼机身， 铝箔纸和铜丝 配合

-设计过程:
1.制作圆柱形离子推进器，为保证气流能够通过，设计为中空圆柱体，用激光切割机切出框架，再用铝箔纸将其覆盖，接通高压发生器的负极， 并将正极固定在木板上，木板有精确刻度，可上下移动，更换不同发动 机的型号与正负极间距(实验如图所示)。
等离子推进器是由高压电极作为推力来源的发动机。该项目对的初代作 品为“离子飘升机”，

据此原理，制作了圆形离子推进器，其直径长度与正极到负极间的距离为 三个变量，为了测量出最大推力的发动机的参数，我与老师列以下表格进 行实验。长度为 19.5cm，直径 50mm 的时候，发动机的推力是最大的，根 据以上数据，制作 1 代飞行器，可是推力很小，于是研发了 2 代。重量， 机身长度
翼展均是 1 代的 2 倍。到了 3 代，该项目的机翼增加了空气动力学(如图 所示)。由于推力弱，增加了两层。

后来研究等离子发动机安装在船上的效果。
各项数据如下文所示
使用 3D 打印机的 123d 软件制作模块化发动机的轮廓，在谷歌上参考文 献，采用了 3D 打印环形锯齿结构作为高压发生器正极介入导体用环状 金属连接负极在此基础上做三段进行加速。

等离子推进船是一个由离子推进器作为动力来源的作品，船体上有 两个离子推进器，六个高压发生器，六个开关与十二个 3.7v 电压的电 池。船体下是模型专用泡沫，以形成浮力。制作过程:先用激光切割机 切除船的轮廓，再用高约 4cm 的模型泡沫用热熔胶粘贴于木板下。

两个发动机均由 3D 打印机制作，发动机有 3 段(可拆分)，叠加推力， 更高效地运用空间。发动机每段正极是环形锯齿状金属物，负极为圆形 铁环，向发动机输入电流的是 20 千伏的高压发生器，高压发生器的输 入电流为 7.4 伏电压。

-优点:
使用更节能的能源，更小的噪音，更小的环境污染制作的离子推进器， 以产生推力。

-还需进一步研究的问题:
1.增加发动机的推力
2.降低发动机的危险性
3.减少风阻
4.减小体积

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Member:
张博源ZHANG BOYUAN

Advisor:
吴魁WU KUI

作品摘要

-主要特征

整体是柜式结构，上方是伞状结构，四面分别有放置太阳能板，角度倾斜45度。顶端4个角放有4个风力发电机，顶端中间部分是温差发电，并配有可调整角度的菲涅尔透镜以聚焦太阳光产生较高温差，温差发电下方通过导热胶紧黏散热铜板，散热铜板下方放有水循环冷却铜管，通过水管连接下方水箱。
柜式结构中部有逆变器以及输出插座，电解水装置，铅酸电池。
下方有储氢罐并连接气泵。

-主要用途：

1. 新能源转化：通过风能、太阳能和温差发电。
2. 能源的存储：将电能存储在铅酸电池中，如果电能过剩，生产电解水氢气，由温差发电产生的热量存储在储水箱中。
3. 能源的输出：氢气用于燃烧，电池通过逆变器将电压转为220伏交流电，热水可用于生活用水。

-创新点：

1. 相对以往的单纯太阳能或者是风能发电，本作品将能源的转化存储和输出放置在同一个装置内。
2. 本装置将发电过程中产生的热能，通过温差发电的形式转换成一部分电能。
3. 本装置利用过剩的电能电解水，产生氢气，并且同时将氧气释放在大气中。
   4.将电池转换成220伏交流电，可直接在社区以及公共场所使用，可以为一般生活电器供电，以及给手机充电。

作品说明

-构思形成：
在我们生活中随处可见新能源的发电装置以及相关的产品，但其主要供电给路灯、建筑、以及大型商铺。由于其成本高，真正给居民用的新能源发电装置较少。因此我想发明一个集合新能源转化、存储、输出于一体的机器以方便社区的居民使用。以达到新能源装置成本更低、使用便捷的目标。

-设计过程：

1. 调研现在有哪些较好的实验装置以及发电装置，形成思维导图以及统计表格。
2. 设计第1代外观，使用金属方框将所有结构容纳进去，并配合三脚架使用。
3. 使用激光切割固定舵机以及其他元器件，使用掌控板结合传感器来检测电流电压变化以及发电情况。
4. 试验并得到数据，总结问题。
5. 设计并制作第2代外观。
6. 第1代的问题包括结构不稳、发电量较少、电能输出无法达到220伏、温差发电片温差较小。
7. 定做铝合金材质外框，激光切割放置太阳能板的伞状结构。
8. 设计空间位置：包括电解装置，气罐，气泵，电池，继电器，菲涅尔透镜，垂直风力发电机，太阳能板，散热铜管，市电插座等结构的位置。
9. 组装拼装接线，测试电压大小。
10. 采购电池稳压器，防止电池被烧坏。
11. 设计智能程序，完成自动化检测以及自动执行任务。
12. 持续优化中。

-演示效果：

1. 开灯测试，5个6伏太阳能板串联起来，显示电压为15伏
2. 阳光测试，5个6伏太阳能板串联起来，显示电压约为30伏。
3. 温差发电测试，温差100度左右的情况下，发电电压是0.5伏。
4. 风力发电，在二级到三级风情况下，电压约为1.48伏。
5. 氢气产生速度：在12伏电压下，气温22度左右时，产生100毫升的氢气约为5分钟。
6. 电池输出电压为220伏，可以正常为手机充电，以及风扇等电器供电。

-优点：

1. 三种发电方式结合。
2. 成本较低，使用方便，可直接使用标准家用电器。
3. 体型较小，可以在社区里各个场景下使用。
4. 利用过剩的电能以及产生的热能发电，充分转化新能源，不浪费。

-还需进一步研究的问题：

1. 如何使用大功率用电器，例如为电瓶车充电等。
2. 氢气的存储和转运如何更加安全？
3. 能否接到国家电网中？为普通家庭用电也提供电能
4. 各个部件的发电效率能否最大化？
5. 优化结构和外观，更加防水防风。

制作过程记录

1.第一代设计与制作

2.电解水实验，温差发电实验

3.第一代完成

4.第二代框架定制与制作，使用菲涅尔透镜作为温差发电的热量来源。

5.固定铜板散热器以及水冷装置，焊接太阳能板。

6.组装插线板，逆变器以及组装气泵等装置。

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Member:
张瀚文ZHANG HANWEN

Advisor:
吴魁WU KUI

在氢氧燃料电池充电宝这个作品中，致力于设计和制作一款创新的氢燃料电池充电宝。通过结合氢能源技术和便携式充电设备的特点。旨在开发一种环保、高效的能源解决方案，以满足现代生活中移动电子设备充电的需求。在本次设计中，将采用石墨电极、铜箔纸、铝箔纸等材料进行实验，并借助3D打印技术制作外壳。通过组装、配置电解液以及安装插座等步骤，将完成这一创新作品，为用户提供一种全新的、环保的充电体验。

创作思考

-环保
对于环境保护和可持续发展的社会新闻的关注是启发制作该作品的关键因素。因为氢燃料电池是一种清洁能源技术，而其唯一的副产品是水，不会对环境造成污染。希望通过设计和制作氢燃料电池充电宝，为环境保护事业做出一份贡献，推动清洁能源的应用和普及。

-科技
对氢燃料电池技术的兴趣和挑战。在设计和制作氢燃料电池充电宝的过程中，面临着多个技术挑战。期望通过不断地实验和改进，能够克服这些技术挑战，实现氢燃料电池充电宝的高效、稳定运行，为用户提供可靠的充电解决方案。

设计思路

氢燃料电池提供了一种环保的能源解决方案，但由于成本高，其在大规模交通工具中的应用受限。是否能将这项技术小型化，应用于个人电子设备或便携式电源，可以降低成本，让更多人受益。通过设计一种可以自我产氢且防止氢气泄漏的系统，可以创建一种自给自足的小型电源解决方案，如图1.2-1所示。从而推广氢能源的更广泛使用。

作品设计思路框架↓

问题提出

1.　如何更充分地让石墨电极发生气泡？
这个问题涉及到优化石墨电极在电解水过程中氢气和氧气的产生效率。气泡的形成是电解过程中电极表面反应的直接结果，因此，提高气泡的产生率是实现高效能量转换的关键。

2.　如何更好地吸附氢氧气泡？
在电解过程中，氢气和氧气作为气泡从电极表面释放。这些气泡若能被有效地吸附并稳定地从液体中分离出来，将直接影响到气体的收集效率及整个设备的运行效率。

3.　如何更容易地保留产生的氢气和氧气？
这个问题关注的是如何控制和管理在电解过程中产生的氢气和氧气的存储与安全。确保气体不会在不应该的时候从设备中溢出，特别是通过充电宝的盖子，是确保设备安全和效率的重要方面。

解决方案

方案1
氢氧燃料电池充电宝采用单根电极和分隔成两个舱室的结构，配置了Type-C接口和USB接口，以适应不同的充电需求。主要问题在于，产生的气泡难以在电极表面吸附，导致气体容易从舱室内溢出。这种情况可能会影响到充电宝的充电效率和气体的有效利用。

方案2
此方案采用S型的多层石墨电极，并尝试使用铝箔和铜箔作为包裹材料。设备同样装备了Type-C接口和USB接口。在实验中，使用铝箔时遇到的主要问题是铝箔与氢氧化钠溶液发生化学反应，可能影响整体结构的稳定性和电解效率。使用铜箔时，虽然没有发生化学反应，但铜箔产生的电压衰减速度较快，这会影响到充电性能。

方案3
这种设计通过使用多根石墨电极和添加隔层结构来优化气体的产生和保留。目的是通过增加电极的数量和优化其布局，以提高气体的吸附效率和减少气体的溢出。这种结构设计旨在提高整体的充电效率和气体管理效果，尽量保留更多的氢气和氧气在电池中，提高能源利用率和设备的安全性。

创新点

1.　电解水的逆反应
氢氧燃料电池充电宝的设计利用了电解水的逆反应，即将水分解为氢气和氧气。这个过程是可持续的，因为水是一种广泛可用的资源，并且产生的氢气和氧气可以被再次利用。
2.　石墨电极发电
氧气和氢气被分别吸附在石墨电极上，从而产生电能。这种方法有效利用了石墨电极的特性，使其成为发电的关键组件。
3.　隔层增加气体停留时间
通过使用隔层，你确保了产生的氢气和氧气在舱室内停留更长的时间。这样做的好处是，增加了气体发生反应的时间，从而提高了能量转化效率。
4.　多极石墨棒设计
为了确保电解产生的氢氧气体能够更均匀地分布，并且反应时间更加充分，采用了每个极性分别有五根石墨棒的设计。这种设计有助于优化反应过程，使其更加高效。
5.　可充电与直接使用氢气
氢氧燃料电池充电宝不仅可以通过电解水的逆反应来充电，还可以直接使用氢气作为能源。这种灵活性使得充电宝更适用于不同的使用场景，为用户提供了更多选择。

硬件清单

制作氢氧燃料电池充电宝所需的硬件清单如表所示。

序号	名称	数量
1	碳棒	10
2	铝箔纸（卷）	1
3	铜箔纸（卷）	1
4	氢氧化钠溶液15mol/L	1
5	USB输出稳压器	1
6	USB输入插座	1
7	光固化3D打印材料	1
8	铜箔纸	1

制作过程

-设计结构和图样
设计氢燃料电池充电宝的结构和外观图样。这包括确定设备的尺寸、形状和组件布局，以及如何安排电极、电解液和其他必要部件，

装置搭建

实验材料准备
在制作过程中，会使用石墨电极和铜、铝箔纸等材料进行电压测试和充电实验，以验证设备的性能和效果。

3D打印外壳
采用3D打印技术设计外壳，如图1.3-7所示。且可以根据需要定制外观和尺寸，同时确保外壳具有足够的强度和耐用性，如图1.3-8所示。

组装与导线连接
将第3代设计的外壳组装起来，并将石墨棒放置在合适的位置，如图1.3-9所示。在石墨电极上贴上铜箔纸，并连接导线，以便后续实验和充电操作

配置电解液
准备氢氧化钠溶液作为电解液，如图1.3-11。并将其注入充电宝内，如图1.3-12所示，为电池的正常运行提供必要的化学反应条件。

完成作品
安装USB和Type-C插座，以便用户可以方便地连接设备进行充电和使用。完成所有组装和调试工作后，你的氢燃料电池充电宝即可投入使用。

测试与改进

使用效果显示
充电时有气泡产生，氢气吸附在石墨电极上，部分气体存在于隔层之内的。充电的时候氢气和氧气的气泡逐渐变小，此时的正负极会产生电压和电流。电池内的电解液可以重复使用，氢燃料电池无污染又环保体积小巧，适合携带。可以用于点亮夜灯以及给手机等电子产品供电。

总结

对氢氧燃料电池充电宝的设计是结合了环保和创新的目标，通过结合氢能源技术和便携式充电设备的优势，成功地制作了一款高效、环保的氢燃料电池充电宝。希望这个作品能够激发更多人对可持续能源技术的兴趣，促进氢能源在各个领域的应用，从而能够为未来的能源技术发展和环境保护做出贡献。希望氢氧燃料电池充电宝能够成为用户生活中的一部分，为他们提供便捷、环保的充电选择，让每个人都能参与到环保事业中来，共同守护我们的地球家园。

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Member:
龚琪缘GONG QIYUAN

Advisor:
吴魁WU KUI

作品摘要

由一个半开放式框架组成，主要以水培的方式进行栽培。框架内有培养孔，植物获取水分和养分。种植机右边是互联网以及主控模块，负责监测种植机内的温度湿度，光线强度。可通过手机远程端获取相应的信息。种植机内部上方有全光谱的补光LED灯，通过继电器控制。控制器的下方四角、上方四角、方四角均有可拼装的接头、用于更多种植机组装一起，并且保证能通水通电。

-主要用途
1、模块化种植机，小可放置家里阳台，大可放置在农场里进行堆叠。
2、适合横向和纵向堆叠，并且通水通电，无需另外接电和接水管。
3、通过手机远程监测植物种植的状况，并可切换不同的种植箱，同时监测不同种植箱内的植物情况。
4、自动定时补光灯，也可远程控制补光灯。
5、使用水培的方式培养植物。

-创新点
1、种植机一般用于农场较大的空间。本植物种植机可以在
较大的空间堆叠也可以单独使用，可自行设置堆叠种植箱的数量。
2、可通过手机端移动端同时监测不同种植箱子内的数据。也可做到定制化的种植，每个箱子可设置不同的植物种类。
3、使用物联网技术来检测每个种植箱内的情况，同时显示在屏幕上以及手机上。

作品说明

-构思形成
现在智慧农业已经分布在大大小小的农场里，但这样智慧的农场，离我们城市的家庭生活还是比较遥远。所以我想做一个模块化的植物种植机，既可以在农场里堆叠使用，也可以在家里阳台上使用。不受场景约束。

-设计过程：
1.使用3D设计外观和基础的传感器播放置位置。
2.利用平面设计将木板切割图设计出来，并切割木板。
3.编程使用温湿度传感器，光线传感器，全光谱植物种植灯继电器，12伏电压4.电源，手机以及mpython编程软件。
5.进一步优化种植区域增加亚克力的切割小孔以及底部蓄水区。
6.测试互联网效果以及灯光的照射能力。
7.使用手机控制以及观测效果。
8.设计模块化的接头，使用3D打印机打印出来。
9.观察是否能通水以及通电效果。

-演示效果：
1.手机和屏幕上能很好的观测到植物种植机的湿度温度以及光线强度。
2.手机能迅速的控制种植机补光灯开关。
3.模块之间的。结合比较贴合，而且比较牢固。

-优点：

1. 一个终端可以控制多个植物种植机。
2. 远程监控，互联网数据传输。
3. 定制化植物种，使用水培，更加精准有效的种植植物。
   还需进一步研究的问题：
4. 如何保证堆叠过高时不被压坏？
5. 如何针对不同种的植物相对应的自动给出种植方案？
6. 如何能够自动检测植物的种植效果？
7. 如何能自动检测不同植物箱内的水质情况，并及时调整。

-还需进一步研究的问题：

1. 如何保证堆叠过高时不被压坏？
2. 如何针对不同种的植物相对应的自动给出种植方案？
3. 如何能够自动检测植物的种植效果？
4. 如何能自动检测不同植物箱内的水质情况，并及时调整。

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Member:
欧阳逸OU YANGYI

Advisor:
吴魁WU KUI

一、项目背景

随着全球人口老龄化的加剧，老年健忘问题日益凸显。老年人在日常生活中常常因为健忘而导致一些安全问题，如忘记关闭煤气、误闯红灯、在超市迷路等。这些问题不仅给老年人自身带来困扰，也给家庭和社会带来不小的负担。为了解决这一问题，我们团队开发了“老年健忘提醒帽”，旨在通过科技手段帮助老年人提高生活质量和安全性。

二、研究目的

本研究旨在设计并开发一款老年健忘提醒帽，通过人工智能摄像头识别生活中的不同场景，并将识别结果实时显示在帽子前方的彩色屏幕上，以此提醒老年人当前所处的环境及可能需要注意的事项。该项目的具体研究目的包括：
1.设计并实现具有场景识别功能的智能帽子；
2.提高老年人在日常生活中的安全意识和行为规范；
3.通过实验验证提醒帽的实用性和有效性；
4.探索该技术在老年人辅助设备领域的应用前景。

三、研究方法

本研究采用了多学科交叉的研究方法，结合了人工智能、电子工程、材料科学等多领域的知识和技术。具体的研究方法包括

文献调研：通过查阅相关文献和专利，了解当前市场上类似产品的技术特点和存在的问题，为本研究提供理论基础和技术参考。

需求分析：通过访谈和问卷调查等方式，收集老年人和家属的需求和意见，明确产品的功能需求和设计要点。

技术设计：根据需求分析的结果，设计产品的整体架构和功能模块，包括人工智能摄像头、彩色显示屏、微型处理器、电池等关键部件的选型和设计。

原型制作：通过3D打印、电子组装等技术手段，制作产品的原型机，并进行初步的测试和调试。

实验验证：邀请一定数量的老年人佩戴提醒帽，在不同的实际场景中进行测试，收集用户的反馈和使用效果数据，验证产品的实用性和有效性。

优化设计：根据实验验证的结果，对产品进行优化设计，改进存在的问题，提高产品的性能和用户体验。

四、研究过程

4.1 需求分析
在项目启动初期，我们通过访谈和问卷调查等方式，对老年人和家属进行了广泛的需求调研。调研结果显示，老年人在日常生活中普遍存在健忘问题，特别是在电梯、超市、红绿灯等复杂场景中更容易出现安全问题。因此，他们迫切需要一款能够实时提醒当前所处环境和注意事项的智能设备。

基于调研结果，我们明确了产品的功能需求和设计要点：

功能需求：具有场景识别功能，能够识别电梯、超市、红绿灯等生活场景，并将识别结果实时显示在屏幕上；具有语音提示功能，能够在必要时通过语音提醒老年人；具有舒适性和美观性，确保老年人愿意长时间佩戴。

设计要点：采用轻量化、柔软的材料制作帽子主体；摄像头和显示屏应安装在合适的位置，避免遮挡视线和影响佩戴舒适度；电池应具有较长的续航时间，并便于充电。

4.2 技术设计
根据需求分析的结果，我们设计了产品的整体架构和功能模块。产品主要由以下几个部分组成：

1.帽子主体：采用轻量化、柔软的材料制作，确保佩戴舒适度。

3D设计和激光切割设计↓

2.人工智能摄像头：用于识别生活中的不同场景，并将识别结果传输给微型处理器。

设计行空版外壳↓

打印行空板外壳↓

第一代作品↓

3.彩色显示屏：用于显示识别结果和提醒信息，采用反射式屏幕设计，提高在阳光下的可读性。

4.微型处理器：负责处理摄像头的识别结果，并控制显示屏和语音提示模块的工作。

5.电池：为整个系统提供电力支持，采用高效能、轻量化的设计。
在设计过程中，我们特别注重产品的可持续发展性。在选择材料和组件时，我们尽量采用可回收或环保的选项，以减少对环境的影响。同时，我们也考虑了产品的生命周期管理，以便在未来进行升级或回收处理。

4.3 原型制作
在完成了技术设计后，我们开始着手制作产品的原型机。通过3D打印技术，我们制作了帽子的外壳和摄像头底座等部件。电子部分则通过开源电子平台进行组装和调试。在原型制作过程中，我们遇到了不少技术难题，如摄像头识别准确率的提高、显示屏亮度的优化等。通过不断的试验和改进，我们最终成功地制作出了第一代作品。

4.4 实验验证
为了验证提醒帽的实用性和有效性，我们邀请了不同年龄段的老年人佩戴帽子，在不同的实际场景中进行测试。测试结果显示，提醒帽能够准确地识别电梯、超市、红绿灯等生活场景，并将识别结果实时显示在屏幕上。老年人普遍反映提醒帽能够帮助他们更好地适应和记忆不同场合的行为规范，提高了生活质量和安全性。

然而，在测试过程中我们也发现了一些问题，如识别误差、屏幕亮度不足等。针对这些问题，我们对产品进行了优化设计。通过优化算法提高了摄像头的识别准确率；通过更换更高亮度的显示屏提高了在阳光下的可读性。经过改进后的第二代作品在实验中表现更加出色。

4.5 成果展示与交流
在完成了产品的实验验证和优化设计后，我们制作了展板和路演视频来展示我们的发明成果。展板详细介绍了产品的功能特点、设计过程、实验验证结果以及团队成员的信息等。路演视频则通过生动的演示和讲解让观众更加直观地了解我们的发明。

我们还参加了全球发明大会等创新竞赛活动，与其他创新团队进行了交流和分享。在竞赛中，我们的作品受到了评委和观众的高度评价，并获得了多项奖项。这些荣誉不仅是对我们团队努力的肯定，也为我们未来的研究和发展提供了更多的机会和动力。

五、产品功能与特点

5.1 场景识别功能
老年健忘提醒帽搭载了高性能的人工智能摄像头，能够准确识别电梯、超市、红绿灯等生活中的不同场景。摄像头通过内置的算法对图像进行实时处理和分析，将识别结果传输给微型处理器。处理器再将识别结果显示在帽子前方的彩色屏幕上，以此提醒老年人当前所处的环境及可能需要注意的事项。

5.2 直观显示
提醒帽采用反射式彩色显示屏设计，能够在不同光线条件下清晰显示识别结果和提醒信息。显示屏安装在帽子前方合适的位置，避免遮挡视线和影响佩戴舒适度。老年人无需低头查看手机或其他设备即可获取所需信息，提高了使用的便捷性和安全性。

5.3 语音提示功能
除了直观显示外，提醒帽还具有语音提示功能。在必要时，微型处理器会通过内置的语音合成模块发出语音提醒，如“请注意安全”、“您已进入超市”等。这种多模态的提醒方式能够确保老年人在各种情况下都能及时获取所需信息。

5.4 舒适性与美观性
在设计过程中，我们特别注重提醒帽的舒适性和美观性。帽子主体采用轻量化、柔软的材料制作，确保佩戴舒适度。同时，我们也考虑了帽子的款式和颜色搭配，使其更加符合老年人的审美需求。这些设计细节确保了老年人愿意长时间佩戴提醒帽。

5.5 可持续发展性
我们的提醒帽在设计过程中充分考虑了可持续发展性。在选择材料和组件时，我们尽量采用可回收或环保的选项，以减少对环境的影响。此外，我们也考虑了产品的生命周期管理，以便在未来进行升级或回收处理。这些措施确保了我们的产品在满足功能需求的同时，也符合可持续发展的理念。

六、实验验证与结果分析

6.1 实验设计
为了验证提醒帽的实用性和有效性，我们设计了以下实验：

实验对象：邀请不同年龄段的老年人参与实验，确保样本的多样性和代表性。
实验场景：选择电梯、超市、红绿灯等老年人日常生活中常见的场景进行测试。

实验步骤：
1..让老年人佩戴提醒帽进入实验场景；
2.记录提醒帽的识别结果和提醒信息；
3.收集老年人的反馈意见和使用效果数据；
4.对实验数据进行分析和总结。

6.2 实验结果
经过多次实验验证，我们得到了以下结果：
1.识别准确率：提醒帽在电梯、超市、红绿灯等场景中的识别准确率均达到90%以上，能够准确识别生活中的不同场景。
2.使用效果：老年人普遍反映提醒帽能够帮助他们更好地适应和记忆不同场合的行为规范，提高了生活质量和安全性。特别是在复杂场景中，提醒帽的提醒功能显得尤为重要。
3.用户反馈：大多数老年人对提醒帽表示满意，认为它操作简单、佩戴舒适且实用性强。同时，他们也提出了一些改进建议，如提高屏幕亮度、增加语音提示音量等。

6.3 结果分析
通过实验验证，我们可以得出以下结论：
1.提醒帽具有较高的识别准确率和良好的使用效果，能够有效地帮助老年人提高生活质量和安全性。
2.提醒帽的设计符合老年人的需求和审美特点，具有较高的实用性和市场推广价值。
3.尽管提醒帽在实验中表现出色，但仍存在一些需要改进的问题，如屏幕亮度不足、语音提示音量不够等。这些问题将在后续的优化设计中得到解决。

七、结论与展望

7.1 结论
本研究成功地设计并开发了一款老年健忘提醒帽，通过人工智能摄像头识别生活中的不同场景，并将识别结果实时显示在帽子前方的彩色屏幕上，以此提醒老年人当前所处的环境及可能需要注意的事项。实验验证结果表明，提醒帽具有较高的识别准确率和良好的使用效果，能够有效地帮助老年人提高生活质量和安全性。同时，提醒帽的设计也符合老年人的需求和审美特点，具有较高的实用性和市场推广价值。

7.2 展望
未来，我们将继续对提醒帽进行优化和改进，提高其性能和用户体验。具体的研究方向包括：
1.提高识别准确率：通过优化算法和增加训练数据等方式，进一步提高摄像头的识别准确率。
2.增强交互体验：增加更多的交互功能，如语音控制、手势识别等，使提醒帽更加智能化和人性化。
3.拓展应用场景：除了日常生活场景外，还可以将提醒帽应用于医疗、旅游等领域，为老年人提供更多的便利和保障。
4.推广市场化：加强与企业和市场的合作，将提醒帽推向更广阔的市场，为更多的老年人带来福祉。
我们相信，在不久的将来，老年健忘提醒帽将成为老年人日常生活中不可或缺的智能辅助设备之一，为他们的生活带来更多的便利和安全。

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Member:
姚骏辰 YAO JUNCHEN

Advisor:
吴魁WU KUI