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一起 “科创嘉年华”

发布日期: 2015-11-28    作者: 福州大学学生记者团 张惠敏 林钰松 刘伟明 杨芷媛    阅读:

    编者按:11月8日,由校团委主办、校大学生科技协会承办的第24届科技节系列活动之科创嘉年华作品展在图书馆前福万广场举办。本次活动共有53件科技作品和5个创业项目参加了现场展示,作品内容涵盖计算机、机械、电气等多个门类,为广大同学提供一个展示创新成果的舞台,让我们——

 

    图为电气学院206智能车队设计的电磁双车追逐项目。据介绍, 电磁小车通过感测赛道上铺设的通电电线产生的磁场变化, 从而实现自动导航的功能。前车和后车之间, 还通过 “鸳鸯” 传感器实现测距和通讯, 能够在复杂的赛道上保持一定的车距, 前后紧跟, 有序前进。 于佳卉/摄

 

3D打印技术的展示和讲解 潘婷婷/摄

 

仿真机器人演示。该作品获2014年中国机器人大赛旅游类一等奖。 于佳卉 摄

 

 陶艺协会携软陶盘画作品参展。据了解, “软陶” 并不是陶, 而是一种人工的低温聚合粘土, 与橡皮泥极其类似。软陶盘画以白陶瓷作为载体, 既有二维画的精致, 又呈现出较强的立体感, 每一幅图案都显得生动多彩。 于佳卉 摄

 

“宿舍神锁” 模型(注: 本版图片除署名外, 均由科技作品团队提供, 苏鑫坤、 李嘉豪制作)

 

微扬生态瓶:微生态的专业技术与创业的完美结合

学生记者 张惠敏

 

 

一个普通的玻璃瓶,底下铺满彩色石子装饰,插上一根水草,几条小鱼自由游动。现在在福州大学校园内的咖啡店、办公室等地经常可以看见这么一个精美的装饰物。这是我校生物科学与工程学院2012级研究生李建聪和他的“微扬”团队的微创业项目——微扬生态瓶。他们以生态和谐理念为出发点,利用可控生态精养技术把控生态瓶中的各项基本微量元素,形成独特的微生态处理系统,是观赏鱼养殖的新方式。

2014年3月,李建聪和其他三个同伴在实验室里和各种生物科学打着交道,做着“专业的活”,突然灵机一动,把专业和创业结合会有什么样的火花呢?用一个美观的玻璃瓶做成一个微生态系统效果如何呢?提出生态瓶的想法之后,他们立马在网上搜索,通过朋友了解,发现没有类似的产品之后便开始放手进行微创业。“结合我们的生态学和水产生态精养技术,生态鱼瓶中绿色植物光合作用可以给鱼供氧,水中的有机碎屑可以作为浮游微生物的食物,浮游微生物和人工喂养可以为鱼提供食物来源,鱼的排泄物可以被水中的微生物分解,分解后产生的氮磷钾等离子又可以作为植物的营养成分被植物利用,通过这样微妙的生物循环来达到生态鱼瓶的平衡和稳定。”李建聪表示,一个生态瓶就是一个完整稳定的生态系统。

通过半年的调研和实验,实现了“让小鱼在小环境里少喂食,三个月以上不换水,轻松养活”之后,“生态瓶”从创意变成他们的创业项目,从实验室走向了市场。

微扬团队的成员,生物科学与工程学院大三学生纪怀宇回忆起他们的第一桶金,是学院的老师看到他们的实物之后,买了几瓶放在自己的办公桌上,初衷是当成装饰品,但许多同事看到生态瓶之后也产生了浓厚的兴趣,就找到团队。校内的推广就由此逐渐展开了。

除了学院老师的帮助,他们也出外摆摊创业试探市场。由于没有摆摊经验,李建聪和其他三位同伴在福州大学城的永辉超市门口面面相觑站了二十几分钟,都喊不出话来。最后一人开始叫卖,才慢慢有了围观群众和生意上门。第一次摆摊卖出18瓶,第二次卖出28瓶,第三次卖出23瓶……慢慢地,他们开始有了以家庭和白领为主的小市场。接下来,团队把目光锁定在了实体店,通过和校内的商家进行合作,把生态瓶放在店里的显眼位置,美观的同时也扩大了生态瓶宣传面,很多商家都很乐意和他们进行合作。接下来他们便全面铺开市场,淘宝店微店等成为了销售渠道。

从 2014 年 8 月到 12 月,他们的销量达到了 5000 瓶。市场越大,反馈越多。随即问题也出现了。他们在淘宝上发现了客户反映“不到一周就出现死鱼”的情况,而这时实验室里也出现了同样的状况,这让他们有点慌乱。充分考虑过后,他们决定重回实验室。在接受了学院老师的建议之后,他们在鱼的品种、水草的选择等各方面的细节上面开始小实验。“鱼种我们之前选用了市场上的斑马鱼,发现不适用。我们就通过人工控制条件,比如水体的氨氮含量等,进行人工驯化,选育出更好的个体进行繁殖。”后来,他们对斗鱼等其他鱼种也进行了人工培育,使得微生态系统更加稳定。到现在,仅福州市场的月销量就可达3000瓶左右。“现在网上也出现了一些仿冒品,但是他们的技术和专业性不够,产品问题较多,有时候会有顾客误以为是我们的产品。”团队表示,“被山寨”在所难免,但是“技术壁垒”是许多商家所无法攻破的阻碍,“微扬团队”无疑拥有着技术优势和专业优势。目前,微扬团队的发明专利已进入实质性审查阶段,这也是他们保护自己品牌的一个有效方式。
今年4月,他们成立了自己的公司——微扬生态科技有限公司,走出学校接受社会的检验。他们正逐步走向成熟的商业模式,计划将利用多种线上资源,达到同城配送,扩大在大学生、白领等群体的市场。

 

福大女生创多功能 “宿舍神锁”

学生记者 林钰松

“不用钥匙,在床上就能开锁?”众所周知,普通门锁没有钥匙就开不了门,而不少大学生都有因忘带钥匙而被锁在门外的经历。基于此,福大物信学院大三女生陈秋敏将RFID技术与GSM技术结合,设计出一款多功能“宿舍神锁”。“神锁”以学生卡为钥匙,门锁本身配备的感应器以RFID射频作为技术支持,能准确识别学生卡上的信息。刷卡后,感应器会将信息传至控制系统,进行下一步的判断和操作。

作为一种新兴的自动识别技术,RFID就像一位歌唱家,能把通过特定频率的电波传递出来的信息,作为音符来读取、识别与传递。火车站售票机读取二代身份证信息、超市购物通过刷条码计价、小区门禁系统能准确读取车辆和车主的身份,都是RFID射频技术的实际应用。“A 床成员进入宿舍”。如果有舍友进入宿舍,在外的你有可能会接到这么一条信息,让你不进宿舍就能“掌握一切”。遇到宿舍成员的学生卡,“神锁”会进入“解锁”模式,马上开门。

如果该学生卡为非宿舍成员持有卡时,“神锁”会进入“警报”模式,发出“嘀——”等声音,提示宿舍里的人有外人来访。在响铃的同时,“神锁”还会立刻拨打预设的指定号码,“询问”主人是否同意开门。如果主人不同意,“神锁”就停止响铃,闭门谢客。“因为有自动拨号的设定,即使在床上,你也能通过控制手机,决定是否要为门外的访客开门。”陈秋敏介绍。“宿舍神锁”除了履行自动开门、控制开门等锁的“义务”与“责任”外,还能“抢”走手机的“饭碗”,“兼职”宿舍公共电话。当宿舍成员将IC钥匙圈置于感应器,就能启动通讯器,让你打起电话,沟通无阻。“神锁”之所以有能力“做兼职”,是因为其内部应用了2G移动网络通信技术(GSM),也就是大部分手机使用的技术。

“有好几次忘带钥匙出门,结果被关在门外。就想着能不能出一个宿舍神器,解决 ‘经常性钥匙忘带’ 人群的苦恼。”大一下学期,陈秋敏开始准备项目,几乎每天泡在网络上做功课,连续一周熬至深夜,搜索相关知识和技术应用,立志做出“宿舍神器”。

经过一个多月的埋头钻研和一次又一次的反复试验、测算,陈秋敏研制出了这款宿舍神器,并且获得了福州大学首届创客挑战赛一等奖和最具价值奖。

陈秋敏告诉记者,“神锁”已经 初 步 成 功,但 还 存 在 一 些 不足。“神锁”的通讯费用、供电问题、如何定价、如何成为成熟的市场产品,都是需要考虑的问题。“它现在还仅仅是实验室里的样子,感应器、通讯器、触屏区都是分开的,未来会将它模具化,做成类 似 于 小 区 楼 下 门 禁 盒 子 的 样子,以更加适应日常生活所需。”“这个项目是物联网技术的一个应用,富有创意,有很高的实际应用价值,它能代替宿舍的传统锁具,有利于宿舍安全与管理。”秋敏的指导老师廖一鹏说,“在这个锁集成化、模具化、网络化后,再进行一些其他功能的开发,就可以作为 ‘智能家居’ 项目的一部分,应用于市场,服务更多人。”

 

揭秘 “平衡车” :靠两个轮子行进的智能小车

学生记者 刘伟明

 

两轮平衡车实物

不共线的三个点确定唯一的平面,这是一个著名的几何公理。因此,生活中大多数车辆都是四个轮子,偶尔也有三轮的小车。两轮的自行车则主要靠骑车人的平衡感,重心不稳,车子就很容易倒了。

那么,无人控制的两轮小车,有可能实现平稳站立吗?

电气学院206智能车实验室的同学们在福州大学科技节上展示了他们亲手设计组装的两轮“自平衡”小车。

这辆看似简单的两轮小车,并没有稳固的第三支撑点,受外力影响时可能往前倾斜,或者往后倾覆。要实现两轮车的直立行进,其挑战性不言而喻。然而通过实际操控这辆“自平衡”小车可以发现,不论是前推还是后拉,两轮车都可以很快恢复到平衡的状态,稳稳地立住。这辆完成了“逆天”动作的神奇小车,由液晶显示器、独立的按键键盘、重力传感器等设备组成,在今年的飞思卡尔智能车全国总决赛上获得了国家二等奖的好成绩。

206实验室平衡车开发核心负责人庄一展同学介绍说,两轮平衡小车工作的基本原理是基于自动控制理论来实现的。通过角度传感器感知外界变化,反馈信息给芯片,芯片快速处理数据,并做出相应的变化策略,就像人脑一样,用快、准、狠的决断处理突发情况,使其得到我们想要的结果。

道理听着简单,做起来却不容易。举个简单的例子。通常情况下,小车直立的角度是90度,一阵强风吹来,小车向前倾斜了45度,但是电机只非常缓慢地往前挪动了一点距离,这时,小车根本来不及做出有效的反应,就会很快倾倒。若一阵微风让小车仅仅向前倾斜5度,但电机却往前转个不停,也会让小车失去重心。这显然也不是预期想要的结果。

负责调试参数的206车队成员陈灿锋同学表示,“在理想状态下,当误差角度很小的时候,电机的调整量就应该很小。但误差角度很大的时候,电机的调整量就应该是很大的,对于不同的情况,电机也应给出完全不同的响应模式,这是一个最为经典的模型。”因此,核心控制电机在不同的情况下,需要做出不同的调整,这也是平衡车的难点所在。“调节常数太小,电机 ‘疲软无力’;太大了,电机过于亢奋多动。”

为了取得优良的性能,206实验室团队往往要调试一个多月,反反复复测试,直到得到最佳的结果。“我们最初调车的时候,车往前倾,车轮竟然往后转,小车反而倒下的更快了。我们查错误查了一天,才发现调节常数的符号弄反了。”陈灿锋介绍道。同时,不同的车模,不一样的机械结构,不一样特性的电机等等因素,使得几乎没有一个系统的控制常数是一样的。“一切都需要尝试,而且是多次的尝试。”

真实情况下,这些系数并没有那么容易找到。尤其考虑到误差在积分作用和微分作用的影响下,情况会变得更加复杂。这个时候,调试员需要有良好的理学功底,建立模型进行仿真,确立合适的参数。如果条件允许的话,也可使用较为高效的根轨迹法,奈奎施特判据法等等手段进行辅助决断。庄一展同学对此深有体会:“我们有时候调试,就需要从早上一直弄到晚上,甚至熬夜睡在实验室,这都是常有的事情。”

两轮平衡车中应用到的PID控制算法,已经成为当代电子学控制理论中最为核心的控制应用。现实生活中,智能空调的温度控制技术,四轴飞行器的平衡稳定飞行技术,还有学术前沿的高阶倒立摆控制技术(中国是世界上第一个成功研制出四阶倒立摆实物的国家),这一切都离不开PID控制技术。就平衡车技术而言,可载人平衡车凭借其节能、高效的特点,已逐步走向大众市场。PID控制技术,在未来的生活中,将起到越来越重要的作用。

 

激光格点琴:二极管也会发声

学生记者 杨芷媛

64个触发点、80个音阶、N+1种你想要的声音,不用实体钢琴也能进行钢琴演奏。在科创嘉年华活动现场,“激光格点琴”一发“声”便吸引大家的眼球。

30cm左右的矩阵方形,其中两边整齐分布16个激光二极管,对边有光敏电阻。如果我们将二极管想象成是16根松紧不一的皮筋,在8×8的网格中,拨弹不同的节点会产生不同的疼痛感,疼痛感若在激光格点中就是音阶,这些不同节点经排列组合后构成80个音阶,就如80个琴键。

该装置将激光技术与光电门原理相结合,当激光二极管发出光束,触碰激光形成的节点时恰好挡住了光束,从而电路被打通,发出指定音阶,达到“光变音变”的效果。如此一来,演奏者无需碰触琴本身,只需在空气中拨动手指,即可发出琴声。如果激光琴被用于舞台演出,一来可以解决传统钢琴的搬运问题,减少昂贵钢琴的损坏;二来可降低演奏者对走音问题担忧。正如设计者钟晨所言:“只要场地能通电舞台有烟雾效果,我的琴声就能让你听见。”

此外,音乐模式和音源可以按照用户的喜好自行更改也是该激光钢琴的一大亮点。钢琴、小提琴、吉他、架子鼓等乐器声、特效声、甚至是自己的声音都可以进行演奏。只要将音源存入TF卡,然后通过BY8001语音插卡输出其内置储存卡(TF)里所保存的声音,这样一来,不必买各种乐器即可玩转多种乐器。

在活动现场,同学们的手在模型中随意触碰,人人都成了“钢琴家”。“太神奇了”体验过的同学不时发出此类惊呼。问及创作灵感,来自海洋学院的钟晨说道:“这个之前也有人试验过,在seeed网站上有个视频,但那个设计者的激光琴只有单向的二极管,音阶很少,我就灵感突发想做一个交叉。正常钢琴琴键有88个,其余8个我之后会继续做,体验这个过程的开心就好。”