一种基于智能手机的汽车疲劳驾驶报警系统应用研究

上海市民办文绮中学

作者：王一格

辅导教师：许晓刚

项目简介　　

我常常为报纸、网络等媒体报道的众多频繁的车祸惨剧而感到痛心。进一步调查发现，疲劳驾驶是造成交通事故的主要原因。然而，现有的汽车疲劳驾驶提醒装置价格昂贵，往往动辄上万，只有特定车型才有配备并且安装不便。于是，我设想能否在常见的智能手机上设置疲劳检测报警功能。

由此，我设计了一种经济、实用的汽车疲劳驾驶预警的新方法——开发了一种基于智能手机的疲劳驾驶报警系统。该系统依托一台装有摄像头的智能手机，放置在不影响驾驶员视线的位置进行监测，通过对PERCLOS、眨眼频率、眨眼持续时间、闭眼速度、哈欠频率五种疲劳检测算法进行加权求和，并创新地加入了检测判定同一驾驶员连续驾驶时间是否过长的算法，显著提高了疲劳驾驶检测的精度和灵敏度，完善了疲劳驾驶报警系统功能。　　

实践中，我独立使用VisualStudio2012开发平台和MicrosoftFaceSDK工具包进行开发，基于WindowsPhone8智能手机完成了该汽车疲劳驾驶检测系统，同时移植到了安卓、苹果等平台。通过谷歌、万方等检索系统发现，市场上仅有昂贵的奔驰300SLR、宝马730Li等高端车型配有疲劳驾驶报警装置，以及近万元的SafeTRAC，DD850系统。我第一个提出了使用智能手机进行疲劳驾驶的检测；第一个完成了较完整的基于智能手机预防疲劳驾驶的技术实现路线；第一个设计了综合多种眼部特征和嘴部特征，并可以判定同一驾驶员连续驾驶时间过长的疲劳驾驶检测系统。　　

实验表明，本系统在驾驶员出现疲劳状态时能够及时报警，可作为预防驾驶员疲劳驾驶的一种简单、实用的辅助提醒工具，可发挥较大的社会和经济效益。

展望未来，我会进一步完善眼部监控的准确率和缩小监控区域的范围；完善手机固定位置的角度数据；采用声控交互，方便驾驶员双手握方向盘的时候操控疲劳驾驶检测系统；完善产品化应用研究，最终实现在世界上根除疲劳驾驶的梦想！

“生命之光”多功能煤井光纤照明、救援系统

河北省唐山市龙泉中学

作者：王朗

辅导教师：丁岚  赵荣华  刘晓虹

项目简介

煤炭行业做为基础产业，在国家能源供给和消费结构中处于战略地位。近年来，国内煤炭需求稳步增长，甚至出现资源短缺，使煤炭产业持续成为关注重点。研究原煤开采中的安全和环保问题是该领域专家不断突破的课题。在煤井巷道的照明系统中，目前采用电灯照明和矿灯照明方式，存在着安全隐患。

本项目综合利用光纤的特点和优势、机械原理和光学原理，经过创新发明，设计出一套多功能煤井光纤照明、救援系统，通过工程模拟实验，将该系统用于巷道照明，在不增加施工成本的前提下，使照明达至实用、安全、节能、环保、防火和防爆。其中特别运用了光纤导光的可逆性原理，矿难救援时，受困矿工只要使用任何现有光源照射区域内的光纤头，救援人员就可根据地面集束光纤装置的对应编码迅速判断幸存者位置，从而节约救援时间，并为夜间搜救创造有利条件。

称为“生命之光”多功能煤井光纤照明、救援系统。源于对光电的好奇心和希望在应用时光能拐弯儿的设想，开始接触照明光纤的研究和应用实验。在我的家乡唐山，我们身边曾经发生过惨烈的矿难，生命之光”这个具有使命感的课题支持我完成了人生中第一次真正的科学研究。通过对各种规格型号的光纤漫长的、失败又成功的模拟实验，取得了初步成果，同时进行了工程项目主要装置的图纸设计。在装置的主体结构中，因为光纤属于被动光源，因此在入光端安装一个球面集光器，利用凸透镜聚光原理，用来增强光照亮度。使用镝灯在日光不足或黑天时对着入光端照射的方式，既可充分利用太阳光，还可以辅助照明。这样就可以使光纤照明用于民用和工业照明的多个领域。随着中考的临近，学习任务日渐紧迫，很多设想不得不暂时告一段落。

关于塑料光纤和塑料光纤、玻璃光纤和塑料光纤的对接实验，在装置中加入补光自动控制器，还有光和电互相转换的可能性，以及超长光纤在工程设计时的损耗，都是我迫切想学习和研究的方向。希望自己能得到更多的机会深入到我热爱的科学领域。

360度可调式电风扇

浙江省宁波市镇海区仁爱中学

作者：王卓琦

辅导教师：罗先平  黄智莲

项目简介

一、摘要：这是一台可以向左右前后角度送风的电风扇。它由一个球形扇叶、一个马达、一块蓄电池、一根转轴、底座组成。

二、选题背景：去年暑假的一天，家中来了许多客人。当时正是七月份，天气十分炎热。因为客厅没有安装空调，所以只好用电风扇来降温。但因为客人很多，一台电风扇完全不够。最后拿来三台电风扇才勉强照顾到每一位客人。客人走后我就想，这样耗电量很大，如何改变这个情况呢？

三、设计的目的和思路：想让一台电风扇就能吹到每一个方向，我把它设计成让扇叶绕着圆心旋转，这样就可以左右前后任何一个角度进行吹风。

四、研究方法：先调查和查阅资料，然后作图试验，并制作模型。

五、研究过程：我共想了三种方案，方案一，我一开始时只想到让电风扇的头部进行360°的转动。但是接上电源后发现电风扇内的导线被绕了起来，直到无法继续运行，排除。方案二，既然上半部分行不通那就让整个电风扇旋转，我在电风扇底座上装了一个电动转盘，但是这样会把连接插头的电线绕起来。方案三，将扇叶进行了改造，扇叶由一个圆盘和四片半圆形的叶片，这种球形扇叶就可以做到向各个角度吹风。这就是最后的360°可调式电风扇的雏形。

六、制作方法：底座用的是圆柱形饼干盒，支撑扇叶上下两个圆盘用塑料棒等硬物制作。扇叶和马达用一根主轴相连，将电扇叶外的保护壳和饼干盒盖子粘在一起。

七、其他人同类研究的情况调查：通过查阅资料，了解目前使用的一般都是可以左右摇头的电风扇，最多只能180°范围内送风。

八、创新点：这个电风扇打破普通电风扇的外观，并将叶片式扇叶改成了球形扇叶。最大的突破点是能向各个角度吹风，让围坐在一个桌子边上的人都能吹到风。

九、进一步完善该项目的设想：可以用更轻更薄更坚固的材料来制作，并且可以在电风扇顶上安装一个太阳能板，使电风扇更加环保，利用绿色能源。

太阳能发电百叶窗

吉林省吉化第九中学校

作者：冯梓航

辅导教师：陈希勇

项目简介

太阳能板发电百叶窗，是利用太阳能电池板吸收太阳光，将太阳辐射能转换成电能供夜晚照明。之所以选择这个课题是出自于一个很偶然的事情，晚上有点小夜灯睡觉习惯的我偶尔一次找不到小夜灯了，只好打开窗帘，借助月亮的光。使我想到了利用光发电作为夜晚的照明动力，不仅节约能源而且还增强了窗帘的功用。于是我用薄塑料板制作了一个小型百叶窗模型，上网买了太阳能电池板，计划将它们连接起来，但是月光光亮度不足，无法带动小灯，我又想用太阳光，然后用一个蓄电池把电能保存起来，晚上需要时用，这次可以了。但电池在没用的情况下，一夜之间就没电了，仔细想了一下，原来是晚上电池又向太阳能板反送电，于是我又想到了二极管，利用二极管的单向导电性使太阳能板只能向蓄电池送电，而不能用蓄电池的电能。

运用原理：太阳能光伏电池发电原理。我的作品能在百叶窗遮光的同时充分利用太阳能，是人们开发利用太阳能的另一个高效途径。通过网络查询没有发现与我相同研究的报道。下一步我计划在模型的基础上作出实物，并解决百叶窗强度和太阳能板易损坏的难题。