《物联网技术》发表iCAN大赛获奖作品集锦 | 作品 · iCAN

　　每一年iCAN大赛上所展示的作品都会让人耳目一新，新奇的点子加上先进的技术，这些作品将给人们的生活带来更多的乐趣和便捷。

　　《物联网技术》发表了iCAN大赛2012-2017年的优秀获奖作品集锦，在这里节选两个优秀作品：

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　　智能听力保护系统

　　国防科学技术大学

　　王 桢，刘 飞，朱莉珏

　　摘要

　　作品实现了一套既能自主屏蔽过滤高强度脉冲噪声, 又能放大微弱语音信号的智能听力保护系统。该系统能够在有效去除大响度声音的同时保证语音信号无损传输，可实现听力保护和正常语音交流的双重功能。系统具有体积轻巧、价格低廉、灵敏度高和性能稳定等优点，能够在一定程度上填补国内市场相关产品的空白，克服国外产品价格昂贵的缺点，适用于大规模配发部队和民用市场推广。

　　关键词：听力保护;助听;屏蔽噪声;听力损伤

　　

 

　　智能听力保护系统实物图

　　技术原理

　　在具体实现过程中，系统采用双声音传感器，一路传感器A 用来实时监测工作环境中的声音强度，另一路传感器B用来实时采集并处理放大外界音频信号，且其工作状态受控于监测传感器A。A、B 两路传感器协调工作，性能稳定，能够保证正常的语音信号不失真，且受控的音频信号范围可根据不同应用场合的需求进行适当调节。当系统所采集到的环境声音强度高于所设阈值时，A 路传感器将给出相应的控制信号，切断助听开关。

　　

 

　　声音传感器产生控制信号的原理图

　　其次，系统采用AGC 自动增益控制技术放大处理声音信号，即使输入声音信号在较大范围内动态变化，其输出仍能维持在一定范围内，既保证放大器对弱信号有足够的增益，又不至于因信号过强而堵塞饱和。因此，系统在实际噪声环境中工作时，可在较大的动态范围内合理放大语音信号，同时有效实现稳定的助听放大功能。

　　目前，根据ISO所制定的听力保护标准，规定每周40 小时，每年50 周，连续噪声容许的最高限为LA=90 dB。考虑系统默认对正常语音信号的增益约为20dB，放大后人耳接收到的强度不应超过90 dB ;为达到良好的听力保护效果，当统所在工作环境中声音强度大于设定的阈值时，声音传感器A 将自动切断助听放大功能。

　　为了实现有效稳定的保护措施，本作品设计了合理有效的延时触发电路，统筹安排两路声音传感器的工作时序，有效抑制因传感器工作状态突然跳变所产生的噪声。系统采用两个NE555 调节延时来保证声音信号开关的稳定性。当555 被触发时，其两路输出通过逻辑电路变换后输出控制电平，并通过三极管放大后驱动光耦开关，进而控制实现助听放大功能的声音传感器的开关。

　　

 

　　延时电路的原理图

　　为控制整个系统的体积和重量，并保证其能够较长时间稳定可靠的工作，专门设计了电源供电电路。系统采用了一节5 号电池供电，经电源电路转换后可输出稳定的3.3 V 电压。

　　

 

　　电源电路原理图

　　借鉴市场上常见的听力保护隔音耳塞和国外相关产品，本系统在耳罩前端置入隔音材料，能够在助听功能关闭时减轻约30 dB 的声音，这样既起到良好的消音作用，又不至于完全阻断声音而影响正常交流。

　　创新点

　　本作品不仅可以适度放大微弱的声音信号，而且能自主屏蔽有损听力的大响度声音，保证听力障碍人士在享受智能听力保护系统带来的益处的同时，避免受到突发大响度声音的惊吓和伤害。

　　本作品采用双声音传感器配合工作的模式，可有效去除炮声等大响度声音的不利影响，同时保证正常语音信号几乎无损的传输;采用AGC 自动增益控制技术放大语音信号，在较大的动态范围内实现低噪声助听放大功能。

　　通过设计合适的延时电路统筹安排两路声音传感器的工作时序，保证系统稳定可靠地工作，有效抑制传感器工作状态突变产生的噪声。

　　应用前景和市场

　　本作品具备声音放大功能，适合为听障人士提供一定程度的听力补偿，使患者回归有声世界;并且对声音实现智能“控制”，能够屏蔽有害噪声，功能更加人性化。

　　本系统尤其适合听力障碍患者、炮兵部队、铁路及机场作业、管道作业及发电厂等，其所具备的功能可实现对传统助听器功能单一的弥补。倘若能装配到部队和相关产业，相信能实现听力保护从无到有的突破。

　　目前，市场上常见的助听器价格从300 ～ 1 200 元不等，国外产品更加昂贵，而本作品成本仅为200 元左右，且体积轻巧，便于携带和日常使用，稳定性好，灵敏度高，无论日常环境、战备训练，甚至演习实战都能工作良好，相信如果装配部队或投放民用市场，都能收到良好的反馈和效益。

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　　iShine智能创意多功能小风扇

　　合肥工业大学

　　徐玉炎，明轩，张时毓，刘晗

　　摘要

　　iShine 是一种功能增强型智能创意小风扇。iShine 在扇叶上放置了16 颗RGB LED，可在扇叶高速旋转时利用视觉暂留现象形成显示屏，并可以显示时间、温度、天气和文字，同时可通过蓝牙与手机连接来实现与手机的深度整合，以实现备忘提醒、短信提示、单词助记等功能。iShine 可通过手机、触摸按键、手势开关等多种方式进行控制，而且在底座增加有呼吸灯。

　　关键词：智能小风扇;视觉暂留; 手机控制; 手势控制

　　技术原理

　　本产品由信息采集模块、外部控制模块、单片机、通信模块、显示模块、机械部分、供电系统和手机软件组成。

　　

 

　　功能框图

　　信息采集模块

　　系统中信息采集模块中的时钟芯片选用DS1302，用于采集时间信息。温度传感器选用DS18B29，用于采集温度信息。

　　外部控制模块

　　外部控制模块由手势开关和触摸按键组成，其中手势开关由三个光电传感器顺序摆放组成。一般情况下，向左切换模式，向右改变转速;当收到短信时，向左显示短信内容，向右返回;单词功能开启后，当有英文单词显示时，向左显示该单词中文释义，向右返回。

　　触摸按键就是一个开关按键，可实现开关机。八个按键依次摆放，在上面滑动可改变所显示的颜色。

　　单片机

　　系统中的单片机有两片ATmega32A ：一片位于底座，用于采集来自传感器和手机的信息并发送给另一片单片机;另一片位于扇叶中心圆盘，用于接收信息、处理数据并控制LED显示相应的内容。

　　通信模块

　　通信模块包括无线通信模块NRF24L01 和蓝牙通信模块HC-07。无线通信模块NRF24L01 用于实现两单片机之间的通信;蓝牙模块HC-07 则用于实现手机和单片机之间的通信。

　　显示模块

　　显示模块中的RGB(16 个) 可利用视觉暂留现象通过旋转显示所需图案。霍尔传感器用于测速和确定所显示图案的位置。

　　机械部分

　　机械部分主要是支架、电机和扇叶固定板。支架由不锈钢材料制成，起支撑固定作用。电机可固定在支架上端的半圆板上。扇叶固定板由铝板制成，可固定扇叶显示部分电路的组成的PCB 电路板，保证旋转扇叶的刚度。

　　供电系统

　　本系统使用输出为16 V 的AC/DC 电源适配器为风扇供电。16 V 电源接到电源管理模块，可输出5 V 直流电给单片机及传感器供电，同时输出3.3 V 直流电给NRF24L01 供电。显示部分则使用电刷旋转供电方式，用于为扇叶上显示部分电路供电。

　　手机软件

　　本智能风扇的手机软件运行于Android 2.2+ ，通过蓝牙串口协议与智能风扇进行通信，可实现调节速度、颜色，设定文本，同步时间，设定备忘，读取短信，设定待学习单词及其中文释义等功能。

　　

 

　　左图为在iShine 上自定义显示文字，右图为在iShine 上显示时间

　　创新点

　　(1)充分利用风扇运行时扇叶高速旋转的特点和视觉暂留现象，用一排LED 形成显示平面，形式新颖有趣，并可使资源利用最大化。

　　(2)改善了现有风扇单一的功能，融合玩、帮、学于一体，做到一机多用，节约资源，提高效率。

　　(3)实现与手机的深度整合。可以进行非接触控制，方便使用;用手机设定具体信息(如同步时间，设定具体文字、备忘内容、待学习单词等)，提高了可玩性和多样性;可读取手机通信信息(如短信)，更加个性化。

　　(4)增加了手势开关和触摸按键等人机交互形式，使人机交互更加自然流畅，增强了实用性和趣味性。

　　(5)在提示信息到来时，有转速改变和呼吸灯提示，保证信息不会遗漏，更加人性化。

　　应用前景和市场分析

　　本iShine 智能创意小风扇弥补了现有的电风扇功能单一化的不足, 及时补充了电风扇市场上的缺口, 可最终满足消费者变化多端的生活的需要。其次，也迎合消费者的需求, 从青年群体入手 , 逐渐形成多层次的利润空间, 可吸引更多的市场潜在消费者。另外，在中后期产品研发的过程中，还可逐渐针对不同的人群和用途进行详细分类，主要包括以下几类：

　　(1)公共类：用于大型公共场合，用于公益、提醒、广告、时间显示等，起宣传作用。

　　(2)助学类：适用于学生，功能丰富，价格较低。

　　(3)幼教类：适用于儿童，造型可爱，具有识字、助记等功能。

　　(4)创意类：小巧精致，可作为节日礼物等赠与他人。

　　科技创新创业服务社会、改善人类生活。