浙大附中学生研究成果14：一种失物寻找器的...

1、8 一种失物寻找器的设计与制作【研究设想】在日常生活中，经常出现手机、钥匙串、遥控器、皮夹等小物件无意间放在隐蔽位置而不易被发现的现象。人们为了寻找它们往往绞尽脑汁。本项目旨在设计一款失物寻找器，通过“一问一答”的方式进行声音提示，以方便找寻物件。研究的背景和目的：设计寻找器挂在钥匙串等小物件上，若需要寻找的小物件不在视线范围内，你可以拍几下手，该寻找器听到拍手声即发出“嘀嘀”声，或发出“我在这里”的语言提示。本发明解决日常生活中找东西的烦恼，使用简单。有了这个想法以后，我在网上做了搜索，了解到目前只有两种失物寻找的产品：第一种，是英国Loc8tor公司2006年推出的丢失物品探测器，如图1-

2、1所示。图1-1 英国Loc8tor公司展出的丢失物品探测器“loc8tor”英国Loc8tor公司在日前举办的“2006年国际消费者电子产品展（International CES）”上展出的“Loc8tor”非常独特。用户只要在珍贵物品上预先贴上一个小小的标签，就能防患于未然。万一找不到的时候，可以取出探测器去寻找。当用户用探测器向各种方向探测时，显示屏上显示的线条和探测器发出的声音会随着发生变化。目标物品就位于线条越来越长、声音越来高的方向。该产品还具有遗忘提示功能。使用这种模式后，当用户不小心丢弃了贴有标签的物品时，探测器就会通过振动和声音来提醒用户。该探测器不仅可找回丢失的钥匙、钱包和

3、手机等物品，还设想在孩子要走丢时发出警告。在一个探测器中最多登记24个标签。使用2.4GHz频带无线，即使标签离探测器100m，也可正常工作。该公司还准备与终端厂商进行磋商，在手机或数码相机中嵌入标签功能。从Loc8tor公司网站了解，该失物探测仪目前已经上市，有普通套装和增强型套装两种规格，售价分别为99.99美元和179.99美元。该产品的价格还是有些贵的；另一方面Loc8tor探测自己丢失，那就全都无能为力了。另一款产品，由三个部分组成，母机，子机套，子机。如图1-2所示。图1-2 母机、子机套、子机组成的失物寻找器母机作为信号机安装在普通插座上，子机套上注明物件名称安放在母机内。子机背

4、部有胶条，撕开后可以贴在容易丢失的物件上。需要寻找时在母机上按下对应按键，子机上的喇叭会发出声响来确定失物位置。在黑暗中子机上的荧光涂层也可以帮你确定位置。当子机上的电量显示条显示电量不多时，可要为子机更换电池了，不然它可罢工了。以上两种产品都存在一些不足：第一种，价格高，一套产品差不多要在1000元人民币左右，用户难以接受，另外，当探测器本身丢失时，就全都无能为力了。第二种产品，我没有查到它的价格，估计也低不了，另外，产品过于复杂，对于一个物件就需要母机、子机套、子机配套使用，非常麻烦。我设想的失物寻找器，只要以一个挂件的形式挂在容易丢失的物件上，通过拍手，或喊几嗓子，就可以让失物寻找器发出

5、声光报警，提示主人，方便易用。成本上，大概也就几十元就可搞定了。所以，通过网络搜索后，更加增加了我的兴趣和信心。失物寻找器设计的思路和过程：一、总体设想：失物寻找器主要得实现三方面的工作：首先，需要有声音的接收电路，来接收主人的寻找信息，也就是接收主人拍手的声音；其次，要对拍手的声音进行处理，要让它知道你拍了几次手，比如说你拍了3次手；最后，需要让失物寻找器做出反应，我们考虑采用“嘀嘀。嘀嘀”的声音与闪光方式提示主人。如图2-1所示，是设计的系统框图。上面所说的声音接收电路体现在话筒和话筒放大器上，话筒把声音信号转换为电信号，这个信号很小，所以要通过话筒放大电路，把信号放大；声音处理电路体现在

6、脉冲生成和计数器组成，脉冲生成将每一次的拍手声音提取出来送给计数器，计数器计到3次拍手，就输出信号控制报警输出进行报警；报警电路体现在节拍产生，和蜂鸣器与指示灯上，节拍产生电路能够输出间断的信号，送到蜂鸣器上，就发出了“嘀嘀。嘀嘀”的叫声，同时，指示灯也会闪烁，这样就可以提醒主人了。图2-1 失物寻找器整体框图二、主要电路的设计整个失物寻找器由话筒放大、脉冲产生、计数、节拍产生及声光报警等电路组成，一下简单说一下这些电路的设计。 1、话筒放大电路话筒传过来的信号很小，要对它进行放大，我们用非常省电的CMOS集成块（CD4069）进行设计，整个放大器一般需要放大1000倍左右。但是，一般一只放大

7、器不能放大那么多倍，所以，我们用了两个放大器，每个放大器放大30倍左右。如图2-2所示。图2-2 话筒放大器 2、计数脉冲产生电路计数脉冲产生电路也是用与话筒同一块集成电路，这种集成电路里边共有6个放大器。脉冲产生电路可以把一次拍手的信号转换成一个脉冲，这样就可以送到后面的计数电路进行计数了。 图2-3 计数脉冲产生电路 图2-4 计数器电路 3、计数电路计数器电路对拍手声进行计数，我们用另一块专门的计数集成电路（CD4017），这是一块可以从1计到10的计数集成电路，通过管脚的联接可以让它计数到3以后又回到0。 4、节拍产生电路节拍产生电路，实际上是个振荡器，让它产生出间断的信号，我们也用C

8、D4069这个集成电路。如图2-5。 图2-5 节拍产生电路 图2-6 声光报警电路 5、声光报警电路电路在节拍产生电路的控制下，声光报警电路发出声光信号，发声用蜂鸣器，发光用LED发光光。如图2-6。6、电路图的整体设计电路图的整体设计就是将上面的这些电路连接起来，图2-7就是一个完整的电路图了。图2-7 失物寻找器电路图三、失物寻找器的制作和调试1、电路实物的焊接制作失物寻找器的电路设计好以后，接下来就是采购器件，依照设计的电路列出清单，拿着清单到电子市场把所有用到的器件买好，接下来就可以进行焊接了。焊接工作在我父亲的实验室（浙大信息与电子实验室），也在我父亲的指导下进行，有些器件个头非常

9、小的也只好让我父亲代劳了，我只会焊一些大的元件。图3-1和图3-2是焊接的线路板的照片。 图3-1 线路板正面图3-2 线路板正面2、电路的调试和改进电路装好后进行调试，开始还顺利的，把放大器等这些电路分别调好，拍了几下手，失物寻找器还真的“嘀嘀。嘀嘀”地叫了起来，把我高兴坏了。但是，问题也来了，叫了以后就停不下来了，一直在叫。我和父亲开始找原因，后来发现，原来蜂鸣器发出的声音又被话筒接收到了，这样就进入死循环了。接下来我们对电路进行了改进，电路里边增加了一个定时电路，如图3-3。图3-3 改进后的线路图电路改动了以后，好了很多，大部分的情况下，叫3-5秒钟就停下来了，但运气不好的时候，叫的时

10、间会长一些。进一步的改建想法是：在蜂鸣器叫的时候不让话筒或者放大电路工作，这样应该可以避免这种情况。遗憾的是由于时间关系，这一部分的改进工作还没有做完。四、研究总结与心得我开始做这个课题研究时，说实话我心里真的没有底，行不行？我总是问自己。我以前对研究性学习根本没有一点经验，现在突然做什么“研究”，真的感到十分不适应。好在同学们都有较高的热情，在同学们互爱互助、勤奋工作、热情求知的良好氛围下，我开始自信在老师的指导和父母的帮助下，我努力发挥自己物理学习方面的优势，开始合理有序地工作，做好力所能及的事。虽然在初中的课程中学过一点电路知识，但我发现这不足以完成我的研究。于是我上网查阅相关资料，并向精于电路的父亲学习初中没有学过的电学知识。渐渐地我明白了二极管、三极管、电容、电阻等等电子元器件的原理和作用。在做了一定的知识储备后，我开始绘制电路图，可过程非常艰难，一次次失败，几次按电路图焊接出来的样品都没达到预期效果。我气馁，懊恼，在父母鼓励下，再次振作，几次返工修改，我的电路图终于成形了！紧接着我研究的样品也做出来了。可美中不足的是，由于研发资金有限，我没有用专门印刷的线路板，而是用一块试验用的线路板焊接成电路板，而且也没有使用纽扣电池，以致本来可以做得很小的电路