创新设计
课题：小小灭火车
指导教师：郑老师武老师本组成员：胡士星吴铁男颜博潘正
2006年11月
课程成绩评价表
绪论
中国科技之所以长期落后于西方国家，从根本上看，是缺乏创新的结果。我们满足于自己是泱泱大国，藐视一切，所以不思进取，安于现状。造成的后果是直到现在还深深影响着我们的发展。所以我国政府也逐渐认识到创新、应用和知识复合型人才是社会人才需求的重点，因而各类高校也把创新人才的培养作为一个主要目标与关注点。我们学校也顺应时代的呼唤，开设了创新设计实训这门课程。当我们看到有这门课时，很是兴奋。我们困扰的不是没有知识可以学习，而是现在的大学教育以至于整个中国教育导致人才培养目标与现实培养的学生在知识与能力的掌握方面都有一定的差距，特别是理论与实践的脱节。创新贵在于实践。在实践中创新，在创新中学习，从而构筑新的知识框架和达到知识积累的目的，是实现素质教育和培养创新型人才的根本。所以这门课着实对于我们来说意义重大。所以我们一起报了这个课。
上课的时间虽然短暂，以至于我们常常感慨。但是我们确实学到了很多很多。在老师的教导下，在我们的一起努力下，我们度过了美好而充实的几周时光。我们重温了儿时组装玩具时的好奇而快乐的心情，我们还了解学习了乐高的基本组件，被它无尽的创造性所吸引，还使我们在好似游戏中学到怎样使一个玩具质变成一件具有很高科研含量的“艺术品”——它的关键是一种很简单的程序。多么奇妙！
下面将展示我们努力的成果。让大家一起随着我们走进一个奇妙的充满创造力的世界吧！
一问题的提出
我们开始了解了乐高玩具，和我们需要创新实践的内容，又通过老师了解了关于我们小组在实践中要做些什么，需要完成什么目标等等。我们小组经过实践内容的了解情况，最终决定我们小组要设计一辆消防车，具体点说就是一辆能够识别方向且当它遇见火源的时候，它能立即识别火源，停止在火源的附近，随后就启动灭火装置，也就是我们消防车上的风扇，将火扑灭。我们的设计方案就是一辆能够识别方向寻找火源的自动灭火车。要设计这样的一辆车，我们需要克服很多困难，并且提出对车的很高的要求。首先我们要搭建一个虚拟的实物现场，有充足的火源。我们要设计一些具有一定高度的围墙，在把小车放在任何地方，保证小车能找到火源，并且要把火灭掉。我们要求无人驾驶的灭火车能在设定的环境内自行搜索，寻找到着火点然后在进行灭火，要完成以上任务，灭火车必须具备一些主要的功能。
1）行走功能，灭火车的行走系统可由LEGO低速电机经齿轮传动适当组合进行减速，驱动履带。为使行走顺畅灭火车应与墙壁保持一定距离，用接近开关，用滚轮机械结构加触动传感器实现。也就是说当小车判别好方向时，能顺利地行走，直到再次碰壁时，通过碰撞传感器，然后通过程序的改变来实现小车能改变方向。直到小车到达火源为止。
2）小车还要具备搜索功能，搜索过程中需要判断和选择合适的道路，用触动传感器判断前面是否碰壁该转弯了。实现转弯的动作用程序控制，当小车碰撞到周围的墙壁的时候，小车先后退少许，再使
一边的轮子反转，另一边的轮子转动，使灭火车向轮子反转的一侧转弯。然后小车在利用行走功能继续向前走。直到再次碰到墙，再次利用搜索功能进行搜索转弯。
3）火情发现功能，我们在小车上安装
了光传感器，根据它来寻找光源。在搜索
过程中根据火的光判断是否有着火点，灭
火车在移动过程中要不断进行检测，发现
火情：根据光线的强弱进行判断，用LEGO
光感传感器。为使火情发现得更快、工作
更有效，选择适当时机让灭火车360°旋
转，以便提前发现着火点。我们用了两个光的传感器使火情发现的更快，定位更加的准确。
4）到达着火现场功能，发现火情并不意味着已经到达现场，只有到达现场才能灭火。要求灭火车靠近着火点的适当位置，距离太远，无法有效灭火或根本灭不掉，太近则灭火车要被火烧到，造成车辆、仪器损坏（模拟火源则可能被撞倒等）。这样的问题是我们必须想到的，也是必须要克服的。经过我们四人和在老师的帮助下，终于解决了这个问题。我们设计了一个这样的方案——当小车发现火点的时，小车将靠近火点，依靠感光效应，使小车到达一定的距离时候，停止前进，小车将调整准确的位置，完毕后，将停止，在启动灭火装置，将火熄灭。尽量确保小车不会被损坏。
5
）灭火功能，灭火车到达现场后开启灭火装置进行灭火，蜡烛图1 火场虚拟环境
模拟火源。我们小组设计的灭火设备是风扇。我们在灭火车的头部安装了一个发动机，搭建风扇，用风力来实现灭火的方法。
二解决方案的选择
我们的灭火车的设计是由两个人来完成的，吴铁男和颜博。在设计的过程中，我们尝试了很多方案来设计灭火车的基本框架，我们是用皮带装置还是用车轮装置呢？经过我们的讨论和思考，也考虑到灭火车需要很强的机动性，最后我们达成协议，使用皮带装置，这样小车的行动更加灵活，为小车尽快找到火源提供有利的条件。皮带装置的灭火车就像一辆坦克一样。于是我们俩就开始搭建底板，然而我们俩仔细的寻找那些很小的零件，我们尽量使小车比较的牢固。我们就用了几个比较大的不见平扑在底面。然后我们就安装齿轮和发动机。出于全方位的考虑，我们用了两个发动机，固定在底板的中间，再装上一些零碎的部件和皮带，车的整体框架是完成了，然而灭火装置就需要一个发动机，由于材料的有限，我们又向老师借了一个发动机，它是专门负责灭火的。我们把这个发动机装的车的前面，我们俩认为这样更有利于灭火。我们俩又在风扇装置的两端的空余地方装上了两个光传感器，这是准确寻找光源用的。当然车还需要辨别方向，所以要设计一个碰撞结构来改变方向。当然这种改变方向的装置最好用碰撞传感器了，然而，我们也考虑过用光传感器来辨别方向的，但是为了使程序简单化，车更加的美观，我们还是用了碰撞传感器，碰撞传感器可不是怎么好设计的。当然我们也根据书上指示来完成碰撞传感器的设计的。最终我们俩花了两个多小时的时间来完成了车的整体结构的设计，这可是花了我们很大的力气来完成的。为了使我们的车的外表更美观一些，我们又在车上装了一些装饰品，虽然不怎么时
尚，但是我们感觉很不错了。当我们完成的那一刻，我们很高兴，很自豪，很骄傲，我们终于能自己设计出理想的属于自己的车了。这是我们从来没有的自豪感。我们成功了。为了在这一刻留下纪念意义，我们还和我们的灭火车拍了照片，给以后留下美好的回忆。
三结构拼建
四程序编制最初程序图（设计思想一）
最初避开程序图：
最初追光程序图：
改进程序图（设计思想二）
最终程序图
最终避开程序与开始的相同！最终追光程序图如下：
最终灭火程序图：
最终程序流程图
开始→开动A与C电机（车体前进）→判断车前是否碰撞→是：则反转A与C反转，随机时间（有最大值）以达到左右转向作用→若没有碰撞则直接跳到下一步→进入追光程序→通过容器1和2取得两个光感的数值→分别给容器数值加上一定量→判断1号值是否大于2号容器中的值→若是：则通过控制电机转动车体→当1号值下降到与2号相等，跳出→若不是，则跳过下一步→判断2号值是否大于1号容器中的值→若是, 通过控制电机转动车体→当2号值下降到与1号相等，跳出→若不是，则跳过上一步→进入灭火程序→判断两个光感的值→当其值大于确定阀值时→停止A与C电机，开动B电机（风扇）。
五调试和运行结果
在利用最初的程序时，不知为什么，车体虽然对碰撞的反应非常灵敏，但是当遇到光源时，却很难进入追光程序，而后来，我们又重新单独测试追光程序，效果还不错，对光的反应相当灵敏，但当我们将它放入整个程序时，却又发现了一个致命的错误，即只能对左边的光源有所反应，即向左转，但对右边的光源却视而不见。整整花了一个整天，才将追光程序调试成功。当时我们都非常高兴，有一种小小的成就感。当每一个子程序都正确无误时，就是进行运行阶段了，我们对每个数值都进行了修改和实验，不知进行多少次的测试，最终确定了其数值。但当第二天运行时，却又发现其数值又不能满足要求，原因是白天和晚上环境不相同的，对光感影响不同，进而影响其灵敏度。
小结
在学习过程中，学生对这门课程十分感兴趣，积极实践，大胆创新；在实践中学习，在实践中创新，使本课程达到了较好的效果。经过三周的学习，我们感触颇深。所以记下来此时我们的心情和所学到的，在多少年以后回味，应该是一件美好的事情。