智能手机管理机器人

◎沈阳市南昌中学 胡家荣

虎视眈眈家中放，八面威风震四方。手机和你遥相望，尔独何辜限河梁。

——写给“家益”的诗

放假前，一想到能和爸爸妈妈待在一块儿，我别提有多兴奋了。放假后，我却高兴不起来——爸爸妈妈似乎很喜欢玩手机，陪伴我的时间很少。所以，我有了设计一个智能手机管理机器人的想法。

我希望爸爸妈妈能在特定家庭时间不玩手机，让智能手机管理机器人帮我看管他们的手机。如果有人要拿走手机，它会“咬人”或报警，但是如果遇到紧急情况需要接听电话，也可以通过特定的操作及时接听。

我期待这个机器人能走进千家万户，让更多的家庭享受美好生活，所以我给机器人起了个名字——家益。

一、家益1.0模型制作

如图1，我先设计图纸，再按照图纸制作模型。

家益1.0的外形就像一只怪兽，“怪兽”的身体是用纸盒做的，上面安装了超声波距离传感器，作为“怪兽”的眼睛。纸盒内部右侧放入Arduino主控板、扩展版、时钟模块和舵机。

接着，我将卡纸剪成锯齿状，作为“怪兽”的牙齿，然后用妈妈的旧围脖给它披了件外衣，还在超声波距离传感器两侧装上红色LED灯，使它的眼睛看起来炯炯有神。

图1 家益1.0制作过程

我采用舵机摆臂加雪糕棍的方式，用热熔胶将雪糕棍粘贴在舵机臂上，加长舵机的力臂，以便“怪兽”嘴巴的张开和闭合，但不太美观。在防止手机被取出的实验中，我发现从侧面取手机时，超声波距离传感器不能及时感应。于是，我在家益1.0的基础上对机器人进行了改进。

二、家益2.0模型制作

我用爸爸装红酒的木盒做“怪兽”的身体，这样机器人的结构更结实。接着，我把超声波距离传感器改装在“怪兽”嘴巴的下方，这样更容易感应到取手机者的靠近。在盒子内部右侧分别放入Arduino主控板、扩展版、时钟模块和舵机。

家益1.0通过超声波距离传感器感应手机是否被放入，效果不理想，我将其改为环境光传感器来实现这部分功能。为解决装置无法感应人们从侧面取手机的问题，我多次测试了环境光传感器的取值范围。如果环境光传感器感应到光，那么“怪兽”嘴巴就会加快咬合频率，防止手机被取出。我还用乒乓球制作“怪兽”的眼睛，红色LED灯让“怪兽”的眼睛不仅看起来炯炯有神，而且样子更威武了，如图2。

图2 家益2.0模型

三、硬件连接

我用linkboy设计系统硬件连接图，如图3。

系统包括Arduino UNO主控板和扩展板、时钟模块、环境光传感器、四位数码管、舵机、按钮、超声波距离传感器、两个红色LED灯、蜂鸣器。

图3 硬件连接图

四、程序编写

我通过Mixly编写程序，用分支结构实现时间和按钮操作的判断，用循环结构去除按钮抖动，感应手机的状态，用变量记录系统启动时间。

智能手机管理机器人的日常功能相当于一个电子表，通过设定两种不同的模式进入“看守”手机状态，一种是固定时间模式，一种是任意时间模式。

智能手机管理机器人通电后，电子时钟功能启动，红色LED灯亮起，亮度设定为80。当按下按钮或规定时间到达时，红色LED灯的亮度变为255，蜂鸣器响起，提示使用者需将手机放入，舵机工作，盒子打开。当环境光传感器感应到手机已放入后，等待5秒钟，舵机旋转使“怪兽”嘴巴变为微微张开的状态，系统开始计时。

之所以让“怪兽”的嘴巴微微张开，是因为如果电话响起，可以让使用者看一下是否有必要接听。在此期间，如果有人强行取出手机，“怪兽”感应到有人靠近，就会不断“咬人”。如果是必须接听的电话，经过管理者的同意可以按下机器人旁边的红色开关按钮，停止程序运行，取出手机接听电话。制作过程如图4。

由我设计和制作的家益2.0智能手机管理机器人已经在我家用起来了。我们每天都有固定的家庭时间，一起看书、讨论问题等，其间，爸爸妈妈的手机由智能手机管理机器人来管理，这样，他们陪伴我的时间多了，玩手机的时间少了，家庭生活又变得快乐了起来。

图4 家益2.0制作过程

（指导老师：焦大鹏）

专家点评

胡家荣同学的“智能手机管理机器人”是一项具有童真童趣的原创发明作品。

其一，这项作品的完成，说明作者具有良好的创新意识，能够从大家不太在意的家庭生活现象中找到“需要”，从而解决爸妈喜欢玩手机，陪伴自己的时间很少的问题。这个问题很多中小学生都遇到过，唯有胡家荣同学将它放在心上，落实在行动上。

其二，作者具有良好的创新思维能力，用盒子“咬人”的方式守护手机，既有趣又实用，原创性强。

其三，作者具有一定的动手实践能力。一个初中生要完成这个作品是有一定难度的。这需要发明人在平时就非常热爱科技创新活动，勇于实践，还要学习与掌握程序编写、模型制作等知识与技能。

这里需要指出的是，虽然这个项目具有一定的发展前景，但它只是一个粗糙的模型，如果要达到技术可应用的程度，要走的路还很长。