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第一章
2011年北京工业大学科技节科技成果

北京工业大学科技节以“展科技创新之光,助青春梦想起航”为主题,旨在“展示风采,启迪智慧,激发创新,放飞梦想”。科技成果展以“蓝之绽放”为主题,科技之蓝、文化之蓝、创意之蓝、同砚之蓝四个展区共同绽放。科技之蓝,代表了工大师生探究自然界奥秘的发现;文化之蓝,展现了我校师生探究人文社会科学规律的发展;创意之蓝,汇集了师生富于创意和艺术效果的作品;同砚之蓝,展示了校外产学研基地学生自主研发作品,一起分享创新的乐趣、激发创新的灵感。科技成果展是我校学生近年来最新、最高科技创新成果的展示,也是各学院、各学科人才培养水平的一次大检阅。展览汇集了 19 个院所的百余件科研成果和 80 余件实物作品,这些研究成果是北工大学子们活跃的创新精神和科研能力的体现。

1.1 能驱散烟雾的吊兰

所在学院 :材料科学与工程学院

作品名称 :能驱散烟雾的吊兰

指导教师 :林健、吴中伟

展品编号 :2011 - ECAST -001

作品摘要

将吊兰悬挂某高处,插上电源即可,此时花盆边上会有绿色指示灯,说明室内烟雾浓度不高,当有烟雾时指示灯变红,吊兰内部便自动工作,吹散烟雾并释放香味。

作品背后的故事

现如今,大部分的人们已经意识到了香烟对人类的危害,但由于香烟引起的人口死亡数目仍是逐年上升,我们无法否认它存在的必要性,但至少,我们要杜绝它对人类的危害,尤其是那些由于吸入二手烟的无辜者们,所以我们更要想方法来减少二手烟,于是,这给了正在上《香味可控金属花卉制作》的我们一些灵感。为了便于日常的研讨与制作,在团队组建方面上,我们选择了班内的几个同学来合作。而在整个制作过程中,我们有喜有悲。因为是第一次体验一个从无到有的制作过程,我们需要很多材料、知识与经验,老师、图书馆成了我们最好的帮手,从他们那里得到的提示指引着我们自己探索发现,最终研究出成果。在制作过程中,我们为了买材料,在偌大北京城东奔西走,虽然很累,但是在追寻的过程中,我们从电工师傅们那里学到了一些有关电路的知识,在后期的电工课程中,让我们感觉轻松了许多;作品的制作是一个漫长的过程,焊接电路板对于我们来说是个陌生的工艺,因为是个细心活,在我们看完教学录像后,多次练习使我们熟能生巧成功地焊出了作品的核心部分,外观部分我们需要反复的喷漆、晾干,长久的工作已成为我们的日常习惯。整个制作过程,我们挥洒了汗水,付出了精力,虽然过程是曲折的,但我们收获了知识、经验、团队中的信任,当看到自己的成果时,我们是骄傲的,我们是喜悦的。

设计人 :季维骁、程彬、周少俊、郭泽策

作品图片

1.2 具有人体感应、光敏夜灯功能的香味可控金属花卉

所在学院 :材料科学与工程学院

作品名称 :具有人体感应、光敏夜灯功能的香味可控金属花卉

指导教师 :林健、吴中伟

展品编号 :2011 - ECAST -002

作品摘要

具有人体感应、负离子空气净化、光敏夜灯功能的香味可控金属花卉。人体感应开关:热释电红外线传感器检测到人身体发出的热量后产生微弱电流,放大这个电流以开启或者关闭相应的电子或机械开关,以控制电路的接通或断开。因此,当有人进入距作品 10m的区域时,整个电路开始工作。功能包括:负离子空气净化器开始工作,达到清新空气的功能;香料加热器开始工作,花卉散发香味;夜灯功能:当黑暗降临时,夜灯功能开始触发,作品发出灯光,给黑暗的空间提供照明。

作品背后的故事

在上学期的一门创新课中,我们一组四个人共同完成了金属花卉的制作。这个花卉名副其实,就是要用金属来制作出美观实用的花卉,并在制作的过程中学会金属材料的连接方法、电路的实际连接方式,和培养创新意识。在制作的过程中我们也遇到了许多困难,比如在线路连接方面,我们走了不少弯路。由于平时没接触过真实线路连接在 220V电中,所以一开始对这方面有些畏惧。但是在走了些弯路后,对电路有了实际的了解,知道了如何焊接电路;明白了零线、火线不能连在一起,否则会造成短路,严重的会烧毁电路;懂得了电阻元件不能随便接在 220V的电路中,要不然可能会把电阻烧坏……我们曾经换了许多的外壳来进行电路的组装,我们曾经几次跑去中关村购买零部件,我们曾经制作到宿舍熄灯,但在这些失败中我们依然一步一步地完成它。这次的创新制作,让我们大家都学到了不少东西。

设计人 :赵雪薇、厐彬、范昕玮、乔巧

作品图片

1.3 真空及艺术图案镀膜

所在学院 :材料科学与工程学院

作品名称 :真空及艺术图案镀膜

指导教师 :王波

展品编号 :2011 - ECAST -006

作品摘要

利用磁控溅射的原理,分别选用不同的金属Cu和Zn作为溅射的靶材,采用透明玻璃板作为溅射的基片,设计制作了三种不同图案的掩模板,通过调整溅射室内气压值、溅射电流、溅射时间以及基板与靶材之间的距离,控制溅射室内的真空度和清洁度,完成了艺术图案的镀膜过程,得到了成膜效果较好的三幅艺术图案,分别是“捉迷藏的猫”“秋天的三叶草”和“熊猫”。

作品背后的故事

作品制作的初衷要从科技知识的拓展课堂说起,在真空镀膜技术及艺术图案镀膜这门课上,我们先后学习了一系列关于镀膜技术的理论知识,对于艺术图案镀膜我们都非常感兴趣,于是在王波教授的鼓励与支持下我们组建了团队并开始了图案掩模板的设计和制作。由于真空溅射镀膜中会有许多因素影响镀膜的质量,为了达到理想的镀膜效果,我们三人分别设计工艺参数进行探究性试验,并互相交流、探讨试验技巧和经验。在王波教授的指导下,我们经过反复的实验和总结得出了一系列优化的工艺参数,最终完成了成膜效果较好的艺术图案镀膜作品。

设计人 :孔晓芳、林凯莉、霍锴

作品图片

1.4 独轮自平衡机器人系统

所在学院 :电子信息与控制工程学院

作品名称 :独轮自平衡机器人系统

指导教师 :阮晓钢、龚道雄

展品编号 :2011 - ECAST -009

作品摘要

由北京工业大学智能机器人研究所研制独轮自平衡机器人系统取得的科研成果,对于优化独轮自平衡机器人的系统结构,分析其运动规律和内在特性,研究其运动平衡控制问题具有积极意义和一定的参考价值。课题研制的样机已获得多项国家专利,在机器人技术和控制科学的研究、教学领域,以及服务机器人、娱乐机器人领域有一定的应用价值。独轮自平衡机器人系统其最重要的结构特征是竖直惯性飞轮和下行走轮相互配合:竖直惯性飞轮调节横滚自由度平衡,行走轮调节俯仰自由度平衡。此结构模拟了人类骑行独轮车的特征,其建模与控制问题具有一定难度,致使该组同学多次同指导教师一起在实验室反复模拟实验,利用虚拟平台建立模型,研究其动力学特性。所设计独轮自平衡机器人的电气系统采用分层递阶结构。整个控制结构构成一种仿生的姿态感觉运动系统。

设计人 :邓文波、潘琦

作品图片

1.5 双轮自平衡机器人系统

所在学院 :电子信息与控制工程学院

作品名称 :双轮自平衡机器人系统

指导教师 :阮晓钢

展品编号 :2011 - ECAST -010

作品摘要

北京工业大学智能机器人研究所研制的双轮自平衡机器人系统样机已获得多项国家专利,在机器人技术和控制科学研究、教学领域,以及服务机器人、娱乐机器人领域有一定的应用价值。我院智能研究所师生一直致力于构造一种具柔性腰椎的双轮自平衡机器人,使其机身可在俯仰方向弹性形变,从仿生角度看,柔性腰椎能近似模拟人类躯干。使得柔性双轮自平衡机器人系统及其模型比刚性机器人及其模型更适用于研究仿人姿态平衡控制。在研究过程中,该组成员多次针对该机器人在俯仰方向弹性可变的实际操作性与控制系数的确定展开激烈讨论。最终在该组同学与其指导教师阮晓钢教授的共同努力下在 2010 年中国国际工业博览会上获得一等奖,同时对于柔性自平衡机器人概念和属性的建立与完善起到推进作用。相关的建模与控制的方法和结论,为其他柔性自平衡机器人的相同研究提供参考。

设计人 :李均、彭奎

作品图片

1.6 电液混合动力概念车

所在学院 :环能与能源工程学院

作品名称 :电液混合动力概念车

指导教师 :纪常伟

展品编号 :2011 - ECAST -013

作品摘要

本概念车在纪常伟老师的指导和帮助下由内燃机 105 实验室全体同学一起制作完成的,参加了北京工业大学节能减排大赛和第四届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛,都获得专家评委们的一致好评,在比赛中均获得较好成绩。本概念车从一定程度上解决了电动车电池续航里程短、寿命低的问题,调节了电动车的工作区间,使其工作在高效区,达到了节能减排的目的。

设计人 :高彬彬、魏宝建、刘冉、赵光耀、梁晨、朱永明、刘晓龙

作品图片

1.7 模拟智能停车场系统的设计

所在学院 :机械工程与应用电子技术学院

作品名称 :模拟智能停车场系统的设计

指导教师 :崔玲丽

展品编号 :2011 - ECAST -014

作品摘要

该作品为模拟智能停车监控系统,针对日常生活中的观察,根据所学测试系统及单片机的知识制作而成。1.搭建车位检测,时间模块,显示功能模块的硬件,并通过主控单元进行控制;2.运用单片机控制PWM的输出来控制舵机,搭建模拟门禁系统;3.运用串口助手对系统时间进行调整。

设计人 :颉征、邵雪龙

作品图片

1.8 有止回功能的应急伸缩梯

所在学院 :机械工程与应用电子技术学院

作品名称 :有止回功能的应急伸缩梯

指导教师 :余跃庆

展品编号 :2011 - ECAST -016

作品摘要

经过对楼房紧急避险、高处逃生时所需工具设备以及实际可操作性的调查研究后,我们首先将设计目标和方向定位在落地即定性的伸缩梯上。

接着用现代设计手段,对零件进行计算机建模仿真、实体建模,此后开始绘制零件图,并自己根据图纸制造零件,组装实体样机。与此同时,对于已制造好的样机出现的各种问题不断改进,一步步完善方案和实物样机。经过近六个月的忙碌工作,我们的作品终于完成了:有止回功能的应急伸缩梯。

在 2010 年 6 月的“北京汽车”杯首都高校第五届机械创新设计大赛中,我们的作品荣获北京市二等奖。2011 年 5 月获得实用新型专利。

设计人 :马兰、车树麟

作品图片

1.9 基于UMPC的心血管功能检测仪

所在学院 :生命科学与生物工程学院

作品名称 :基于UMPC的心血管功能检测仪

指导教师 :张松

展品编号 :2011 - ECAST -019

作品摘要

本产品主要用户是妊娠期妇女和心脑血管疾病患者,用于预测妊娠期高血压疾病的患病风险和评价心血管疾病病人的治疗效果,是一款无创、超便携的心血管功能检查设备。

作品原理及特点

本产品利用压力传感器提取受试者的桡动脉脉搏波信号,通过检测前端对脉搏波信号进行模数转换和波形预处理后,将数据通过串口与UMPC相连,并通过UMPC的上位机软件对波形进行运算分析,从而得到一系列反映人体生理状态的参数:如平均动脉压(MAP)、心率(HR)、心脏指数(CI)、外周阻力(TPR)等。通过实测参数值与正常值范围进行对比,评估孕妇患妊娠高血压的风险。

特点:1.无创,可实时连续监测;2.便捷,可随时进行检测,不影响日常生活;3.操作简便,使用者可独立操作;4.可将已检测数据入库并进行数据对比,从而获得孕妇心血管功能状态的变化趋势及患高血压的风险评估。

设计人 :王东明、李洋、李硕、王薇薇

作品图片

1.10 竹简

所在学院 :激光工程研究院

作品名称 :竹简

指导教师 :陈继民

展品编号 :2011 - ECAST -020

作品原理及特点

将古代著作激光扫刻在竹简上,用现代技术还原了古代文化遗产,这个创意得到了广泛的一致好评。

制作过程:1.Photoshop处理图像;2.CO 2 激光器打标

制作材料:竹片

设计人 :袁建文

作品图片

1.11 北工大校庆 50 年纪念

所在学院 :激光工程研究院

作品名称 :北工大校庆 50 年纪念

指导教师 :陈继民

展品编号 :2011 - ECAST -024

设计原理及特点

北京工业大学于 1960 年建校,至 2010 年已建校 50 年。在 50 周年校庆之际,工程实训平台激光创意室决定制作带有校庆 50 周年图样的陶瓷盘来纪念北工大走过的风风雨雨。

陶瓷是中国传统工艺制品的重要材料,并在今日文化科技中有各种创意的应用。此纪念品采用了陶瓷材料,不仅体现了中国传统文化,而且具有很强的观赏性。

制作过程:1.Photoshop处理图像;2.CO 2 激光器打标

制作材料:陶瓷

设计人 :刘宁

作品图片

1.12 齿轮焊接

所在学院 :激光工程研究院

作品名称 :齿轮焊接

指导教师 :肖荣诗

展品编号 :2011 - ECAST -030

设计原理及特点

激光焊接为高能无接触加工,焊接速度快,焊接热影响区小,且焊后不需要加工处理。保证了齿轮件结构连接所需的精密度,同时也达到满足较小焊接变形量的要求。

制作过程:1.Photoshop处理图像;2.CO 2 激光器打标

制作材料:金属齿轮

设计人 :周春阳

作品图片

1.13 湖北省黄冈市黄梅戏大剧院设计

所在学院 :建筑工程学院

作品名称 :湖北省黄冈市黄梅戏大剧院设计

指导教师 :李雄彦、杨红

展品编号 :2011 - ECAST -035

作品摘要

湖北省黄冈市黄梅戏大剧院是黄冈市市民的精神文化活动场所,应充分呼应场所环境,注重建筑功能与个性的融合,创造一道独特的沿湖风景线。我们“戏之梦”团队,由建筑学和结构工程两个专业的队友组成,在指导老师的精心指导下完成了作品——《乐苑》。

乐苑将黄梅戏的戏曲语言转化成凝固的音乐。给人轻盈婉转的视觉冲击效果,秩序隐于其中,动感极强。建筑的主体颜色以木色为主,简洁大方。观演中场可与同伴在通透的开敞空间欣赏沿湖美景,品味高格调生活品质。

设计人 :谢志强、刘人杰、黄晓、张萌、匡尉、林艺

作品图片

1.14 生活废水发电装置

所在学院 :建筑工程学院

作品名称 :生活废水发电装置

指导教师 :马长明、吴珊、杨宏、赵白航

展品编号 :2011 - ECAST -036

作品摘要

近年来在“节能减排,绿色低碳”的主导趋势下,我们的“TEAM”团队出于对生活的热爱和思考,结合专业知识,在成员的努力及老师的指导下完成了作品——“生活废水发电装置”。

“TEAM”大胆地将“卫生间排水管下落的水流”与“发电机叶轮”结合在一起,本着利用废水发电的思想,创造性地构想出“生活废水大点装置”。但将构想变成现实的过程是充满艰辛与挑战的,而这正是每个工程人所必须学会面对的现实!怎样找到充分的理论依据来支持我们的构想?需要考虑哪些影响因素才能缩小理论与现实的差距?如何进行设计才能创造出更多的价值?又应该如何保证装置的合理性、先进性以及更广泛的普及性?……在马长明老师、吴珊老师、杨宏老师以及赵白航老师等的悉心指导与帮助下,TEAM团队经过无数次的探讨和方案修改后,完成了“生活废水发电装置”的设计与模型制作。

最终,“生活废水发电装置”作品得到了专家老师的认可与鼓励,并荣获了“第二届全国大学生水利创新设计大赛”二等奖以及“第三届北京工业大学水创新设计竞赛”一等奖的优异成绩。

设计人 :陆明、任家炜、刘彦君、杨胤

作品图片

1.15 智能遥控勘察车

所在学院 :实验学院

作品名称 :智能遥控勘察车

指导教师 :刘旭东

展品编号 :2011 - ECAST -045

作品摘要

本项目是基于低功耗单片机控制的履带式探测车,可完成距离测量、环境监测、危险报警等多种功能,在军事侦察、排爆、灾后勘察等诸多领域有广泛的应用。

车体采用各种传感器进行感知,经过AD采集,编写程序,由传感器自动采集,可以将距离、温度、湿度以及危害气体浓度等多种物理量传入控制器中,通过液晶模块显示,并控制执行系统完成相关功能如报警、分析等。

借助高频无线模块通信技术,可实现操作者对车体的智能控制,可轻松完成探测车的移动、采集控制和数据无线上传等功能。

作品背后的故事

近年来自然灾害频发,很多现场由于房屋树木坍塌,给营救工作带来很大困难,这部勘探车,它可以进到营救人员无法进入的狭小地区测量受灾情况。研发团队由擅长硬件的刘天奇与软件系统等的周尚组成。

设计人 :刘天奇、周尚

作品图片

1.16 LED立方体

所在学院 :实验学院

作品名称 :LED立方体

指导教师 :严峰

展品编号 :2011 - ECAST -046

作品摘要

本作品是基于NXP公司的LPC1114 开发板进行开发,利用I2C传输协议,用LED立方体显示,实现LED显示数字、字母、文字以及简单的图案,运用算法实现图案的简单的运动:平移、翻转、爆炸等效果。

作品背后的故事

本作品在制作过程中克服了多块LED显示屏立体拼接的技术难题,将LED放在折射率介于半导体材料与空气之间的透明塑料材料中,从而增加两个表面的临界角。

获奖情况:本作品是学生参加电子竞赛的参赛作品,并获得校级电子竞赛一等奖。

设计人 :陈伟华

作品图片

1.17 实验之星Pathfinder号机器人

所在学院 :实验学院

作品名称 :实验之星Pathfinder号机器人

指导教师 :范青武

展品编号 :2011 - ECAST -047

作品摘要

“Pathfinder”的身体上共有 8 个关节,每只胳膊上有 3 个,腿上有 2 个关节。它身高 440 毫米,站高 100 毫米、300 × 250 毫米的四轮底盘上,总高 540 毫米,体重 3.5 千克,具备俯仰或旋转关节的腰部(旋转极限角度不能超过 180 度),以及明显的双腿特征。

作品背后的故事

在本项目中,图像的识别及处理是关键,我们利用色彩特征从图像中分割对象,这是一个有效的方法,由于省略了RGB到HIS转换中计算H值所需的浮点运算,大大降低了整个图像处理的计算量,因而图像处理算法得到了很大程度的优化。

设计人 :熊林欣、茅雪涛、刘天奇

作品图片

1.18 电子风斗

所在学院 :实验学院

作品名称 :电子风斗

展品编号 :2011 - ECAST -048

作品摘要

近些年,CO中毒事件屡见不鲜,为解决此问题,我们设计制作了一种基于单片机控制的电子风斗,用来减少CO中毒事件的发生。

当系统检测到室内CO浓度超过设定值后进行报警,同时控制风扇开启,达到降低CO浓度的目的。当CO浓度降低到设定值以下时,关闭风扇,防止室外冷空气进入室内降低室内温度,以此来解决传统老式风斗的弊端。

作品背后的故事

为减少CO中毒事件的发生,在北京工业大学星火基金项目的资金支持下,我们组建了一支 5 个人的团队,我们软硬件分工明确,合作默契,最终完成了电子风斗的制作,并且可以应用到实际生活中。

获奖情况:北京市大学生科研与创业行动计划科技创新成果一等奖;北京工业大学第十届“星火基金”优秀项目奖。

设计人 :胡国琦等

作品图片

1.19 基于OMAP3530 多媒体掌上平台的研究与实现

所在学院 :实验学院

作品名称 :基于OMAP3530 多媒体掌上平台的研究与实现

指导教师 :王卓峥

展品编号 :2011 - ECAST -049

作品摘要

本课题基于TI OMAP3530 处理器,通过对其处理器最小系统,即处理器核心系统板卡的硬件搭建,完成功能扩展板卡触摸显示屏、串口、SD卡、按键、音视频等模块,预留USB、NET、VGA、WiFi、GPS等多个扩展模块接口,同时移植Linux的U - Boot、内核、文件系统,Windows CE操作系统,使两块板卡协同工作,共同实现完整的多媒体掌上平台的基本功能,使用户不仅可以实现掌上平台的触控操作、实时显示、按键控制等人机交互功能,还可以依托掌上平台进行相关领域的消费类电子产品开发。

作品背后的故事

2010 年 1 月 27 日,在美国旧金山举行的苹果公司发布会上,传闻已久的平板电脑——iPad由首席执行官史蒂夫·乔布斯亲自发布,随后便迅速占领甚至主导市场。其实iPad不同于PC的无非是触屏,那么为什么我不能自己制作一台平板电脑呢?

设计人 :黄腾

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1.20 CaxBa1 - xNb 2 O 6 (CBN)晶体(x =0.22,0.25,0.28,0.32,0.35)

所在学院 :应用数理学院

作品名称 :CaxBa1 - xNb 2 O 6 (CBN)晶体(x = 0.22,0.25,0.28,0.32,0.35)

指导教师 :王越、蒋毅坚

展品编号 :2011 - ECAST -052

作品摘要

四方钨青铜结构弛豫型铁电体CBN具有优良的电光、光折变、热释电、压电性能,居里温度比铌酸锶钡晶体高 100℃~ 200℃,有利于器件的开发应用。点群 4 毫米,空间群P4bm。光学浮区法生长的该系列晶体透明且无宏观缺陷,颜色呈浅黄色,黑色部分是由于缺氧产生色心导致,氧气中退火即可消除。直径 6 ~ 7 毫米,长 50 ~ 115 毫米。

光学浮区法采用的是边熔解边结晶的生长方式,靠重力和表面张力的平衡形成晶体生长的熔区(如下图)。通过优化多晶料棒烧结工艺,解决熔区上半部分易起盖、气泡过多的问题,得到稳定的熔区。通过摸索晶体生长工艺参数,解决晶体易在热应力作用下产生裂缝的问题。

设计人 :马云峰

作品图片

1.21 发光二极管报警器

所在学院 :应用数理学院

作品名称 :发光二极管报警器

指导教师 :彭月祥

展品编号 :2011 - ECAST -054

作品摘要

学习了数字电子技术后,我们小组成员想将所学知识运用到实践中。报警器是日常生活中最常见的物品,随着技术的发展,报警器的种类越来越多,例如震动报警器、超声波报警器、红外报警器等。二极管是常用的电子器材,我们在详细了解二极管构造的基础上,想利用二极管来制作报警器。

项目思路:红、黄、绿三色发光二极管和报警器相连,用两个开关控制,一个是总开关,另一个控制三个发光二极管。当红灯亮时,报警器报警,声音洪亮连续;当黄灯亮时,报警器提醒,声音间断响起;当绿灯亮时为安全。

设计人 :张砚霖、李健、王立娜

作品图片 VPSIWNmAQY+X/wLIJLPmLuUatyH/kXxoiGszxfDtx+yol36Z9m9rmmRmOXk1ohfD

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