人工智能与机器学习方向
这类项目紧跟科技前沿,能充分展示你的编程和算法应用能力。
智能垃圾分类桶
- 核心创意：通过摄像头识别物体,自动控制机械结构将垃圾投入对应的桶内。
- 所需技术：
- 硬件：树莓派/Arduino、摄像头、舵机、3D打印件（或纸板）、红外传感器（可选）。
- 软件：Python、OpenCV（图像处理）、TensorFlow Lite（模型部署）。
- 实现步骤：
- 数据准备：收集大量不同垃圾（如塑料瓶、易拉罐、废纸、果皮）的图片,制作数据集。
- 模型训练：使用TensorFlow或PyTorch训练一个图像分类模型（如MobileNetV2）,识别不同类别的垃圾。
- 模型部署：将训练好的模型转换为TensorFlow Lite格式,在树莓派上运行。
- 机械结构：设计一个简单的翻盖或传送带结构，由舵机控制，根据识别结果将垃圾“拨”到对应区域。
- 整合调试：将摄像头、树莓派和舵机连接，编写主程序，实现“拍照-识别-执行”的完整流程。
- 创意亮点：
- 可以增加语音提示功能（如“请投放塑料瓶”）。
- 可以加入物联网功能，将垃圾分类数据上传到云端,生成家庭环保报告。
- 可以优化识别精度,加入更多垃圾类别。
情绪识别镜子
- 核心创意：一个能“读懂”你心情的智能镜子，当你照镜子时,它会根据你的表情显示一句鼓励的话或一首舒缓的音乐。
- 所需技术：
- 硬件：带屏幕的树莓派（如Raspberry Pi 4 + 触摸屏）、摄像头。
- 软件：Python、OpenCV、预训练的表情识别模型（如FER）。
- 实现步骤：
- 搭建环境：将树莓派和触摸屏组装成一个镜子的外观（可以在屏幕后贴一层半反半透膜）。
- 情绪识别：编写程序，调用摄像头实时捕捉人脸，并使用预训练模型分析表情（开心、悲伤、惊讶、愤怒等）。
- 内容反馈：根据识别出的情绪，显示不同的内容。
- 开心：显示“今天状态超棒！”并播放轻快的音乐。
- 悲伤：显示“没关系，一切都会好起来的。”并播放舒缓的音乐。
- 疲惫：显示“该休息一下了哦。”
- 创意亮点：
- 可以连接天气API,根据天气和心情给出综合建议。
- 可以加入日历功能,提醒你当天的日程安排。
- 可以记录你的情绪变化曲线,进行简单的心理健康分析。
物联网与自动化方向
这类项目侧重于将物理世界与互联网连接,实现远程控制和数据采集。
（图片来源网络，侵删）
智能植物管家
- 核心创意：一个能自动监测并照料植物的装置，解决“养死植物”的世界性难题。
- 所需技术：
- 硬件：Arduino/ESP32、土壤湿度传感器、光照传感器、温湿度传感器、水泵、LED grow light（植物生长灯）、亚克力板/3D打印件。
- 软件：Arduino IDE、Blynk（或MQTT）用于手机App远程监控。
- 实现步骤：
- 传感器部署：将各类传感器插入花盆土壤中,并固定好水泵和LED灯。
- 阈值设定：在程序中设定各项参数的阈值，如土壤湿度低于30%时启动浇水,光照不足时开启LED灯。
- 自动控制：编写程序,让单片机根据传感器数据自动控制水泵和LED灯的开关。
- 远程监控：使用Blynk等平台，创建一个手机App界面，可以实时查看土壤湿度、温度等数据，并手动控制浇水/光照。
- 创意亮点：
- 可以增加摄像头,通过手机App远程查看植物状态。
- 可以添加历史数据记录功能,生成植物生长曲线。
- 可以设计一个多通道系统,同时照料多种不同需求的植物。
智能药盒
- 核心创意：为老年人或健忘者设计的智能药盒,到点会亮灯提醒并记录服药情况。
- 所需技术：
- 硬件：Arduino/ESP32、多个LED（代表不同药格）、蜂鸣器、RTC（实时时钟）模块、4x4矩阵键盘、OLED显示屏。
- 软件：Arduino IDE。
- 实现步骤：
- 结构设计：将药盒设计成多个格子，每个格子底部对应一个LED,在面板上标注服药时间。
- 时间设置：通过矩阵键盘设置每天的服药时间（如“8:00”、“12:00”）。
- 提醒功能：RTC模块确保时间准确，每到设定时间，对应的LED会闪烁,蜂鸣器响起。
- 服药确认：用户按下对应的确认键后，LED停止闪烁，药盒记录“已服药”。
- 数据显示：OLED屏幕可以显示当前时间和下一次的服药提醒。
- 创意亮点：
- 可以通过Wi-Fi模块连接网络,将服药记录同步到子女的手机上。
- 可以加入备用药格，当错过提醒时,备用药格的灯会亮起。
- 可以增加语音播报功能。
机器人与机械结构方向
这类项目能极大地锻炼你的机械设计和动手能力。
六足仿生机器人
- 核心创意：模仿昆虫步态的六足机器人，结构稳定,地形适应能力强。
- 所需技术：
- 硬件：Arduino Mega（舵机多）、12个或18个舵机、亚克力板/3D打印件、锂电池、遥控器（蓝牙/Wi-Fi模块）。
- 软件：Arduino IDE、Servo库。
- 实现步骤：
- 结构搭建：设计并打印/切割出机器人的机身和足部结构,将舵机组装成六条腿。
- 步态算法：这是核心！需要编写“三角步态”的算法，即六条腿分为两组（左前、右中、左后 / 右前、左中、右后），交替抬起和前进,实现平稳移动。
- 控制程序：编写程序，接收遥控器信号（前后左右、旋转）,并将其转化为对各个舵机的角度控制指令。
- 组装调试：将所有部件组装起来，反复调试步态和舵机角度,确保行走平稳。
- 创意亮点：
- 可以加入摄像头,实现第一人称视角的远程遥控。
- 可以增加传感器,实现自主避障功能。
- 可以设计不同的步态，如“蟹步”、“横移”等。
机械臂绘图仪
- 核心创意：一个能模仿人手绘画的机械臂，通过输入坐标或图片,自动在画纸上作画。
- 所需技术：
- 硬件：Arduino/STM32、4个或5个舵机（或步进电机+减速机）、笔夹结构、亚克力板/3D打印件。
- 软件：Arduino IDE、Processing（用于生成G-code）。
- 实现步骤：
- 运动学解算：这是关键！需要建立机械臂的数学模型（正运动学和逆运动学），将目标点的坐标（x, y）转换为各个舵机需要旋转的角度。
- 结构搭建：组装一个2自由度或3自由度的机械臂，末端安装一个可以抬笔/落笔的装置。
- 轨迹生成：使用Processing等软件,将一张简单的图片或文字转换为一系列坐标点。
- 控制执行：编写程序，读取坐标点，通过运动学解算得到舵机角度，并控制舵机移动,完成绘画。
- 创意亮点：
- 可以增加一个Z轴，实现抬笔和落笔的动作,让线条更清晰。
- 可以连接激光笔,变成一个激光雕刻机。
- 可以结合图像识别,让机械臂描摹你手绘的简单图形。
环保与能源方向
这类项目关注社会问题,既有科技含量又有现实意义。
太阳能追踪充电宝
- 核心创意：一个能自动跟随太阳方向的光伏板，以最大化太阳能充电效率,并为手机充电。
- 所需技术：
- 硬件：Arduino、两个舵机、两个光敏电阻（LDR）、小型太阳能板、锂电池、升压模块（5V输出）、手机支架。
- 软件：Arduino IDE。
- 实现步骤：
- 传感器布置：将两个光敏电阻分别安装在光伏板水平方向的两侧。
- 比较逻辑：程序不断比较两个光敏电阻的电阻值（光照强度），如果左侧光照强，则水平舵机向左转；如果右侧光照强，则向右转,同理控制垂直方向的舵机。
- 能源管理：太阳能板为锂电池充电，升压模块将锂电池电压稳定在5V,通过USB接口为手机充电。
- 结构组装：将舵机、光伏板、支架组装成一个整体,确保能灵活转动。
- 创意亮点：
- 可以加入GPS和地图,实现日出日落方向的自动追踪。
- 可以增加显示屏,实时显示当前充电功率和电池电量。
- 可以设计成折叠式,方便携带。
如何开始你的项目？
- 从兴趣出发：选择你最感兴趣、最想了解的领域。
- 由简入繁：如果觉得某个项目复杂，可以先从它的核心功能做起，比如做机械臂，先让它实现单点控制,再研究逆运动学。
- 善用资源：
- B站/YouTube：有海量的教程视频，搜索“树莓派 项目”、“Arduino 入门”等关键词。
- GitHub：寻找开源项目,学习别人的代码和设计思路。
- 淘宝/阿里：几乎所有电子元件都能买到,价格实惠。
- 记录过程：拍照、写博客或制作视频，记录你的设计思路、遇到的问题和解决方案，这不仅是对自己的总结,也是未来展示作品的重要素材。
- 寻求帮助：多和老师、同学交流，参加学校的创客社团,集思广益。
祝你制作顺利,享受创造的乐趣！
（图片来源网络，侵删）
