第25届硬件设计大赛优秀作品来了！有趣的体感射击手枪、实用的智能发球机、可爱的球形机器人，在这个暑假，同学们用奇妙的创意和辛勤的汗水创造了一件又一件优秀的作品。
赛事概况
硬件设计大赛是电子系实验教学中心和电子系学生科协每年暑假定期联合主办，面向全校本科生的硬件科创赛事。本赛事配套开设夏季学期课程《电子系统专题设计与制作》，通过6次课程，同学们学习了单片机的基本知识，感受了硬件设计的魅力，并且亲自动手制作了“脑洞大开”的创意作品。
本赛事主要使用Arduino系列开发板，选手也可以选择使用STM32等其他开发板。1-3人组队参加，合作完成作品。本赛事不限制选题，选手可以充分发挥想象力，自由选题，设计完成富有个性的创意作品。
从无数参赛的优秀作品中，本次赛事共评选出特等奖1队、一等奖2队、二等奖4队和三等奖8队。这些作品充分结合了各种软硬件技术，题材新颖，设计精妙，同时也具备较高的实用性和美观性。
接下来让我们共同欣赏这些获奖的优秀作品吧！
特等奖（共1队）
01
FPS体感射击手枪
by 黄昱臻 无14
解天昊 无14
田爽 无14
生活中，大家或多或少的在游戏厅、商场等地体验过一些体感枪战游戏。但它们往往有着以下缺点：1.设备笨重，只能在特定场所游玩。2.游戏体验差，游戏质量远远低于市面上流行的几款PC端FPS游戏。于是我们制作了一款针对于PC端的FPS游戏体感拟真手枪，其作为外设可以十分方便快捷的连接在任意一台电脑上，使我们可以摆脱对于键鼠的依赖，用更加拟真的方式畅玩各种PC端FPS大作。
通过MPU6050陀螺仪模块与Arduino Leonardo板，我们实现了枪械姿态的识别以及光标的控制。为了提高拟真感以及操作的顺滑度，我们设计了三种的持枪姿势来分别对应游戏内角色的三种操作状态（行走、奔跑、开镜）。同时我们还在枪上加装了推拉式电磁铁以及震动模块来模拟真实枪械的后坐力。考虑到产品与用户的交互性，我们还加装了一块OLED屏来显示当前的系统工作状态，便于用户进行各种模式的切换。预赛时我们在b站上传了产品演示视频，大家感兴趣的话可以移步BV1W14y1s7JN观看。
目前，本产品只开发了针对于《彩虹六号 围攻》的游戏模式。但由于FPS游戏的操作逻辑大体是类似的，相信本产品在未来一定可以适配更多款PC端FPS游戏。
一等奖（共2队）
01
遥控航拍无人机
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by 哈宇森 无15
吴尤 无18
马嘉成 无18
整天匍匐于大地上，内卷于书卷中，你可曾渴望脱离“卷场”的束缚，自由的翱翔于蓝天，极目摘取远方的万千绚丽？我们的遥控航拍无人机为你而来，只需轻拨摇杆，身未动即可见千观，洞万象。基于Arduino开发的高性能飞控提供高速反应的稳定飞行体验，串行PID每一次自我纠正姿态间隔只有5ms；MPU6050里的陀螺仪和加速度计数据互补滤波，实时校准。借助NRF24L01和Arduino制作的遥控器和接收机沟通无人机和你的想法，通过寄存器直接控制PWM引脚电平高低，通过GPS模块获得经纬度坐标，通过与电阻分压模块获得电池电压。控制参数通过模拟引脚读取摇杆的电位获得；以ESP32为基础的图像传输让你在任何移动设备上观看航拍视频；遥控器上的显示屏根据GPS模块和电压检测模块传回的经纬度和电压实时显示无人机的位置和电源电压；夜间的漆黑会被无人机上的灯带驱散，让你在黑夜里自由飞行。
02
集群四足机器人 QY-PLATFORM
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by 代宝奇 无14
邱江杰 未央材12
张耘天 自16
我们的宗旨是QY-PLATFORM FOR EVERYONE！由此，我们用接近最低的成本开发了四足机器人平台，并保留极大的可拓展性。该机器人可通过UWB进行定位，将与定位基站的相对位置回传。平台采用WI-FI通讯，可采取上位机控制及静态网页控制两种方式。同时，我们实现了群体移动、单体较复杂运动等功能。我们实现了功能的模块化，超声波雷达可进行二维平面建模、温湿度传感器、噪声检测模块可回传周围环境数据、通过ESP-CAM实现大图回传及人脸识别功能，在这些功能之外，我们还留下16个端口，供未来的平台进行拓展。软件方面，我们参考QT自制TCPserver相关文档，在上位机中集成了可收可发的网络调试工具，并制作了操作界面，实现了群发、单发等手动控制机器人、测试ESP8266连接的调试窗口。硬件方面，采用多种软件进行建模，3D打印、激光切割等多种方式设计并制造了机器人零件，并由此对内部封装进行了极大的优化。
二等奖（共4队）
01
智能语音乒乓球机
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by 胡宜逊 无18
董枢楠 无12
卜丞科 无18
现有的乒乓球机训练代替不了真人，主要原因其实就在于其缺乏与训练者的交流互动。因此，我们在传统结构上加入语音模块和位置检测仪，通过向机器传递信息形成反馈，提高发球的质量。我们一共设计了四个系统：
发球系统：以STM32为基础，基本功能为实现在不同模式（定点球，左右球，随机球，智能球）下发射出速度、旋度、俯仰角、左右角度、周期不同的乒乓球，以供训练使用。预期各项指标（发球速度、周期、角度等的稳定性，速度、旋度的极值等）达到市面上发球机水准。同时设计一显示屏及手动调节系统，在发球机处进行相关参数、模式的调节。
自动收集球系统：当乒乓球打入收集网内时，自动将球运送到发球口，实现长时间不用人工加球，要求卡球率等接近市面发球机标准。
语音控制系统：可以通过语音实现发球参数、模式的改变，可以站在原地快速切换发球机状态。具体内容：1.语音识别开启/关闭（不开启不读取下面的内容）；2.模式改变（定点，左右移动，智能）；3.发球速度调节（进入速度调节系统，后报提高，则提高，报下降则下降，后同）；4.旋度调节；5.左右偏移调节；6周期调节；7.上下偏移调节；8.关机。
智能识别系统：通过在练习者身上安装位置读取装置，实时返回练习者位置，在特定模式下根据发球者位置发出更容易/难的球（主要为左右及前后落球点位置改变），使得练习过程更加接近真实情况，互动感更强。
02
无线联网手表
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by 毛顺宇 无14
李栋庭 无16
曹流 无15
虽然市面上有许多智能手表，但大多价格昂贵、缺乏可扩展性，为了解决这一问题，我们基于ESP32开发了一款高度可扩展的联网智能手表。这款手表使用圆形屏幕，可以显示天气、温度等信息，也可以访问SD卡中的图片等，可以识别环境光进而自动调整屏幕亮度，采用锂电池供电，续航可达13小时。整体基于ESP32PICO设计，独立完成PCB设计并组装，同时也3D打印了合适的外壳进行佩戴。
03
基于MIDI通信协议的
多功能电子键盘和鼓机
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by 甘冀韬 无17
李沐晟无17
王昊宇 无17
我们作品的灵感来自于电子琴。我们注意到，现如今市面上的电子琴大多数较为笨重，难以携带。我们尝试开发出便携的多功能电子键盘乐器，将电子键盘和鼓机放置在一块形成一个独立乐器，并在此基础上开发音乐合成器所具备的编曲功能。
在演奏功能模块上，我们的作品突破了单音的限制，可以任意数量音符同时触发。同时一个按键能够触发相隔八度的两个音符。配合菜单中的摇杆操控，能够进行音阶的选择，具备非常广的音域。
此外，基于数字音乐接口（即MIDI协议），与电脑连接形成MIDI软串口，控制编曲软件内部进行弹奏和写入音符，配合电脑执行简洁高效的编曲操作。
总体来讲，我们在整个硬件设计开发过程中，选用的材料都具备非常高的性价比。此外，我们尽可能拓展了产品的功能，使得产品既有较小的空间规模和很低的成本，又具备丰富的内核功能。
04
芜湖号音乐控制智能车
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by 朱智凡 无15
贾晨曦 无11
承丝竹管弦之美，融传统于科创，在我们的奇思妙想下，穿透千年而来的民乐为冰冷的电路与机械注入灵魂与温情，擦出不一样的火花。我们设计了一款可以用音乐旋律控制的智能小车。用竹笛吹出一段旋律，小车便能按照你的要求前进、后退、左转、右转，甚至是画出任意预先设定好的图案。在电子系男女比日渐抽象的今天，我们还为男生们带来了画图福利，你可以吹出一段浪漫的旋律，小车收到后便用笔刷在地面上画出爱心的表白图样。此时无声胜有声，直男们再也不用担心爱说不出口啦！除此之外，我们的音乐旋律控制还可用于盲人出行，在轮椅上安装控制模块，吹着口哨即可控制轮椅，解放双手，口哨出行，是不是很酷呢！
三等奖（共8队）
01
SwordArtRealworld
交互式体感对战系统
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by 罗芊锐 未央材11
窦文涵 无12
周霄汉 无14
想在现实世界中和好友来一场充满ACT元素的对战吗？这款体感对战系统可以成就您的中二（划掉）美好梦想！在游戏中，您可以亲手持剑，自由搭配不同力度的挥砍和前刺，创造您专属的剑技流派！不过也别忘记左手的盾牌，它可以为您抵挡对手的猛烈进攻，还可以利用盾反打破对手的平衡！我们还为它搭配了完备的音效系统，让人人都能身临其境，乐在其中～
02
智能核酸检测采样机器人
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by 李承运 无15
游笑权 无15
黄淞 无15
核酸检测在疫情防控中有着不可替代的重要性，然而人工核酸检测却有低效率、不标准、潜在传播风险、限制时间等等问题，我们的智能核酸检测机器人就是在解决这个问题上做的小小尝试，我们努力实现对口腔的检测、将检测拭子伸入口腔进行采样、紧急停止等功能。从提出设想到确认可行性，到努力克服困难、到最后亲自接受采样，我们感受到了自己努力动手实现产品的成就感和趣味性！
03
穿戴式机械手指及其配套的智能手环
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by 崔祎璐 无18
张蕊 无18
刘丹阳 无12
未来的智能穿戴不仅有强大而丰富的功能，还能够直接扩展我们的身体？这是一款配合智能手环使用的机械手指，可以当作一根拇指使用。手指可以通过智能手环上的APP切换控制模式，选择用按键直接控制，或者用蓝牙远程控制。放置于脚上的控制器搭载陀螺仪，从而实现通过脚部位姿的小幅度变化控制手指的弯曲和旋转。此外，APP还设置了录制手指动作的功能，可以一键重复之前录制好的动作，方便在进行重复动作时使用。为了这套智能穿戴设备的完整性，我们还完成了智能手环的其他基本功能，例如时间显示、闹钟秒表、重力感应游戏等。
04
球形机器人
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by 黄明哲 无16
宣青卓 无16
谢亦轩 无16
我们设计了Q萌可爱，圆圆滚滚的一款球形机器人。模仿星战中BB-8的造型，能够灵活运动，兼有PID左右防抖。头部屏幕可以显示表情与当前温湿度，全程使用手机APP蓝牙遥控， 是居家休闲新一代“电宠”。
05
物联网火灾报警器
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by 黄印桓 无04
向晨中 无04
祝臻 微01
我们利用所学习的硬件设计的知识，结合智能家居的理念，对基于阈值法的传统烟雾报警进行修改拓展：增设火灾短信报警；可在网页端与手机端同步显示设备信息；具备温湿度和空气质量，可充当房间空气质量管理设备；能实现检测画面的远程传输和远程操纵摄像头，可以充当监控设备。此外，我们的作品的硬件部分具备可复制性，网页端和手机端可以添加新设备进行联网管理，由此可以联动多个物联网烟雾报警器组成一个大型火灾预警和报警系统。
06
基于arduino开发的手机
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by 许润泽 无13
白旭光 无15
田晨昊 生医11
我们基于Arduino UNO板开发了一个具备基本通讯和娱乐功能的手机。利用触控屏和电容笔，用户可以在菜单中选择相应功能。我们使用了sim800c模块并编写了AT指令，在手机插入sim卡后，即可实现与其他手机的语音和信息通讯。这款手机也搭载了两个小游戏，flappy bird和2048，增加了其娱乐性。
07
助眠摆件
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by 周芷汀 无16
陈阳 无12
刘依蔓 无12
你是否在睡觉与刷手机之间来回摇摆？你是否想睡却总是晚睡？让助眠摆件来帮帮你！你的睡眠好帮手--助眠摆件。助眠摆件旨在帮助用户减少对手机的依赖，通过灯光和音乐营造入睡氛围。另外，我们将背单词设置为睡前情景提示，干预用户潜在的睡眠拖延行为，同时帮助大家提升自我。
助眠摆件的主要功能是屏幕显示当前时间日期。按下按键切换单词功能，屏幕显示英语单词和中文翻译，同时可以播放单词录音，帮助同学们学习英语；固定在摩天轮摆件上的彩色灯带可以控制两档光线强度，满足不同场景需要（比如想在宿舍蹦迪，只需要将灯带调制强光档，转动摩天轮，就可以在尽情舞动身体之后心满意足的睡觉了）；除了单词录音外，还可以播放用户喜欢的音乐，音乐模块可以直接连接U盘，方便用户随时更改歌单，同时配有耳机插孔，以免英语单词录音打扰身边做电电作业的室友。
08
指尖音游跳舞机
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by 李铭畅 无12
李奕欣 无11
凌航 无11
我们为爱打音游的舍友制作了一款指尖音游跳舞机，能够让他足不出舍，就能体验游戏厅的音游快感。机器由LED全彩显示屏、音响、手台按键以及定制的亚克力板和木盒构成，可以通过读取SD卡播放音乐，并同时在屏幕上显示上下左右箭头、标靶等音符。玩家在音符接近判定线时按下对应按钮，系统会根据按键的时间自动判定，累加分数。我们录入了多首乐曲，还贴心设计了“梦游模式”——在该模式下，不论如何操作，系统都会自动判定为perfect！这是你在朋友面前秀出all perfect操作的不二之选（wai gua）！
结语
众多优秀作品的背后，是同学们的奇思妙想、开拓创新，也是同学们的锐意进取、攻坚克难。在参与比赛的过程中，相信同学们都体会到了创新与实践的快乐，增长了知识和技能，也收获了一段难忘的经历。
第26届硬件设计大赛期待你的参与！明年暑假，我们不见不散！
文案｜崔祎璐、董枢楠
排版｜刘丹阳
审核｜汪玉、李冬梅、刘畅、尧乐彬
图文｜全体获奖选手
鸣谢｜全体参赛选手
