科技赋能美好生活——密院2023冬季设计展成功举办
12月13日，上海交通大学密西根学院2023冬季设计展在龙宾楼成功举行。作为学院的大型品牌教学活动，本次设计展共展出37个项目，涵盖了《设计与制造3》、《系统设计与实现》、《工程导论》、《本科生科研项目》等秋季学期大一到大四的多项实验性课程项目。
在设计展现场，密院学子积极热情地向观众介绍自己的作品，分享创作思路和制作过程。从乒乓球发球车到导盲车，从智能灌溉系统到自动百叶窗，丰富多样的项目展示出密院学子独特的创意和工程实践能力。
乒乓球发球车
作为“中国国球”，乒乓球在中国乃至世界范围内都深受欢迎。不过作为一项群体运动，乒乓球爱好者们往往受限于球友的时间，亦或是找不到愿意陪自己高强度重复练习某一技术的伙伴，于是乒乓球发球机应运而生。不过现有发球机往往都是固定在地上或桌上，无法很好地模拟真人移动式发球，因此密院学子设计出来一台可以在乒乓球桌上移动的乒乓球发球车。
设计由发射和小车两个部分组成。上面的发射部分部件大多通过3D打印制作，最顶上的容纳桶可以装载乒乓球，由一个舵机控制乒乓球一个一个下落。球经过一个圆弧形轨道后会被两个摩擦轮通过高速旋转摩擦射出，同时可以通过另外两个舵机控制球的旋转方向和发射角度。小车部分则通过四个麦克纳姆轮使其可以平行移动。小车拥有固定和随机两种运行模式，使用者可以在手机端通过蓝牙与其连接后输入一串数字从而设定好小球的旋转、发射角度和发射点，也可以让小车随机地移动发球，从而更好地模拟实战场景。
自动道路修复机器人
经常穿梭于城市道路的人们一定都知道路况对于安全驾驶和道路畅通而言的重要性。然而，从路上出现坑洞到上报再到修复往往需要较长时间，无法及时完成修复的道路大大增加了安全隐患。因此，密院学子设计了一款自动道路修复机器人（APF），该机器车上装备好满填补材料，再通过超声波传感器自动检测路面情况，利用伺服电机和压板及时释放填补材料并用压板将其压平以修复路面。
传统坑洞检测主要来源于驾驶员上报的信息，且这些信息通常都只是关于明显的较大坑洞。如果有一个编队的APF自动道路修复机器人在城市道路上进行检测与修复工作，那么所有的坑洞都会在几个小时之内被填平，从而确保驾驶员能够获得高质量的道路驾驶体验。
智能太阳能植物监测与灌溉系统
作为一个农业大国，农业的发展对中国的经济发展至关重要。然而，目前随着城市化的进程，农村面临着劳动力短缺。因此更加智能的、减少劳动力需求的设备显得格外重要。密院同学设计了一款智能太阳能植物监测与灌溉系统，可以实时监测植物生长环境并及时浇水，而且使用环保太阳能，可以避免加重对能源供应的负担。
项目包括智能监测系统、智能灌溉设备和太阳能充电模块三个部分。电源部分为整个设备提供能量。在这一部分中，太阳能电池板将阳光能转化为电能。电池用于存储能量，以便在需要时激活监测和灌溉过程。在监测方面，插入土壤的湿度传感器和温度传感器将每小时定期收集数据。统计数据将被发送并在微型计算机中进行处理，然后在网站上生成可视化版本供用户使用。在灌溉方面，施密特触发器可以根据湿度传感器的输出电压直接控制水泵。因此，湿度会自动保持在适合植物生长的范围内。这一项目可以使用户能够通过手机随时跟踪植物的生长情况，是实现完全自动化的智能农场的一项新尝试。
自动计流关水器
水资源一直是人类最重要资源之一。然而，应该很多人都遇到过因为走神而忘记关水导致浴缸等“水漫金山”的浪费情况。当前市场上的警报装置主要是探测到地面蓄水才警报，这样就造成了水资源浪费，而感应出水虽然可以阻止流水过多，却需要人一直站在旁边，浪费时间。因此密院同学设计了一种可以稳定体积出水并可以在到达水位的时候自动关水的设备。
该设备由工作组件和充电组件两个部分构成。工作组件负责满足以上除节能以外的其他所有需求，而充电组件负责供能。工作组件中，产品采用了Arduino板，蜂鸣器，机械臂以及流量计。通过积分思想计算分析我们所得的瞬时流量，从而得到总水量数，进而比较以驱动蜂鸣器来提醒用户水已就位，以驱动机械臂来将水龙头关上。而对于充电组件，产品使用了环保的太阳能，用变压器来将6V转变为适合充电的3.7V，大力提高充电效率。产品便携、灵活、可靠、成本低，也很适合外出旅游。
大四的密院学子们则聚焦企业关注的实际问题，将创新与应用高度结合，给出自己独特的回答。
基于汽车后下部防护装置的CAD/CAE模拟
针对交通事故中追尾碰撞带来的人员伤亡和财产损失问题，小组成员从后下部防护装置的设计出发增强车辆安全设施防止较小车辆碰撞期间滑入较大车辆后部，以减轻悲剧事故发生的可能，维护道路交通安全。
该项目旨在强调后下部防护装置设计的紧急性和重要性，通过设计 N2车辆的后下部防护装置，制造了其雏形并进行了计算机辅助工程（CAE）模拟以验证设计的可靠性。通过在车辆后部进行创新设计和技术实施，我们可以显著减少追尾碰撞造成的伤亡和损失。项目还通过对与目标和规格相关的现有设计元素进行深入调查，实现了客户要求和材料性质的考虑。
汽车内饰噪声检测自动化
在复杂的生产线环境中，实现内饰噪音异响检测是一项极具挑战性的项目。密院团队旨在开发一款集成嵌入式设备，能够自动实现车辆内饰异响检测，具有极高的检测精度和极快的检测速度。同时，该设备具有高度的通用性，可进一步商业化并应用于不同品牌的汽车工厂检查线。
该系统通过软硬件的集成，实现了声音收集、信号处理、结果显示、数据上传的全流程自动化。在硬件方面，系统基于Ubuntu20.04的Linux系统在树莓派4B上进行嵌入式系统设计，集成了包括环形麦克风阵列、显示器和键盘在内的多个外设，并通过定制外壳设计将所有硬件连接成为完整、易携的产品。在软件方面，对于录音和数据预处理，均通过脚本和Python实现了自动化；对于门板共振异响检测，由于在时域上难以找到正常门板和异常门板之间的区别，因此使用了短时傅里叶变换将其转换为频谱图，再将Mel-Scale滤波器组应用到频谱图上以放大差异；对于座椅调节异响检测，采用高斯模型回归来找到正常座椅和异常座椅在时间域内的差异；两者在分析过程中均使用了多通道验证。
人体循环系统仿真基准测试平台
除了汽车行业，密院学子也将工程知识应用于医疗等广泛领域。该团队聚焦开发人体循环系统模拟基准测试平台，能够精准还原人体循环系统的复杂动态。该系统具有各种瞬态行为和扰动的特点，使其成为一个具有挑战性的研究和仿真课题。该平台旨在提供一个可调节的心脏和血管模型以深入研究和分析。这包括观察和测量系统不同部分的压力和流量等特定参数的能力，对于理解循环系统的机制和医疗设备的开发至关重要。
本项目的目的不仅仅是进行模拟；其目标是创建一个既可访问又可适应的工具。该系统将被设计为易于修改，使研究人员能够模拟不同的场景和干扰，例如心腔和瓣膜行为的变化。这种适应性对于探索正常和病理条件下循环系统各组成部分之间的关系至关重要。该平台将作为了解循环系统对不同刺激反应的宝贵资源，对于新医疗设备的设计和测试至关重要。
院企见面会
获奖名单
毕业设计项目组
金奖
《汽车内饰噪声检测自动化》
组员：何心远，何煦，陈思延，于傲田银奖
《基于视觉的自行车碰撞预警安全系统》
组员：王梓宁, 倪银晨, 张佳澈, Jeffrey Ma, 紀維翰
《用于生物监测和通信的可吞咽胶囊机器人》
组员：黄昳頔，胡锦淮，曹皖时，徐海鑫
工程导论项目组
最佳创新奖
《乒乓球发球小车》
组员：范峻宇，刘宇轩，KHALIFA MAHADHI JUMA，ASSANALI SEREKBAY
《自供能发光篮球筐》
组员：郭谦行，黄益康，黄尚一，黄仲祺，许天烨
最佳技术奖
《医学样本运输与管理机器人》
组员：赵云琦，贝雷，黄含，赵一名
《家用智能堆肥箱》
组员：胡城维，麦雪珊，王璟涵，苏永琎，章雨帆
最佳展示奖
《冰坑填补车》
组员：石东方，姚明楠，张拙孝，朱欣怡
《运动自发电鞋装置》
组员：周冯铭，徐天夷，张煜峰，李致渊，李哲远
往期回顾