非机动车“安全小卫士”的设计与制作
作者：张芸萱 学校：西安高新区实验小学
1.发现问题
有一次放学路上，我看到一位骑电动车送外卖的叔叔，为了躲避突然从路边跑出来的小朋友，猛地一拐，连人带车摔倒了。虽然他戴着头盔，但膝盖还是磕破了。我当时就在想：如果车上有一个“小卫士”，能提前发现旁边的危险，或者在车辆摔倒后及时制动，也许就能让骑行者少受一点伤。
后来，我向交警叔叔咨询，又采访了家人、同学和朋友，还在网上搜索“非机动车防碰撞系统”“自行车摔倒检测”“电动车安全预警”和“智能刹车辅助”等关键词。我发现，非机动车的危险不只来自前方碰撞，还可能来自窄路会车时的侧方刮擦，以及摔倒后车辆继续滑动造成的二次伤害。儿童、老人和需要长时间骑行的外卖员，尤其需要更及时的提醒和保护。于是，我决定设计一套非机动车安全防护系统，让它像一个“小小安全助手”一样，先发现危险，再发出提醒，必要时再进行制动辅助。
2.构思方案
我先比较了三种方案。第一种是在车身贴反光贴，夜晚更容易被别人看见，但它不能主动判断危险。第二种是安装铃铛或警示灯，能够提醒别人，却需要骑行者自己操作；如果事情发生得太突然，可能来不及反应。第三种是利用多种传感器同时检测前方、两侧和车身姿态，再用红灯、蜂鸣器和额外刹车片组成分级防护。综合安全性和可实现性，我选择了第三种方案。
系统以Arduino Nano为“大脑”，在车头和车身两侧安装超声波传感器，在车垫底座附近安装MPU6050陀螺仪传感器，并连接LED 灯、蜂鸣器和舵机。舵机带动模型刹车片，用来演示制动辅助。整个系统遵循“检测—提醒—干预”的顺序：先由传感器发现异常，再用声光提醒骑行者，只有在设定条件持续满足、骑行者仍没有反应时，才让舵机带动额外刹车片，这样可以尽量避免突然制动带来的新危险。
图1 传感器安装位置示意 图2 系统工作流程
3.设计与制作
这套系统有三项主要功能：
第一项是前方碰撞预警与紧急制动辅助。车头的超声波传感器实时测量前方距离，模型中用20厘米模拟实际道路上约1米的预警距离；当障碍继续靠近到更危险的范围时，红灯闪烁、蜂鸣器持续报警。如果危险仍未解除，舵机再带动额外刹车片动作。
第二项是侧方障碍探测。自行车左右两侧的超声波传感器负责观察侧方距离，当车辆或障碍物进入设定范围时，系统用声光提醒骑行者注意，减少窄路会车时的刮擦。
第三项是摔倒检测。陀螺仪发现车身剧烈倾斜后，程序开始计时；如果5秒内车身没有扶正，就判断车辆可能摔倒，并触发额外刹车片，避免车轮继续转动或车辆继续滑行。
制作时，我先在自行车模型上确定各个模块的位置，再固定主控板、传感器、蜂鸣器、LED灯和舵机，完成接线。接着，我分别编写障碍检测、摔倒判断、声光报警和舵机控制程序，再把几个部分组合起来。制作过程中，超声波传感器有时会因为角度或障碍物形状不同而出现不稳定；正常转弯时车身也会倾斜，容易和摔倒混淆。老师帮助我理解电路和程序，家长帮助我准备材料，同学则从实际骑行场景出发提出问题。经过多次调整，我把“先报警、后制动”确定为最重要的安全原则。
图3 制作与调试过程 图4 作品原型
4.测试与改进
为了测试侧方预警，我用自行车模型和乐高小人模拟突发靠近的场景。当障碍物进入模型按比例缩小后的设定距离时，红灯开始闪烁，蜂鸣器发出急促的“滴滴”声。我连续测试了3次，从检测到障碍物到发出警报，平均用时约0.3秒。随后，我把模型车迅速推倒，陀螺仪检测到明显倾斜；5秒后，舵机带动刹车片动作，成功锁住模型车轮。测试说明，原型能够完成预警和制动演示，也让我看到了需要改进的地方。
真实道路远比模型复杂。障碍物的形状、角度和移动速度会影响超声波测距；颠簸、转弯和上下坡可能让陀螺仪产生误判；雨水、灰尘和震动也会影响电子元件。下一步，我想在不同方向、不同速度和不同路况下增加测试，把倾斜角度、持续时间、速度变化和是否扶正结合起来判断，同时加强外壳防护和线路固定。制动动作也要更加平缓，可以分阶段减速，而不是一下子锁死。现在的作品还是模型原型，真正安装到车辆上并上路之前，还需要更多测试和专业安全评估。
5.小结与展望
从发现一次摔倒事故，到调查需求、比较方案、搭建模型、编写程序和反复测试，我体会到，发明并不是把零件简单地拼在一起，而是要不断追问：它是否真的解决问题？会不会带来新的风险？怎样让使用者更安心？我的非机动车安全防护系统把前方预警、侧方提醒和摔倒制动结合在一起，希望能为儿童、老人、外卖员和普通骑行者多增加一道保护。
未来，我想继续优化传感器判断和制动方式，让装置更小、更牢固，也更适合真实环境。我希望这个“小小安全助手”有一天能真正帮助骑行者，让科技更有温度，让未来的绿色出行更安全。
责任编辑：李银慧
小字号