“护肺小管家”智能吸烟提醒仪的设计与制作
作者：黄子宸 上海师范大学附属外国语小学
1 发现问题
我有一个吸烟多年的爸爸。每次他在家里抽烟，房间里就烟雾缭绕，我和妈妈都会被呛得咳嗽不止。更让我担心的是，二手烟对家人的肺部健康危害很大，尤其是年纪小的我，呼吸道更加敏感。
带着这个担忧，我在小区住户和办公室开展了一次线下问卷调查，走访了吸烟人群和饱受二手烟困扰的居民。结果显示，超过82%的住户深受室内二手烟困扰，76%的吸烟者想要直观了解自身吸烟带来的健康隐患。
与此同时，我发现市面上普通的烟雾报警器存在一个很大的问题——它们只能检测烟雾浓度。厨房炒菜的油烟、点蚊香产生的烟气、甚至香水挥发，都会让报警器频繁误响。爸爸就经常抱怨：“做饭时报警器乱叫，好烦！”而且，现有控烟设备大多只有声光警示，缺少即时排烟功能；大部分产品也不能统计每日抽烟数量，吸烟者根本不清楚自己一天抽了多少烟，更不了解肺癌风险有多高。
于是，我萌生了一个想法：能不能设计一款智能设备，既能精准识别“有人正在抽烟”，又能自动排烟，还能统计吸烟数据，根据吸烟量对肺部健康风险进行分级预警？这样，既能保护吸烟者自身的肺部健康，也能隔绝二手烟对家人的伤害。
2 设计与制作
为了解决上述问题，我设计制作了一款“护肺小管家”智能吸烟提醒仪。其核心功能及对应的硬件组件如下表所示：
表1 产品功能与硬件组件对照表
在具体工作原理上，设备启动后，烟雾传感器持续采集环境气体浓度，同时超声波传感器监测30厘米范围内是否存在人体。当两个条件同时满足时，主控板立即驱动风扇排烟、触发语音播报，并在OLED屏幕上累加一次吸烟记录；系统同步根据当日累计吸烟量驱动对应颜色的指示灯，屏幕显示相应风险等级文字。整套流程自动化运行，无需人工操作。
制作过程中，我首先在2025年9月至10月完成了需求调研和方案设计。我上网检索了“烟雾人体双检测报警器”“吸烟智能劝阻装置”等关键词，发现市面上没有同时具备精准识烟、自动排烟、数据统计和分级预警这四项功能的产品。随后，我咨询了学校科学老师和校医务室保健医生，从电路原理和医学角度验证了方案的可行性。
2025年11月至12月，我在老师协助下把调研数据整理成统计表格，并开始拆解四大功能、梳理硬件工作原理。2026年1月，我采购了ESP32主控板、MQ-2烟雾传感器、超声波传感器、三色RGB灯、换气小风扇、语音模块、OLED显示屏等元器件（总成本156元），在实验室搭建样机测试。
经过多次调试，我反复优化了超声波传感器的30厘米感应距离，微调语音模块音量以避免噪声扰民，并加装了稳压元件解决三色指示灯错亮的问题。最终，样机在模拟厨房油烟、点蚊香等干扰场景下均不会错误触发，而在近距离模拟吸烟时，排风、语音播报、次数累加和风险灯光切换全部精准达标。
图1 制作过程图
图2 作品原型图
3 小结与展望
“护肺小管家”主要适用于家庭、办公室等室内场所，尤其适合既有吸烟者，又有老人或小孩的家庭。它用低成本、智能化的方式，帮助吸烟者清晰地掌握自身吸烟习惯和肺部健康风险，从源头上减少吸烟量，同时也保护了家人免受二手烟危害。
在制作过程中，我遇到了不少困难：超声波传感器受环境温度影响感应距离偏移、风扇长时间启停后卡顿、语音模块受噪声干扰音量不稳定……但在科学老师的指导下，我通过加装防尘外壳、优化供电线路、锁定固定音量档位等方式，逐一解决了问题。
通过这次发明，我深刻体会到：好的发明不是凭空想象出来的，而是从生活中发现痛点，用科学知识一步步解决问题。正如伽利略所说：“科学的唯一目的是解决人类生存的苦难，科学家应为大多数人着想。”我希望未来“护肺小管家”能帮助更多家庭远离烟草危害，守护肺部健康。
责任编辑：李银慧
小字号