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科創作品:遙距實驗平台

科創作品:遙距實驗平台

我們設計了一個能使用電腦協助進行科學實驗的平台組件。使用者可利用電腦程式,監察各種科學實驗的進行,並能通過預設模式,控制或記錄實驗時的環境溫度、補充飼料及控制實驗環境的燈光及空調。我們更可以併合不同的組件,讓使用者使用顯微鏡作高倍數觀察實驗之進行。

我們設計此「遙距實驗平台」的另一目的,就是為了「分享資源,共同學習」的概念,我們可以在資源充沛的學校裝置一套組件,並透過互聯網與區外學生,甚至是任何人士,一同觀察及討論實驗。也就是說,無論學校資源充沛或者是貧困,只要學校有一部連接上互聯網的電腦,我們就可以一齊學習,及更有效地作科學探究活動。

學生姓名:陳志勇、吳浩銘、楊迦登
指導教師:谷祖德
完成年份:2007年至2008年

共獲四項公開比賽獎項

各公開比賽獎項

 

2008 電子科技創意獎勵計劃 創新應用組
亞軍
2008 電子科技創意獎勵計劃 創新應用組
全場最受歡迎獎
2008 香港青少年科技創新大賽 高中物理及工程學
三等獎
英特爾傑出電腦科學特別獎
The Intel Excellence in Computer Science Award
香港區
特別獎

 

參予同學

 

陳志勇、卓億雄、江明仁先生、吳浩銘、楊迦登

 

作品片段介紹

 


 

 

遙距實驗平台運作流程圖

 

 

遙距實驗平台電腦硬件要求參考

 

【Webcam:此作品需要兩部 Webcam】


由 於希望獲得較佳的觀察及操作畫面,因此Webcam 最好以 USB 2.0 作傳輸。如 Webcam 能以其 Driver 作 Zoom in / out 則更佳。由於程式同時支援兩部 Webcam,因此建議使用兩部不同型號的Webcam以作識別。也因 Webcam佔用了電腦較多的USB頻寬資源,因此我們對主機規格要求較高。(最好能有P4 2.4G Hz或以上,其實也不算太高)

【電腦:最好有兩部手提電腦;但最少要一部作主機】


手提電腦不需要最新型號,只要支援Webcam的傳輸要求,如:USB 2.0 傳輸及有印表機埠作接駁組件即可。

若有兩部手提電腦,則可以建立小型LAN;以VNC軟件(或同類型軟件,如:UltraVNC 或 Team viewer )型式,來展示使用者在LAN中遙距控制實驗平台中的各種硬件。因此,手提電腦中的網絡晶片傳輸速度越快越好(如:1G bits )。

【路由器:利用 VNC 來遙距 LAN 中的實驗平台】


路由器的傳輸速度越快越好,由於比賽中場地限制,因此路由器並不一定需要有無線功能。

 

 

遙距實驗平台組件

 


風扇:能起空調作用,程式中能設定某一溫度起動或關閉風扇

 


餵飼器:轉動時能投下食物,每次觸動時只會轉動一圈。

 


燈光組及 Webcam :能提供燈光照明及觀察實驗的進行,
當接駁兩組 Webcam 時,可同時觀察實驗裝置外的環境。

 


轉盤:旋轉的轉盤,可提供不同的實驗觀察項目,轉盤可承受一定重量,故即使觀察水生動物亦可。

 


KMK SER-2 控制介面卡:硬件及程式的介面卡,用於電腦程式及印表機埠的控制,
卡上有DS1620,能提供準確至小數後一個位的溫度探測。

 


簡易接駁槽:隨插即用,能簡易地接駁不同的硬件組。

 


顯微鏡專用燈光組:顯微鏡或解剖顯微鏡專用燈光組。

 


顯微鏡對焦用馬達

 

 

程式介面

 

本程式介面能同時支援兩隻 Webcam 作實驗觀察及外部環境觀察之用。

 

 

觀察中心程式為谷祖德的「視像鏡頭觀察系統」程式,能讓電腦定時擷取實驗影像並儲存在電腦內。

 

 

控制台程式能讓電腦操作實驗環境及作出自動恆溫等要求。

 

 

Webcam #1 及 Webcam #2 程式能讓使用者觀察實驗環境。

 

 

 

科學實驗:觀察蝸牛進食

 

「遙距實驗平台」程式中的「視像鏡頭觀察系統」程式,能進行以下的科學探究活動。我們也可以利用程式,對蝸牛進食,進行觀察活動。

 

 

 

 

 

 


 

觀察蝸牛進食

 

化學實驗:結晶

 

除了生物的生長觀測外,此程式亦可進行非生物性的觀測實驗。我找來了結晶聖誕樹,我們可以觀察到聖誕樹結晶的整個過程。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


聖誕樹結晶的整個過程

 

 

實驗:城大斑馬魚魚卵孵化

 

 

香港城市大學的斑馬魚研究設備

 

 

 

 


 

 

斑馬魚魚卵照片

 

魚卵發育的片段

我們參觀了香港城市大學的斑馬魚研究,他們給我們的作品一些建議外,更給了我們一些可進行實驗的斑馬魚魚卵給我們,雖然我們並不能拍攝到魚卵的孵出過程,但是我們還是可以拍攝到魚卵發育的片段。

 

 

 

 

 


魚卵發育的片段
 
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