在一次海边游览时，作者观察到潜水员在现场作业中，尽管配备了复杂装备，但其通讯手段仍为手势语言，由此联想到一件事：诸如在“南海一号”科考中那种昏暗、浑浊的水下环境，传统的潜水手势能否实现有效的通讯呢？带着疑问，作者结合学校创客课程学习的知识，开展了此次研究。

针对潜水员水下通讯的困扰，作者首先进行了实验设计，研究并验证了超声波在水下传输信息的可行性。其次，通过对潜水员手势传递信息方式进行分析，确定了手势语言语汇范围。随后，以此为依据开发了一种将动作识别与超声波传输相结合的小型无线水下通讯设备。设备选用嵌有Curie芯片的Genuino101开发板，利用其强大的运动识别能力，可以记录、识别和处理手势组别，并通过超声波发送讯息到其他潜水员的接收装置上；采用灯光、振动等方式，显示、识别讯息内容。该设备在一定程度上解决了潜水员水下交流的难题，提供了可以在更多潜水环境中应用的机电声通讯装备解决方案。

系统原型设计方案

系统硬件设计

系统硬件总体框图如图1所示。

系统硬件主要实现的功能

动作识别

本研究选择带有Curie芯片的Arduino101开发板的六轴加速计和模式匹配技术。六轴加速计可以记录与识别开发板3个方向的加速度情况，从而实现识别使用者的姿态，模式匹配技术将完成使用者的姿态的匹配。本文将其运用在对使用者手臂运动情况进行记录与识别，从而实现动作识别功能。

超声波通讯

本研究选用了带有防水独立探头的sen0208超声波测距模块，可以发射40 kHz的超声波，有效测量距离10 m，声波直线传输距离达到20 m以上。此模块采用一体化设计，将发射与接收端集成于一处。希望通过代码的修改，将其“发射声波—声波接触物体后回弹—接收回波测算距离”的测距模式，转化为可以独立控制发射、接收模块的工作模式，从而实现超声波通讯。

通讯原理与显示

当开发板匹配到使用者相应的手势后，会经过处理并控制超声波发射模块发射超声波，接收模块保持长期被动打开，当其接收到发射端的超声波之后，将传出其对应的电信号。经过开发板处理后由相应的灯光信号表示其信息。

杨世惟

第19届“明天小小科学家”一等奖

学科:工程学

  由于成长环境等原因，杨世惟同学小时候经常有机会进出实验室，从小就对如何做科学研究耳濡目染。生活中，他喜爱研究军事装备和机械结构，从中体会到每一个创新设计都要从实际应用需求和使用条件出发，需要经过优化改进达到一定范围的最佳效果。他还注意观察身边事物，留意每一个细节，思考各种事物蕴含的原理。每当遇到困难，他总能保持冷静，洞察问题本质，找到解决方法。杨世惟希望自己可以用科技改善世界和人类的生活。