案例1：肺活量测试仪

肺活量测试仪

一、项目简介

         肺活量测试仪是一款结合传感器技术、微控制器编程与生物健康监测的实践项目，通过气流传感器检测用户吹气时的气压与流速，利用积分算法将信号量化为肺活量数值，并实时显示结果。其硬件核心包括气流传感器、微控制器（如Arduino）和交互显示屏，软件逻辑涵盖信号采集、数据计算与等级评价，完整呈现了“物理信号→数字处理→生物指标”的技术链路，适合中学生理解跨学科知识融合。

        该项目不仅将抽象的数学积分、物理流体力学与生物健康指标具象化，更通过动手实践深化STEM教育理念，培养工程思维与数据分析能力。其低成本、易操作的特点适用于课堂实验或家庭健康监测，未来可拓展无线传输、环境校准等功能，兼具科学启蒙与现实应用价值，生动诠释了“从原理到产品”的创新过程。

二、硬件清单

• 气流传感器 检测吹气速度与压力（如模拟气压传感器）
• 微控制器 数据处理与逻辑控制（如Arduino、Micro:bit）
• 显示屏         显示肺活量数值与提示信息（LCD或LED屏）
• 电源模块 提供稳定供电（电池/USB接口）
• 交互组件 按钮、蜂鸣器、LED指示灯

三、学科知识

• 声音传感器原理：声音传感器将气体流动产生的声波振动信号转化为电信号（涉及声波传播、传感器工作原理）。
• 气压与流速关系：吹气时气体流速与压强变化的关系（伯努利原理简化版，流体力学基础）。
  
• 电路与信号处理：传感器信号通过电路转化为可测量的电信号（简单电路知识）。

• 呼吸系统与肺活量：肺活量是人体一次尽力吸气后呼出的最大气体量，反映呼吸肌力量和肺功能（人体生理学知识）。
• 健康指标意义：肺活量大小与心肺功能、运动能力的关联（健康与运动生物学）。

• 数据测量与计算：通过15秒内吹气产生的信号强度计算总肺活量（积分或累加计算思想）。
• 单位换算：将传感器信号值转换为标准肺活量单位（如毫升，需线性或非线性换算模型）。

• 编程控制：通过编程实现按钮触发计时（如Micro:bit的A键控制程序）。
• 数据处理逻辑：将传感器信号量化为肺活量数值（算法设计，如信号强度与时间的积分运算）。

四、项目链接

• 项目说明：行空板教程-Mind+图形化编程