| name | @6171/experiment-research-lab |
| version | 1.0.0 |
| description | 自动搜索全网前沿实验方案（学术论文、开源硬件、竞赛项目、创客社区），
评估可行性后生成完整实现（BOM采购清单、固件代码、电路图、3D打印件、
Web仪表盘、教学文档）。
Use when exploring new experiment ideas, searching for cutting-edge
DIY/physics/engineering project implementations, or when the user says
"找一下XX实验/项目/方案" and wants a complete, buildable solution.
|
| author | tea |
| tags | ["experiment","research","physics","maker","DIY","solution-finder","implementation"] |
🔬 实验方案搜寻与实现技能
核心能力
当用户想找一个实验方案或创意项目时，自动完成：
- 全网搜罗 — 搜索学术论文、Arduino/ESP社区、创客项目、竞赛获奖方案
- 可行性评估 — 评估材料获取难度、制作复杂度、预算、精度
- 完整实现 — 生成固件代码、电路图、BOM、装配指南、仪表盘
- 交付文档 — 教案、工作单、调试手册、PPT、打包
工作流
阶段1：需求澄清
用户说"找XX实验方案"时，先问清楚：
- 实验目的：教学演示 / 竞赛 / 个人研究 / 课程设计？
- 预算范围：低（<50元）/ 中（50-200）/ 高（200+）？
- 受众：中学生 / 大学生 / 爱好者 / 专业？
- 硬件偏好：Arduino / ESP32 / ESP8266 / 树莓派 / 纯软件？
- 时间线：多久需要完成？
如果用户已经很清楚（比如"我要给中学生做一个XXX实验"），跳过追问，直接开干。
阶段2：全网搜索
并行搜索以下渠道：
| 渠道 | 优先级 | 搜索方式 |
|---|
| Google Scholar / 知网 | 高 | web_search "实验名+论文+方案" |
| GitHub | 高 | web_search "实验名+Arduino/ESP32" |
| Instructables / Hackaday | 中 | web_search "实验名+tutorial" |
| 知乎 / B站 | 中 | web_search "实验名+DIY/自制" |
| 淘宝/嘉立创 | 低 | web_search "传感器名+模块" 看物料价 |
至少搜3个不同方向的query，覆盖学术、创客、教学三种视角。
阶段3：方案评估与选择
对比3-5个搜索到的方案，从以下维度评估：
| 维度 | 打分因素 |
|---|
| 可行性 | 材料好买吗？有没有常见坑？ |
| 精度 | 有量化误差分析吗？对比理论值 |
| 成本 | BOM总价多少？有没有贵/难买的件？ |
| 复杂度 | 需要焊接吗？需要3D打印吗？调试步骤多？ |
| 可教性 | 适合什么年级？原理清晰吗？ |
| 可扩展性 | 能加仪表盘/手机App/数据记录吗？ |
输出： 推荐方案 + 为什么选它（"方案A精度高但需要3D打印机，推荐方案B用铁架台替代"）
阶段4：完整实现
生成完整的可构建方案包：
<实验名>/
├── 01_硬件方案.md # 原理、BOM、电路图
├── 02_固件代码.md # 完整代码 + 烧录指南
├── 03_打印件设计.md # 3D文件描述（可选）
├── 04_教学教案.md # 教案（2课时）
├── 05_数据可视化.md # 数据分析脚本
├── README.md
├── pendulum_monitor.py # 监控台（如果有串口）
├── firmware/
│ └── main.ino # 完整固件
└── docs/
├── 调试手册.md # 故障排查
├── 学生工作单.md # 可打印
├── 误差预算表.md # 误差分析
├── BOM采购清单.md # 采购清单
├── 装配工艺指南.md # 装配步骤
└── 测试报告模板.md # 测试报告
阶段5：交付
- 教学文档 → HTML 或 Word
- 整体打包 → tar.gz
- Web仪表盘 → 预览发布（
publish_preview）
- 需要评审/评委 → Word（.docx）+ PPT
常见实验类别
物理类
| 实验 | 传感器 | 单片机 | 特色 |
|---|
| 单摆测g | 磁簧/霍尔 | ESP32/8266 | 自动计时±0.001s |
| 声速测量 | 超声波模块 | Arduino | 相位差法 |
| 光电效应 | 光敏电阻+LED | Arduino | 伏安特性 |
| 胡克定律 | 拉力传感器 | ESP32 | 实时力-位移曲线 |
| 谐振实验 | MPU6050 | ESP32 | 频谱分析 |
化学/生物类
| 实验 | 传感器 | 单片机 |
|---|
| 溶液pH监测 | pH传感器 | ESP32 |
| 光合作用 | 光照+CO2 | Arduino |
| 温度变化曲线 | DS18B20 | ESP8266 |
| 电导率测量 | 电导率模块 | Arduino |
工程/创客类
| 项目 | 主要器件 | 难度 |
|---|
| 超声波测距仪 | HC-SR04 + OLED | ⭐ |
| 迷你示波器 | ESP32 + OLED | ⭐⭐ |
| 气象站 | BME280 + WiFi | ⭐⭐ |
| 蓝牙遥控车 | L298N + HC-05 | ⭐⭐ |
| WiFi摄像头 | ESP32-CAM | ⭐⭐⭐ |
知识库
常见传感器选型
| 测量量 | 推荐传感器 | 接口 | 精度 | 价格 |
|---|
| 磁场 | 磁簧开关 | GPIO | 通断 | 0.5 |
| 磁场 | A3144E 霍尔 | GPIO | 通断 | 1.5 |
| 加速度 | MPU6050 | I²C | 16位 | 8 |
| 温度 | DS18B20 | OneWire | ±0.5°C | 3 |
| 湿度 | DHT22 | GPIO | ±2% | 8 |
| 气压 | BME280 | I²C | ±1hPa | 12 |
| 距离 | HC-SR04 | GPIO | ±3mm | 3 |
| 光强 | BH1750 | I²C | ±1lx | 5 |
| pH值 | PH-4502C | 模拟 | ±0.1 | 15 |
单片机选型决策
需要什么单片机？
├── 只需要简单GPIO+串口 → Arduino Nano/Uno (~15元)
├── 需要 WiFi 上传数据
│ ├── 只需要 WiFi+少量IO → ESP8266 Wemos D1 Mini (~12元) ⭐推荐
│ └── 需要 WiFi+大量IO+蓝牙 → ESP32 (~15元) ⭐推荐
├── 需要摄像头 → ESP32-CAM (~25元)
├── 需要树莓派级算力 → Raspberry Pi Zero 2W (~50元)
└── 需要本地AI推理 → ESP32-S3 (~25元)
交付格式策略
| 用途 | 格式 | 工具 |
|---|
| 教师教案 | HTML/Word | python-docx |
| 评委/参赛 | Word (.docx) | python-docx |
| 学生工作单 | Word 可打印 | python-docx |
| 演讲稿/PPT | PPTX | python-pptx |
| Web页面 | 预览发布 | publish_preview |
| 整体打包 | tar.gz | tar命令 |
