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堰终姚
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1 投稿類別 : 工程技術類篇名 : 盲人紅外線輔助裝置作者 : 廖禹誠市立松山工農資三智班蔡君明市立松山工農資三智班蔡維庭市立松山工農資三智班指導老師 : 蔡祈安老師

2 壹前言一研究動機雖然大多數的視障人士已經可以很正常地融入社會, 甚至有些看起來跟正常人沒有差別, 但是在甚麼都看不到的情況下, 或多或少都會發生一些無法預料到的意外與危險, 如果遇到突如其來的事情, 而無法及時反應, 有可能會造成無法挽回的後果二研究目的在日常生活中, 無論是捷運公車甚至是大馬路上都有很大的機會, 可以看到拄著手杖或是牽著導盲犬的視障人士, 雖然有了這些輔助, 已經大幅的改善了視障人士在生活上的許多不便, 但是如果只靠這些工具, 還是有很多情況下會使視障人士無法了解現況, 造成意外的危險, 例如 : 像是手杖不小心敲到人而發生的衝突, 或是導盲犬在帶路時, 遇到地面高低差, 就要繞路帶過去等等的麻煩, 如果能夠不用任何手杖或是導盲犬等等的工具, 便可以讓視障人士能夠自由自在地走在道路上, 並且能分辨前方是否有人還是障礙物或地面的高低起伏的狀況, 一定能大幅度改善視障人士的生活品質三研究功能採用 Arduino 與紅外線感測器與超音波的結合, 偵測前方左前右前的障礙物, 並且分析前方的是人或是一道牆一個障礙物, 還是地面的高低起伏以及與眼前事物的遠近, 進而作出不一樣的提醒, 以利視障人士更容易地了解眼前環境現況四研究方法首先將感測器放置在視障人士身上, 用來偵測出四周是否障礙物, 當四周沒有障礙物, 則不發出聲響提醒, 但當周圍出現了不明的障礙時, 裝置便會進行分析偵測前方是人或障礙物, 並做出不一樣的提示聲, 當感測器距離物體越來越近時, 感測器的頻率聲音就會越來越高, 以提示視障人士障礙物接近, 經由組員及老師的討論, 並從各方面蒐集資料, 想製作出一套實用的警示感測裝置 1

貳正文一紅外線動作感測器 (PIR Motion Sensor) 紅外線被廣泛應用在許多電器設備或感測器上, 而我們所使用的紅外線動作感測器 (PIR Motion Sensor) 或稱人體紅外線感測器, 一般用作偵測物體的移動實際上在我們日常生活當中有許許多多會放出紅外線的東西, 像是燈泡蠟燭或者是中央空調等事物, 包括人體也會放射出紅外線, 而紅外線動作感測器的原理,

3 貳正文一紅外線動作感測器 (PIR Motion Sensor) 紅外線被廣泛應用在許多電器設備或感測器上, 而我們所使用的紅外線動作感測器 (PIR Motion Sensor) 或稱人體紅外線感測器, 一般用作偵測物體的移動實際上在我們日常生活當中有許許多多會放出紅外線的東西, 像是燈泡蠟燭或者是中央空調等事物, 包括人體也會放射出紅外線, 而紅外線動作感測器的原理, 則是利用人體所放射出的紅外線的變化進而感測人體動作的變化紅外線感測器一般分成主動式及感應式兩種主動式紅外線感測器有點像超音波感測器, 他會先發射出紅外線, 等到紅外線遇到物體遮擋反社會來後便會執行預先程式所寫入的動作, 最常見的應用有廁所的自動沖水小便斗或感應式水龍頭, 它們用的就是主動式紅外線感測器紅外線動作感測器 (PIR Motion Sensor) 是屬於被動式的紅外線裝置, 感應器本身不會發射紅外線光束 PIR 是 Passive Infrared Sensor ( 被動式紅外線感測器 ) 的縮寫紅外線動作感測器一般用在防盜系統上, 例如有人入侵屋內便響警報的紅外警報器, 或是自動照明裝置, 例如玄關走廊樓梯間或車庫門口不常有人走動, 將紅外線感應器和燈具裝在這些地方, 只要有人就自動開燈照明, 人離開後就自動關燈省電圖 1 人體紅外線感測模組二超音波感測器超音波其實是一種聲波, 但是因為頻率過高, 遠超過人耳能夠聽到的最大頻率 20kHz, 所以不會聽到任何聲響, 而超音波感測器的基本構造是由一組超音波發射器接收器再結合控制電路組成當電路觸發時, 會先發射一連串 40kHz 的聲波, 再由接收器接收碰撞到物 2

體後反彈回來的聲波, 而距離的測量則是計算超音波發射出去到彈回來所花的時間, 經過物理公式轉換算出實際的距離超音波感測器的實際運作示意圖如下 : 圖 2 超音波測距示意圖 ( 圖 3 資料來源 :Cooper Maa 2014 年 10 月 28 日, 取自 http://coopermaa2nd.blogspot.tw/2012/09/hc-sr04.

4 體後反彈回來的聲波, 而距離的測量則是計算超音波發射出去到彈回來所花的時間, 經過物理公式轉換算出實際的距離超音波感測器的實際運作示意圖如下 : 圖 2 超音波測距示意圖 ( 圖 3 資料來源 :Cooper Maa 2014 年 10 月 28 日, 取自超音波感測器主要應用在機器人或自走車避障物體測距等 HC-SR04 是一個超音波感測器, 價格大約 100 元左右, 它可以探測的距離為 2cm-400cm, 精度為 0.3 cm, 感應角度為 15 度圖 3 HC-SR04 超音波感測器三 Arduino 控制器 Arduino 使用類似於 Java C 語言等高階語言撰寫並提供了簡單好用的 I/O 介面硬體軟體皆是開放的, 任何想要的功能皆能從網上參考, 依自己的需求修改, 而我利用 C 語言來撰寫程式 3

Arduino 控制器體積較大, 視障人士攜帶在身上較不方便, 所以最後我們決定使用 Arduino Fio 控制器, 體積比較小, 進而減輕視障人士的負擔, 還能夠可以直接利用電池發電圖 5

5 圖 4 Arduino 控制器 Arduino 不只可以與感測器作連接, 還能與紅外線超音波伺服馬達等並支援多樣的互動程式, 如 Adobe Flash, C, 等 Arduino 硬體有十四支數位 I/O 接腳, 可以當作 input 使用, 也可以當作 output 使用 ; 六支類比輸入接腳, 軟體方面則可以在 Arduino 官方網站下載由於我們所使用的 Arduino 控制器體積較大, 視障人士攜帶在身上較不方便, 所以最後我們決定使用 Arduino Fio 控制器, 體積比較小, 進而減輕視障人士的負擔, 還能夠可以直接利用電池發電圖 5 Arduino Fio 控制器 ( 圖 5 資料來源 :Arduino 2013 年 8 月 24 日, 取自四系統流程圖 4

6 圖 6 系統流程圖五系統電路圖圖 7 系統電路圖六電路測試圖 5

7 圖 8 電路測試圖七程式碼 const int tp = 8;// 超音波接收腳 const int ep = 9;// 超音波發射腳 void setup() { Serial.begin(9600);// 設定鮑率 pinmode(tp,output); pinmode(ep,input); } void loop() { long duration, inches, cm; digitalwrite(tp,low);// 送出的狀態為 LOW delaymicroseconds(2); digitalwrite(tp,high); 送出的狀態為 HIGH delaymicroseconds(2); digitalwrite(tp,low); duration = pulsein(ep,high); inches = microsecondstoinches(duration);// 將時間轉換為英吋 cm = microsecondstocentimeters(duration);// 將時間轉換為公分 Serial.print(inches);// 列印結果 Serial.print("in, "); Serial.print(cm); Serial.println("cm"); delay(100); } long microsecondstoinches(long microseconds){ return microseconds / 74 / 2 ; 6

} long microsecondstocentimeters(long microseconds){ return microseconds / 29 / 2 ; } 八超音波系統測試圖圖 9 超音波系統測試圖參結論 Arduino 對我們來說是一個全新的東西, 以往都只是單純的寫程式接電路, 但是卻沒有將所學的程式能力和硬體結合應用, 直到高三才終於對 Arduino 有所認識,

8 } long microsecondstocentimeters(long microseconds){ return microseconds / 29 / 2 ; } 八超音波系統測試圖圖 9 超音波系統測試圖參結論 Arduino 對我們來說是一個全新的東西, 以往都只是單純的寫程式接電路, 但是卻沒有將所學的程式能力和硬體結合應用, 直到高三才終於對 Arduino 有所認識, 也是整合高職三年所學的知識並加以統整應用一問題與討論以往視障人士專用的手杖, 雖然能夠指引視障人士的方向感與安全感, 但卻僅僅侷限於了解目前的方向與探測前方的障礙物所以我們從這方面加以著手 : 利用超音波感測器偵測前方有沒有物體高低落差, 並以紅外線溫度感測器分辨前方的是人或者視障礙物,Arduino 來接收訊號, 只要前方有障礙物, 或是有高低落差, 就會馬上發出聲響甚至是振動來警告視障人士, 來讓他提前知道前面的路況, 加以避免他們碰撞受傷, 確保安全, 藉以獲得更多的安全感 7

9 Arduino 是我們最大的障礙, 雖然網路上還是有許多範例, 但是以前沒有接觸過, 要將這些程式碼轉換成自己所需要的功能並加以修正編輯, 對我們來說可是一大難題, 因此我們而花了許多功夫, 蒐集資料詢問老師, 最後才能夠將元件與軟體完整的結合我們所做出來的電路系統過大, 這個問題困擾了我們很久, 因為考慮到視障人士攜帶可能不方便, 因此經過我們不斷的測試, 最終將 Arduino UNO 控制板改成體積較小的 Arduino Fio, 對視障人士而言攜帶起來更方便相對的我們不太擔心太小容易不見的問題, 因為我們將來會將其設計好的電路裝在拐杖上, 和拐杖結合為一體這個電路系統方便又實用, 讓視障人士除了傳統的手杖以外, 還能夠有這個系統加以輔助, 使安全多添加一分保障, 減少意外發生的機率我們實做了電路, 超音波雖然有偵測到障礙物, 不過距離卻比我們預期的還要近了許多, 理論上的偵測距離為 0.2~1.5 公尺, 但實際上的距離卻只有 0.3 公尺左右, 原因是超音波偵測元件的規格不同, 我們所使用的元件有所差異, 因此只能偵測到距離較近的物體, 無法測得太遠關於此系統的優點是採用電池供電體積小, 攜帶較方便, 能夠利用紅外線感測器偵測是否有障礙物, 並即時的通知視障人士缺點是此電路偵測距離過短, 且靈敏度沒有想像中的理想, 並且有些耗電, 產品的完整性仍有改善的空間這個電路系統尚未有非常高的完整性, 未來我們可以改進超音波的問題, 換成測距較長且靈敏度更高的紅外線元件如果能把缺點改善, 增加實用性, 相信未來能為視障人士的安全助一臂之力二本系統的優缺點 ( 一 ) 優點 : 1. 體積小, 攜帶不會造成負擔 2. 能夠與拐杖結合 3. 使視障人士更加安全 8

10 ( 二 ) 缺點 1. 感測距離不夠遠 2 沒有防水功能, 下雨天可能會故障三未來展望 : 希望將來能夠將此產品廣大的應用到盲人市場, 讓視障人士將來能夠降低事故發生的機率肆引註資料 (1) 孫駿榮吳明展盧聰勇 (2010) 最簡單的互動設計 Arduino 一試就上手 2013 年 10 月 14 日台北市 : 碁峰 (2) 趙英傑 (2013) 超圖解 Arduino 互動設計入門 2014/04/24 台北市 : 旗標 (3)Marco Schwartz 實戰數位家庭自動化: 使用 Arduino 2015/02/25 台北市 : 碁峰 (4)Cooper Maa 2012 年 9 月 17 日,HC-SR04 超音波感測器介紹 (5)Arduino Fio 控制器 9

SVS26CS Sensors Module User Guide Rev. 1.0 Aug Copyright 2018 Sivann Inc., All Rights Reserved.

SVS26CS Sensors Module User Guide Rev. 1.0 Aug Copyright 2018 Sivann Inc., All Rights Reserved. User Guide Rev. 1.0 Aug. 2018 Copyright 目錄一介紹... 2 1.1 相關開發文件... 2 1.2 硬體規格... 3 二硬體配置... 5 三接腳圖... 7 四接腳描述... 8 五版本歷史... 10 Rev. 1.0 1 / 10 一介紹 Sivann 為一通用型的感測器應用模組, 其包含了 6 種常用的感測器與 2 種控制器感測器包含溫濕度