目錄壹實務專題製作競賽 ( 複賽 ) 實施計畫 1 貳實務專題製作競賽 ( 複賽 ) 參選作品一覽表 13 參評審委員名單 23 肆活動照片 25 伍實務專題製作競賽 ( 複賽 ) 優良作品名錄

教育部職業學校電機與電子群科中心學校 101 年度全國高職電機與電子群科專題製作競賽優良作品集複賽優勝作品 ( 複賽優勝含佳作共 63 件 ) 指導單位 : 教育部中部辦公室執行單位 : 國立臺中高級工業職業學校中華民國 101 年 12 月 31 日

目錄壹實務專題製作競賽 ( 複賽 ) 實施計畫 1 貳實務專題製作競賽 ( 複賽 ) 參選作品一覽表 13 參評審委員名單 23 肆活動照片 25 伍實務專題製作競賽 ( 複賽 ) 優良作品名錄 37 陸實務專題製作競賽 ( 複賽 ) 優良作品集 ( 優勝 19 件 ) 45

壹專題製作競賽 ( 複賽 ) 實施計畫

101 年度全國高職電機與電子群科學生實務專題製作競賽 ( 複賽 ) 實施計畫ㄧ依據 : 教育部職業學校電機與電子群群科中心學校101 年度工作計畫辦理二目的 : ( 一 ) 為鼓勵全國高職學生積極從事專題製作, 培養創新思考模式, 提昇實作能力科際知識整合及人際溝通合作能力 ( 二 ) 為獎勵師生發揮創意, 展現績優實務專題製作成果, 提昇高職教學成效, 使產業界及民眾對高職特色有更深入瞭解, 進而縮短學生就業之落差, 培育業界基層人力 ( 三 ) 引導高職教師重視專題製作課程教學, 以逐級競賽方式拓展學生參與學習之視野與機會, 體現課程綱要規劃意旨三指導單位 : 教育部技術及職業教育司教育部中部辦公室四主辦單位 : 國立臺灣科技大學職業學校群科課程推動工作圈五協辦單位 : 職業學校電機與電子群科中心學校國立臺中高級工業職業學校六辦理方式 : ( 一 ) 競賽方式 : 分初賽複賽及決賽 1. 初賽 : 由各高職或綜合高中開設專門學程學校自行辦理校內競賽, 其競賽方式由各校自訂 2. 複賽 : 由電機與電子群科中心學校辦理, 以報告書審查為原則, 書面格式請參照附件二複賽遴選出優勝作品 19 件, 參加工作圈辦理之決賽 3. 決賽 : 由職業學校群科課程推動工作圈辦理 ( 競賽辦法由工作圈另行發函各校 ), 以 ( 二 ) 參賽資格實地展示口頭問答 ( 一組作品 15 分鐘 ) 為主決賽評定成績分為第一名第二名第三名及佳作, 各等第之名額分配數由評審團會議依參賽件數作品良窳決議之為提升競賽整體效益, 於決賽成績評定後, 由工作圈辦理競賽作品成果展為符合專題製作課程規劃原則, 學生參賽資格為 : 1. 高職或高中附設職業類科之高二高三學生 2. 綜合高中專門學程之高三學生 3. 101 年全國高職學生實務專題製作競賽之參賽者若欲跨群報名, 該組學生可擇一相關群科中心學校報名該群複賽, 但不得同時向兩所 ( 以上 ) 群科中心學校報名如經檢舉查證屬實, 即取消參賽資格 ( 三 ) 參賽人數 1. 每群每組參賽學生以 5 人為限 2. 每群每組指導教師以 2 人為限, 指導教師須為各校編制內教師 3. 每位學生限報名乙件作品 ( 四 ) 複賽報名方式 1. 書面資料繳交時間 :101 年 3 月 19 日 ( 一 ) 起至 3 月 23 日 ( 五 ) 止 2. 報名資格 : (1) 經各校辦理之初賽評定為優勝作品者 1-1-

(2) 每校送複賽件數 : 以各校電機電子群科單一年級班級總數為參賽件數, 綜合高中則以學程單一年級組數為參賽件數例如 : 臺中高工電機與電子群高三年級班級數共 10 班, 可報名參加複賽件數以 10 件為限 (3) 參賽作品未獲得全國性同質競賽前三獎項者 (4) 參賽隊伍之作品不得仿製或抄襲若經檢舉查證屬實, 即取消其參賽資格 3. 報名資料 : 報名資料含紙本及電子檔光碟掛號寄請寄至電機與電子群科中心學校 ( 國立臺中高工 ); 40241 臺中市南區高工路 191 號信封上註明 101 年全國高職電機與電子群學生實務專題製作競賽 ( 複賽 ), 所有資料須符合書面格式規定 (1) 紙本資料 ( 附件二為一式 5 份, 其餘附件皆為一式 1 份 ) 請將報名表 ( 附件一 ) 授權書 ( 附件三 ) 切結書 ( 附件四 ) 另以迴紋針夾於報告書封面內文格式 ( 附件二 ) 左上角, 以組為單位裝袋其中, 附件二須含封面及內文, 膠裝成冊 ; 附件三附件四皆須親筆簽名, 不得影印或掃描 (2) 電子檔光碟 ( 一式 1 份, 光碟須標記校名及專題名稱 ): 以組為單位燒製光碟, 內含附件一二, 檔案大小不得超過 25MB( 以影片呈現者除外 ) 檔名格式須遵守下述流水號編碼及格式, 校名須填寫全銜檔案格式須為 Microsoft word 及 PDF 格式各 1 份, 其它格式一律不受理範例如下 : a. 流水號編碼 : 報名表 ( 附件一 ):10101_ 電機與電子群 _ 校名全銜 _ 專題名稱.doc 報告書 ( 附件二 ):10102_ 電機與電子群 _ 校名全銜 _ 專題名稱.doc ( 內文封面 ) b. 光碟檔名範例 : 10101_ 電機與電子群 _ 國立臺中高級工業職業學校 _ 可攜式智慧型電表.doc 10101_ 電機與電子群 _ 國立臺中高級工業職業學校 _ 可攜式智慧型電表.pdf 10102_ 電機與電子群 _ 國立臺中高級工業職業學校 _ 可攜式智慧型電表.doc 10102_ 電機與電子群 _ 國立臺中高級工業職業學校 _ 可攜式智慧型電表.pdf 4. 書面格式 ( 格式不符恕不收件 ): (1) 報告書封面須填寫學校全銜 (2) 報告書內文以單欄呈現 (3) 報告書自內文起不得出現作者指導教師校長校名及照片 (4) 版面為 A4 規格 (210*297mm), 內文由左至右橫打印刷並膠裝成冊 (5) 報告書中文字體內文一律標楷體,12 號字 ; 英文 Times New Roman; 單行間距 (6) 報告內容標題順序 : 專題題目 (18 號字 ) 壹 (16 號字 ) 一 (14 號字 ) ( 一 ) 1 (1) (7) 頁碼置於頁尾置中半型 (8) 報告書內容總頁數以 5 至 20 頁為限 ( 頁數不含封面封底及目錄 ) (9) 報告書圖片表格標題 :10 點字體置中對齊 (10) 表標題置於表上方, 圖標題請置於圖下方, 皆置中對齊並依序以阿拉伯數字編號 ( 如 : 圖 1, 圖 2; 表 1, 表 2) 2-2-

七複賽評審 : (11) 報告書須含封面目錄內文 ( 如研究動機研究目的研究過程或方法研究結果討論結論參考資料等 ) (12) 版面邊界設定為 : 上 2.54cm, 下 2.54cm, 左 3.17cm, 右 3.17cm ( 一 ) 評審時間 :101 年 4 月 6 日 ( 五 ) ( 二 ) 評審委員 : 由國立臺灣科技大學職業學校群科課程推動工作圈聘請大專校院專家學者擔任評審委員 ( 二 ) 評審方式 : 電機與電子群各科不分類, 遴選出優勝作品 19 名參加工作圈辦理之決賽及佳作若干名 ( 三 ) 評分標準 : 採書面審查方式辦理, 評分標準如下 : 1. 架構格式 (15%) 2. 規劃實施 (15%) 3. 內文組織 (25%) 4. 知識技能 (25%) 5. 成果創新 (20%) 八複賽獎勵方式 : ( 一 ) 優勝及佳作作品學生及指導教師, 頒發獎狀乙紙 ( 二 ) 優勝作品可參加工作圈辦理之決賽九成品展示與決賽 : ( 一 ) 由國立臺灣科技大學職業學校群科課程推動工作圈另行發函通知各校 ( 二 ) 決賽辦理相關日期 : 1. 評審時間 :101 年 5 月 12 日 ( 六 ) 09:30-17:00 2. 作品展示時間 :101 年 5 月 13 日 ( 日 ) 09:30-17:00 3. 頒獎日期 :101 年 5 月 13 日 ( 日 ) 13:00-17:00 4. 頒獎地點 : 臺灣科技大學 ( 暫定 ) 5. 評審地點 : 臺灣科技大學 ( 暫定 ) ( 三 ) 作品展示規格 ( 同國際科展說明版規格 ): 1. 參與決賽之作品說明展版及展台由工作圈統一提供, 規格如下 ( 如附件五 ): (1) 參展作品規格左中右各寬 65 公分, 高 122 公分 (2) 放置於展覽桌上之實物, 以不得超出桌面為原則, 且重量不得超過 20 公斤 (3) 電機與電子群之參賽作品若超出上列規格須於報名表註明, 並一併附上圖片, 由工作圈核示展示方式 ( 如以 video 或圖片展示 ) (4) 展版右面底部需保留 20 公分, 依序註明 : 群別學校名稱指導老師及作者 (5) 海報規格以不超出作品說明展版為原則 2. 參與決賽之作品若不符工作圈作品展示規格不得送展 ( 四 ) 安全規格 : 1. 參與決賽之作品若有下列情況不得送展 : (1) 有害微生物及危險性生物 3-3-

(2) 劇毒性爆炸性放射性致癌性或麻醉性之藥品 (3) 電壓高於 220 伏特之器材 2. 用電以最高電壓 220 伏特最高電流 10 安培為原則, 電源須加裝斷電裝置 3. 機械電器裝置之作品, 作者需在場親自操作, 停止操作時即切斷電源十附則 : ( 一 ) 參選作品如有抄襲或經人檢舉或告發為他人代勞或違反本計畫相關規定, 有具體事實者, 追回獎狀如涉及著作權專利權等法律責任者, 須自行負責 ( 二 ) 參選人繳交之資料, 本中心收到後不再影印, 直接呈送審查小組及評選委員審查與評分繳交所有文件將不退回, 請參選人自行備份 ( 三 ) 相關事宜如有任何疑義請洽本案專任助理陳雅棻或陳鈞林 Tel:04-22613158#6600 E-mail:cavtccavtc@gmail.com 4-4-

附件一報名表 101 年全國高職學生實務專題製作競賽暨成果展報名表作品編號 ( 主辦單位填寫 ) 作品類群 ( 填選編號 ) 確認資料齊全 ( 請打勾 ) 1. 機械群科 2. 動力機械群科 3. 電機與電子群科 4. 化工群科 5. 土木與建築群科 6. 商業與管理群科 7. 外語群科 8. 設計群科 9. 農業群暨食品群科 10. 家政群科 11. 餐旅群科 12. 海事群暨水產群科 13. 一般科目暨藝術群科附件一報名表 ( 本表 ) 附件二報告書 ( 封面內文 ) 附件三授權書附件四切結書電子檔光碟 ( 含上述附件之 word 及 PDF 檔, 其餘格式一概不接受 ) 專題名稱作品規格 ( 以 m*m*m 呈現 ) 超出展版桌面, 規格為未超出展版桌面, 規格為 110V 電源 220V 電源 ( 電流 10A 以下 ) 其它特殊設備學校名稱 ( 全銜 ) 指導教師 ( 每組最多 2 位 ) 參賽學生 ( 每組最多 5 位 ) 1 姓名性別職稱科別聯絡電話飲食習慣葷素 E-mail 2 姓名性別職稱科別聯絡電話飲食習慣葷素 E-mail 姓名年級 1 組長性別科別聯絡電話飲食習慣葷素身分證字號出生年月日 **** 年 ** 月 ** 日 E-mail -5-

姓名年級 2 性別科別聯絡電話飲食習慣葷素身分證字號出生年月日 **** 年 ** 月 ** 日 E-mail 姓名年級 3 性別科別聯絡電話飲食習慣葷素身分證字號出生年月日 **** 年 ** 月 ** 日 E-mail 姓名年級 4 性別科別聯絡電話飲食習慣葷素身分證字號出生年月日 **** 年 ** 月 ** 日 E-mail 姓名年級 5 性別科別聯絡電話飲食習慣葷素身分證字號出生年月日 **** 年 ** 月 ** 日 E-mail -6-6

附件二報告書封面內文格式 ( 正式報告請移除斜體字正式報告請移除斜體字下底線 ) 101 年全國高職學生實務專題製作競賽暨成果展報告書 ( 標楷體 18) 題目 : 指導老師 : 參賽學生 : ( 標楷體 16) ( 標楷體 16) 學校名稱 : ( 全銜 ) 群別 : 科別 : ( 標楷體 16) 中華民國 1 0 1 年月日 -7-7

101 年全國高職學生實務專題製作競賽參賽專題名稱摘要本文舉例說明專題作品之排版格式, 請參選人依照本格式進行編排專題應提供 300 字以內之摘要, 扼要說明專題的主要目標重要研究過程及其貢獻壹前言一研究報告內文關鍵字 : 請提供 4 個左右關鍵字, 如 : 機械群專題製作至少需檢列研究動機研究目的研究過程 ( 方法 ) 研究結果討論結論參考資料等, 內文頁數以 5-20 頁為限二頁面格式專題內文與上下左右邊界為 : 上 2.54cm, 下 2.54cm, 左 3.17cm, 右 3.17cm, 行距使用單行間距第一頁之專題題目及作者姓名校名科別等置中橫跨整頁排列貳格式內文文字中文採用標楷體, 英文數字採用 Times New Roman 標題請靠左對齊 : 表標題放置於表上方, 圖標題則置於圖下方, 皆置中對齊並依序以阿拉伯數字編號 ( 如 : 圖 1, 圖 2; 表 1, 表 2) 比較大的圖表, 可含括兩個欄圖片的解析度以 300dpi 為準 100% 80% 60% 40% 20% 0% 71% 29% 0% 0% 0% 0% 很樂意樂意無意見不樂意很不樂意未填圖 1 97 年機械群教師研習意見調查統計圖方程式應於上下各留一行空白, 編號靠右對齊並從 (1) 開始參參考文獻格式 C 2 = x 2 y 2 + Ax 2 + 2Bxy (1) 1. 王國明謝玲芬, 多目標評估技術之探討及其在組織績效評估之應用, 中國工業工程學刊, 第七卷, 第一期, 第 1-10 頁 (1990) 2. 黃啟通張瑞芬林則孟, 以 STEP 為基礎的彈性製造系統刀具資料庫設計, 中華民國工業工程學會八十四年會論文集, 第一冊, 中原大學,84 年 12 月 17 日, 第 378 385 頁 (1995) 3.Kao,C.andY.C.Yang, Reorganization of forest districts via efficiency measurement, European Journal of Operational Research,58, 356 362 (1992). -8-

附件三授權書 101 年全國高職學生實務專題製作競賽暨成果展授權書專題名稱 : 校名 ( 全銜 ): 簽署人為參加 101 年全國高職學生實務專題製作競賽暨成果展之著作權人, 同意主辦單位 ( 職業學校群科課程推動工作圈 ) 擁有該作品之刊登展示及使用於學術或群科學校夥伴關係推廣活動等之專屬授權指導教師簽名 : 著作者簽名 : ( 全部作者均須簽名 ) 中華民國年月日 -9-

附件四切結書 101 年全國高職學生實務專題製作競賽切結書專題名稱 : 校名 ( 全銜 ): 立切結書人為參加 101 年全國高職學生實務專題製作競賽暨成果展之參賽人, 茲切結事項如有下列各項情事之一, 於評選前發現者, 取消參選資格, 於獲獎後發現者, 追回獎狀及獎座 : 一報名時確定已獲得其他同質競賽前三名獎項二參選作品如經人檢舉或告發為他人代勞, 且查證屬實者三違反本計畫相關規定, 有具體事實者此致職業學校群科課程推動工作圈立切結書人指導教師簽名 : 著作者簽名 : ( 全部作者均須簽名 ) 中華民國年月日 -10-10

附件五作品說明版規格 ( 同國際科展說明版規格 ) 一作品說明版規格如上左中右各寬 65 公分, 高 122 公分二放置於展覽桌上之實物, 以不得超出桌面為原則, 且重量不得超過 20 公斤三每組參賽者可自行佈置展板, 並以不超出破壞展版為原則四每組參賽者須另自備佈置文具及乙張 A4 作品摘要置於主辦單位提供之壓克力板內 -11-11

貳專題製作競賽參賽作品一覽表

101 年度全國高職電機與電子群科學生實務專題製作競賽 ( 複賽 ) 參選作品一覽表編號校名專題名稱指導教師參賽學生 1 苗栗農工智慧型交通儀控林高永林家銘李姿穎李彥勇楊得明 2 苗栗農工自行車防撞系統裝置研究林己超徐義屏吳偉榤羅宇材葉華淼林雅堂江明駿 3 台北市立南港高級工王溫鋒只在此山中, 雲深不之處陳建偉戴文揆業職業學校黃文林 4 台北市立南港高級工蔡承璋人機自動化裝配監控系統張勝凱林泓亦業職業學校黃文林 5 高雄市立高雄高級工陳彥良點餐系統 - 吃飯其實很簡單王志明陳威祐張崑鈿業職業學校王志偉 6 高雄市立高雄高級工簡易電子白板與上課教學回蔡志宏李建霖鍾裕宏陳昭元業職業學校饋系統許文中 7 高雄市立高雄高級工謝秉軒郭清源黃信舜過載數位警示系統黃仁吉業職業學校馬崇偉 8 高雄市立高雄高級工陳彥良吳宗儒邱宇勳利百加電電省三碗公業職業學校林育賢蔡宗文 9 高雄市立高雄高級工曾維雄王唯叡金鈺珊吳東勳我家的冰箱有熱水?! 業職業學校洪毓廷陳柏皇 10 高雄市立高雄高級工康姿瑩省點力氣魚塭省電利器詹濬鍵陳惇介胡祖康業職業學校蔡志宏 11 高雄市立高雄高級工曾維雄張晴閎石文賓王廣靖節能溫控飲水機業職業學校李光義陳致均黃浩翔 12 國立旗山高級農工職基於智慧型手機之電源監控林勝雄業學校系統何仁瑋王韋鈞何宜松 13 私立智光高級商工職簡紹欽林永育謝名威智慧型看護系統陳彥銘業學校蒲昱翔李樂 14 正德學校財團法人彰心情反應機化縣正德高級中學林松焜黃政皓朱士享 15 國立霧峰高級農工職多處理器架構八跑道田徑計洪境澤嚴子傑翁釗偉陳碩宏業學校時器曾千娜 16 國立霧峰高級農工職林敬侑莊明龍賴松林光纖介面語音傳送器陳碩宏業學校余振弘 17 國立霧峰高級農工職曾繁龍蔡維哲盧旻澤二線式照明迴路控制器陳碩宏業學校劉家名 18 啟英高中 LED 小夜燈鄭婷瑜王郁瑄周揚程揚濟謙連素玲 19 桃園縣私立啟英高中自動化百葉窗黃睿楠王鎮江陳鉦霖覺銘亮連素玲 20 啟英高級中學咖啡廳自動傘黃睿楠王子鈞魏廷宇劉康正連素玲戴育煒 21 私立復興高級商工職業學校新式遮雨棚 -13- 林明德蔡崟虹陳奕宏林家漢陳品翰李忠蔚林煇勝

編號校名專題名稱指導教師參賽學生 22 23 24 25 私立復興高級商工職業學校光華學校財團法人臺中市光華高級工業職業學校光華學校財團法人臺中市光華高級工業職業學校光華學校財團法人台中市光華高級工業職業學校遙控嬰兒學步車科技逃生屋新一代聲光互動式光廊設有備用電的抽水設備謝建立蘇家鐘江明德賴宜沂許峰銘王志中林上恩張詞強楊育豪賴玟瑜謝博仲莊明翰李政澤江俊諺戴辰勳彭聖博賴仕偉蘇孝駿林建元曾致嘉蘇珀凱張明澤劉冠霆 26 台中市宜寧高級中學我一直都在工作張淳雄吳中傑柯伯和郭宏輝 27 國立東石高級中學偵測闖紅燈感測裝置 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 國立北門高級農工職業學校國立羅東高級工業職業學校國立羅東高級工業職業學校國立羅東高級工業職業學校雲林縣私立大成高級商工職業學校基隆市私立聖心高級中學國立新營高級工業職業學校國立新營高級工業職業學校國立台中高級工業職業學校國立臺中高級工業職業學校國立台中高級工業職業學校國立台中高級工業職業學校國立台中高級工業職業學校劉丁銘王明華張璨驛黃思翰黃維信陳柏任陳祈銘紅綠燈應用控制沈盟傑黃榮楷陳良典智慧型溫濕度控制及自動斷電系統之應用人命關天 - 緊急電源關閉系統創意紅綠燈流量控制及緊急狀況之設計許保強徐心詳劉培嘉許保強劉培嘉智慧型室內空間節能控制器古國順線上社團選社系統基於 PC-Based 建構視覺化教導與監控系統建構點滴注射無線監控系統高功率低失真放大器自動調節車流號誌系統直流馬達限速自動控制裝置醫療用無聲數位溝通界面智慧型停車場引導系統溫清郎王振裕鄭吉成王振裕鄭吉成蔡賜琦林世昌藍啟民林世昌何進德林世昌楊正吉洪肇聰賴學良 41 國立台中高級工業學校高級商旅系統王晨洋 42 國立台中高級工業職業學校 HTML5 雲端 App 遊戲 A Shiny Ball On The Cros 張元庭黃國瑜簡士捷簡宏儒賴紀安陳人涵林祐辰許弘弦林煒傑陳怡安洪祐駿何偉丞黃翊宸李奕辳簡祥宸石皓云林盟富柯弼舜陳羿丞陳宗圍郭展宇吳宇翔陳俊宇謝明達沈致安柯如昱林昌諭張皓軍楊子震謝佳燁謝佳熹林怡瑄張珮穎林俊豪梁桓禎趙宥勝游仁嘉陳俊文陳威呈陳毓峯黃彥樺陳柏儒許原綦張育菘張富翔陳昀廖茂鈞黃浤瑄陳岳世廖羿竹陳昶屹廖建棋 -14-

編號校名專題名稱指導教師參賽學生國立臺中高級工業職智慧型多功能窗戶自動控制張欣立吳建瑋江孟融 43 張元庭業學校系統許景翔林庭安自動回收分類洗淨系統 - 瓦國立臺中高級工業職利系統 (WALLY 楊正吉黃秋源鄭詠中蕭禾謙 44 業學校 AUTOMATIC RECYCLE 林世昌賴益辰 SYSTEM) 林炳源林泰銓謝仁維林冠宇 45 台中市明道高級中學 HIFI 耳機系統許聯國林祐偉賴寬祐 46 台中市明道高級中學自動化無線遙控手臂車許聯國施炎輝鄧宇伸陳嘉舷王翊和孫本泓張峻愷 47 國立東勢高級工業職智慧型廁所小精靈業學校徐毅胡世明何寬亨 48 國立東勢高級工業職洪瑋澤蔡文琪謝昀蓁整合型可攜式電子儀器徐毅業學校廖傑偉 49 花蓮私立四維高級中學分散式溫度監控許益敏劉晏銘葉友成 50 花蓮私立四維高級中學網路藍芽遠端控制系統許益敏葉柏宏廖文禎孫興錡高奕翔 51 國立玉井高級工商職太陽能及市電並聯傳導熱源曾晨堯張晉挺高鳴駿吳國瑞業學校系統楊侑勳 52 國立玉井高級工商職單晶片 LCD 數位電子鐘業學校龍維明吳偉誠徐偉哲鄒昇宇 53 國立霧峰高級農工職感光鬧鐘業學校洪金地陳宥全廖文皓 54 國立霧峰高級農工職數位無線遠端遙控電子鐘業學校洪金地楊凱堯黃昱仁 55 嘉義縣私立協志高級網際網路遠端居家安全防護王智永工商職業學校應用黃大衛王喏誠黃柏彰 56 國立東勢高級工業職徐毅張復亮鄒文傑劉峻瑜舉證急先峰業學校陳曉菁黃昱銓邱宇賢 57 桃園縣育達高級中學可記憶式電子琴音樂盒曾國揚王晨宇莊昕毓 58 桃園縣育達高級中學自動餵食寵物飼料機李翊豪范仲綸戴連成 59 桃園縣育達高級中學智慧型相機平衡裝置曾俊霖閻明翌林庭豪 60 桃園縣育達高級中學幼兒安全學步車曾俊霖吳俞宏吳貴翔 61 桃園縣育達高級中學自動水平展示平台曾俊霖李文翔許賀寧余俊傑 62 桃園縣育達高級中學智慧型防曬小幫手曾俊霖盧昱廷曾心柔 63 桃園縣育達高級中學東方 - 蕾米莉亞的奇幻旅程張能貴鄭玉鵬陳瑞新 64 桃園縣育達高級中學車輛自動怠速熄火裝置曾俊霖翼政勛鄭曜維 65 國立彰化師范大學附 ADC0804 及其相關迴路之王俞婷胡鎮洪曾偉誠陳其俞屬高級工業職業學校研究陳怡誠黃重諭 66 國立彰化師範大學附唐肇澧李孟翰徐麒軒智慧型遠距醫療監控系統林全財屬高級工業職業學校姚嘉昇 67 國立彰化師範大學附聲控安撫搖籃暨 RF 無線報吳孟賢林柏佑洪懿德余政旭屬高級工業職業學校知控制器林允正柯貿晟宋旻諺 68 國立新竹高級工業職王文雄觸控及多段滑控控制開關劉振岳簡浩評關永念業學校林金仕 -15-

編號校名專題名稱指導教師參賽學生 69 國立瑞芳高級工業職高中職入學管道滿意度問張文憲溫筑宜黃心慧戴永婷業學校券調查網站建置陳思亮陳韋任李正鴻 70 台北市立木柵高級工李龍鑣蘇炫榮蘇泰瑞杜元仁救你命 3000 業職業學校張耀東林昶廷 71 台北市立木柵高級工劉嘉欣史浩辰林軒丞冷藏杯座劉啟欣業職業學校施禹志 72 臺北市立木柵高級工陳秉宏黃詩婷柯宜良自製炒冰機劉啟欣業職業學校徐鼎峻莊理任 73 桃園縣私立治平高級許智偉交通安全輔具之設計陳宗銘張菀渝游聖強中學陳應傑 74 臺北市立木柵高級工謝季林謝宗翰呂少航陳易群電子蓋業職業學校葉文聰高偉峰胡志堃 75 臺北市立木柵高級工林堯斌成杰駿郭子俞曾昱豪書光外洩業職業學校鄭美惠謝承佑 76 台北市立木柵高級工凌澤生劉兆霖梅晏綸昆蟲保溫箱劉啟欣業職業學校楊子平 77 臺北市立木柵高級工鄭龍嶽李木車呂建良林義翰水氣冷複合式 CPU 散熱器業職業學校劉啟欣王濰亘 78 高雄市私立高級高英複合式飄香器工商職業學校林勇志劉可君蘇瑋甯鄭濠億 79 高雄市私立高級高英智慧型面紙盒工商職業學校洪寶玩王勝弘蔡瑞鴻曾友恩 80 高雄市私立高級高英甘晉華王碩平劉仁煒多功能警報探險車黃宗偉工商職業學校魏哲軒 81 高英高級工商職業學校開心小農場蔡忠憲白樹禮洪浩文陳秋宏張家豪王加豪 82 高英高級工商職業學校智慧型旋轉門葉忠賢張煒堉王羽良何貫宗張皓庭藍郁婷 83 私立高英高級工商職吳冠霖黃琪玲莊盛勛改良式紅外線節能控制器簡琨祥業學校顏振紘邱奕憲 84 台北市市立內湖高級楊明豐下車守護神楊孟軒葉韋宏? 尚勤工業職業學校陳和瑞 85 台北市立內湖高級工數字大風吹業職業學校楊明豐劉庭君陳瑜芳顏暉庭 86 臺北市立內湖高級工一線生機智慧型災難逃生周玉崑吳東城卓祥琳王晏慈業職業學校導引系統王儒彬 87 台北市立內湖高級工全彩多功能 LED 檯燈業職業學校陳建治莊詠盛施竣耀 88 台北市立內湖高級工火速離場智慧型消防朱庭萱吳銓興徐翌盛楊明豐業職業學校逃生系統許瀚仁 89 台北市立內湖高級工有聲有色 - 互動式 LED 業職業學校陳建治史甫仁王秉新 90 高雄市立志高級中學迷你自動全日栽植溫室王仁正段翔宜陳柏豪王皓旻蘇姮鈺蔡元祺蘇崇文 -16-

編號校名專題名稱指導教師參賽學生 91 臺北市立松山高級工停車場會員管制系統農職業學校陳茂璋林浩晟蘇映竹 92 臺北市立松山高級工遊走虛擬世界農職業學校郭盈顯林冠宏張博修 93 高雄市私立立志高級王獻章許行逸鄭文軻王信文綠野精靈中學申凱如孫仙楊育昇 94 國立岡山高級農工職許皓全楊孟哲洪翊凱會說話的水管江明國業學校楊曉菁 95 臺中縣私立明道高級黃麒峻陳科翰陳長毅防盜偵測系統侯伯宗中學張育誠張皓維 96 光華學校財團法人臺施正晏徐星煌張峻銘中市光華高級工業職懸空纜車林進衍廖家瑞業學校 97 桃園縣私立清華高級中學 98 明道高級中學視障腰包自動溼度感測與污水灌溉系統林哲弘陳民岳柯尚仁曾彩鳳梁瑋珊鐘易儒鄭文翔王富譽王銘勛李舒雅辜凱麟周辰宣光華高工學校財團法人 99 藍芽控制車陳新一洪瑞廷洪毓智賴佳昇台中市華高級工業學校岳彩萱龔振文李家慶韓德錦 100 高雄市私立立志中學綠冷科技李阿民李尚叡李昱銓國立岡山高級農工職楊琮閔鄭舜文韓宗霖 101 燈峰造極孫銘宏業學校張培倫王茂俊國立岡山高級農工職盧正川洪培真楊璧菁蘇威廷 102 能糾錯之無線電子音樂系統業學校楊耀廷王勁為國立岡山高級農工職盧正川邱翊捷蔡璧澤林承恩 103 紅外線安全巡邏機器人業學校楊耀廷張家興杜千煜國立岡山高級農工職郭文嘉蘇永吉王美玲 104 節淨所能林立銘業學校林藜蓉張涵晴 105 106 私立永平高級工商職業學校私立永平高級工商職業學校電子輪盤可攜式數位乙級機台 - 以 ALTERA 3064 晶片設計四位元多工顯示器于惇德葉秀琴于惇德葉秀琴林清池彭君筑國立瑞芳高級工業職張文憲李瑞珍蕭雅婷沈子晴 107 校園訊息無線廣播系統業學校陳思亮李惟萱柯名侯光華學校財團法人臺 108 中市光華高級工業職不用記憶密碼的密碼鎖李福生許政文張哲詠洪正蔚業學校高雄市私立大榮高級林進雄吳隆憶陳佑瑋成世軒 109 紙也能錄音系統之研究中學曾建誌蘇哲賢孔韻堯國立北港高級農工職李宗翰楊朝輝陳冠斌 110 感測照度自動轉向太陽能板蔡武光業學校王尚偉丁可佳 111 私立致用高級中學土石流與洪水預警告知器許舒婷郭峻瑋溫宗賢吳梓誠 112 致用高級中學遠端自動偵測影像防盜系統賴明宏林楷淳林弘偉廖柏堯 -17-

編號校名專題名稱指導教師參賽學生台中市私立致用高級 113 一動都不能動中學王祥宇蔡欣翰蔡宗憲台中市私立致用高級黃薪又趙宇媗侯容慈 114 無線控燈王祥宇中學李詠煌台中市私立致用高級洪楚崴周柏銘陳滇宗 115 電流急急棒王祥宇中學顏崇軒臺北市立松山高級工簡易型 Smart-Home 多功能 116 農職業學校居家生活控制系統設計鄭才新鄭智文張家銘 AS/RS 自動倉儲控制系統臺北市立松山高級工 117 (Automated Storage And 農職業學校 Retrieval Control System) 顏明輝林承昕邱郁涵臺北市立松山高級工 118 樂高 - 自動型打掃機器農職業學校顏明輝張進忠王銘正臺北市立松山高級工 119 LED 搖搖棒農職業學校顏明輝呂良修李俊儒臺北市立松山高級工 120 路面崎嶇戰將農職業學校顏明輝林彥龍吳宜家國立大甲高級工業職陳俊男 121 全自動向量死角感測自走車劉長村范家禎林志涵業學校黃正誼國立大甲高級工業職林建志林義峰連軒笠 122 馭龍高手王建仁業學校黃彥岳國立大甲高級工業職廖建棋王浩倫郭冠宏 123 超級 8 8 賴德金業學校張士傑陳晁偉國立大甲高級工業職江博軒林冠廷游仁宏 124 太陽能道路救援安全裝置謝易裕業學校曾士榕國立大甲高級工業職仇冠倫白皓天陳建凱 125 太陽能路平測定裝置謝易裕業學校黃彥岳國立大甲高級工業職王政皓黃川訓王柏筌 126 精采時刻王建仁業學校劉士綸黃千祐國立大甲高級工業職 127 用電安全節能裝置業學校謝易裕王思閎黃羽鴻高雄市立中正高級工大眾運輸購票及月台車廂人李長興莊焜傑樓韋辰張玉明 128 業職業學校數監控系統王文良張鈞高雄市立中正高級工無線開關控制系統 - 光明與鄭明雄 129 簡柏豪壽庭萱李冠勳業職業學校黑暗的抉擇涂立昌高雄市立中正高級工王文良 130 雲端三用電表郭家凱黃建澤莊焜傑業職業學校李長興高雄市立中正高級工邱禹文劉偉然許嘉祐黎建均 131 飲水機的節能職業學校涂育魁劉冠伸高雄市立中正高級工水下無人載具之馬達驅動研徐淳圃陳弘輝侯冠言 132 曾偉智業職業學校製田顯群臺北市立大安高級工植基於 AJAX 技術之互動式 133 楊敏男業職業學校網頁遊戲 Bingo Battle 陳伯麒林知衡胡欣怡 134 臺北市立大安高級工業職業學校 LED 立體矩陣及動畫產生器王敏男沈柏宇張耀中張雅銘陳亞德 -18-

編號校名專題名稱指導教師參賽學生臺北市立大安高級工 135 省空間的自動化停車系統黃忠民葉騰遠葉軍廷業職業學校臺北市立大安高級工李為綸李東洲施柏丞 136 Android 造型遙控機器人歐鎮寬業職業學校張見榮臺北市立大安高級工環保碳氫冷媒與傳統冷媒用林聖峰 137 顧哲綸陳祥業職業學校於空調機之研究歐鎮寬台北市立大安高級工吳韋聖徐培健莊雲凱 138 兒童加法速算學習機王村益業職業學校柯語欣臺北市立大安高級工趨光葵 (The Sunflower of 邱奕哲莊世澤楊季霖 139 林家德業職業學校 Phototaxis) 謝長廷臺北市立大安高級工陳品宏江心安陳思齊 140 移動式廣告系統張顯盛業職業學校鄭啟良臺北市立大安高級工控制氣壓節流閥模擬風力發 141 黃忠民黃政維王永增陳家慶業職業學校電臺北市立大安高級工 142 簡易掌上型遊戲機蔡政安鄭浩鈞蔡明融業職業學校臺北市立大安高級工洪兆廷謝聿丞闕子淵 143 數位魚缸溫控器黃博源業職業學校江彥融臺北市立大安高級工多功能計步器高鈞豪蔣博安彭鈺懿 144 林家德業職業學校 (Multifunction Pedometer) 陳景涵高雄市私立立志高級王獻章洪伊慧曹雅淳郭思妤 145 遠端家電控制系統中學岳彩萱郭哲綸許桓銜 146 高雄市立志高級中學邏輯閘教學應用板王仁正陳威廷陳昱睿李益誠高雄市私立立志高級王獻章劉恩廷王鼎勝高旻志 147 不倒翁中學陳宗淵楊聖弘李冠緯高雄市私立大榮高級吳政億馬奕亘廖泓銓 148 創造無線商機李光庭中學蔡昕晏謝仕賢高雄市私立大榮高級林進雄沈倉正林睿琰張芸瑄 149 全頻域消音系統中學李光庭吳昱廷衡冠毓郭宗祐 150 私立高苑工商職業學校環保香高嘉宏邱家峰李清煌基隆私立培德高級工 Android 手機之線上即時缺吳亦超 151 蘇暐能覃政祥賴昱明業家事職業學校曠課請假查詢系統胡俊男 152 私立高苑工商職業學校 I2C 介面解決機器人多端點郭宗祐張竣翔控制輸入複雜度問題李清煌國立二林高級工商職曾永佳王聖筌莊志勇 153 智慧型戶外多功能節能餐桌趙天覺業學校江承叡李維盛楊秉軒林亞博 154 私立致用高級中學電腦輔助電路設計之鑽孔機林聖賢林志惟陳承楷基隆市私立聖心高級吳宇凡李昱瑄黃詳崴 155 藍芽無線監控車林聰智中學周泓叡國立蘇澳高級海事水黃俊宏陳彥呈陳捷夫洪依婷 156 投幣式洗車機之改良與製作產職業學校吳漢章李欣穎國立西螺高級農工職徐保娟高得欽張緯忠徐裕博 157 大心 ( 貼心 ) 電風扇業學校張世鎮石志盛江佑彬 -19-

編號校名專題名稱指導教師參賽學生國立羅東高級工業職賴明志蔡兆霖黃裕峰李承璞 158 盆栽溼度感應自動澆花系統業學校洪進源張華麟劉育承 159 台南市私立長榮中學紅外線遙控步進馬達蘇文禎陳柏霖李羿翔杜守勳高雄市中山高級工商以手持智慧裝置啟閉電動捲蘇雋仁黃煜翔吳耀庭 160 楊鎮澤職業學校門之研究陳明傑曾喬聆點矩陣 8x8LED 掃瞄模式與 161 桃園縣六和高級中學陳永忠記憶模式顯示比較徐培元胡祐瑋國立北港高級農工職施士文林合一陳泰霖何峻維 162 水寶 - 省水裝置業學校蔡武光游博涵國立北港高級農工職蔡政宏歐誌翔林首君 163 廢電池 LED 檯燈蔡武光業學校陳俞翔高雄市中山高級工商以隨身碟認證之無人鑰匙管范宣智洪俊傑江孝俊 164 楊鎮澤職業學校理系統潘友任 165 桃園縣清華高中溫度感測保溫瓶林哲弘謝佑翔曾勝緯羅偉倫林賢益高雄市中山高級工商具教育功能之兒童學習收納 166 楊鎮澤職業學校箱吳怡逸鄭哲昀白紹群國立大湖高級農工職具遠端監控功能之風力發電黃奕凱 167 林學廷張文康呂振嘉業學校機龔承濬 168 桃園縣清華高級中學 " 視障安全 " 帽林哲弘羅筱雅林合哲郭麗玲國立桃園高級農工職洪偉祥林欣炫呂紹盛呂浩宇 169 Robotic arm 機械手臂業學校劉建明張文璟張耀文桃園縣私立清華高級 170 寶貝安心 ( 可錄音 ) 音樂鈴中學林哲弘李雪蓁陳正穎花蓮縣私立中華高級 171 無線視訊雙模遙控搬運車工商職業學校陳信宏李正中吳哲豪曾林政私立光華高級工業職 172 無線家電控制裝置業學校張賢榮李知容曾方怡臺中市光華高級工業梁伯宇李威廷楊育翔 173 搖搖 Shining 黃芳瑩職業學校劉欣保國立苗栗高級農工職分離式冷氣噴霧冷卻節能之柯婷薰林鈺瑾謝玉妙 174 黃釧洪業學校研究林廷鍾欣廷 175 桃園縣清華高級中學電腦觸控彈珠台林哲弘謝瑞珊吳思慧羅群賢鄧永鴻許峻豪基隆市私立二信高級童紹齊徐朝志呂竑毅 176 改良式保險箱王永富中學許智迪吳俊翰 177 私立清華高級中學聲控 LED 動態燈陳民岳張慶韋羅元進王建勝張文嘉何肇錱臺中市光華高級工業 178 樓梯照明燈 ( 新型 ) 職業學校陳新一陳振宇黃祺峻 179 私立治平高級中學多功能恆溫舒適車劉生武郭俊賢鍾皓仁溫憲育簡師晉王柏軒李紹宏台北市私立景文高級官元河周承謙顏冠庭 180 多功能自動充電背包鍾國全中學張哲瑋 -20-

編號校名專題名稱指導教師參賽學生台北市私立景文高級 181 自走鬧鐘中學鍾國全葉思齊解明崴臺北市立松山高級工 182 智慧型高科技電子鎖農職業學校蘇進聰曾仲豪洪建睿黃建軒二信學校財團法人基劉兆祥華應豪李晏禎周信雄 183 汽車 ETC 太陽能裝置隆二信高中李榮銘江宏林陳柏瑋二信學校財團法人基劉兆祥陳威都吳承翰蕭天倫 184 改良式緊急逃生燈隆市二信高級中學陳紀昌蘇立永蕭博元二信學校財團法人基劉兆祥李勝義藍茂原邱靖淵 185 自行車安全帽感光燈隆市二信高級中學賴宏彰林暐傑賴品竹二信學校財團法人基劉兆祥方福麟鄒東廷楊翔崴 186 光動能安全警示背包隆市二信高級中學陳紀昌黃禹傑郭大友光華學校財團法人臺王宏峻林宜盈江陽鑫 187 中市光華高級工業職省電手扶梯許峰銘黃聖淯詹勳凱業學校光華學校財團法人台 188 中市光華高級工業職光電控制裝置張賢榮王孟焄邱曼雅張碧珊業學校高雄市私立大榮高級林進雄蔡嘉峻李堃豪夏雨捷 189 智慧型碳足跡記錄器中學康彥忠陳祈佑包致豪國立桃園高級農工職機電整合 - 公寓居家安全系洪和國黃浩恩張智超吳振宇 190 業學校統與綠能源結合陳文彥林彥廷吳俊隆國立桃園高級農工職 BJT-NPN 型電晶體輸出特 191 業學校性曲線描跡器 192 高雄市私立立志中學 3G 智慧型太陽能盆栽整合系統私立達德高級商工職 193 KTV 點歌機業學校私立達德高級商工職 194 業學校私立達德高級商工職 195 業學校新北市私立南山高級 196 中學新北市私立南山高級節約能源 -- 全方位自動室內 197 中學負載控制新北市私立南山高級 198 地震來臨安全防護系統中學 199 新北市私立南山高級中學林進芳柯皓翔杜冠至范綱明紀珮茹岳彩萱陳哲勳蔡承峰方冠庭戴宏原陳俊宏吳政諺林坤賜宋建萱李明峯林士宏許瑞璋黃仁謙以 PLC 來模擬電梯控制賴振龍姚俞丞洪語新鄭宇辰自動化 - 機械手臂雙向進料林嘉鴻王清勝楊依珊王彥騰劉家銓多功能餐廳應用裝置林政煌李坤融任威竹王聖瑋節約能源 -- 智慧型自動路燈控制系統 200 高雄私立立志中學太陽能保溫杯 ( 瓶 ) 共計 200 件林政煌林政煌林政煌黃本善李偉嘉林書瑋劉承岡楊子毅王宗河陳翊桓許廣宇楊壹証洪偉文張張圓沈柏翰吳承陽李俊毅李俊翰 -21-

參評審委員名單

101 年度全國高職電機與電子群科學生實務專題製作競賽 ( 複賽 ) 評審委員名單項次委員姓名服務單位備註 1 許明華委員 2 張本杰委員 3 陳繁興委員 4 石文傑委員 5 廖錦文委員 6 王圳木委員 7 郭英哲委員雲林科技大學電子工程系主任雲林科技大學資訊工程系主任彰化師範大學工業教育與技術學系教授彰化師範大學工業教育與技術學系教授彰化師範大學工業教育與技術學系教授勤益科技大學資訊工程系 ( 所 ) 主任勤益科技大學電機工程系 ( 所 ) 教授 8 徐昊杲委員嶺東科技大學副校長 9 林正敏委員南開科技大學數位生活創意系主任 -23-

肆活動照片

活動照片 101 年度全國職業學校電機與電子群科學生實務專題製作競賽 ( 複賽 ) 專題製作競賽 ( 複賽 ) 評審會議主席許校長焴楨致詞複賽評審會議說明會複賽評審會議說明會複賽評選複賽評選 -25-

活動照片 101 年度全國職業學校電機與電子群科學生實務專題製作競賽 ( 決賽 ) 國立台灣科技大學體育館展場會場佈置會場佈置會場佈置電機與電子群展覽會場電機與電子群展覽會場 -26-

活動照片 101 年度全國職業學校電機與電子群科學生實務專題製作競賽 ( 決賽 ) 展覽作品 : 省點力氣魚塭省電利器展覽作品 : 自動調節車流號誌系統展覽作品 :HTML5 雲端 App 遊戲 A Shiny Ball On The Cros 展覽作品 : 幼兒安全學步車 -27-

活動照片 101 年度全國職業學校電機與電子群科學生實務專題製作競賽 ( 決賽 ) 展覽作品 : 聲控安撫搖籃暨 RF 無線報知控制器展覽作品 : 交通安全輔具之設計展覽作品 : 能糾錯之無線電子音樂系統展覽作品 : 紙也能錄音系統之研究 -28-

活動照片 101 年度全國職業學校電機與電子群科學生實務專題製作競賽 ( 決賽 ) 展覽作品 : 簡易型 Smart-Home 多功能居家生活控制系統設計展覽作品 : 馭龍高手展覽作品 : 用電安全節能裝置展覽作品 : 盆栽溼度感應自動澆花系統 -29-

活動照片 101 年度全國職業學校電機與電子群科學生實務專題製作競賽 ( 決賽 ) 展覽作品 : 以手持智慧裝置啟閉電動捲門之研究展覽作品 : 具教育功能之兒童學習收納箱展覽作品 : 無線視訊雙模遙控搬運車展覽作品 : 智慧型高科技電子鎖 -30-

活動照片 101 年度全國職業學校電機與電子群科學生實務專題製作競賽 ( 決賽 ) 展覽作品 :3G 智慧型太陽能盆栽整合系統展覽作品 : 智慧型停車場引導系統展覽作品 : 移動式廣告系統決賽報到概況 -31-

活動照片 101 年度全國職業學校電機與電子群科學生實務專題製作競賽 ( 決賽 ) 決賽評分概況決賽評分概況決賽評分概況決賽評分概況決賽評分概況決賽評分概況決賽評分概況決賽評分概況 -32-

活動照片 101 年度全國職業學校電機與電子群科學生實務專題製作競賽 ( 決賽 ) 決賽評分概況決賽評分概況參賽學生與作品合照參賽學生與作品合照參賽學生與作品合照參賽學生與作品合照參賽學生與作品合照參賽學生與作品合照 -33-

活動照片 101 年度全國職業學校電機與電子群科學生實務專題製作競賽 ( 決賽 ) 參賽學生與作品合照參賽學生與作品合照參賽學生與作品合照參賽學生與作品合照參賽學生與作品合照參賽學生與作品合照參賽學生與作品合照參賽學生與作品合照 -34-

活動照片 101 年度全國職業學校電機與電子群科學生實務專題製作競賽 ( 決賽 ) 頒獎實況第一名 : 省點力 " 氣 " - 魚塭省電利器高雄高級工業職業學校第一名 : 紙也能錄音系統之研究大榮高級中學第二名 : 幼兒安全學步車育達高級中學第三名 : 交通安全輔具之設計桃園縣私立治平高級中學佳作 : 智慧型停車場車位引導系統國立台中高級工業職業學校佳作 : 無線視訊雙模遙控搬運車花蓮縣私立中華高級工商職業學校 -35-

活動照片 101 年度全國職業學校電機與電子群科學生實務專題製作競賽 ( 決賽 ) 頒獎實況佳作 : 馭龍高手國立大甲高級工業職業學校佳作 : 簡易型 Smart-Home 多功能居家生活控制系統設計臺北市立松山高級工農職業學校佳作 : 能糾錯之無線電子音樂系統國立岡山高級農工職業學校佳作 :HTML5 雲端 App 遊戲 A Shiny Ball On The Cross 國立臺中高級工業職業學校 -36-

伍實務專題製作競賽 ( 複賽 ) 優良作品名錄

實務專題製作競賽 ( 複賽 ) 件數統計一 101 年度全國高職電機與電子群科學生實務專題製作競賽 ( 複賽 ) 參賽件數統計 : 1 參賽隊數共 200 隊 2 參賽學校總數共 56 校 3 參賽學生人數共 604 人 4 參賽教師人數共 320 人評選出 19 件優良作品 ( 優勝 ), 佳作 44 件二 98-101 專題製作競賽 ( 複賽 ) 收件數統計 98 專題製作競賽參賽學校與件數參賽學校件數參賽學校件數參賽學校件數台中高工 36 君毅高中 2 育達高中 1 啟英高中 13 台南高工 2 沙鹿高工 1 海山高工 8 中山工商 2 西螺農工 1 內湖高工 4 霧峰農工 1 民雄農工 1 大甲高工 4 彰師附工 1 北港農工 1 二林工商 4 僑泰中學 1 水里商工 1 嶺東中學 3 新興高中 1 木柵高工 1 新營高工 3 景文高中 1 內埔農工 1 崇實高工 3 復興商工 1 內思高工 1 宜寧高中 3 淡水商工 1 大德工商 1 旗山農工 2 南山高中 1 大安高工 1 泰山高中 2 花蓮高工 1 桃園農工 2 東港水產 1 南港高工 2 岡山高農 1 松山工農 2 協和工商 1 共 42 所 120 件 -37-

99 專題製作競賽參賽學校與件數參賽學校件數參賽學校件數參賽學校件數臺中高工 24 協志工商 3 西螺農工 1 二林商工 10 海青工商 3 君毅高中 1 木柵高工 8 內湖高工 2 金門農工 1 光華高工 8 南山高中 2 南強工商 1 大甲高工 7 蘇澳海事 2 霧峰農工 1 立志中學 6 鶯歌工商 2 南港高工 1 淡水商工 5 後壁高中 2 苗栗農工 1 復興商工 5 格致中學 2 高雄高工 1 二信高中 4 桃園農工 2 培德工家 1 育達高中 4 崇實高工 2 景文高中 1 協和工商 4 嘉陽高中 2 慈明高中 1 東勢高工 4 嘉義高工 2 新營高工 1 松山工農 4 嶺東高中 2 磐石高中 1 大安高工 3 民雄農工 1 羅東高工 1 台南高工 3 白河商工 1 共 45 所 143 件 100 年度實務專題製作 ( 複賽 ) 參賽學校與件數參賽學校件參賽學校件參賽學校件參賽學校件參賽學校件數數數數數臺中高工 12 二林工商 4 台南海事 2 清華高中 1 大榮中學 1 松山工農 10 新營高工 4 玉井工商 2 東勢高工 1 育達高中 10 內湖高工 4 崇實高工 2 中山工商 1 大安高工 7 中正高工 3 埔里高工 2 大湖農工 1 治平高中 7 高苑工商 3 彰師附工 2 北港農工 1 致用高中 6 霧峰農工 3 南山高中 2 臺南高工 1 苗栗農工 6 二信高中 3 宜寧中學 1 永靖高工 1 淡水商工 6 光華高工 3 景文高中 1 大德工商 1 高雄高工 5 南強工商 2 二信高中 1 南強工商 1 大甲高工 5 大明高中 2 大德工商 1 後壁高中 1 岡山農工 5 明道高中 2 正德高中 1 龍潭農工 1 桃園農工 5 復興商工 2 莊敬工家 1 培德工家 1 木柵高工 5 達德商工 2 開明工商 1 聖心高中 1 高英高商 4 四維高中 2 東石高中 1 萬能工商 1 立志中學 4 治平高中 2 啟英高中 1 協志工商 1 共 61 所 176 件 -38-

參賽學校件數 101 年度實務專題製作 ( 複賽 ) 參賽學校與件數參賽學校件參賽學校件參賽學校件參賽學校件數數數數大安高工 12 致用高中 6 桃園農工 3 瑞芳高工 2 長榮中學 1 台中高工 10 清華高中 6 啟英高中 3 聖心高中 2 二林工商 1 光華高工 10 二信高中 5 達德商工 3 大成商工 1 培德高工 1 立志高中 8 中正高工 5 彰師附工 3 大湖農工 1 復興商工 1 育達高中 8 岡山農工 5 大榮高中 2 中華工商 1 智光商工 1 松山工農 8 霧峰農工 5 四維高中 2 六和高中 1 新竹高工 1 高英工商 8 南山高中 4 永平工商 2 北門農工 1 旗山農工 1 大甲高工 7 羅東高工 4 玉井工商 2 正德高中 1 蘇澳海事 1 木柵高工 7 中山工商 3 治平高中 2 西螺農工 1 明道中學 7 北港農工 3 南港高工 2 協志工商 1 高雄高工 7 東勢高工 3 景文高中 2 宜寧中學 1 內湖高工 6 苗栗農工 3 新營高工 2 東石高中 1 共 56 所 200 件 -39-

三複賽得獎名單 101 年度全國高職學生實務專題製作競賽 ( 複賽 ) 優勝名單項次專題名稱學校指導教師參賽學生 1 省點力氣魚塭省電利器高雄市立高雄高級工康姿瑩蔡志宏詹濬鍵陳惇介胡祖康業職業學校 2 自動調節車流號誌系統國立臺中高級工業職謝佳燁謝佳熹林怡瑄藍啟民業學校張珮穎 3 智慧型停車場引導系統國立台中高級工業職陳柏儒許原綦張育菘洪肇聰賴學良業學校張富翔陳昀 4 幼兒安全學步車桃園縣育達高級中學曾俊霖吳俞宏吳貴翔 5 交通安全輔具之設計桃園縣私立治平高級許智偉陳應傑陳宗銘張菀渝游聖強中學 6 紙也能錄音系統之研究 7 馭龍高手 8 智慧型高科技電子鎖 9 10 以手持智慧裝置啟閉電動捲門之研究盆栽溼度感應自動澆花系統 11 無線視訊雙模遙控搬運車 12 13 14 15 具教育功能之兒童學習收納箱聲控安撫搖籃暨 RF 無線報知控制器簡易型 Smart-Home 多功能居家生活控制系統設計能糾錯之無線電子音樂系統 16 移動式廣告系統 17 用電安全節能裝置 18 3G 智慧型太陽能盆栽整合系統 19 HTML5 雲端 App 遊戲 A Shiny Ball On The Cros 高雄市私立大榮高級中學國立大甲高級工業職業學校臺北市立松山高級工農職業學校高雄市中山高級工商職業學校國立羅東高級工業職業學校花蓮縣私立中華高級工商職業學校高雄市中山高級工商職業學校國立彰化師範大學附屬高級工業職業學校臺北市立松山高級工農職業學校國立岡山高級農工職業學校臺北市立大安高級工業職業學校國立大甲高級工業職業學校林進雄曾建誌王建仁蘇進聰吳隆憶陳佑瑋成世軒蘇哲賢孔韻堯林建志林義峰連軒笠黃彥岳曾仲豪洪建睿黃建軒蘇雋仁黃煜翔吳耀庭楊鎮澤陳明傑曾喬聆蔡兆霖黃裕峰李承璞賴明志洪進源張華麟劉育承陳信宏楊鎮澤吳孟賢林允正鄭才新盧正川楊耀廷張顯盛謝易裕高雄市私立立志中學岳彩萱戴宏原國立台中高級工業職業學校張元庭李正中吳哲豪曾林政吳怡逸鄭哲昀白紹群林柏佑洪懿德余政旭柯貿晟宋旻諺鄭智文張家銘洪培真楊璧菁蘇威廷王勁為陳品宏江心安陳思齊鄭啟良王思閎黃羽鴻陳哲勳蔡承峰陳俊宏吳政諺廖建棋 -40-

101 年度全國高職學生實務專題製作競賽 ( 複賽 ) 佳作名單項次專題名稱學校指導教師參賽學生 1 自行車防撞系統裝置研究苗栗農工林己超葉華淼 2 只在此山中, 雲深不之處 3 人機自動化裝配監控系統 4 智慧型看護系統 5 6 7 智慧型溫濕度控制及自動斷電系統之應用創意紅綠燈流量控制及緊急狀況之設計建構點滴注射無線監控系統 8 高級商旅系統 9 智慧型多功能窗戶自動控制系統 10 整合型可攜式電子儀器 11 智慧型相機平衡裝置 12 智慧型遠距醫療監控系統 13 冷藏杯座 14 書光外洩 15 昆蟲保溫箱 16 水氣冷複合式 CPU 散熱器 17 改良式紅外線節能控制器 18 下車守護神台北市立南港高級工業職業學校台北市立南港高級工業職業學校私立智光高級商工職業學校國立羅東高級工業職業學校國立羅東高級工業職業學校國立新營高級工業職業學校國立台中高級工業學校國立臺中高級工業職業學校國立東勢高級工業職業學校桃園縣育達高級中學國立彰化師範大學附屬高級工業職業學校台北市立木柵高級工業職業學校臺北市立木柵高級工業職業學校台北市立木柵高級工業職業學校臺北市立木柵高級工業職業學校私立高英高級工商職業學校台北市市立內湖高級工業職業學校王溫鋒黃文林蔡承璋黃文林陳彥銘許保強徐心詳劉培嘉王振裕鄭吉成王晨洋張元庭徐毅曾俊霖林全財劉啟欣林堯斌鄭美惠劉啟欣鄭龍嶽劉啟欣簡琨祥楊明豐陳和瑞徐義屏吳偉榤羅宇材林雅堂江明駿陳建偉戴文揆張勝凱林泓亦簡紹欽林永育謝名威蒲昱翔李樂黃國瑜簡士捷簡宏儒林煒傑陳怡安吳宇翔陳俊宇謝明達沈致安柯如昱廖茂鈞黃浤瑄陳岳世廖羿竹陳昶屹張欣立吳建瑋江孟融許景翔林庭安洪瑋澤蔡文琪謝昀蓁廖傑偉閻明翌林庭豪唐肇澧李孟翰徐麒軒姚嘉昇劉嘉欣史浩辰林軒丞施禹志成杰駿郭子俞曾昱豪謝承佑凌澤生劉兆霖梅晏綸楊子平李木車呂建良林義翰王濰亘吳冠霖黃琪玲莊盛勛顏振紘邱奕憲楊孟軒葉韋宏甯尚勤 -41-

101 年度全國高職學生實務專題製作競賽 ( 複賽 ) 佳作名單項次專題名稱學校指導教師參賽學生 19 數字大風吹一線生機智慧型災難逃 20 生導引系統 21 火速離場智慧型消防逃生系統 22 停車場會員管制系統 23 遊走虛擬世界 24 會說話的水管 25 節淨所能 26 27 台北市立內湖高級工業職業學校臺北市立內湖高級工業職業學校台北市立內湖高級工業職業學校臺北市立松山高級工農職業學校臺北市立松山高級工農職業學校國立岡山高級農工職業學校國立岡山高級農工職業學校可攜式數位乙級機台 - 以私立永平高級工 ALTERA 3064 晶片設計四商職業學校位元多工顯示器感測照度自動轉向太陽能板 28 路面崎嶇戰將 29 太陽能道路救援安全裝置 30 精采時刻 31 LED 立體矩陣及動畫產生器 32 省空間的自動化停車系統 33 簡易掌上型遊戲機 34 創造無線商機 35 全頻域消音系統 36 Android 手機之線上即時缺曠課請假查詢系統國立北港高級農工職業學校臺北市立松山高級工農職業學校國立大甲高級工業職業學校國立大甲高級工業職業學校臺北市立大安高級工業職業學校臺北市立大安高級工業職業學校臺北市立大安高級工業職業學校高雄市私立大榮高級中學高雄市私立大榮高級中學基隆私立培德高級工業家事職業學校楊明豐周玉崑王儒彬楊明豐陳茂璋郭盈顯江明國林立銘于惇德葉秀琴蔡武光顏明輝謝易裕王建仁王敏男黃忠民蔡政安李光庭林進雄李光庭吳亦超胡俊男劉庭君陳瑜芳顏暉庭吳東城卓祥琳王晏慈朱庭萱吳銓興徐翌盛許瀚仁林浩晟蘇映竹林冠宏張博修許皓全楊孟哲洪翊凱楊曉菁郭文嘉蘇永吉王美玲林藜蓉張涵晴彭君筑李宗翰楊朝輝陳冠斌王尚偉丁可佳林彥龍吳宜家江博軒林冠廷游仁宏曾士榕王政皓黃川訓王柏筌劉士綸黃千祐沈柏宇張耀中張雅銘陳亞德葉騰遠葉軍廷鄭浩鈞蔡明融吳政億馬奕亘廖泓銓蔡昕晏謝仕賢沈倉正林睿琰張芸瑄吳昱廷衡冠毓蘇暐能覃政祥賴昱明 -42-

101 年度全國高職學生實務專題製作競賽 ( 複賽 ) 佳作名單項次專題名稱學校指導教師參賽學生 37 38 39 電腦輔助電路設計之鑽孔機以隨身碟認證之無人鑰匙管理系統具遠端監控功能之風力發電機 40 視障安全帽 41 智慧型碳足跡記錄器 42 BJT-NPN 型電晶體輸出特性曲線描跡器 43 多功能餐廳應用裝置 44 地震來臨安全防護系統私立致用高級中學高雄市中山高級工商職業學校國立大湖高級農工職業學校桃園縣清華高級中學高雄市私立大榮高級中學國立桃園高級農工職業學校新北市私立南山高級中學新北市私立南山高級中學林聖賢楊鎮澤黃奕凱龔承濬林哲弘林進雄康彥忠林進芳紀珮茹林政煌林政煌李維盛楊秉軒林亞博林志惟陳承楷范宣智洪俊傑江孝俊潘友任林學廷張文康呂振嘉羅筱雅林合哲郭麗玲蔡嘉峻李堃豪夏雨捷陳祈佑包致豪柯皓翔杜冠至范綱明李坤融任威竹王聖瑋王宗河陳翊桓許廣宇楊壹証 -43-

四決賽得獎名單 101 年度全國高職學生實務專題製作競賽 ( 決賽 ) 得獎名單等第專題名稱學校指導教師參賽學生第一名省點力氣魚塭省電利器第一名紙也能錄音系統之研究第二名幼兒安全學步車第三名交通安全輔具之設計佳作 HTML5 雲端 App 遊戲 A Shiny Ball On The Cros 佳作能糾錯之無線電子音樂系統佳作智慧型停車場引導系統佳作簡易型 Smart-Home 多功能居家生活控制系統設計佳作馭龍高手佳作無線視訊雙模遙控搬運車佳作移動式廣告系統高雄市立高雄高級工業職業學校高雄市私立大榮高級中學桃園縣育達高級中學桃園縣私立治平高級中學國立台中高級工業職業學校國立岡山高級農工職業學校國立台中高級工業職業學校臺北市立松山高級工農職業學校國立大甲高級工業職業學校花蓮縣私立中華高級工商職業學校臺北市立大安高級工業職業學校康姿瑩蔡志宏林進雄曾建誌曾俊霖許智偉陳應傑張元庭盧正川楊耀廷洪肇聰賴學良鄭才新王建仁陳信宏張顯盛詹濬鍵陳惇介胡祖康吳隆憶陳佑瑋成世軒蘇哲賢孔韻堯吳俞宏吳貴翔陳宗銘張菀渝游聖強廖建棋洪培真楊璧菁蘇威廷王勁為陳柏儒許原綦張育菘張富翔陳昀鄭智文張家銘林建志林義峰連軒笠黃彥岳李正中吳哲豪曾林政陳品宏江心安陳思齊鄭啟良 -44-

陸實務專題製作競賽 ( 複賽 ) 優良作品集

目錄高雄市立高雄高級工業職業學校 _ 省點力氣魚塭省電利器 ( 決賽第一名 ) 46 高雄市私立大榮高級中學 _ 紙也能錄音系統之研究 ( 決賽第一名 ) 63 桃園縣育達高中 _ 幼兒安全學步車 ( 決賽第二名 ) 82 桃園縣私立治平高級中學 _ 交通安全輔具之設計 ( 決賽第三名 ) 100 國立臺中高級工業職業學校 _ 智慧型停車場引導系統 ( 決賽佳作 ) 120 國立大甲高級工業職業學校 _ 馭龍高手 ( 決賽佳作 ) 131 花蓮縣私立中華高級工商職業學校 _ 無線視訊雙模遙控搬運車 ( 決賽佳作 ) 150 臺北市立松山高級工農職業學校 _ 簡易型 Smart-Home 多功能居家生活控制系統設計 ( 決賽佳作 ) 168 國立台中高級工業職業學校 _HTML5 雲端 App 遊戲 A Shiny Ball On The Cross( 決賽佳作 ) 189 國立岡山高級農工職業學校 _ 能糾錯之無線電子音樂系統 ( 決賽佳作 ) 212 臺北市立大安高級工業職業學校 _ 移動式廣告系統 ( 決賽佳作 ) 234 高雄市中山高級工商職業學校 _ 以手持智慧裝置啟閉電動捲門之研究 255 國立羅東高級工業職業學校 _ 盆栽溼度感應自動澆花系統 269 高雄市中山高級工商職業學校 _ 具教育功能之兒童學習收納箱 287 國立臺中高級工業職業學校 _ 自動調節車流號誌系統 303 臺北市立松山高級工農職業學校 _ 智慧型高科技電子鎖 316 國立彰化師範大學附屬高級工業職業學校 _ 聲控安撫搖籃暨 RF 無線報知控制器 337 國立大甲高級工業職業學校 _ 用電安全節能裝置 358 高雄市私立立志中學 _3G 智慧型太陽能盆栽整合系統 378-45-

101 年全國高職學生實務專題製作競賽暨成果展報告書題目 : 省點力氣 - 魚塭省電利器指導老師 : 康姿瑩蔡志宏參賽學生 : 詹濬鍵陳惇介胡祖康學校名稱 : 高雄市立高雄高級工業職業學校群科別 : 電機與電子群別 : 資訊科中華民國 1 0 1 年 3 月 2 0 日 -46-

省點力氣 - 魚塭省電利器摘要由於亞洲水產養殖產量佔全球九成, 台灣更是水產種苗之先驅, 養殖環境的好壞便是影響水產的品質與產量的重要一環, 降低成本更是提高獲利的不二法門本研究試作養殖魚塭環境監測系統, 搭配自製低造價溶氧計感測水中含氧量來控制打水機達到節能的目的設計感測電路與溶氧計來偵測水中溫度環境亮度以及水中溶氧量, 應用網路資料擷取器, 搭配資料庫與網頁存取養殖魚塭環境數據, 讓使用者可隨時隨地使用網路瀏覽環境資訊, 擁有不受地域限制之功能本系統只需要設置一台伺服器網路資料擷取器感測電路以及自製溶氧計, 成本約為一萬元新台幣內, 可以降低養殖漁民之負擔, 並具備有效監控魚塭環境與節能之優點壹前言關鍵字 : 水產養殖環境監控漁塭節能一研究動機聯合國糧農組織 (FAO) 統計,2001 年亞洲水產養殖產量已占全球產量的 90.8%, 包含海峽兩岸以及東南亞都是世界級的養殖重鎮, 其中, 台灣更是水產種苗的先驅, 種苗培育技術獨步全球, 是亞洲眾多國家的種苗供應中心 ( 李國誥冉繁華沈士新,2009) 聯合國糧農組織 (FAO) 指出歷經 40 年後, 養殖漁業供應全球人類將近一半 (47%) 的食用漁產品因此, 不論是陸上養殖亦或是海上養殖, 全球許多國家競相發展或擴大養殖產業, 以滿足全球日益增加的魚類需求, 台灣養殖漁業如何迎合此波趨勢 ( 江福松李篤華孫金華呂麗蓉陳彥宏, 2009)? 另一方面, 在養殖業中常常有超抽地下水的情形, 無論淡水海水以及廣鹽性 ( 半鹹水 ) 的養殖漁業在水源擷取方面, 淡水水源主要導引自溪河水及灌溉渠道內水源, 鹹水水源則以引進漲潮時順大排水溝而進入村內的海水為主, 部分魚塭地區則因受限於所在位置遠離淡水及海水水源的緣故, 為顧及生計, 只好採取變通方式, 也就是抽取地下水資源, 不過這樣的行為, 也引發許多長期困擾而這樣的情形, 導致地層下陷等種種衍生問題 ( 陳春涼,2010), 雖然政府鼓勵可以採取海外養殖的方式, 減少這方面的情形, 但成本過高的問題該如何解決? 除此之外, 居家養魚的人口也不在少數, 在眾多住家擺設中, 時常會放置一缸水族箱來點綴室內景觀, 或用來提升整個屋舍的風水運勢, 甚至來增加個人生活上的樂趣等但魚缸內環境的維護是養好魚隻最重要的苦差事, 相信很多人都會因為不妥善的照顧, 而將魚養到死掉的經驗, 要如何花少少的時間與金錢, 給魚兒一個最舒適的環境呢? 綜合上面的動機, 本團隊擬訂出方向, 以試作養殖魚塭環境監測系統為主軸, 讓飼主能即時觀測環境參數, 並且有效控制水質與用電量, 希冀能解決上述問題, 帶給其他人生活更多的便利與樂趣 -47-1

貳研究目的為了方便養殖業者可以即時監控水質參數, 並且讓系統控制打水幫浦來節能省電, 本系統使用 ASP.NET SQL Server VB2008 等軟體, 並整合監測電路等硬體設備, 研究目的在建立一套環境監控系統, 提供的各項功能如下 : 一線上瀏覽目前測量之環境數據二控制打氣幫浦於水中溶氧量過低時啟動, 正常時關閉三提供使用者紀錄餵食魚隻與清理環境的時間四讓使用者能自行設定監控環境的參數值使用此套系統定期檢查各種環境因素 ( 含氧量溫度混濁度等 ) 以避免魚隻死亡而為方便飼主在維護魚缸時不需購買昂貴又零碎的設備儀器 ; 並且飼主可以透過網際網路就能取得現在魚缸的狀態, 當有緊急狀況時也能及時的做出反應即便魚兒生活侷限於那小小的玻璃世界, 仍然可以像活在大海般如此地寬廣舒適參研究設備及器材一軟硬體設備與器材研究中所使用的硬體與軟體, 如下表所示 : 名稱規格數量 ( 單位 ) 網路擷取器 ADAM-6052 1( 台 ) 智慧型手機 HTC Desire 1( 台 ) 溶氧感測器 Oxi 3210 SET 2 1( 台 ) 個人電腦 CPU:i7-2600K RAM:DDR3 1333 2G 1( 台 ) HDD:SATA 3.0Gb/s 320GB 螢幕 19 吋 LCD 1( 台 ) 表 1 硬體設備名稱版本數量 ( 單位 ) PC 作業系統 Windows 7 1( 套 ) 資料庫系統 Microsoft SQL Server 2008 1( 套 ) 開發環境 Microsoft Visual Studio 2008 1( 套 ) 表 2 使用軟體 -48-2

二感測電路裝置 ( 一 ) 本電路使用材料如下表 : 名稱規格數量 ( 單位 ) 發光二極體紅色 1( 顆 ) 電阻 240 Ω 3.6 KΩ 10 KΩ 200Ω 1.8 KΩ 2( 顆 ) 1( 顆 ) 1( 顆 ) 1( 顆 ) 1( 顆 ) 排阻 1.8 KΩ 1( 組 ) 可變電阻 10 KΩ 1( 顆 ) 連接座 8 pin 2( 個 ) 4 pin 1( 個 ) 3 pin 7( 個 ) 表 3 感測電路材料表 ( 二 ) 偵測控制工作原理 : 以電腦程式控制網路擷取器輸出端前三 port 來控制電路上 74138 解碼器做三對八解碼, 也免除掉直接控制網路延遲會造成的同時啟動訊號來源造成訊號干擾,74138 輸出接到光耦合 IC 做訊號開關, 以類似電晶體但兩端電源不互相干擾, 各訊號原在輸入前皆改為電壓輸入, 訊號選擇後送入 OPA 運算放大器放大十倍, 而直接輸入 ADC 類比轉數位, 基準電壓為 3V, 控制在範圍內而做出最大解析度, 轉換後二進制八位元的數值經由網路截取器傳回以供電腦判讀 3-49-

偵測控制電路圖如下 : 圖 1 感測電路設計圖電路成果使用自製雕刻機蝕刻電路焊製而成, 如下圖 : 圖 2 雕刻電路板 -50-4

三網路資料擷取器本研究採用 Adventech ADAM-6052 的網路資料擷取器, 由外部感測電路送訊號給擷取器中的 DI0~DI7 輸入腳位, 經由 Ethernet 傳送到一網路位置, 透過程式控制判斷目前溫度光照溶氧量, 並更新至資料庫以下為 ADAM-6052 的接腳圖與內部圖 : 圖 3 網路擷取器應用腳位圖 4 網路擷取器內部構造圖 -51-5

四資料庫建置本研究使用由微軟公司開發出的 Microsoft SQL Server, 是一款關聯式資料庫系統, 運用在資料的儲存更新與查詢上主要使用語言為 ANSI-SQL Transact-SQL 五網站架構圖 5Microsoft SQL server 2008 執行畫面 ASP.NET 由微軟公司在.NET Framework 中提供的一個開發平台用途在 Html CSS JavaScript 上建構網站或網站 APP 它可以使用 VB.NET C# 等.NET Framework 所支援的程式語言來架構, 更提供簡易的所見即所得介面, 方便不熟悉使用 Html 標籤語言的使用者更容易上手 ; 而且,ASP.NET 也在與資料庫結合上給予做好的控制項, 讓資料可以更彈性的在網站上呈現六自製含氧感測計圖 6 ASP.NET 6 執行畫面 -52- ( 一 ) 自製溶氧感測計需要之材料如下表 : 感測器項目材料名稱材料規格尺寸

六自製含氧感測計圖 6 ASP.NET 執行畫面 ( 一 ) 自製溶氧感測計需要之材料如下表 : 感測器項目材料名稱材料規格尺寸電極材料 ( 陰極 ) 電極材料 ( 陽極 ) 細銀線薄鋅片直徑 1.9mm 長度 70.0mm 厚度 1.0mm 長度 70.0mm 寬度 10.0mm 透氧膜 PE 保鮮膜厚度 0.05mm 電流導線一般單芯線 0.75mm2 感測器結構體市售塑膠外殼內徑 12mm 長度 71.0mm 電流轉換電阻 1KΩ 束縮圈橡皮筋封閉缺口透明膠帶電解液 KCl ( 氯化鉀 ) 1M 固定電極與電線矽利康中性透明表 4 含氧感測計所需材料使用之細銀線每條新台幣貳百伍十元整, 薄鋅片一片新台幣貳十元整塑膠 7 外殼可用市售 CD 的布丁筒中間的圓柱製作一支溶氧感測計的成本大約新台幣參佰元整 ( 二 ) 含氧感測計製作過程將銀線和鋅片各在其一端利用導線延長, 將銀線及鋅片以導線連接的地方用矽利康固定於塑膠管中 ( 彼此不相接觸 ), 待矽利康凝固後以電解液填充於管中, 將透氧膜緊貼在陰極斷面及電解液中 ( 此時管中不可有氣泡, 否則會影響結果 ), 以橡皮筋固定透氧膜後用膠帶包覆橡皮筋固定處, 電線的另一端正負極處以 1KΩ 電阻連接後即完成感測器電流導線加上 1KΩ 電阻的目的是將電氣化學反應產生之電流訊號轉化為電壓訊號, 藉以放大電壓強度, 以利日後可以使用電壓自動記錄器進行監測工作 ( 侯文祥鄭雅元陳以溶,2008) 其結構如下 : -53-

定處, 電線的另一端正負極處以 1KΩ 電阻連接後即完成感測器電流導線加上 1KΩ 電阻的目的是將電氣化學反應產生之電流訊號轉化為電壓訊號, 藉以放大電壓強度, 以利日後可以使用電壓自動記錄器進行監測工作 ( 侯文祥鄭雅元陳以溶,2008) 其結構如下 : 圖 7 含氧感測計結構 ( 三 ) 含氧感測計工作原理當氧化電位 Eo 較高的電極易放出電子 ; 反之, 氧化電位 Eo 較小易接受電子反應的原因是兩種不同金屬相互接合, 由於兩種金屬的電位差異, 較貴重的金屬材料作為陰極, 氧化物在表面被還原, 另一種較活潑的金屬則作為陽極, 表面開始產生腐蝕所謂腐蝕是一種電化學反應, 即氧化與還原反應的結合其產生之電流與所供給氧氣之氧氣濃度成正比, 藉由測定所產生電流可得知氧氣濃度 ( 侯文祥鄭雅元陳以溶,2008) ( 四 ) 含氧感測計之維護 8 選用較大的塑膠管填充較多的電解液可延長使用壽命感測計若是長期使用會在塑膠管內生成電解質, 使得電解液組成變化, 或附著在電極表面而無法進行良好的電氣化學反應, 此時需取下薄膜將塑膠管及電極清洗乾淨 ( 侯文祥鄭雅元陳以溶,2008) 肆研究方法一系統架構 -54-

感測計若是長期使用會在塑膠管內生成電解質, 使得電解液組成變化, 或附著在電極表面而無法進行良好的電氣化學反應, 此時需取下薄膜將塑膠管及電極清洗乾淨 ( 侯文祥鄭雅元陳以溶,2008) 肆研究方法一系統架構圖 8 魚塭監控系統架構圖二漁塭環境要素之監控 9 前端感測裝置如溫度亮度含氧等裝置透過前端電路轉換, 經由網路擷取器傳送到系統資料庫, 最終顯示資訊是由網頁呈現呈現出來的資訊可以讓使用者得知漁塭目前的水溫水下的光照水中的含氧, 使用者可由這些資訊來決定現在是否啟動水溫加熱換水等動作, 啟動打水機則是由控制擷取器的程式來決定, 決定的依據是含氧感測器的電壓, 低於標準則啟動 ; 高於則反之, 藉此來達到節能又不需耗費人工的控制打水機三前端感測裝置如何裝設? -55- 前端感測裝置都有模組化, 只要將插座插入即可使用如圖 :

現在是否啟動水溫加熱換水等動作, 啟動打水機則是由控制擷取器的程式來決定, 決定的依據是含氧感測器的電壓, 低於標準則啟動 ; 高於則反之, 藉此來達到節能又不需耗費人工的控制打水機三前端感測裝置如何裝設? 前端感測裝置都有模組化, 只要將插座插入即可使用如圖 : 圖 9 感測器模組電路板上也有針腳可直接插入模組化的感測裝置, 如圖 : 圖 10 感測電路模組四前端感測裝置多久需要更換? 水質環境的不一也會影響感測元件的壽命, 含氧感測計雖然經過 4 個月訊號會衰退, 還是能有穩定的訊號, 一般建議 3 個月清洗一次塑膠管及電極, 並且更換透氧膜 10 五如何即時呈現漁塭現在的環境狀況? 網頁上呈現的資訊包含餵食和換水的時間紀錄, 使用者更可以自行寫入餵食及換水的時間, 網頁會自動算出距離上次動作的時間, 提醒使用者餵食或換水使用者如果有可以連上網路的智慧型手機可以透過手機方便又即時的得知漁塭現在的環境狀況, 更可以查詢舊有紀錄, 也可以從網頁上得知目前應該餵食或換水六環境參數資料庫之設計 -56- 我們利用網路資料擷取器得到前端感測裝置上資料的值後, 使用 Visial Basic 2008 設計了一個處理程式, 經處理過後的資料傳送給資料庫, 讓顯示的網頁可

現在的環境狀況, 更可以查詢舊有紀錄, 也可以從網頁上得知目前應該餵食或換水六環境參數資料庫之設計我們利用網路資料擷取器得到前端感測裝置上資料的值後, 使用 Visial Basic 2008 設計了一個處理程式, 經處理過後的資料傳送給資料庫, 讓顯示的網頁可以順利拿到現在的水內狀況資料庫之資料表關聯如下 : 七魚塭即時監控網站之架設七魚塭即時監控網站之架設 ( 一 ) 網站頁面設計 ( 首一頁 ) : 網站頁面設計首頁 : 圖 11 資料表關聯性 11 圖 12 網站首頁圖 12 網站首頁使用表格排版顯示最新的測量數據, 根據使用者於設定集頁面所設定的刷新使速用度, 表定格時排的版更顯新示顯最示新資的料測, 量並數於據標, 題根橫據幅使旁用顯者示於現設在定時集間, 頁方面便所比設對定餵的食刷與新清速理度的, 時定間時 ; 的首更頁新下顯方示加資上料了, 兩並個於按標鈕題橫幅現旁在顯餵示食現在時間現, 在方清便理比, 對餵食讓使與用清者理能的在時執間行 ; 這首兩頁個下動方作加時上, 了新兩增個資按料鈕到資料現庫在紀餵錄食現在清理, 讓使用設者計能一在個執下行拉這式兩選個單動 (Drop 作時, 新 Down 增資料 List), 到資料讓庫使紀用錄者挑選所欲查詢的時間範圍, 於設範計圍一內個取下出拉在式資選料單庫 (Drop 內所存 Down 的資料 List),, 再利讓用使生用成者表挑格選的所下欲列查程詢式的碼時, 於間網範圍頁, 上於顯範示圍出內目取前出環在境資參料數庫內所存的資 -57- 料, 再利用生成表格的下列程式碼, 於網頁上顯示出目前環境參數 ( 二 ) 警示頁面設計

圍, 於範圍內取出在資料庫內所存的資料, 再利用生成表格的下列程式碼, 於網頁上顯示出目前環境參數 ( 二 ) 警示頁面設計我們給顯示出的目前環境參數加上三種不同的顏色紅色 (RGB #FF0000): 表示測量的值低於設定標準綠色 (RGB #009900): 表示測量的質符合設定標準黑色 (RGB #000000): 表示未經判斷讓使用者可輕易的判斷出現在缸內狀態符合標準 13 13 另外我們用 Microsoft SQL 圖 server 13 資內料的網頁設畫存面程序 (Stored Producer), 先把下列的程式碼存在資料庫內, 另外我 Microsoft SQL 圖讓 server 13 之資後料能網直頁接畫呼面叫此程序做出一連串的處理這段預存 (Stored Producer), 先另程外序我是們用在 Microsoft 設定集 SQL 內 server, 當使內用的者設定存完程標序準 (Stored 值後呼叫 Producer), 此程序這種先作把法把下可下另列減列外的少的我在程們網式用頁碼上 Microsoft 存的在程資式料碼 SQL 庫大內小, server 讓之後內能的直接設呼存叫程此序程 (Stored 序做出一連 Producer), 串的的處處理理這先這把段段下預預另列存存外的程我程序們式是碼用存 Microsoft 在資設料定庫 SQL 集內, 內 server 讓, 之當使後內用能的者直設接定呼存完叫程標此序準程 (Stored 值序後做呼出叫一此連 Producer), 程串序的處這這理種種作作先這把段法法下預可可列存減減的程少程序在式是網碼用頁存在上在的設資程定料式集庫碼內大內, 小, 讓當之使後用能者直設接定呼完叫標此準程值序後做呼出叫一此連程串序的處這理種作這伍段法預可存減結程少序在果是網與用頁討在上的論設程定式集碼大內小, 當使用者設定完標準值後呼叫此程序這種作法可減少在網頁上的程式碼大小一伍成結果果展示與討論伍結果與討論伍一結成果展與示討論一成果展示一成果展示圖 13 資料網頁畫面本研究發展之智慧節能魚塭系統成果如下 : 本本研研究發展之智慧節能魚塭系統成果如下 : 本研究發展之智慧節能魚塭系統成果如下 : 本研究發展之智慧節能魚塭系統成果如下 : 12 圖 14 自製溶氧感測計圖 14 自製 -58- 溶氧感測計圖 14 自製溶氧感測計圖 14 自製溶氧感測計圖 14 自製溶氧感測計

圖 15 魚塭環境感測電路圖 15 魚塭環境感測電路圖 16 水濁度記錄一覽圖 16 水濁度記錄一覽 -59-14

二結論 ( 一 ) 本研究系統與傳統養殖魚塭之比較如下 : 功能說明魚池總管系統傳統魚塭設備混濁度監測有可能有溫度監測有可能有溶氧量監測有無打氣幫浦控制有無即時記錄監控參數有無網頁控制平台有無表 5 魚池總管 v.s. 傳統魚塭 ( 二 ) 實驗數據為了比較一般未經控制的打水機與節能控制的打水機兩者的環境以及對魚的影響, 本實驗設置了相同兩個魚缸, 放置在相同的房間內, 詳細實驗環境如下 : 未控制的魚缸節能控制的魚缸放養魚隻數 21( 隻 ) 21( 隻 ) 放置水草數 2( 片 ) 2( 片 ) 打水機型號 AP-3500 AP-3500 表 6 實驗環境 1. 實驗步驟 : (1). 將兩個魚缸同時打水 48 小時, 將魚隻放入魚缸 24 小時候觀察環境是否適合魚隻, 確認兩缸皆無魚隻死亡便開始進行實驗 (2). 開始實驗時清空所有資料庫的資料, 並且將一缸的打水機停止, 觀察含氧計測得之電壓是否呈現平穩下降之趨勢, 而持續打水的另一缸之含氧計測得之電壓呈現平穩, 將魚缸放置在相同環境下 8 小時所記錄的含氧計電壓數值圖表如下 : 15-60-

圖 17 放置 8 小時的兩支含氧計的電壓 ( 單位為伏特 ) 經過以上實驗後我們可以得知關閉打水機的魚缸之含氧量約在 0.4 ~ 0.5 之間最為平穩, 也就是說在此電壓範圍內氧氣的下降速率最小, 因此我們將啟動打水機的門檻設置在 0.4 ~ 0.3 之間, 以下是自動節能控制後的氧氣比較圖 : 圖 18 節能控制後的兩支氧氣計電壓 ( 單位為伏特 ) 由圖可知經過控制的打水機能夠讓水中的氧氣含量維持平穩, 其節能後打水時間統計如下 : 總共經過時間總共打水時間 05:12:40 02:51:06 表 7 統計打水時間 -61-16

溶氧量等以外, 本系統可以依照水中溶氧量控制打水機, 因為水中的氧氣含量會除了完整紀錄魚塭環境, 包含餵食時間換水時間水溫中亮度水中隨著除天了氣完變整化紀而錄有魚所塭改環變, 境所, 以包我含們餵讓食系時統間根據換魚水兒時需間求調水整溫打水機中的亮運度轉水時中間溶氧量等以外, 本系統可以依照水中溶氧量控制打水機, 因為水中的氧氣含量會溶以氧達量節等能以目外的, 又本不系至統讓可魚以群依死照亡水, 中其溶節氧能量打控水制時打間水如機下, 圖因所為示水 : 隨著天氣變化而有所改變, 所以我們讓系統根據魚兒需求調整打中水的機氧的氣運含轉量時會間隨除了完整紀錄魚塭環境, 包含餵食時間換水時間水溫中亮度水中以著達天節氣能變目化的而又有不所至改讓變魚, 群所死以亡我, 們其讓節系能統打根水據時魚間兒如需下求圖調所整示打 : 水機的運轉時間溶以氧達量節等能以目除外的了, 又完本不整系紀至錄統讓可魚塭以群環依死境照, 亡包水, 含中其餵溶節食氧能時量打間控水換制時水打間時水如間機下, 水圖因溫所為示水 : 中亮的度氧水氣中含量會隨著天溶氣氧變量化等而以有外, 所本改系變統, 可所以以依我照水們中讓溶系氧統量根控制據打魚水兒機需, 求因為調水整中打的水氧機氣的含量運會轉時間以達節隨能著目天的氣又變不化而至有讓所魚改群變, 死所亡以, 我其們節讓系能統打根水據時魚間兒如需求下調圖整所打示水 : 機的運轉時間以達節能目的又不至讓魚群死亡, 其節能打水時間如下圖所示 : 圖 19 省電效能未來希望能夠經過大量實驗找出圖打 19 水省效電率效最能好的電壓值, 讓省電效率更加可觀圖 19 省電效能未來希望能夠經過大量實驗找出打水效率最好的電壓值, 讓省電效率更加可未來希望能夠經過大量實驗電壓值, 讓省電效率更加可觀未來希望能夠經過大量實驗找出圖打 19 水省效電率效最能好的電壓值, 讓省電效率更加可觀觀最後透過網站畫面的資料顯示, 提供使用者視覺化且整理過的詳細資料, 也可經未由來選希取望時能間夠範經圍過的大查量詢實, 驗了找解出各打時水候效的率水最族好狀的況, 電更壓可值藉, 讓此省判電斷效魚率隻更健加康可狀觀最後透最過後網透站過網畫站面畫的面資的料資料顯顯示, 提供使用者視覺化且且整理整過理的過詳細詳資細料, 資也料也況是最否可後安經透好由過魚選網塭取站環時間畫境範面使圍的否資需查料清詢, 顯理了示或, 提調供整使, 用者再視透覺過化自更可且行藉整設此理定判過的斷環魚詳境隻健細標康資準狀料, 也交可經由選取時間範圍的查詢, 了解各時候的水族狀況, 更可藉此判斷魚隻健康狀可由經程由式況選判是取斷否時處安間理好範況是否安好魚塭魚環圍塭境的環使查境否詢使需, 否了需清清解理各或時調候整的, 水族再狀透況, 過自更自行可設行定藉設的此定環判的境斷環標魚境準, 隻標交健準康, 狀交最由後程透式過判網斷站處理畫面的資料顯示, 提供使用者視覺化且整理過詳細資料也由況程是式否判安斷好處魚理塭環境使否需清理或調整, 再透過自行設定的環境標準, 交由可程經式由選取時間範圍的查詢, 了解各時候的水族狀況, 更可藉此判斷魚隻健康狀在判硬斷體處電理路的部份仍可再延伸功能, 例如自動恆溫裝置自動控制水閘等自況是否安好在硬魚體塭電路環的境部使份否仍需可清再延理伸或功調能整,, 例如自動再恆透溫過裝自置行自設動定控的制環水閘境等標自準, 交動化功能, 但本系統仍以節能節省成本為目標若是廣佈本系統在個不同區域, 由程在式動硬判化體斷功電處能路理, 但的本部系份統仍以可節再能延伸節省功成能本, 為例目如標自若動是恆廣溫佈裝本置系統在自個動不控同制區水域, 閘等自測量在到測硬之量體數到電據之路資數的料據資部也料份可也仍供可環供再境環境延專專伸家家功分分能析析, 該例地如區養自養殖動殖的恆的生溫生態裝態, 想置, 想必必能自能對動對台控台灣制灣動化功能, 但本系統仍以節能節省成本為目標若是廣佈本系統在個的不水的同產閘水區等產域自, 動養測化殖量功技到養能術之殖, 有數技但不據術本小資有系的料不統提小也仍昇的可提以供昇節環能境專節家省分成析本該為地目區標養若殖是的廣生佈態, 本想系必統能在對個台不灣同的區水域產, 測量在到硬之體數電據路資料部也份可仍供可環再境延專伸家功分能析, 該例地如區自養動殖恆的溫生裝態置, 想必自能動對控台制灣水的閘水等產自養殖技術有不小的提昇動陸化功參能, 考但本系養殖技術有不小的統提仍昇以節能節省成本為目標若是廣佈本系統在個不同區域, 測量到之數據資料也可供環境專家分析該地區養殖的生態, 想必能對台灣的水產 [1] 王紹宇基於無線感測網路的水產養殖溶氧度監控系統 (2009) 養殖技術有不小的提昇 [2] 江福松李篤華孫金華呂麗蓉陳彥宏因應全球魚類需求增加台灣養殖漁業發展策略分析 (2009) [3] 李國誥冉繁華沈士新我國養殖漁業發展策略研究 (2009) [4] 周棟祥吳進魯 ASP.NET4.0 專題實務 I- 入門實戰篇台北市 : 松崗資訊股份有限公司 (2010) [5] 周棟祥吳進魯 ASP.NET 專題實務 II- 範例應用與 4.0 新功能台北市 : 松崗資訊股份有限公司 (2011) [6] 侯文祥鄭雅元陳以溶低造價溶氧感測儀之試作研究 (2) 農業工程學報,54(3),14-26 (2008) 17 [7] 桂思強 SQL Sever2008 資料庫設計實務台北市 : 碁峰資訊股份有限公司 (2009) [8] 陳春涼地層下陷 (2010) 17 [9] 奚江華聖殿祭司的 ASP.NET3.5 專家技術手 17 冊 I 主功能篇 -- 使用 VB 台北市 : 碁峰資訊股份有限公司 (2009) 17 [10] 陳清良電子學 ii 台北市 : 龍騰文化事業股份有限公司 (2007) [11] 蔡朝洋蔡承佑電子學實習 ii 台北市 : 17 全華圖書股份有限公司 (2007) -62-

101 年全國高職學生實務專題製作競賽暨成果展報告書題目 : 紙也能錄音系統之研究 ) 指導老師 : 林進雄曾建誌參賽學生 : 吳隆憶陳佑瑋成世軒蘇哲賢孔韻堯學校名稱 : 高雄市私立大榮高級中學群科別 : 電機與電子群別 : 電子科中華民國 1 0 1 年 3 月 2 2 日 -63-

紙也能錄音系統之研究摘要人類記錄聲音的歷史, 從愛迪生發明留聲機至今的科技,MP3 是最典型的留聲設備, 而聲音的處理記錄方式, 從類比信號處理方式到現今的數位化處理方式而 MP3 裝置是利用資料壓縮技術及記憶體, 將聲音或音樂儲存在 MP3 記憶體中研究中我們顛覆傳統聲音儲存方式, 以紙為儲存媒介, 利用二維條碼技術及聲音數位化電路, 將聲音儲存在紙張上, 因此紙張上方所列印的二維條碼資料即為聲音資料我們在利用光學閱讀裝置讀取二維條碼資料, 即可將聲音還原壹前言一研究動機關鍵字 : 錄音紙二維條碼記憶體在日常生活中四處可見如圖所示, 在經老師介紹後我們才知道這叫二維條碼, 它可用來記錄商品資訊, 也可記錄網址資料, 只要透過二維條碼閱讀機或經由智慧型手機, 就能讀取資訊也就能連線到所需的網頁二維條碼也可用來記錄儲存資料, 心相如果也能儲存聲音的話, 那是一件很妙的事, 因此激發我們對聲音的儲存方式及紙的研究動機愛迪生發明留聲機至今已有百年歷史, 我們知道聲音可以記錄與保存, 從早期黑膠唱片磁帶 CD 雷射唱機, 到現今以記憶體方式儲存聲音資料, 這些儲存媒介是在我們日常生活中最常見到及使用的紙由蔡倫發明至今已有 2000 多年的歷史, 紙與我們生活密切, 紙張除可書寫外, 也能編成書提供我們知識心想 " 紙 " 在日常生活中又有那些的用途, 做成紙飛機餐桌上的環保盒祈福的紙鶴精美的月曆鈔票用紙衛生紙報紙書籍及賀卡等等, 這些都是紙的應用紙除上述用途外還有那些特殊應用, 因此激發我們對紙的應用產生研究的動機一般人的認知紙的用途, 第一個想法都是能寫能看, 如果能讓紙也能聽的話, 那就無比神奇, 我們的研究動機就是如何將聲音儲存在紙張上面, 無需任何電子電路及記憶體, 就能將聲音儲存在紙張, 只要透過光學閱讀機及轉換電路就能從紙張上的聲音還原二研究目的一般的聲音儲存, 以錄音帶記憶體為儲存媒介, 而以記憶體記錄聲音是最常使用的元件, 而我們的作品主要是研究證明紙張也可儲存聲音, 因此也成為我們研究目的的基礎目標 2-64-

以紙本的方式儲存聲音資料, 來提供警方刑事案件歸檔之用, 而目前警方詢問口供可分為筆錄部分及現場錄音部分, 犯罪資料規檔是分開各別存放, 如果能將聲音以紙本的方式來記錄聲音, 因此犯罪資料就可以將筆錄資料及聲音同時歸檔貳研究過程及方法一系統架構紙也能錄音系統方塊圖, 如圖 1 所示在系統設計可分成四個主體單元, 分別為訊號處理單元輸出單元輸入單元及個人微電腦單元在訊號處理單元中, 以單晶片微電腦為控制器, 將類比聲音訊號經由 A/D 轉換電路, 轉換為數位資料, 再將數位訊號儲存在記憶體 ; 訊號處理單元可經由單晶片微電腦控制, 將記憶體中的數位資料經由 D/A 轉換電路, 轉換為類比訊號, 在經放大電路放大後推動喇叭 ; 單晶片微電腦為控制器可透過 RS-232 串列傳輸介面將記憶體傳送至個人電腦處理或儲存輸出單元由印表機所構成, 主要用途為列印二維條碼裝置輸入單元由二維條碼光學閱讀機所構成, 主要用途為讀取二維條碼資料個人電腦單元部分主要是用來讀寫二維條碼及傳送資料圖 1 紙也能錄音系統方塊圖 (1). 訊號處理單元在訊號處理單元中, 又包含下列各子單元控制電路, 分別為麥克風放大電路 A/D 轉換電路單晶片微電腦控制音頻放大電路 D/A 轉換電路 RS-232 串列傳輸介面及記憶體 (2). 輸入 / 輸出單元在輸入單元, 主要的裝置為二維條碼閱讀機, 光學閱讀機我們選用微創科技公司產品之二維條碼閱讀機, 如圖 2 所示 USB 介面以利電腦讀取二維條碼在輸出單元, 主要的裝置為印表機, 可將編輯完成的二維條碼列印在紙張上 3-65-

圖 2 二維條碼閱讀機 (3). 個人電腦單元 PC 個人電腦單元, 經由 RS-232 介面讀取訊號處理單元的聲音數位資料, 並由編輯軟體產生 QR 碼, 再由印表機輸出二維條碼, 個人電腦輸出動作方塊圖, 如圖 1 所示個人電腦輸入動作方塊圖, 如圖 1 所示, 可將輸出的二維條碼由光學閱讀機讀取後, 儲存於電腦, 或經由 RS-232 介面將讀取的二維條碼的聲音資料傳送至訊號處理單元中的記憶體, 並由單晶片控制讀取記憶體中的資料, 即可產生聲音訊號輸出二數位信號與類比信號原理數位電路又稱為邏輯電路, 所處理的信號是非連續性信號最具代表性的非連續性信號是方波與脈波, 如圖 3 所示類比電路又稱為線性電路, 所處理的信號是連續性時間信號最具代表性的線性信號是正弦波, 如圖 4 所示 V V 3.5V 0.2V t 2.02V 2.01V t1 t2 t 圖 3 數位信號圖 4 類比信號類比信號的數位化過程, 如圖 5 所示將連續時間信號轉換成離散時間信號以及量化 (quantization) 程序類比訊號 (Analog signal) 主要是與離散的數字信號相對的連續訊號類比訊號經過對時間軸等取樣之後成為離散訊號, 即可被程式處理再對資訊內容取整數後成為數位訊號取樣頻率 (sample rate) 須表現出原始波型的型態, 所以須以 2 倍以上的取樣頻率才能真實的表現出原音 4-66-

三系統硬體電路設計流程圖圖 5 類比信號的數位化過程硬體電路之設計與規劃是系統的命脈, 軟體與硬體整合互通性要高, 相關資料之收集參考整理構想, 硬體電路設計與製作, 數據的量化測試抽樣及準確度, 將硬體電路與軟體程式結合測試使能達到正常連線動作硬體電路設計流程圖中, 系統各單元電路規劃及電路設計, 先以麵包板製作電路, 並利用單晶片模擬器, 模擬硬體電路動作及撰寫程式, 待硬體電路與程式正常工作時, 即可將程式燒錄於單晶片微電腦上, 在規劃電路板之尺寸及零件位置, 並完成印刷電路板之焊接工作, 再將完成的電路板與系統整合測試, 系統動作正常後結束 (1). 系統發展流程圖與步驟硬體電路以單晶片微電腦設計主軸, 單晶片微電腦 AT8951/52 的應用, 是以軟體程式來控制硬體電路工作, 因此系統的發展必須包含軟體程式設計與硬體電路製作, 最後才結合軟體與硬體並測試其功能, 以符合系統要求 (2). 軟體設計流程圖系統軟體設計方面, 需使用到高階程式語言 (Visual Basic) 低階程式語言 (X8051), 分別撰寫系統程式, 為達到系統穩定要求因此設計原則如下 : 高階語言程式設計的原則如下 1. 程式結構草擬與流程圖規劃 2. 畫面設計必須操作簡便為設計目標 3. 軟體程式與硬體控制須密切配合高階程式語言是一種易學易懂的程序導向語言, 因此系統模擬及介面讀取, 利用高階程式語言 (Visual Basic) 撰寫, 高階語言在執行之前必須先經過編譯程式的轉換, 電腦才能執行所設計之程序與動作建立系統所需之專案檔, 在專案中加入表單畫面, 並在表單中加入控制物件及設定物件屬性, 編寫程式碼並執行程式, 測試程式動作是否正常, 當動作不正確時停止程式執行返回重新編寫程式, 動作正常時可將程式轉成執行檔 (exe) 檔 5-67-

組合語言程式設計步驟原則如下 1. 撰寫原始程 ASM( 使用亞將編輯軟體 ) 2. 將原始程式組譯成目的檔 OBJ( 使用 X8051) 3. 將目的檔連結成可執行檔 HEX( 使用 LINK4) 4. 將連結後所產生的可執行檔, 燒錄單晶片中或載入模擬器中執行在組譯或連結的過程中, 可能會產生問題或錯誤, 此時必須回到亞將編輯軟體修改原始程式的錯誤之處, 再組譯連結直到完全正確為止組合語言利用助憶碼來幫助使用者撰寫程式的一種符號, 因此組合語言是最接近機器語言的程式, 能夠發揮電腦硬體的特性, 組合語言不能直接被電腦所執行, 必須經過組譯程式 (Assembler) 翻譯成機器語言後, 電腦才能依其動作執行四傳統磁帶錄音的原理傳統磁帶錄音機, 主要以類比信號儲存方式, 將聲音記錄在磁帶上, 而磁帶是由一卷黏有氧化鐵粉的膠帶, 可以被錄音磁頭磁化當錄音時, 麥克風 (microphone) 把聲音的振動轉換電流的信號, 這信號經放大器放大傳送到錄音磁頭並感應一組線圈產生磁場 ( 安培定律 ), 錄音磁頭就產生相對於電流大小的磁力磁化磁帶, 這個磁帶便以磁場的方式紀錄著聲音的信號當放音時, 磁帶經過放音磁頭, 磁帶上的磁力線就通過磁頭的線圈, 由於磁力的大小和方向是變化的, 所以磁頭的線圈就感應出電流這電流經放大器放大後, 就推動喇叭發出原來所錄的聲音了五 MP3 聲音儲存原理聲音在數位化前, 是以聲波的形狀紀錄儲存在磁帶上, 這種聲波的保存方式是一種類比訊號的處理方式而數位化是將聲音的兩種特質轉換為, 取樣率即解析度解析度是指用多少個位元來表示聲波樣本的振幅, 通常使用 8 位元或 16 位元來表示聲波振幅的範圍聲音的取樣率是指每秒鐘所採集聲波樣本的次數, 一般音樂光碟片的取樣頻率約為 44.1KHz, 也就是等於一個週期每秒鐘 44100 次而 MP3 是將聲音數位化後儲存在記憶體, 聲音播放時 MP3 開始讀取記憶體中的資料, 再經由 D/A 轉換電路將數位訊號轉換成類比信號, 再由音頻放大電路放大後推動喇叭產生生音六條碼類型簡介從一維到二維條碼由許多寬度不一的線條 (Bar) 及空白 (Space) 所組成, 每個線條及空白都有其對應的字元, 以方便電腦讀取傳統一維條碼所能存取的資料最多不超過 15 個字元, 所以通常都只存放關鍵索引值, 再透過資料庫讀取產品的完整資料由於一維條碼資訊容量較小, 只能標識產品, 不能描述產品, 因此若沒有網路而無法連結至資料庫, 一維條碼就無法發揮其功效為改善此缺點, 發展出二維條碼二維條碼能夠在橫向和縱向兩個方位同時儲存資訊, 因此能在很小的面積內存放大量的資訊目前二維條碼編碼方式, 如圖 6 所示可以分成兩類, 堆疊式 (Stacked) 二維條碼及矩陣式 (Matrix) 二維條碼 6-68-

圖 6 二維條碼編碼方式堆疊式二維條碼的編碼原理是建立在一維條碼的基礎上, 將一維條碼的高度變窄, 再依需要堆成多行, 其在編碼設計檢查原理識讀方式等方面都和一維條碼相同, 但由於行數增加, 對行的辨別解碼演算法及軟體則與一維條碼有所不同矩陣式二維條碼 (Matrix 2D barcode) 是以矩陣的形式組成, 在矩陣相應元素位置上, 用點來表示二進位的 1, 不出現表示二進位的 0, 用所有點的排列組合來代表矩陣條碼的意義, 其中點可以是方點圓點或其他形狀的點矩陣碼是建立在電腦圖像處理技術組合編碼原理等基礎上, 所發展出來的編碼系統二維條碼, 如圖 7 所示又稱為 QR 碼,1994 年由日本 Denso-Wave 公司發明 QR 來自英文 Quick Response 的縮寫, 即快速反應的意思, 源自發明者希望 QR 碼可讓其內容快速被解碼 QR 碼比普通條碼可儲存更多資料,QR 碼呈正方形, 只有黑白兩色在 3 個角落, 印有較小, 像回字的的正方圖案這 3 個是幫助解碼軟體定位的圖案, 使用者無需像普通條碼般在掃描時需直線對準掃描器, 無論以任何角度掃描, 資料仍可正確被讀取如圖 7 所示, 二維條碼分成三個顯示區, 分別為定位用圖案區資料儲存區組成單元區圖中二維條碼則左右上下的線條皆有意義, 一個二維條碼可以容納 1100~2000 個文字, 較同面積密度的一維條碼多出極多 ; 且二維條碼的編方式特殊, 且微小, 一般肉眼不易辨識圖 7 二維條碼 (1). 二維條碼儲存容量 : QRCode 共有六種字碼種類, 二維條碼資料容量, 如表 1 所示分別是數字字母二進位數 (8 bit) 日文漢字 / 片假名 ( 採用 Shift JIS) 中文漢字 ( 採用 UTF-8) 中文漢字 ( 採用 BIG5) 7-69-

表 1 二維條碼資料容量數字字母二進位數 (8 bit) 日文漢字 / 片假名中文漢字中文漢字最多 7,089 字元最多 4,296 字元最多 2,953 位元組最多 1,817 字元 ( 採用 Shift JIS) 最多 984 字元 ( 採用 UTF-8) 最多 1,800 字元 ( 採用 BIG5) 七紙也能錄音之系統電路設計紙也能錄音系統電路設計方塊圖, 如圖 8 所示單晶片微電腦為系統控制器, 錄音設定時, 此時單晶片微電腦會將類比 / 數位轉換電路輸出的數位資料存入 RAM 記憶體放音設定時單晶片微電腦會讀取 RAM 記憶體中的聲音資料, 再經由數位 / 類比轉換電路輸出的類比訊號, 放大後推動喇叭產生聲音下載操作設定單晶片微電腦 RS-232 傳輸介面, 開始接收由個人電腦所讀取的二維條碼聲音資料, 下載至 RAM 記憶體傳送設定單晶片微電腦將 RAM 記憶體所儲存的聲音資料經由 RS-232 傳輸介面傳送至電腦端, 再經電腦儲存後即可列印出相對應的聲音訊號的二維條碼圖 8 紙也能錄音系統電路設計方塊圖 8-70-

(1). 類比 / 數位轉換電路電路設計與分析類比 / 數位轉換電路電路, 包含有麥克風放大電路 A/D 轉換電路資料緩衝器麥克風放大電路, 如圖 9 所示聲音拾音我們選用電容式麥克風, 而電容式麥克風 (Condenser Microphone) 並沒有線圈及磁鐵, 靠著電容兩片隔板間距離的改變來產生電壓變化當聲波進入麥克風, 振動膜產生振動, 因為基板是固定的, 使得振動膜和基板之間的距離會隨著振動而改變, 根據電容的特性 A C =, 當兩塊隔板距離發生變化時, 電容值 C 會產生改變再經由 Q = C V, d 因為在電容式麥克風中需要維持固定的電量 Q, 當 C 改變時就會造成電壓 V 的改變因此我們設計以 OPA(LM358) 做為放大電路 U1A 為前級放大 Av=100,U1B 為射極隨耦器電路 A/D 轉換電路及資料緩衝器, 如圖 10 所示轉換器我們使用市面上常用的 ADC0804,ADC0804 是一個 20 隻腳的 8Bits ADC, 其轉換的方式採用連續近似法型時脈產生電頻率 f 1 1 = = khz 1.1RiCi 1.1 10kΩ 150 pf 606 參考電壓設 Vref 5.12V 計為 Vref = 2 2.56 = 5. 12V, 而其解析度為 20mV 2 = = 8 8 2 根據輸出的數位信號, 其類比輸入電壓 Vi 與數位信號間的關係, 如公式 1 所示 Vi = 20 mv D 公式 1 R1 10k C1 R2 620 3 2 8 U1A LM358 1 6 5 U2B LM358 7 R3 620k 4 + + +12V 10uF C? 10uF OUT 圖 9 麥克風放大電路 INPUT C1 150p R1 10K C2 0.1uF 4 19 9 8 6 7 CLK-IN CLK-R Vref/2 A-GND Vin(+) Vin(-) ADC0804 20 V cc R E F +5V WR RD CS INTR msbdb7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 lsbdb0 3 2 1 5 11 12 13 14 15 16 17 18 Y0 2 4 6 8 11 13 15 17 1 19 U1 1A1 1A2 1A3 1A4 2A1 2A2 2A3 2A4 1G 2G 74LS244 1Y1 1Y2 1Y3 1Y4 2Y1 2Y2 2Y3 2Y4 18 16 14 12 9 7 5 3 DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 圖 10 A/D 轉換電路及資料緩衝器電路 9-71-

(2). 數位 / 類比轉換電路電路設計與分析電路圖數位 / 類比轉換電路電路, 包含有 D/A 轉換電路資料緩衝器音頻放大電路 D/A 轉換電路及資料緩衝器電路圖, 如圖 11 所示聲音類比轉換電路我們選用 DAC0808 為控制 IC, 外部數位信號 DB0~DB7 接至單晶片微電腦資料匯流排, 由外部提供一個參考電壓 VREF=5V, 串聯一個 5KΩ 接至 14 腳, 其輸出電壓 Vo = D 2 5 8 +5V R1 5k 13 DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 5 6 7 8 9 10 11 12 msbb1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 lsbb8 3 V- V+ U9 Iout Iout 4 2 Vrf(-) 15 Vrf(+) 14 Vlc 1 COMP 16 DAC0800 C1 0.01uF R2 5k OUTPUT -12V 圖 11 D/A 轉換電路及資料緩衝器電路圖 (3). 音頻放大電路, 如圖 12 所示我們選用 LM386 做為音頻放大器,LM386 由美國國家半導體公司生產, 工作電壓 4~12V, 電壓增益 Av=20~200, 輸出功率 0.5W 其電路主要是放大 DAC08 所輸出類比訊號, 在推動喇叭產生音頻訊號 +12V C1 10uF + 6 INPUT 2 3 - + Vs GND 4 1 GAIN BYPASS 7 8 GAIN OUT U2 LM386 5 C3 + 100uF C4 0.05uF SPEAKE + C2 10uF R4 10 圖 12 音頻放大電路 10-72-

4 + 3 + 8 4 7 + 8 1 6 (4). 紙也能錄音系統電路圖紙也能錄音系統電路圖, 如圖 13 所示依系統設計架構圖進行硬體電路設計, 先以麵包板完成電路需求, 並開始撰寫程式, 電路設計以方塊方式各別進行設計, 也需多次返覆測試與程式修改撰寫才能順利完成當電路完成後再進行系統整合電路製作也是技術的挑戰, 我們就由電路製作能力較強的同學來完成 S1 錄音 C1 20P VCC 1 2 3 4 5 6 7 8 13 12 15 14 31 19 18 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 INT1 INT0 T1 T0 EA/VP X1 X2 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27 39 38 37 36 35 34 33 32 21 22 23 24 25 26 27 28 2 4 6 8 11 13 15 17 1 19 2 4 6 8 1A1 1A2 1A3 1A4 2A1 2A2 2A3 2A4 1G 2G 74LS00 U5 1A1 1A2 1A3 1A4 1Y1 1Y2 1Y3 1Y4 2Y1 2Y2 2Y3 2Y4 1Y1 1Y2 1Y3 1Y4 18 16 14 12 9 7 5 3 18 16 14 12 21 23 24 25 26 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 62256 I/O0 I/O1 I/O2 I/O3 I/O4 I/O5 I/O6 I/O7 WE OE CE 11 12 13 15 16 17 18 19 27 22 20 S2 S3 放音下載 C2 20P Y1 11.0592MHz C3 10uf + 9 17 16 RESET RD WR 8051 RXD TXD ALE/P PSEN 10 11 30 29 11 13 15 17 1 19 2A1 2A2 2A3 2A4 1G 2G 2Y1 2Y2 2Y3 2Y4 9 7 5 3 MIC +12V R3 10 C1 10uF R1 620 S4 傳送 +12V 3 U1A 1 2 LM358 6 5 U1B LM358 7 VCC R44 10K MK? 10K C? 150p C? 10uF TP1 4 19 9 8 6 7 U2 CLK-IN CLK-R Vref/2 A-GND Vin(+) Vin(-) ADC0804 V cc R E F WR RD CS INTR msbdb7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 lsbdb0 3 2 1 5 11 12 13 14 15 16 17 18 2 4 6 8 11 13 15 17 1 19 2 4 6 8 11 13 15 17 1 19 74LS00 U6 1A1 1A2 1A3 1A4 2A1 2A2 2A3 2A4 1G 2G 74LS00 U7 1A1 1A2 1A3 1A4 2A1 2A2 2A3 2A4 1G 2G 74LS00 1Y1 1Y2 1Y3 1Y4 2Y1 2Y2 2Y3 2Y4 1Y1 1Y2 1Y3 1Y4 2Y1 2Y2 2Y3 2Y4 18 16 14 12 9 7 5 3 18 16 14 12 9 7 5 3 18 16 14 12 9 7 5 3 1Y1 1Y2 1Y3 1Y4 2Y1 2Y2 2Y3 2Y4 1A1 1A2 1A3 1A4 2A1 2A2 2A3 2A4 U8 1G 2G 2 4 6 8 11 13 15 17 1 19 74LS00 5 6 7 8 9 10 11 12 msbb1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 lsbb8 +12V 13 V+ V- -12V Iout Iout Vrf(-) Vrf(+) Vlc COMP U9 4 2 15 14 1 16 DAC0800 C? 0.01uF +12V R? 7.5K 2 3 R? 7.5K - + +12V Vs G ND + G AIN B YP A SS C1 10uF G AIN + C2 10uF OUT U10 LM386 5 C3 100uF SPEAKE R2 620k 20 +5V 圖 13 紙也能錄音之系統電路圖 (5). 記憶與取樣頻率設計一般人的講話的聲音頻率約 1kHz 以三倍取樣頻率, 所以系統設計取樣頻率為 3KHz 記憶體選用 62256(32kx8Bits), 系統所能儲存的聲音時間約 10 秒又考量二維條碼所能記憶的容量, 因此我們就以取樣頻率 3kHz 及 32KB 的記憶體進行設計將來記憶設計也可改成較大容量的記憶, 使能儲存的時間更長參研究結果研究結果針對所設計的電路進行測試, 系統電路動作及功能是系統設計的命脈, 藉由測試結果校正電路動作完成系統整合工作系統測試依其功能屬性, 分成硬體電路測試及軟體測試兩部份一硬體系統電路測試 11-73-

研究結果主要在探討二維條碼技術光學閱讀設備與微電腦整合科技, 結合微電腦控制及類比 / 數位轉換電路之技術能力完成 " 紙也能錄音系統之研究 " 在電路測試中我們以現有的學校設備及儀器來進行系統測試, 並以記錄觀察方式各別對電路進行測試, 只要有良好程式設計, 配合適當的硬體設備, 則可以大幅提昇電路測試完成的結果及效率 (1). 麥克風放大電路測試與分析麥克風放大電路測試與分析, 如圖 14 所示輸入端先行移除麥克風, 輸入端接上函數波信號產生器, 調整正弦波輸出電壓 Vout=1mV 輸出, 輸出端接上示波器, 並量測輸出端波形, 如圖 15 所示輸入端在接上麥克風, 使用者對麥克風講話, 再以示波器量測輸出信號波形, 如圖 16 所示, 在無失真表放大電路正常 +12V R1 10k C1 + 10uF R2 620 3 2 8 U1A LM358 1 6 5 U2B LM358 7 C? + 10uF OUT R3 620k 4 圖 14 麥克風放大電路測試與分析 \ 圖 15 接上函數波信號產生器, 輸出端波形圖 16 接上麥克風, 輸出端波形 12-74-

(2).A/D 轉換電路測試與分析 A/D 轉換電路測試與分析, 如圖 17 所示以數位三用電表測量 TP1, 調整 VR1 使輸入 TP1=0V, 將 DB0~DB7 的輸出值記錄於表 2 中再依表所列 TP1 輸入電壓值進行測試, 並將輸出資料填入表 2 電路測試儀器連接圖, 如圖 18 所示 +5V C1 150p VR1 10K TP1 R1 10K C2 0.1uF 4 19 9 8 6 7 CLK-IN CLK-R Vref/2 A-GND Vin(+) Vin(-) ADC0804 V ccref WR RD CS INTR msbdb7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 lsbdb0 3 2 1 5 11 12 13 14 15 16 17 18 DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 20 DB0 +5V 圖 17 A/D 轉換電路測試與分析表 2 A/D 轉換電路測試記錄表序號輸入端輸出端 TP1 電壓值 DB7~DB0 十六進制值 1 0V 00000000 00H 2 0.5V 00011010 1AH 3 1V 00110100 34H 4 2V 01101000 68H 5 2.5 10000011 83H 6 3V 10011111 9FH 7 3.5 10111111 BFH 8 4V 11010010 D2H 9 4.5 11101101 EDH 10 5V 11111111 FFH 圖 18 電路測試儀器連接圖 13-75-

(3). D/A 轉換電路測試與分析 D/A 轉換電路測試與分析, 如圖 19 所示 D/A 轉換電路之 DB7~DB0 為數位信號輸入端, 輸出端則接上數位三用電表, 並依表 3 所示, 進行電路測試並將輸出結果記錄於表中, 在依轉換公式進行驗證 +5V R1 7.5k 13 DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 5 6 7 8 9 10 11 12 msbb1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 lsbb8 3 V- V+ U9 Iout Iout 4 2 Vrf(-) 15 Vrf(+) 14 Vlc 1 COMP 16 DAC0800 C1 0.01uF R2 7.5k OUTPUT -12V 圖 19 D/A 轉換電路測試與分析表 3 D/A 轉換電路測試記錄表序號輸入端輸出端 DB7~DB0 十進制值 TP1 電壓值 1 00000000 0 0V 2 00011001 25 0.49V 3 00110010 50 0.98V 4 01001011 75 1.47V 5 01100100 100 1.96V 6 01111101 125 2.45V 7 10010110 150 2.94V 8 10101111 175 3.43V 9 11001000 200 3.92V 10 11111111 255 5V (4). 音頻放大電路測試與分析音頻放大電路測試與分析, 如圖 20 所示輸入信號接上函數波信號產生器 Vi=150mV 正弦波信號, 頻率分別為 (f=200hz f=1khz 5kHz 10KHz 15kHz), 輸出接上示波器量測輸出信號是否失真電路測試儀器連接圖, 如圖 21 所示設定輸入信號 f=1khz,vi=150mv, 輸入波形圖, 如圖 22 所示輸出波形圖, 如 Vo 9.6V 圖 23 所示 Vo=9.6Vp-p, Av = = 64 Vi 150mV 14-76-

+12V C1 10uF + 6 INPUT 2 3 - + Vs GND 4 1 GAIN BYPASS 7 8 GAIN OUT U2 LM386 5 C3 + 100uF C4 0.05uF SPEAKE + C2 10uF R4 10 圖 20 音頻放大電路測試與分析圖 21 電路測試儀器連接圖圖 22 輸入 f=1khz 輸出波形圖圖 23 輸出 f=1khz 輸出波形圖二軟體測試軟體完成之後, 需與硬體電路搭配進行測試, 軟體測試目的, 用來促進鑑定軟體的正確性完整性安全性和品質的過程軟體測試是一種實際輸出與預期輸出間的稽核或者比較過程以發現程序錯誤, 衡量軟體品質, 並對其是否能滿足設計要求進行評估的過程 (1). 控制軟體介面測試與分析在我們研究的作品, 二維條碼閱讀機需透過電腦來讀取資料, 因此我們就設計符合作品的 VB 程式, 其主要功能分別為讀取記憶體資料寫入記憶體資料二維條碼聲音資料列印二維條碼聲音資料讀取及清除緩衝區資料執行讀取記憶體資料, 如圖 24 所示電腦會透過 RS232 介面開始讀取記憶體的資料, 並將資料顯示執行寫入記憶體資料, 如圖 25 所示電腦會透過 RS232 介面開始將緩衝區資料寫入記憶體執行二維條碼聲音資料讀取, 如圖 26 所示接上二維條碼機, 開始讀取二維條碼資料, 並將資料顯示, 也可將二維條碼的聲音資料下載至記憶體中執行清除緩衝區資料, 如圖 27 所示程式會將緩衝區資料清除 15-77-

圖 24 讀取記憶體資料圖 25 寫入記憶體資料圖 26 二維條碼聲音資料讀取圖 27 清除緩衝區資料 (2). 系統整合測試電路進行個別測試後最重要的就是系統整合測試, 軟體需與硬體電路搭配進行測試, 測試方法流程圖, 如圖 28 所示進行系統錄音測試, 按下錄音按鈕操作者對準麥克風進行講話, 系統會將聲音數位化後儲存在記憶體, 此時就可選擇聲音播放或將聲音的資料上傳至電腦端處理, 測試無誤後表此電路功能正常進行系統放音測試, 按下放音按鈕單晶片微電腦開始讀取記憶體中的資料, 經由 D/A 轉換電路及音頻放大電路將聲音播放進行系統讀取二維條碼測試, 系統會經由外部二維條碼閱讀機將聲音的二維條碼讀取並將資料儲存於電腦並將資料顯示在資料緩衝區, 同時電腦可透過 RS232 串列傳輸介面將聲音資料傳送至單晶片控制的記憶體單元, 同時也能透過單晶播放聲音 16-78-

圖 28 系統整合方塊圖 (3). 列印輸出聲音二維條碼資料將聲音儲存紙張上面是本作品的創舉, 因此我們可將先前所錄的聲音資料, 由單晶片微電腦將資料傳送至電腦端處理, 並由電腦進行編碼再切割數段二維條碼, 控制印表機開始列印, 聲音二維條碼資料, 如圖 29 所示電路板, 如圖 30 所示圖 30 聲音二維條碼資料 17-79-

圖 31 電路板肆討論一在文獻中二維條碼字元, 最大儲存容量為 4296 個字元, 而我們測試最佳化的字元為 1024 個, 以十六進制編碼由 00~FF, 因此一張二維條碼所能儲存的資料只有 512Bytes, 因此我們將在多發一點時間在繼續研究在聲音的取樣頻率是會影響聲音的品質, 取樣頻率高則計相對的記憶容量也要變大, 礙於現階段的二維條碼所能儲存的容量, 因此我們只好犧牲了聲音品質, 以 3kHz 取樣頻率進行如果將來二維條碼的技術更成熟將可克服現階段的問題二在研究過程中我們將聲音儲存在紙張上面, 紙張也容易受朝變黃或蟲害, 保存不易是最大的問題點, 但能將聲音儲存在紙張上面, 可以應用在有聲書籍, 或景點的簡介與語音的導覽而無需上網連線就能輕易的讀取資料及語音在研究中印表機的墨水也是關鍵, 因此我們以防水油墨來列印聲音的二維條碼資料三我們所設計的聲音二維條碼, 如果用在軍事用途時, 聲音是可以透過二維條碼編碼後傳送, 具有保密也防止他人盜取或竊聽四作品製作過程中深深體會集體創作之重要性, 討論中激發我們更豐富的想像力, 我們利用數位邏輯概念及程式設計的基礎, 將所學專題製作課程中應用於作品的創作 18-80-

伍結論一透過科技把聲音儲存在紙上是可行的, 在我們的作品當中也充分了表現出聲一透音過不科只技可把以聲儲音存儲在存記在憶紙體上也是可行以的利, 用在二我維們條的碼作技品術當將中聲也音充儲分存了在表紙現上出, 聲在音科不技只先可進以的儲現存今在社記會, 憶二體維也條可碼以的利應用二不維只條是碼商技品術資將料聲代音名儲詞, 存從在我紙們上的, 在作科品技中先足進以的證現明今社會, 二維條碼的應用不只是商品資料代名詞, 從我們的作品中足以證明二聲音的儲存無須電子設備及電力, 讓我們的作品更環保今後智慧型手機二 APP 聲音的程式儲也存能無加須入電, 子也設能備讓及二電維力條, 碼讓的我應們用的層作面品變更的環更保廣今透後過智慧型手機上 APP 的條程碼式掃也描能程加式入, 也掃能描讓即二可維得條到碼聲的音應用層面變的更廣透過智慧型手機上的條碼掃描程式, 掃描即可得到聲音三紙也能錄音系統研究, 能使用在書本, 讓死板板的書添加了聲音, 更加的有三紙樂也趣能還錄有音面系試統, 研能究將, 履能歷使表用上在多書加本聲, 讓音, 死先板簡板單的的書自添我加介了紹聲能音使, 更老加闆的印有象樂深趣刻還有面月試曆, 能報將紙履歷等表上多加聲音, 先簡單的自我介紹能使老闆印象深刻還有月曆報紙等四一部好機器, 必須具備象徵性, 效率性及安全性等科技特質, 必須要有週密四一而部仔好細機計器劃, 及必相須當具專備業象知徵識性的, 應效用率而性我及們安本全著性一等股科熱技誠特及質俱, 有必一須些要粗有淺週的密而知仔識細和計研劃究及發相展當的專科業學知精識神, 的藉應此用拋而磚我引們玉本, 著但一願股未熱來誠能及有俱更有實一用些, 粗且淺更的有效知率識的和科研技究新發產展品的出科現學, 精就神, 是藉研此究拋中磚最引俱玉意, 義但的願結未論來能有更實用, 且更有效率的科技新產品出現, 就是研究中最俱意義的結論五 QR 碼的主要應用的項目可分成四類 :1. 自動化文字傳輸 2. 數位內容下載五 QR 3. 網碼址的快主速要連應結用 4. 的項身目分可鑑分別成與四商類務 :1. 交易自動化文字傳輸 2. 數位內容下載 3. 網址快速連結 4. 身分鑑別與商務交易陸參考文獻陸參考文獻一本書楊一仁本元書李月娥 ( 民 97) 電子電路實習龍騰文化事業股份有限公司 97) 楊蕭仁柱元惠 ( 民李 90) 月娥 ( 數民位 97) 邏輯電子台電科路大實圖習書股龍份騰有文限化公事司業股份有限公司 90) 蕭陳柱春惠福 ( 民 90) 90) 數感位測邏器輯全台華科大技圖書股份有限公司 90) 陳柯春建福平 ( 民 90) 92) 感微測處器理機全華知科行技文圖化書圖股書份公有司限公司 92) 柯建平 ( 民 92) 微處理機知行文化圖書公司學位論文邱學介位川論 ( 民文 100) 即時語音辨識多媒體系統國立中央大學 / 電機工程研究所 100) 邱劉介朝川蓮 ( 民 100) 98) 配即合時紙語本音教辨科識書多之媒手體機系上統的問國題立管中理央系大統學 / 電國機立工中程央研大究學所 / 資 98) 訊劉工朝程蓮研 ( 民究所 98) 配合紙本教科書之手機上的問題管理系統國立中央大學 / 資訊洪工呈程熙研 ( 究民所 90) 靜態記憶體控制器之智產設計及其在單晶片系統中之整合與驗 90) 洪證呈熙國 ( 立民成 90) 功大學靜 / 態電記機憶工體程控研制究器所之智產設計及其在單晶片系統中之整合與驗證林正國龍立 ( 民成 99) 功大學單 / 晶電片機結工合程基研本究電所路的教學人機界面實作國立臺北教育大學 99) / 林資正訊龍科 ( 學民研 99) 究所單晶片結合基本電路的教學人機界面實作國立臺北教育大學 / 資訊科學研究所 19 網頁 19 1.http://people.debian.org.tw/~chihchun/. 1.http://people.debian.org.tw/~chihchun/. 網頁 -81-1.http://people.debian.org.tw/~chihchun/.

101 年全國高職學生實務專題製作競賽暨成果展報告書題目 : 幼兒安全學步車指導老師 : 曾俊霖老師參賽學生 : 吳俞宏吳貴翔學校名稱 : 育達高級中學群科別 : 電機與電子群別 : 資訊科中華民國 1 0 1 年 3 月 2 3 日 0-82-

目錄摘要 ------------------------------------------- 2 壹研究動機 --------------------------------------- 3 貳研究目的 --------------------------------------- 3 叁研究原理及方法 ------------------------------ 4 一研究流程 -------------------------------------- 4 二幼兒安全學步車運作流程圖 -------------------- 5 三裝置系統概念說明圖 --------------------------- 6 四驅動裝置說明 --------------------------------- 7 五感測裝置說明 -------------------------------- 14 六微電腦控制設計說明 --------------------------15 七研究成果 -------------------------------------17 肆問題與討論 --------------------------------- 19 伍參考文獻 -------------------------------------- 24 1-83-

幼兒安全學步車摘要之前常在新聞上看到新手家長, 常常忽略幼兒在家裡活動的安全問題, 其中一種便是幼兒學步車的危安問題, 幼兒在學步的過程當中, 家長會購置學步車幫助幼兒學習步行, 可是幼兒在學步的過程當中常常因為好奇心的驅使, 使得幼兒常常會脫離家長的監控範圍, 稍有不慎便會有跌落樓梯, 碰損家具甚至造成幼兒受傷的問題, 因此發展出一套可以限制或監控幼兒使用學步車的裝置, 變成為本次專題研究的主要著眼我們專題的運作的方式是先將紅外線發射器以及接收器打開, 紅外線發射裝置的訊號發射範圍便是幼兒學步車可活動的範圍, 只要紅外線接收器一失去紅外線發射的訊號, 便可以判斷幼兒學步車已經超出活動範圍, 這時便透過學步車上的馬達驅動裝置開始限制幼兒使用學步車的範圍, 並且透過警示聲響通知家長注意幼兒的安全, 且更可以由家長透過無線電遙控的方式將學步車召回關鍵字 : 遙控車學步車 AVR 單晶片微電腦紅外線遙控 2-84-

壹研究動機之前常在新聞上看到新手家長, 常常忽略幼兒在家裡活動的安全問題, 其中一種便是幼兒學步車的危安問題, 幼兒在學步的過程當中, 家長會購置學步車幫助幼兒學習步行, 可是幼兒在學步的過程當中常常因為好奇心的驅使, 使得幼兒常常會脫離家長的監控範圍, 稍有不慎便會有跌落樓梯, 碰損家具甚至造成幼兒受傷的問題, 因此發展出一套可以限制或監控幼兒使用學步車的裝置, 變成為本次專題研究的主要著眼貳研究目的我們專題的運作的方式是先將紅外線發射器以及接收器打開, 紅外線發射裝置的訊號發射範圍便是幼兒學步車可活動的範圍, 只要紅外線接收器一失去紅外線發射的訊號, 便可以判斷幼兒學步車已經超出活動範圍, 這時便透過學步車上的馬達驅動裝置開始限制幼兒使用學步車的範圍, 並且透過警示聲響通知家長注意幼兒的安全, 且更可以由家長透過無線電遙控的方式將學步車召回為達成以上的目的, 本次專題必須完成以下事項 : 一紅外線編解碼發射與接收裝置二微電腦控制中央控制系統三 ZIGBEE 無線電遙控裝置四馬達驅動控制系統五學步車機械結構設計六紅外線警戒系統 3-85-

叁研究原理及方法一研究流程專題製作計畫內容 -- 專題步驟與進度表週次 1 2 3 工作項目 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 討論專題題目 * * * 學習 Arduino 基礎操作 * * * * * * 製作紅外線發射器 * * * * * 製作紅外線接收器 * * * * * 電路模組資料收集 * * * * * * * * * * * 學習 CADStar * * * * * * 馬達電路設計 * * * 撰寫 Ardiuno 馬達程式 * * * * * * * * 測試傳動機械結構 * * * * 自動學步車製作 * * * * * 電源設計與製作 * * * * * * * 學習 X-bee 應用與練習 * * * * * * * * * * 測試整體耗電情形 * * * 書面報告 * * * * * * * * 簡報製作 * * * * * * 口頭報告 * * * * 預定進度 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 60 70 75 80 85 90 95 100 4-86-

二幼兒安全學步車運作流程圖 (1) 開始在按下啟動發射器的開關時, 透過電路將電池 12 伏特接至 IC 7805 在將轉過的電壓 5v 接上 Arduino 的 5V, 此時整個系統將在待機狀態 (2) 判斷接收器是否接收到信號開始等待著信號是否有無接收, 若無信號則動作, 若有開啟手中發射器的開關, 則開始偵測接收器是否為在一定的範圍內, 若不在的話, 底盤的 200RPM 馬達將轉動, 直到學步車上的接收器收到信號, 並回到一定範圍內 (3) 重複偵測當回到一定的範圍內繼續待機, 當超出一定的距離, 程式則馬上啟動 5-87-

三. 裝置系統概念說明圖紅外線接收電路紅外線接收電路四驅動裝置說明距離感測器全向輪 12V 鋰電池 12V 鋰電池 ( 一 ) 直流馬達介紹全向輪距離感測器直流伺服馬達是日常生活中常見的馬達之一, 而大部分的人對其結構也較了解, 小如四驅車的馬達, 大到鋼鐵工廠的輾壓機皆為其使用範疇, 而其驅動的方式也非常簡單且動作穩定, 因此在工業界中廣泛受歡迎, 也由於直流馬達具有較高的扭力, 再搭配適當的減速齒輪箱的設計, 將可以產生很大的扭力, 足以驅動很重的負載, 因此本次專題將以直流馬達配合減速齒輪所構成的動力轉動嬰兒車的輪子 6 圖 1 直流 6減速馬達 -88- ( 二 ) 直流馬達驅動電路 :

圖 1 直流減速馬達 ( 二 ) 直流馬達驅動電路 : 本次專題所採用的直流馬達, 其必須要能夠控制正反轉以改變方向, 圖 -1, 本次研製採用專用的直流馬達驅動 IC, 圖 -2, 為本次專題所採用的元件 TA7257P, 從圖 -3 的 IC 的內部結構可知, 其 OUT1 OUT2 兩端的輸出結構是橋式結構, 透過 CONTROL 控制電路可與 Arduino 微電腦進行連結, 此外,TA7257 本身具有過溫保護電路與過流保護電路, 可以有效保護直流馬達與介面電路, 提高使用上的安全在 IC 輸入腳位 1 與 2 加入 0 或 1 的邏輯位準信號, 以做輸入信號的組合來做不同的控制, 從表 7-8 可知正轉反轉停止快轉制動四種功能與輸入接腳的組合關係 ; 從可知 IC 工作電壓與馬達驅動電壓可獨立輸入 ;IC 工作電壓範圍 6~18V, 馬達驅動電壓為 0~8V 電流流出平均可達 1.5A, 最大值為 4.5A 7 圖 -2 表 -1 圖 -3-89-

( 三 ) 紅外線感測裝置結構說明基本上將定向訊號透過編解碼的方式傳送, 可以得到較高的可靠度, 以防止不相關 ( 或錯誤 ) 的紅外線訊號 ( 來源可能來自外各種光源或是各種常見的紅外線遙控器 ) 造成 Arduino 微電腦裝置的錯誤判斷及運算, 我們需要八個方向, 所以從可看出我們需要八個紅外線接收模組圖 -4 ( 二 ) 紅外線接收解碼電路說明 : 為圖 -5 與圖 -6 為紅外線接收模組 TSOP1840 的光譜響應圖與靈敏度響應圖, 可知該模組的光波長響應主要是在 950nm, 有了固定範圍的接收頻率與特定光波長響應, 可以有效提升信號的可靠度圖 -5 光譜響應圖圖 -6 靈敏度響應圖 9-90-

圖 -7 與圖 -8 為紅外線接收模組 TSOP1840 內部構造圖與外觀圖, 從 -7-8 TSOP1840 圖可圖知 -7 該模與組圖內 -8 部為已紅經外設線計接了收完模整組的 TSOP1840 解調變電路內過部構程, 造其圖中與外帶觀通圖濾, 波從圖器可圖知與 -7 該模解與組調圖內變 -8 部電為已路紅經外設決線計定接了收完這模整個組的模 TSOP1840 解組調操變作電適路用內過的部構程頻, 造率其為圖中與 40KHz 40KHz 外帶觀通圖濾, 波從圖器可知與該模解組調內變部電已路經設決計定了完這整個的模解組調操變作電適路用過的程頻, 率其為中 40KHz 帶通濾波器與解調變電路決定了這個模組操作適用的頻率為 40KHz 圖 -7 圖 -8-7 -8 圖 -7 圖 -8 為了增強訊號判斷的可靠度, 必須將訊號加以編解碼, 透過編解圖 -7 圖 -8 碼的為過了程增可強以訊確號保判發斷射的與可接靠收度訊, 號必格須式將能訊夠號相加符以, 編以解避碼免, 誤透動過作編, 解因碼此的我為過們了程透增可過強以 PT-2248 訊確號保判發斷射遙的與控可接發靠收射度訊編, 號碼必格 IC 須式將能與訊夠 PT-2249 號相加符以, 編以遙解避控碼免接, 誤收透動解過作碼編, 解因 IC PT-2248 IC PT-2249 IC 碼此進的行我過訊們程號透可的過以編 PT-2248 確解保碼發, 射圖遙與 -9 控為接發 PT-2248 收射訊編號碼格 IC 發式射能與夠編 PT-2249 相碼符 IC, 的以遙內避控部免接結誤收構動解圖作碼, 從因 -9 PT-2248 IC IC 此進結構行我圖訊們中號透的過編 PT-2248 按解鍵碼輸, 入圖遙電 -9 控為路發 PT-2248 射可編知碼,PT2248 IC 發射與編 PT-2249 碼基 IC 本的上遙內允控部許接結收構多解圖鍵碼, 從 IC 輸,PT2248 進結入構行, 圖訊而中號 T1~T3 的編按解亦鍵碼可輸, 設入圖定電 -9 發為路射 PT-2248 編可碼知的,PT2248 組發射合編方碼式基 IC, 本因的上此內允本部許次結專構多題圖鍵透, 從過 T1~T3 輸結入 K1~K6 構, 圖而中 T1~T3 與的 T1~T3 按亦鍵可的輸設組入定合電發, 路設射定編可發碼知射的,PT2248 信組號合的方規式基格本, 因以上此提允本升許次信專號多題傳鍵透輸的過輸 K1~K6 T1~T3 入 K1~K6 可靠, 度而 T1~T3 與 T1~T3 亦可的設組定合發, 設射定編發碼射的信組號合的方規式格, 因以此提本升次信專號題傳透輸的過圖 -10 為 K1~K6 可靠 PT2249 度與 T1~T3 遙控接收的解組碼合電, 路設內定部發結射構信, 號如的圖規 -11 格, 基以本提上升 PT2248 信號傳輸與的 -10 PT2249-11 PT2248 PT2249 是配對使用的,CODE1~CODE3 設定和 PT2248 的 T1~T3 設定必須相 PT2249 圖 -10 為可靠 PT2249 度遙控,CODE1~CODE3 接收解碼電路內部結構 PT2248, 如圖 -11 T1~T3 基本上 PT2248 同才能進行資料的有效傳輸,PT2249 為本次學步車行動範圍偵測的主要關與 PT2249 是配對使用的,CODE1~CODE3,PT2249 設定和 PT2248 的 T1~T3 設定必須相鍵圖,-10 透過為 PT2249 可遙以控防接止收資解料碼的電誤路傳內部結構, 如圖 -11 基本上 PT2248 與同才能進行 PT2249 資料的有效傳輸,PT2249 為本次學步車行動範圍偵測的主要關 PT2249 是配對使用的,CODE1~CODE3 設定和 PT2248 的 T1~T3 設定必須相鍵, 透過 PT2249 可以防止資料的誤傳同才能進行資料的有效傳輸,PT2249 為本次學步車行動範圍偵測的主要關鍵, 透過 PT2249 可以防止資料的誤傳圖 -9 PT2248 內部構造圖 -9 PT2248 圖 -9 PT2248 內部構造圖圖 -9 PT2248 內部構造圖 10 10 10 圖 -10 PT2249 內部構造圖 -10 PT2249 圖 -10 PT2249 內部構造圖圖 -10 PT2249 內部構造圖 10-91- 圖 -11 圖 -11

圖 -11 圖 -11 八方向角的 PT2249 解碼電路八方向角的 PT2249 解碼電路八方向角的紅外線接收電路八方向角的紅外線接收電路 ( 三 ) 無線傳輸 ZigBee PT2248 紅外線編碼發射電路 PT2248 紅外線編碼發射電路 11 11 ZigBee 的優點彈性的傳輸距離 : 可依需求決定傳輸距離 ( 數公尺 ~ 數百公尺 ) 多節點傳輸 : 多節點與快速系統化長效電 : 使用一對 AAA 電池可以工作數年的時間低成本優秀的抗干擾能力 : 融合 Wireless LAN 的 CSMA/CA 及 CDMA 的 DSSS 抗干擾技術 AVR 微電腦與 Xbee 連接方式 -92-

優秀的抗干擾能力 : 融合 Wireless LAN 的 CSMA/CA 及 CDMA 的 DSSS 抗干擾技術 AVR 微電腦與 Xbee 連接方式 ZigBee 與其他無線傳輸硬體比較 ZigBee 與硬體比較 Feature(s) IEEE 802.11b Bluetooth ZigBee Feature(s) 電源持續力 IEEE 802.11b hours Bluetooth days ZigBee years 電源持續複力雜度 Very hours complex complex days Simple years 複雜度節點數 Very complex Many complex Simple 節建點立數連線速度 Upto Many 3 seconds Upto 10 seconds 30 ms 建立連線傳速輸距度離 Upto 3 100m seconds Upto 10m seconds 70m ~ 300m ms 擴充性 Roaming possible no Yes 傳輸距離 100m 10m 70m ~ 300m 資料傳輸率 11 Mbps 擴充性 Roaming possible 1 Mpbs no 250 Kbps Yes 安全性 SSID 64bit, 128bit 128bit AES 資料傳輸率 11 Mbps 1 Mpbs 250 Kbps 12 安全性 SSID 64bit, 128bit 128bit AES 五感測裝置說明 ( 一 ) 紅外線感測器 Sharp 距離感測器系列是目前最普遍使用的紅外線距離感測器, 針對不同輸入訊號以及距離範圍有不同的型號可選擇紅外線感測器與超音波感測器比起來價格部分便宜許多由於輸出訊號為數位電壓, 因此可以與 Arduino 控制板直接做結合, 使用 ON/OFF 讀取直接得到資料在其偵測範圍內 2~10cm 如無障礙物體, 將輸出 LOW 訊號, 如有偵測到將輸出 HIGH 此款紅外線感測器原廠型號 Sharp GP2Y0D810Z0F 為這個 sharp 系列中體積最小反應速度最快的一款感測器,Sample Rating 速度達 400HZ 此款感測器可以應用於 : 非接觸的防撞預防物體偵測 ; 計數器計時器, 計算物體經過的次數或時間, 如輪胎移動距離 -93-13

Clock Speed: 16 MHz 此款感測器可以應用於 : 非接觸的防撞預防物體偵測 ; 計數器計時器, 計算物體經過的次數或時間, 如輪胎移動距離訊號輸出輸出電壓與所量測的距離關係在感測器可量測的範圍如下圖六微電腦控制設計說明 ( 一六 )Arduino 微電腦微控電制腦設計說說明明 ( 一 )Arduino 微電腦說明 14 控制器核心 : 控制電壓 : ArduinoDuemilanove ATmega328 5V 建議輸入電 (recommended): 7-12 V 最大輸入電壓 (limits): 數位 I/O Pins: 類比輸入 Pins: DC Current Flash Memory: per I/O Pin: 6-20 V 14 (of which 6 provide PWM output) 8 組 40 ma 尺寸 : 0.73" x 1.70" Flash Memory: SRAM: 32 KB (of which 2 KB used by bootloader) 2 KB EEPROM: 1 KB ArduinoDuemilanove 控制器核心 : ATmega328 控制電壓 : 5V 建議輸入電 (recommended): 7-12 V 最大輸入電壓 (limits): 數位 I/O Pins: 類比輸入 Pins: DC Current per I/O Pin: 6-20 V 14 (of which 6 provide PWM output) 8 組 40 ma 尺寸 : 0.73" x 1.70" SRAM: EEPROM: Clock Speed: 32 KB (of which 2 KB used by bootloader) 2 KB 1 KB 16 MHz -94-

( 二 ) 線上燒錄 (ISP) 功能是 Arduino 的編譯與燒錄整合環境, 在操作的過程當中, 使用者不需要將 ATMEGA-168 拔除, 直接就可以線上完成程式的撰寫與下載, 這樣可以加速整個開發的過程, 並且日後較易維護程式, 更難得的是, 這個開發環境, 本身是一套自由軟體, 可以容易在 www.arduino.cc 當中下載, 版本更新迅速也是這套開發系統的特點, 沒有高昂的開發成本, 更也符合本專題著眼的目標 16-95-

七研究成果我們將四個 TA7257P 的 IC 焊至電路板上, 因為輪子有四顆, 所以也有四顆直流馬達來作為驅動然後, 我們把壓克力切成四方形, 再使用三秒膠把全向輪固定在壓克力塊上, 這麼做是為了解決全向輪的軸心與直流馬達的軸不吻合的問題因為全向輪與一般學步車的輪子, 本身高度形狀就有一些差距, 所以我們利用一大塊的木板, 裁成四小塊, 分別裝在學步車的前後左右, 把木板鎖至學步車上, 再將全向輪固定在木板上將馬達固定在學部車上把全向輪黏在壓克力塊上直流馬達四顆馬達的驅動電路學步車在紅外線偵測範圍內皆可以自由活動, 超出偵測範為便會自動煞車並可由父母 ( 使用者 ) 透過 ZIGBEE 遙控的方式將學步車召回 17-96-

透過全向輪可以有效解決學步車活動的自由度問題全向輪必須安裝在四個方向, 便可以直行蟹行 ( 橫行 ) 與斜行幼兒安全學步車整體構造 18-97-

肆問題與討論 1. 問題 : 馬達無法與全向輪結合原因 : 因為全向輪的軸心比馬達的大解決 : 在全向輪一面塗上 3 秒膠把壓克力塊黏上去在用鑽針鑽一個符合馬達軸心的大小 2. 問題 : 直流馬達無法固定在木板上原因 : 因為螺絲不夠長解決 : 利用 6.5mm 的鑽針在要鎖上螺絲的點上向下鑽約 0.5mm 以減少螺絲對馬達的距離 3. 問題 : 全向輪並沒有與地面呈現 90 度原因 : 嬰兒車本身的底盤就是傾斜的解決 : 先將木板擺置與地面呈現 90 度的狀態在利用螺絲鎖至一定程度之後再將剩下的縫隙利用廢棄的壓克力塊或者是木塊填滿 4. 問題 : 電源打開但機構並沒有正常動作原因 : 電池的負端並未與整個電路中的 GND 短路解決 : 利用三用電錶切換到歐姆檔檢查 pin 腳是否都有正確的接到 19-98-

伍參考文獻 1. Massimo Banzi 林義翔 ( 譯 ), 踏進互動科技世界使用 Arduino 2. 孫駿榮吳明展盧聰勇, 最簡單的互動設計 Arduino 一試就上手 3. 直流馬達與交流馬達之介紹與應用 http://163.17.59.1/lifetype/gallery/4/2008033111160722.pdf 4. 百年電子網站 http://www.100y.com.tw 5. Arduino 樂園 http://arduino.tw 6. (Arduino 官方網站 ) 應用主程式下載 http://arduino.cc/' 7. ( 藝科資訊 )Arduino 入門學習手冊及元件購買 http://www.aroboto.com/shop/index.php 8. XBee 徹底理解 (X-CTU) - Arduino.TW 樂園 http://arduino.tw/allarticlesindex/bt-rfid-xbee-ir/223-xbee-x-ct u-.html 9. ( 藝科資訊 )Zibee 使用 X-CTU 設定 http://www.arduino.com/blog/?p=304 20-99-

101 年全國高職學生實務專題製作競賽暨成果展報告書題目 : 交通安全輔具之設計指導老師 : 許智偉陳應傑參賽學生 : 陳宗銘張菀渝游聖強學校名稱 : 桃園縣私立治平高級中學群科別 : 電機與電子群別 : 資訊科中華民國 1 0 1 年 3 月 2 3 日 -100-

交通安全輔具之設計摘要就新北市而言, 駕駛人未注意前方狀況而導致交通事故的件數高達 3,710 件 100 年 1-8 月, 居交通事故發生原因的榜首! 國內從 97 年起建置 TMC 即時交通廣播系統, 透過系統與導航設備的整合讓用路人更清楚路況資訊, 路況須由民眾主動提供但根據交通部統計處的調查分析, 有 88.8% 的駕駛不會主動反應路況, 再加上即時路況僅侷限於重要幹道或國道, 資訊深度與廣度嚴重不足! 因此, 我們改良傳統交通錐, 保留原有的形狀涵義, 縮小體積, 重新設計警示訊號, 並利用數位科技的結合, 擴大警示範圍, 藉此有效的降低此一問題的發生! 作品分為全方位 LED 警示燈語音警示系統兩大部分, 各系統間以藍芽和無線電的方式互相連接關鍵字 : 交通錐無線傳輸 Android -101-

壹研究動機未注意車前狀態是所有交通事故的第一名! 發生的原因有可能是駕駛精神不濟或是不專心導致, 但有絕大部分的原因是因為前方有狀況, 但相關人員又未能事前做好防護警示所造成的次數 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 未注意車前狀態未依規定讓車違反號誌管制或指揮左轉彎未依規定酒醉 ( 後 ) 駕駛失控迴轉未依規定停車 ( 含倒車起步 ) 未依規定超速失控 ( 含未減速 ) 行人違規穿越道路違規超車 ( 含爭道行駛 ) 搶越行人穿越道逆向行駛其他總計 3710 2593 914 664 401 360 329 264 207 203 122 108 2473 圖 1 新北市 100 年 1-8 月交通事故統計圖因此, 當狀況發生時, 我們應該要確實做好警示的相關措施, 以免造成人員的傷亡! 為了減輕準備的負擔與有效的提高警示效果, 我們開始著手進行研究, 希望改良目前已經存在的交通錐, 加上數位的科技, 達到我們預期的目標! 思考這些問題後, 利用高一電子學所學的達靈頓放大電路, 高二專題研究所學的 Arduino 微控制器, 以及 C 語言實習電子學實習所學的電路程式設計技巧, 結合微控制器 XBEE 藍芽傳輸與 Android 系統, 賦予交通錐智慧, 減少交通事故發生的機率! 1-102-

貳研究目的因為個人的疏失而造成重大交通意外的案例天天上演如圖 2, 但這些都是可以避免的, 只要我們多用些心思就可以本研究主要的目的為簡化與增強警戒的步驟和效果, 盼透過燈光與手機的語音提示讓類似的意外不再發生, 這就是我們研究的主要目的! 圖 2 未放置警示標誌, 釀成重大交通意外參研究過程或方法在第 51 屆全國科展中, 作品名稱為無線控制交通安全警示系統, 該系統主要的應用對象為施工場所, 該系統能有效的保障施工人員的安全, 並降低事故發生率! 但仔細分析該研究, 缺失描述如下 : 2-103-

問題點車多問路題段點問題問題點車多路段問題車多路段問題距離問題距離問題距離問題警示方式警示方式警架示設方不式易描述表 1 無線控制交通安全警示系統缺點分析當有車輛經過警示範圍時, 施工人員所配掛的警示燈與相關表 1 無線控制交通安全警示系統缺點分析蜂鳴器即會開始產生警示但, 若該路段車多擁擠, 警示效果會一直持續, 長時間下來, 描警述示效果對於施工人員將失去原來預期的效果如同狼來描了述的故事! 當有車輛經過警示範圍時, 施工人員所配掛的警示燈與相關當蜂有鳴車器輛即經會過開警始示產範生圍警時示, 施但工, 人若員該所路配段掛車的多警擁示擠燈, 與警相示關效該系統可提前偵測的距離為 100 公尺, 若來車速度過快, 施蜂果鳴會器一即直會持開續, 始長產時生間警下示來, 但警, 示若效該果路對段於車施多工擁人擠員, 將警失示去效工人員反應時間會不足! 若將無線感測器改為傳送距離較果原會來一預直期持的續效, 果長時如間同下狼來, 了警的示故效事果! 對於施工人員將失去長的模組, 即可解決此一問題! 但卻無法適用於無車機的車原來預期的效果如同狼來了的故事! 輛因其為透過光感應器感應來車! 該系統可提前偵測的距離為 100 公尺, 若來車速度過快, 施該工系人統員可反提應前時偵間測會的不距足離! 為若將 100 無公線尺感, 測若器來改車為速傳度送過距快離, 較施工長施的工人模區員組域反, 內應即的時可警間解示會決方不此式足一為! 問閃若題光將! 燈無但與線卻蜂感無鳴測法器適, 改用其為於中傳無閃送車光距機燈離的較車警長輛戒的方模因向組其是, 為單即透一可過方解光向決感的此應, 一器若問感施題應工! 來區但車域卻! 位無於法十適字用路於口無或車多機向的路車輛口, 這因樣其的為警透戒過方光式感效應果器不感佳應! 來此車外!, 其警戒來車的方式為在車內發出警示音, 無法確切告知駕駛人詳細狀況為何? 施工區域內的警示方式為閃光燈與蜂鳴器, 其中閃光燈的警施戒工方區向域是內單的一警方示向方的式, 為若閃施光工燈區與域蜂位鳴於器十, 字其路中口閃或光多燈向的路警戒口該, 系方這統向樣設是的計單警複一戒雜方, 向式施的效工, 果前若不須施佳花工! 費區此大域外量位, 的於其時十警間字戒才路來能口車裝或的置多方完向式成路為, 口在且, 車設這內置樣發的的出方警向戒示與方音地式, 點效無都果法需不確要佳切仔! 告細此知考外駕量駛, 其人方警詳便戒細性來狀大車況大的為降方何低式?! 為在車內發出警示音, 無法確切告知駕駛人詳細狀況為何? 該系統設計複雜, 施工前須花費大量的時間才能裝置完成, 架設不易該且系設統置設的計方複向雜與, 地施點工都前需須要花仔費細大考量的, 時方間便才性能大裝大置降完低成!, 架設不易且設置的方向與地點都需要仔細考量, 方便性大大降低! 本系統的主要目的是設計出攜帶方便數位化的交通錐, 並適用於各類型的路段與狀況當使用者遇到狀況時, 可將數位交通錐就近至於車頂或明顯地方, 再利用手機以無線的方式來控制數位交通錐, 比如 : 開啟全方位 LED 警示燈輸本系統的主要目的是設計出攜帶方便數位化的交通錐, 並適用於各類型的入問題本描系述統與的警主戒要位目置的透是過設無計線出廣攜播帶給方四便方數來位車化四的方交來通車錐, 接並收適到用訊於號各後類, 即型會的路段與狀況當使用者遇到狀況時, 可將數位交通錐就近至於車頂或明顯地方, 利路用段手與機狀本況身當具使有用的者 TTS 遇到功狀能況, 時將, 相可關將描數述位交原通因錐位就置近至以於語車音頂的或方明式顯告地訴方駕, 再利用手機以無線方式來控制數位交通錐, 比如 : 開啟全方位 LED 警示燈輸駛再, 利讓用駕手駛機自以行無判線斷的應方變式的來方控式制! 數位交通錐, 比如 : 開啟全方位 LED 警示燈輸入問題描述與警戒位置透過無線廣播給四方來車四方來車接收到訊號後, 即會入問題描述與警戒位置透過無線廣播給四方來車四方來車接收到訊號後, 即會利用手機本身具有的 TTS 功能, 將相關描述原因位置以語音的方式告訴駕利用手機本身具有的 TTS 功能, 將相關描述原因位置以語音的方式告訴駕駛, 讓駕駛自行判斷應變的方式! 駛, 讓駕駛自行判斷應變的方式! 3 3 3 圖 3 系統示意圖 -104- 系統架構如圖 3 接下來, 我圖們 3 將系整統個示研意圖究過程分為 : 全方位 LED 警示燈的

圖 3 系統示意圖系統架構如圖 3 接下來, 我們將整個研究過程分為 : 全方位 LED 警示燈的設計語音警報系統的設計, 描述如下 : 一全方位 LED 警示燈的設計綜觀市面相關的警示燈, 大致分為 : 葉片旋轉型輪閃型兩種, 採用的發光元件為白熾燈或 LED, 為達足夠的亮度, 通常都需要串接多顆, 並使用 12V 直流電壓或 110 伏特交流電為主要供電系統不論哪一型皆可達到全方位警示的目的! 但, 其所需的功率和尺寸並不適合用於隨身攜帶, 雖車內能夠透過點菸器提供適合的電力, 但若車子故障, 電源供應就會發生問題, 而且多了一條電線的牽絆, 警戒系統也不容易隨意設置! ( 一 ) 機構設計 ( 一 ) 因此, 機我構們設著計手設計一新穎的警示燈來解決這些問題, 且須具備 : 體積小我可們攜將性警佳示燈功設率置小於馬效達果上更方勝, 市藉面由產馬品達! 的旋轉讓任何角度前進的車輛 ( 一 ) 機構設計我們將警示燈設置於馬達上方, 藉由馬達的旋轉讓任何角度前進的車輛都 ( 一能 ) 夠看到機警構示設燈計號, 但如何穩定 4 的將電力傳達到旋轉的 LED 上是一大挑都能夠看到警示燈號, 但如何穩定的將電力傳達到旋轉的 LED 上是一大挑戰! 經我過們反將覆警的示測燈試設, 置我於們馬利達用上彈方簧, 藉和由鐵馬棒達的的適旋當轉結讓合任, 終何於角克度服前了進這的個車問輛戰! 經我過們反將覆的測試設, 置我於們馬利達用上彈方簧, 藉和由鐵馬棒達的的適旋當轉結讓合任, 終何於角克度服前了進這的個車問都題能, 夠分看解到畫警面示如燈下號, 但如何穩定的將電力傳達到旋轉的 LED 上是一大挑輛都題能, 夠分看解到畫警面示如燈下號戰! 經過反覆的測試, 我但們如利何用穩彈定簧的和將鐵電棒力的傳適達當到結旋合轉, 的終 LED 於克上服是了一這大個挑問戰題!, 經分過解反畫覆面的如測下試, 我們利用彈簧和鐵棒的適當結合, 終於克服了這個問題, 分解畫面如下圖 4 上方鐵棒將電源導至 LED 燈圖 5 嵌入彈簧, 讓鐵棒穩定接觸下方的銅片 -105- 圖 4 上方鐵棒將電源導至 LED 燈圖 5 嵌入彈簧, 讓鐵棒穩定接觸下方的銅片圖 4 上方鐵棒將電源導至 LED 燈圖 5 嵌入彈簧, 讓鐵棒穩定接觸下方的銅片

圖 4 上方鐵棒將電源導至 LED 燈圖 5 嵌入彈簧, 讓鐵棒穩定接觸下方的銅片圖 6 銅片塗上油脂, 讓轉動更為順暢圖 7 利用夾層固定馬達 360 o 旋轉 5 360 o 旋轉 360 o 旋轉圖 8 全方位 LED 警示燈完成圖 ( 二 ) 實驗數據圖 8 全方位 LED 警示燈完成圖圖 8 全方位 LED 警示燈完成圖 ( 二 ) 實驗數據 ( 二 ) 實驗數據圖 9 紅燈測試 -106- 圖 10 綠燈測試圖 9 紅燈測試圖 10 綠燈測試

圖 11 藍燈測試經過實地測試比較後, 我們發現紅燈的警示效果是最佳的圖 9-11! 接著, 我們開始思考它的警示距離可以有多遠呢? 於是, 我們使用坊間常見的聚光杯與我們的警示燈結合, 並從實驗中發現 8 o 的聚光杯能夠更有效的將光線傳遞到遠方, 讓警示距離可以更遠! 圖 12 無聚光杯警示燈圖 13 光線均勻中央顏色較深 7-107-

圖 14 8 o 聚光杯圖 15 聚光效果佳, 傳送距離較遠圖 16 70 o 聚光杯圖 17 光線比無聚光杯更加均勻強烈最後, 我們將系統搬到工地, 與現場的警示燈做比較, 效果如圖 18-19 工地所採用的警示燈為 110 伏特, 體積與功率皆超過我們所設計的警示燈, 但我們巧妙的利用結構設計, 有效的利用 1W LED 燈, 所產生的效果卻超過它們! 8-108-

圖 18 與傳統警示燈相比 ( 實際道路測試 ) 圖 19 距離 100 公尺測試 ( 右上角為放大圖, 與周邊燈光相比較, 警示效果強烈!) 二語音警報系統設計 ( 一 ) 即時路況系統 RDS-TMC 即時路況廣播機制, 是利用全國路況資訊中心之即時路況訊息, 轉成 RDS-TMC 所能接受的編碼格式 ( 如圖 20) 路況資訊透過空間資料庫以及路況事件資料庫的對應, 對應出此路況所在的地點標誌和事件 ID, 利用 RDS 的格式, 從廣播 FM 的頻寬將路況事件播放出去, 接收端之車機如有 RDS 接收功能, 即可收到該筆即時路況並呈現於車機上 TMC 系統透過警察廣播電台發送資料, 這些資料來源有二 : 熱心民眾提供相關單位提供 ( 比如 : 警察局公路局等 ) 但據研究, 有 88.8% 的民眾看過事故現場, 但都不會主動打電話告知相關單位, 通常都是等到相關機關到場處理後,TMC 才會有此訊息, 常言馬路如虎口, 延誤的時間常 9-109-

常是造成更大傷亡的關鍵! 因此, 本研究設計出一主動裝置, 當用路人發生狀況時, 可利用手機遠端操作該裝置, 並詳述原因地點, 再透過無線科技傳送到遠端的車機上, 範圍內的車輛皆能夠主動收到該訊息, 了解路況地點與原因, 提早做好因應措施, 降低交通事故的發生! 圖 20 RDS-TMC 即時路況廣播機制流程圖表 2 警廣即時路況類別地點日期消息來源交通障礙中部 [ 福爾摩沙高速公路 ] 北上 171Km 2012/3/21 熱心聽眾道路施工中部 [ 中山高速公路 ] 北上 165 至 150Km 2012/3/21 施工單位交通障礙中部 [ 中山高速公路 ] 南下 195.4Km 2012/3/21 熱心聽眾交通障礙北部 [ 中山高速公路 ] 北上 22.7Km 2012/3/21 事故南部 [ 高雄市 ] 2012/3/21 交通障礙南部 [ 中山高速公路 ] 北上 333.5Km 2012/3/21 其他北部 [( 彰濱台中 )] 2012/3/21 事故北部 [ 中山高速公路 ] 南下 8.2Km 2012/3/21 事故南部 [ 高雄市 ] 旗楠路 ( 台 22) 與土庫 1 路交叉路口 2012/3/21 10-110-

正常中部 [ 國道 6 號 ] 雙向 0 至 37Km 2012/3/21 公路警察局七隊正常中部 [ 台中環線 ] 雙向 0 至 18Km 2012/3/21 公路警察局三隊交通障礙南部 [ 中山高速公路 ] 北上 348Km 2012/3/21 正常中部 [ 福爾摩沙高速公路 ] 雙向 109 至 270Km 2012/3/21 公路警察局七隊事故南部 [ 高雄市 ] 2012/3/21 交通障礙南部 [ 中山高速公路 ] 北上 340Km 2012/3/21 道路施工北部 [ 臺北市 ] 2012/3/21 台北市警察局交通大隊道路施工北部 [ 新北市 ] 橫科雅路林口 ( 往泰山方向 ) 2012/3/21 熱心聽眾. 施工單位. 林 R-0970171117 道路施工南部 [ 屏東縣 ] 2012/3/21 道路施工南部 [ 高雄市 ] ( 二 ) 電路設計 Vcc1=3.3 Vcc1=3.3 100n 10k Res et A5 SW1 Tx Rx D2 A4 A3 A2 VR 10k D3 A1 D4 A0 程式寫入介面 ( 連接電腦 USB) Vcc1=3.3 陶瓷振盪器 X1 Gnd X2 Vcc X1 Gnd X2 D5 D6 D7 D8 ATMEGA328 Gnd Vcc Vcc D13 D12 D11 D10 D9 220 CQX35A TIP41C 1N4001 A1 DIP SW B1 A2 B2 A3 B3 A4 OFF ON B4 10k TIP41C 1N4001 Vcc2=3.7 連接傾斜感測開關 1 11 2 12 1 2 3 4 5 6 7 8 XBEE 無線傳輸模組 11 12 13 14 15 16 17 18 3 4 5 6 7 8 9 10 藍芽模組 13 14 15 16 17 18 19 20 連接交通錐之警示燈與旋轉馬達 9 19 10 20 圖 21 語音警報系統電路圖 11-111-

1. 馬達與 LED 為高耗電元件, 若與單晶片共用電力來源將會造成系統的不穩定! 因此, 我們將兩者的電源分開, 各給予 3.7V,550mAh 的鋰聚電池 2. 手機使用藍芽 (BTBEE) 與系統做溝通 3. 語音警示採用手機本身的 TTS(Text To Speech) 功能, 除中文外, 使用者可依需求改變語言種類 4. 系統間以 XBEE PRO Serial 1 無線模組互相傳遞訊息, 傳輸距離為 1.6 公里 5. 震盪器使用陶瓷震盪器, 減少電路複雜度 6. 使用單晶片 ATMEGA328P 來控制整個系統, 腳位說明如下 : (1) D0 D1:XBEE 發射與接收 (2) D6: 傾斜感測 (3) D7 D8: 藍芽發射與接收 (4) D9: 控制馬達運轉 (5) D10: 控制 LED 燈 (6) D13: 系統狀態燈號 (7) A5: 馬達轉速設定 ( 三 ) 系統實作 AppInventor 是由 Google 公司於 2011 年 10 月所推展的一項計畫, 透過樂高積木式的方法, 用拼圖的方式讓一般使用者也能夠進行手機軟體的開發目前, 這項計畫已於 2012/1/1 正式移交給 MIT 網路實驗室進行更深入的開發! 本系統即利用此線上開發工具來進行語音警報系統的設計, 功能包括 : 警示燈遠端遙控自動位置偵測交通錐傾斜感測事故廣播等 12-112-

圖 22 AppInventor 開發主畫面圖 23 使用拼圖的方式開發系統 1. 功能分析 (1) 警示燈遠端遙控用路人可以使用手機透過藍芽與本系統進行連結, 透過無線的方式遠端遙控馬達 LED 與轉速, 無須待在車內或馬路上, 可有效降低危險性! (2) 自動位置偵測系統可透過手機的網路訊號或 GPS 來進行定位, 用路人無須手動輸入車輛所在位置, 增加其方便性! 當事故發生時, 目前所在位置透過無線訊號傳至接收範圍內的車輛, 系統即會利用手機的語音播報功能將位置和事故原因唸出來, 以便用路人即早反應車輛前進中, 系統會自動顯示相關地圖與距離資訊, 透過 Haversine 公式圖 24 來計算與事故地點的距離, 藉此更有效的降低事故發生率 13-113-

圖 24 Haversine 公式 (3) 交通錐傾斜感測透過傾斜感測器的運作, 當交通錐發生傾倒時, 系統即會立刻關閉馬達與警示燈的運轉, 以保護硬體安全同時, 系統亦會發射訊號給用路人的手機, 透過語音和震動的方式告知此狀況, 讓用路人可以即時發現, 進行相關處置! (4) 事故廣播當事故發生時, 用路人可透過本系統發送警示訊息 ( 地點原因車號經緯度 ) 給有效範圍內的所有車輛, 相同系統接收到訊息後, 即透過藍芽將資訊傳送給連結的手機, 並用語音的方式將資訊唸出來, 流程如圖 25 圖 25 行進中車輛接收警戒訊息流程圖 14-114-

肆研究結果一硬體製作我們利用 Altium Designer 09 Layout 電路板, 再利用電路雕刻機將板子實作出來圖 26 電路板設計 XBEE 模組本系統使用了藍芽和 XBEE 無線模組 XBEE 模組負責與其他車機溝通, 藍芽模組則負責與手機做連結藍芽模組圖 27 藍芽與 XBEE 無線模組 15-115-

控制電路上方為電池座, 系統使用兩顆 3.7V, 550mAh 鋰聚電池, 分別供給單晶片與警示電池座燈圖 28 系統硬體結合警示燈交通錐控制電路圖 29 硬體完整圖 16-116-

圖 30 道路實測二軟體設計 LED ON: 開啟 LED 燈 LED OFF: 關閉 LED 燈 MO ON: 警示燈開始旋轉 MO OFF: 警示燈停止旋轉轉速設定 : 設定警示燈旋轉速度圖 31 警示燈遠端控制轉速控制位址 : 系統透過網路訊號或 GPS 自動取得車輛所在位址經緯度 : 自動取得, 透過經緯度計算圖 32 手機定位程式碼分為兩部分, 分別是 : 單晶片控制程式碼 Android APP, 詳細程式碼請參閱附錄 17-117-

伍討論一無線傳輸問題在實驗過程中, 我們發現當開啟警戒模式時, 用路人需要輸入相關欄位, 再透過 XBEE 將資料以廣播的方式傳送出去, 但過程會發生問題! 當傳送的字串過長時, 系統會有遺失封包的狀況發生, 導致接收端收到的訊息可能是不完整的! 利用目前所採用的 Appinventor 開發環境是無法解決的! 因為它的彈性很小, 無法做很細部的設計, 只有用 Android SDK 才能解決該問題但, 我們也嘗試思考可否有取代 XBEE 的方法, 即透過另一無線設備來進行資料的傳遞, 比如 :3G 無線網路二全方位 LED 警示燈的效果目前, 本系統所採用的 LED 為 1W 三色 LED 燈, 經過實測, 效果已可達到既有的產品但, 單一顆 LED 其亮點仍然不足, 如何增大亮點區域與投射的距離, 將是未來研究的重點! 三 Android 系統 APP 的設計本研究目前所發展的 APP 軟體是採用 AppInventor 所開發完成, 此開發環境尚在發展階段, 功能性仍有待加強! 因此, 目前開發出來的 APP 功能有限, 操作介面也有很大的改善空間日後, 我們將更進一步學習 Android 系統的程式撰寫, 讓軟體介面更加的友善親和, 並推廣至 Market, 讓社群免費下載利用! 18-118-

陸結論透過硬體與軟體的重新設計, 賦予交通錐更多的智慧與功能, 當事故發生時, 用路人能夠主動有效的快速將警戒資訊透過無線的方式廣播出去, 讓其他用路人能夠及早得知前方路況, 預作反應, 降低交通事故的發生率! 透過簡單的設計與改變, 讓手機巧妙的與交通錐結合, 透過手機的語音方式讓駕駛人能夠在不分心的情況下, 能夠即時掌握車況全方位 LED 警示燈的設計, 更是獨一無二! 大大的簡化目前市面上現有的警示燈具, 讓警示燈更方便攜帶與設置, 同時也讓安全多了一份保障! 本研究過程本著求真求新之科學精神, 讓我們磨練資料收集分析之研究能力, 並將我們所學過的物理基本電學電子學數位邏輯理論與各實習課程所學技巧運用至生活中, 讓這些知識不僅僅是升學考試的一環而已, 更激發出我們的創意思維! 柒參考資料及其他 1. Margolis, Michael (2011) Arduino CookBook Oreilly & Associates Inc 2. Igoe, Tom. (2007). Making Things Talk. Oreilly & Associates Inc. 3. AppInventor 中文學習網 2012/02/02,http://www.appinventor.tw/ 4. Haversine formula Wikipedia 2012/03/20, http://en.wikipedia.org/wiki/haversine_formula 5. 警廣即時路況 2012/03/21,http://163.29.178.21/realtime/RoadAll.php 19-119-

101 年全國高職學生實務專題製作競賽暨成果展報告書題目 : 智慧型停車場車位引導系統指導老師 : 賴學良參賽學生 : 許原綦陳柏儒張育菘張富翔陳昀學校名稱 : 國立臺中高級工業職業學校群別 : 電機電子群科別 : 電機科中華民國 1 0 1 年 3 月 26 日 -120-

目錄摘要壹前言...2 貳本文...3...3 一系統動作流程圖 1 入口車輛感測器 2 PLC 判斷空位 3 光耦合器交連 4 8051 控制輸出動作 5 訊號放大驅動箭號動作 6 出口車輛感測器參研究與製做過程...7 一系統架構二製作流程 1. 車位感測 2.PLC 與單晶片交連系統 3. 單晶片系統 4. 箭號引導系統肆專題成果...10 伍結論與建議...10 陸參考文獻...11 1-121-

智慧型停車場引導系統摘要我們身處於地小人稠的台灣, 隨著高樓大廈的落成 - 尤其是像台中這種都市 - 停車位置愈來愈難找了汽車駕駛想找一個停車位, 都會消耗相當寶貴的時間, 往往在同樣的地方來回數趟, 卻遲遲找不到停車的位置所以我們希望能設計出一套智慧型停車場車位引導系統, 給予駕駛最明確的指示, 並以最短時間引導至距離最近的停車位置 Abstract We live in Taiwan, which is small island and crowded. As skyscrapers were built up, especially in urban area, like Taichung, parking places are gradually fewer and fewer. It usually consumes lots of precious time for drivers to find a parking place. They are frequently back and forth in same area, but cannot find a parking place. As a result, we hope that we can design A Smart System Of Parking Guidance, which can give the most specific guidance to drivers, and guide them to the closest parking place in the shortest time. 關鍵字 : 電機電子群專題製作停車場引導壹前言我們希望融合 PLC 單晶片之電腦軟體應用, 設計出這次智慧型停車場車位引導系統所需之程式, 並與相關硬體設備相互配合使用我們首先以感應零件 ( 紅外線光敏電阻 cds 等 ) 作為偵測車位狀態 ( 空位 / 非空位 ) 的元件, 再經由 PLC 程式辨認狀態後, 將狀態結果傳送至單晶片, 觸發指示燈引導動作 ( 前進 / 左轉 / 右轉 ), 使駕駛能隨著引導的方向, 以最短時間到達最近距離的停車空位 2-122-

貳本文一系統動作流程圖電源啟動系統待命 1 入口車輛感測器剩餘車位顯示空位減一車位已滿 2 PLC 判斷空位車位未滿顯示車位已滿控制引導路徑 3 光耦合器交連剩餘車位減一 4 8051 控制輸出動作 5 訊號放大驅動箭號動作停車完畢 6 出口車輛感測器圖 1, 系統動作流程圖 3-123-

1 入口車輛感測器此系統入口車輛感測器有兩個功能 : (1). 電路圖圖 2, 車輛感測器電路圖 (2). 停車場內剩餘車位 : 當感測器感應到有車輛進入, 將將感應訊號送入計數程式, 使入口處剩餘車位減一 (3). 觸發系統開始進行車位引導 : 當車輛進入, 感測器同時也會將訊號送至引導程式開始引導程序 2 PLC 判斷空位 (1). 當車位未滿 : 當入口處有訊號進入 PLC, 則輸出一導引的訊號經交漣電路送至單晶片進行導引程式 (2). 當車位已滿 : 將不再引導車輛, 並且在入口處顯示 FULL 字樣 (3). 當車位入口處綠燈輛時表示該車位為空位 ; 當綠燈熄滅即表示該車位已有人停放 4-124-

3 光耦合器交連 (1). 電路圖 : 圖 3, 光耦合器交連電路圖 (2). 使用光偶合器優點 : a. 完全電性隔離, 在信號轉換的過程中, 可免雜訊干擾 b. 反應速率快, 頻率響應好 c. 沒有機械式的接觸點, 不會產生火花 d. 不受暫態的影響, 不會產生磁場和交換尖波 4 8051 控制輸出動作由於 PLC 輸出經由光耦合交漣電路, 一次只會給單晶片一個訊號, 單晶片內使用的程式邏輯為判斷輸入信號, 且其執行導引路線之優先順序為從離入口最近之車位開始做引導所以當訊號進入單晶片後, 內部程式將判斷離入口最近的車位進行引導 5-125-

5 訊號放大驅動箭號動作 (1). 電路圖 : 圖 4, 箭號之訊號放大驅動電路 (2). 類似於 PLC 輸出之光耦合交漣電路, 由於光耦合器反應速率快, 沒有機械式的接觸點所以不會產生火花, 最重要的是不會像繼電器產生磁場和感應電流傷害電子元件, 所以我們單晶片輸出訊號也使用光耦合器進行放大驅動箭號動作, 光耦合器輸出端將 5V 電源加到數顆 LED 上排成箭頭樣式 6 出口車輛感測器類似於入口車輛感測器, 當出口感測器感應到有車輛離開, 將感應訊號送入計數程式, 使入口處剩餘車位加一 6-126-

參研究與製做過程一系統架構智慧型停車場車位感測出入口車輛感測 PLC 主控程序交連系統箭號引導系統剩餘車位數量顯示圖 5, 系統架構圖二製作流程 1. 車位感測我們使用光敏電阻, 就由照光度來改變電阻值, 遮光時, 電阻值增大可以分到電壓也增大, 經過達靈頓電錄放大後推動繼電器, 過程中我們也試過一個電晶體放大, 但效果不如預期, 另外我們把光敏電阻串連一可變電阻, 可以調整感測的靈敏度以及距離圖 6, 車位感測模組 7-127-

2.PLC 與單晶片交連系統經過老師提到光耦合器, 我們到 data sheet 網站查詢這顆 IC 的資料後決定使用, 計算所需之加入限流電阻設計電路後, 規劃到電路板上後悍起來連接單晶片連接 PLC 圖 7, 交連系統成品 3. 單晶片系統我們使用 8051 單晶片控制輸出動作, 焊接機本電路如震盪電路 RESET 電路等, 另外, 我們間各腳位接出來到針插腳方便連接程式設計也一定會遇到許多大大小小的問題, 經過數次更改後在電腦模擬成功但試燒錄出來接到電路後也遇到了開關彈跳的問題, 我們在接受觸發訊後, 延遲 1 秒左右, 才執行輸出, 就解決了開關彈跳的問題, 同樣的在 PLC 和光感測的部分也都有遇到彈跳的問題, 後來都用延遲的方法解決圖 8, 晶片燒錄圖 9, 單晶片成品 4. 箭號引導系統因為我們前面在交連電路上認識了光耦合器, 後來在設計輸出電路時就想到我們也可以將它應用到控制 LED 上面, 因為光耦合器反應速率快是和我們閃爍的電路沒有機械式的接觸點所以不會產生火花最重要的是不會像繼電器產生磁場和感應電流傷害電子元件, 我以我們將單晶片每一輸出訊號接到光耦合器輸入端, 再用光耦合器輸出端將 5V 電源導到數顆 LED 上排成箭頭樣式 8-128-

剛開始實驗電路時因為現流電組計算不正確, 還燒壞了好幾顆 LED 以及光耦合器, 後來才了解元連線留電阻也是很重要的的在這一部份的電路, 因為要製做的數量比較大, 我們用洗電路板的方式, 從設計電路繪製透明片曝光顯像蝕刻鑽孔切割到將各元件焊上去, 讓我們又學到了洗電路的所有程序, 此外, 我們使用的都是環保的顯像液以及蝕刻液, 不會對環境造成污染, 傳統的顯像液以及蝕刻液會傷害水管土壤... 等等, 在此我們有特別注意到環保這一環圖 10, 電路設計及透明片圖 11, 顯像圖 12, 蝕刻圖 13, 鑽孔圖 14, 電路板切割圖 15, 引導箭號成品 9-129-

肆專題成果圖 16, 成品 1 入口處有一感測器, 待車輛進入觸發後開始引導圖 17, 成品 2 經觸發後引導指示燈開始動作, 將車輛引導至最近空位圖 18, 入口顯示 1 入口顯示車位狀態及剩餘車位數圖 19, 入口顯示 21 當所有車位皆停有車輛時, 出口顯示車位已滿, 剩餘車位 0 伍結論與建議的規模放大至能應用於一個停車場為例, 依序指引車輛至每一處空位, 我們相信它能廣泛應用於各地的停車場管理, 尤其像城市的商場大廈等車流量大的地區, 能使節省時間的效果更為明顯, 們相信它還有很多的發展空間, 也相信在未來的生活中, 相同的概念會愈來愈被重視, 而這只是開端之一然而應用到實際上, 會有感應器很多所以線路過多的問題, 我們建議可以以一監視器來回監測數個車位, 可以大大減少線路過多的這個問題, 此外, 如果我們把整個系統用無線訊號來傳輸也是一個解決辦法陸參考文獻 1.DataSheet,http://www.alldatasheet.com/ 2. 全華出版, 電子學實習 10-130-

101 年全國高職學生實務專題製作競賽暨成果展報告書題目 : 馭龍高手指導老師 : 王建仁參賽學生 : 林建志林義峰連軒笠黃彥岳學校名稱 : 國立大甲高級工業職業學校群別 : 電機電子群科別 : 電子科中華民國 1 0 1 年 3 月 1 2 日 -131-

馭龍高手摘要本專題係設定在創意應用電子設計領域, 希望設計出一套有趣輕鬆益智並可使手腳及腦部皆可訓練的專題成品於是我們結合了動感操作 ( 體感 ) 空間概念邏輯判斷謀略整合等能力的專題設計要點, 並結合兒時益智遊戲貪食蛇, 以完成我本專題的初步構想功能電路採用加速度感測器單晶片程式設計 (89S52) 16 顆 8 8 矩陣 LED 喇叭及四顆四位數七段顯示器等, 設計出一台動感遊戲機首先, 必須了解貪食蛇動作原理及遊戲規則, 再透過我們的電路設計及程式控制, 讓矩陣畫面上顯示出我們童年兒時的貪食蛇當我們站上加速度感測板時, 彷彿身歷其中, 有種駕馭龍的感覺, 透過動感操作模式, 不僅歡樂, 也可以消耗熱量, 維持 s 形標準曲線每過一關, 難度增加 ( 加快移動速度與增加食物點 ), 給予挑戰者過關時的成就感, 同時增加遊戲過關慾望而使用者在操作移動方向過程中, 必須使用雙腳來操控感測板, 使感測板能上下左右傾斜, 以達到貪食蛇移動的功能 ; 而行動不便者, 亦可直接拿起感測板, 直接以雙手來控制貪食物的移動方向, 達到四肢運動的目的而此過程最主要希望能讓使用者頭腦與身體能夠更加協調, 達到靈活腦部思緒的意境, 更能強化手腳控制的訓練, 提升頭腦的運轉機能及手腳的神經反應, 遊戲過程中更搭配了音樂時間倒數關卡難度分數統計等功能, 使此體感遊戲機, 達到愛不釋腳的境界!! 關鍵字 : 貪食蛇電子電路大型 LED 看板加速度器壹前言文明三高帶來心血管併發症 : 隨著生活水準的提升, 民眾飲食文化也跟著改變, 從期待豐衣足食, 已經變成飲食過剩, 台灣人從早期吃不飽穿不暖, 變成吃太飽, 少運動, 孩子體重越來越重, 中年挺著鮪魚肚也越來越多新時代產生的血壓高血糖高, 血脂高等文明三高要小心外, 三高帶來的併發症, 冠心症心肌梗塞中風等心血管疾病, 更要注意提防在這垃圾食物盛行的社會中, 孩童平均體重逐漸上升, 日前為了讓小孩對運動產生興趣, 發明出的產品層出不窮, 從 2~3 年前的 Wii 到最近的 Wii-Fit 都是為了解決現代人的文明病 - 肥胖我們也是抱持著這個理念希望能設計出好玩健康又對人類有所貢獻的發明! 於是, 我們藉此專題讓大家有機會接觸到不一樣的遊戲方法, 並在遊戲訓練過程能有更多的樂趣並提升其效果本體感遊戲機難易度可由淺而深來分段設定, 小朋友亦可輕易操作, 從小開始訓練身體反應, 依照貪食蛇不斷地前進並運用身體擺動使遊戲改變運動方向, 增加其反射思考應變能力這款馭龍高手, 2-132-

不只小孩可以玩, 阿公阿嬤都能一起參予此遊戲, 全家人一起動起來, 不僅小孩玩的快樂, 大人也能更健康, 藉此增加家人或朋友之間相處的生活樂趣! 貳研究目的本研究專題希望藉由體感的遊戲方式來增強人們的獨立思考邏輯判斷機智方向感整合等各方面的能力, 創造出一個更新鮮更有趣的馭龍高手遊戲機其遊戲的方式與過程可讓遊戲者間接地對運動產生興趣, 並也提升空間概念及身體平衡感, 進而在舞動身體方面得到成就感, 此遊戲內建包含了音樂播放跑馬燈限時計時挑戰關卡級數歷史最高分等達到視覺聽覺動感的多重感受, 讓孩童與成人能嘗試不同的新鮮感, 合併簡易的遊戲概念與現代的科技應用, 回味最初的樂趣, 有助於身心健康休閒益智, 增添人們的生活色彩而當初我們會決定做此專題時並非是要使用如此巨型的顯示看板, 但經過小組討論及老師指導後, 我們毅然決然的決定應用實習課所學過的零件加起拼湊擴增, 也藉此來驗收這三年來的實習課所學此專題不僅在硬體方面有很大的挑戰, 程式方面也須搭配硬體下很大的功夫, 並不斷地修正與增加程式功能, 為此, 我們更加地努力來完成此次專題製作以証明三年來所學以致用製作此專題時, 我們確實是採分工合作的方式進行, 因為每個部分都需要花上很長的時間製作譬如, 焊接部份包含有 : 顯示電路驅動電路加速度感測電路, 是由小組中兩位同學負責程式方面也是運用很多的副程式分工合作拼湊出主程式的架構, 也是由兩位同學負責在硬體外殼方面則又需要用到很多的機械零件如 : 踏板彈簧外殼木板... 等則是整小組一起努力完成在此專題我們除了發揮三年來的專業理論及實習課程之外, 更在過程中學會了以小組分工合作的方式執行一項專題製作, 學習到難得的團隊合作經驗! 叁創作方法和步驟一專題晶片核心功能介紹 : 本專題我們採用單晶片 89S52 來當作主要的運算核心 ( 圖 1),89S52 內部包含有 8K 的程式記憶體及 256bytes 的隨機存取記憶體, 其中 Port0 主要作為遊戲主畫面的輸出訊號 ( 運用兩顆 8255 擴充 ), 並搭配 Port2 作擴充晶片的控制訊號, 而 Port1 為遊戲資訊 ( 包含得分計時所在關卡歷史最高分等資訊 ) 的輸出訊號, 另 Port3 作為感測訊號輸入端及喇叭輸出圖 1 89S52 單晶片外觀 3-133-

( 如圖 2) 為三軸加速度感測器元件 (MMA7260), 輸出有 X( 左右 ) Y( 前後 ) Z( 上下 ) 三軸, 在本遊戲中我們利用了 X Y 兩軸來完成操作功能目的要用來操控龍移動方向, 依其腳踏板傾斜方向使龍往該方向移動圖 2 加速度感測器遊戲主畫面顯示部份, 我們使用的是 8 X 8 矩陣 LED( 如圖 3) 所謂 LED 點矩陣是將 LED 以矩陣的方式排列, 使成為一個零件對於共陽型 8X8 LED 點矩陣而言, 每一行的 LED 陽極連接在一起, 即為行接腳 (column), 而每一列的 LED 陰極接在一起, 即為列接腳 (row) 在驅動顯示過程中, 通常是控制行以使某一行亮燈, 而 8 列將掛上該行的行資料, 所以稱之為共陽極型 (C.A.) 圖 3 8X8 共陽型點矩陣 LED 內部結構遊戲資訊顯示上面我們則是用共陽式的四位數七段顯示器 ( 如下頁圖 4), 若要同時使用多個七段顯示器, 亦須採用掃描顯示其顯示方式是將第一個七段顯示器所要顯示的資料丟到 a b c g 匯流排上, 然後將掃描訊號送到個別指定的電晶體 ( 在此是使用一個 74154 多工器來驅動 684 電晶體 ), 即可顯示第一個七段顯示器的值, 後面 2~16 個七段顯示以此類推圖 4 四位數七段顯示器 4-134-

其中因為我們為了達到最好的顯示效果使用了 16 組 8 8 點矩陣 LED, 組合成一個 32 32 的點矩陣 LED 畫面 ( 如圖 5), 使龍的移動更加寬廣並增加遊戲的深度, 另搭配 4 組 4 位元七段顯示器 ( 如圖 6), 分別作為 : 目前分數時間倒數目前關卡歷史最高分以隨時顯示遊戲進度, 可為操作者分析出當局的操作狀態, 讓操作者瞭解每一次操作是否有進步圖 5 遊戲主螢幕 (8X8 點矩陣 LED 16 顆 ) 圖 6 遊戲資訊畫面 ( 時間關卡分數歷史得分 ) 二電路設計 : 接著, 在電路驅動部份, 考慮電路極為龐大, 若仍須確保掃描顯示的品質, 我們決定採用共陽型低態訊號掃描的方式推動, 以維持較清淅的畫面顯示圖 7 為此專題的系統電路圖, 主要以單晶片 89S52 為核心, 以 INT0 外部中斷來接收加速度感測器的傾斜訊號, 作完感測器的訊號處理及判斷後, 再以 89S52 的 PORT0 與 PORT2 來推動 2 顆 8255 做資料傳輸的擴充功能 ( 如圖 8) 5-135-

: 選行數量 2 5 32bit IC 74154 IC 74154 IC 74154 圖 7 系統電路圖 6-136-

而 89S52 的 PORT1 將負責四顆四位數七段顯示器的字碼輸出, 最後我們將四顆四位數七段顯示器及 32 32 矩陣 LED 遊戲畫面的掃描訊號合併, 將取自 8255A 的 PORT C( 圖 9) 圖 8 系統電路圖 _8255 擴充而在圖 9 中的三顆 74154 輸出皆須接至 PNP 電晶體 (684) 再去推動各自的 ( 共陽 ) 顯示器以提升亮度在右邊的兩顆 74154 分別各自推動 8 顆 8 9 矩陣 LED( 請參考圖 7), 而左邊的 74154 輸出 ( 共 16Bit) 則分別控制 4 顆 4 位數七段顯示器的共陽驅動腳, 其中最重要的是 8255A 之 PORTC.6 PORTC.7, 分別控制 32 32 點矩陣 LED 及 16 顆七段顯示器的遮沒功能, 以防止高速掃描下的副產品 - 殘影發生圖 9 系統電路圖 _74154 擴充 7-137-

圖 10 為加速度感測器的類比訊號處理電路, 首先對感測器的輸出電壓作阻抗匹配, 再各自接至兩組 OPA 比較器, 以偵測是否達到傾斜角度, 其中可變電阻 5K 可調整傾斜的靈敏度, 接著再作抗雜訊處理及波形整形, 而上下左右四個訊號皆再經過一組脈波取出電路, 以維持正確的脈波時間, 並經過一個 4 輸入的 AND 閘以合成為一個訊號控制中斷訊號, 送至單晶片 89S52 作中斷控制, 也就是說, 當加速度計有傾斜動作時, 才會觸發 89S52 作改變方向的訊號處理, 也比較不會佔用主程式的時間資源, 維持顯示輸出的掃描品質圖 10 感測器電路圖三程式流程圖與 C51 程式設計 : 圖 11 為程式設計流程圖, 在一開始 POWER ON 後 89S52 開始執行初始值設定 : 全部遮沒 8255 初始值設定載路遊戲等待畫面馭龍高手設定遊戲等待開始之音樂 ; 接下來開始呼叫固定陣列 : 固定顯示副程式開始遊戲音樂副程式 ; 如果按下 START BUTTON 則開始執行 : 清除畫面及訊息視窗設定關卡一載入關卡載入對應之陣列資料倒數開始嗶嗶聲設定遊戲倒數時間 2 分 00 秒 ; 呼叫顯示副程式, 並運算判斷遊戲食物是否吃完 : 如未吃完則不斷重複執行 : 顯示副程式運算判斷遊戲食物是否吃完... 如已吃完所有食物點數, 則執行 : 關閉 Timer0 倒數分數得分計算如已全破關則跳至全破關副程式以顯示破關畫面, 若未破關則不斷執行下一關卡初始值資料載入設定 8-138-

圖 11 程式設計流程圖 9-139-

圖 12 為 C51 主程式設計, 主要功能是使遊戲能正常依序的進行, 並不斷地掃描輸出顯示, 其餘功能都交給中斷及副程式處理 main() // 以下為主程式 { unsigned char MGS; ResetGame: IE=0x8b; IP=0x0a; // 設定中斷優先權 TCON=0x05; // Timer 尚未啟動, 而 INT0 設定為負緣觸發 ; INT1 設定為負緣觸發 TMOD=0x11; // 兩組 Timer 皆設定為模式 1(16 位元計時器 ) TH0=TH_T0; TL0=TL_T0; TR0=0; // TR0=1: 啟動 Timer0 ; TR0=0: 關閉 Timer0 TR1=0; // 關閉音樂中斷副程式 (Timer1) BZ=1; // 關閉喇叭, 以免燒掉 DLGVLFDP(); // 載入第 1 關卡 ( 因為 GLV 的初始值 =0) 的食物座標點 CKGLVPN(); // 計算此關卡的食物點數量 AB8255Ini(); // A8255 B8255 的初始值設定為全輸出模式 ASM (0); // 全畫面不遮罩, 正常顯示 DGMD=99; // 遊戲尚未開始前, 龍並沒有移動方向的變數值 GS=0; // 重新設定遊戲狀態 GLV=0; // 重新設定遊戲等級 SCORE=0; // 得分歸零 MGS=0; while (GS==0) // 等待開始遊戲之前, 自動播放等待音樂 { // 依外部中斷信號 1(INT1) 可控制 GS 變數值 DispNMOP(MGS); // 掃描輸出等待遊戲開始前的畫面 if (MBF==0) { CSMZ(1); // 自動播放等待開始的音樂 } } StartGame: TR0=1; // TR0=1: 啟動 Timer0 ; TR0=0: 關閉 Timer0 TR1=0; // 關閉音樂中斷副程式 (Timer1) while (GS==1) // 開始進入遊戲 { DispOP(); if (MBF==0) 圖 12 主程式 -1 10-140-

{ CSMZ(2); // 自動播放等待開始的音樂 } if (PF==1) // 判斷是否過關 { if(wf==1) // 判斷是否破關 { GMAC(); // 呼叫破關副程式 } else { LDNXGLV(); // 載入下一關卡資料 } } } GamePause: TR0=0; // TR0=1: 啟動 Timer0 ; TR0=0: 關閉 Timer0 // TR1=0; // 關閉音樂中斷副程式 (Timer1) if (GS==2) // 遊戲暫停 { DispOP(); goto GamePause; } else if (GS==1) // 回復遊戲 // { goto StartGame; } else // 重新遊戲 // { goto ResetGame; } } 圖 12 主程式 -2 而圖 13 為時間倒數及判斷龍移位的中斷複合程式, 其程式設計在圖 14 中所述圖 13 Timer() 副程式流程圖 11-141-

void T0_cntdown(void) interrupt 1 { TH0=TH_T0; TL0=TL_T0; // 重新設定計時初值 T0cnt20++; if (T0cnt20==40) { Mdata[2]=17; T0cnt20=0; if (T0cntS==0) { if (T0cntM==0) { GameOver();// 執行時遊戲結束 } else { T0cntM--;T0cntS=59; } } else { T0cntS--; } } else if(t0cnt20==20) { Mdata[2]=16; } if (DGMC==DGMCTT) { DGMC=0; DGMV(); // 依 DGMD 方向變數以移動龍的位置 1 格 } else { DGMC++; } Mdata[3]=T0cntM%10; Mdata[1]=T0cntS/10; Mdata[0]=T0cntS%10; } 圖 14 遊戲時間倒數計時中斷副程式而 IO8255 副程式可說是最核心的副程式, 它管控所有訊號 ( 包括遊戲畫面資訊畫面 ) 的輸出顯示 ( 圖 15) 而由於篇幅的關係, 簡單說明關於音樂的推動, 音樂副程式是採用 89S52 內部的另一個計時中斷來處理頻率的振盪, 只須呼叫 CSMZ(i) 副程式, 就會自動點播歌曲, 而在播放的過程中, 幾乎不會佔用主程式的時間資源, 使遊戲畫面及資訊畫面皆能正常掃描顯示不閃爍 12-142-

void IO8255 (unsigned char CS,unsigned char PO, unsigned char RW,unsigned char DT) { CS8255=CS; // 依照 S 值選擇 8255 晶片 D8255=DT; // 先將資料掛載上去 switch(po) // switch 敘述開始 { case 0x00: // 選擇 PORT A { A08255=0; A18255=0; break; // 退出 switch 敘述 } case 0x01: // 選擇 PORT B { A08255=1; A18255=0; break; // 退出 switch 敘述 } case 0x02: // 選擇 PORT C { A08255=0; A18255=1; break; // 退出 switch 敘述 } case 0x03: // 選擇控制字組 CW { A08255=1; A18255=1; break; // 退出 switch 敘述 } } // 結束 switch 敘述 WR8255= RW; // 啟動寫出 8255 RD8255= ~RW; // 啟動讀入 8255 WR8255=1; RD8255=1; } 圖 15 Input Output 8255 模組程式肆馭龍高手遊戲簡介過去我們總是使用著鍵盤滑鼠當作遊戲的輸入訊號, 但你是否曾玩遊戲時因為這鍵盤和滑鼠的數位輸入而困擾不已! 就是因為如此數位而無法使你更隨心所欲的享受遊戲呢! 因此! 此遊戲就是以體感為理念的方式設計而成, 並搭配小時候的回憶貪食蛇運用身體的左右上下傾斜以達到控制此 13-143-

龍取代之前一成不變的鍵盤並搭配 32 32 的巨型點矩陣座顯示, 再加上 4 組四位數七段顯示分別顯示 : 關卡等級時間倒數目前得分最高紀錄讓你能夠不斷不斷的挑戰自己 ( 亦也能和家人一起遊戲更親近和家人互動 ) 並以此體感達到消耗身體熱量! 使身體更健康更有活力!! 伍專題製作過程及操作說明一製作過程拍攝照片圖 16 顯示面板電路焊接及檢修圖 17 核心控制電路焊接及檢修圖 18 顯示面板電路零件裝配圖 19 核心控制電路零件裝配圖 20 核心電路與顯示面板電路合成圖 21 踏板機座安裝 -144-

圖 22 撰寫專題報告圖 23 程式設計畫面二專題成品面板功能說明 1. 在插上電源瞬間 POWER ON, 但未按下 START BUTTON, 遊戲機台會執行等待畫面並在準螢幕上顯示馭龍高手我們的題目標題, 且喇叭不斷重複的播放龍的傳人當作待機程式 2. 當按下 START BUTTON 時, 時間開始倒數 : 每局遊戲由 2 分 00 秒開始倒數, 直到倒數歸零, 遊戲結束 ; 或在時間內完成吃完所有點數跳至下一關卡 3. 遊戲面板畫面 : 每次將產生一組新遊戲的食物點, 包含食物點數量座標位子皆不同的陣列, 畫面中的蛇會根據腳踩踏板的身體移動, 做往上往下往左往右的變化 4. 總得分顯示 : 遊戲完成後會依照完成時間計算並累積在計分上, 而愈早吃完食物點, 則分數愈高 5. 每過一關會在七段顯示器上顯示目前所在關卡等級並累積得分 6. 遊戲歷史最高分 : 每次遊戲結束後, 會比較過去所玩過的最高分數, 再顯示最高分數在此顯示器中 7. 畫面動作暫停 (suspend): 遊戲到一半若需要暫停, 可按按 START BUTTON 按鈕 (P3.3) 使遊戲暫停 8. 當執行完所有關卡後則又會執行另一個全過關畫面, 並播放破關音樂三馭龍高手操作方法遊戲操作範例如下列圖序所示 ( 圖 24 至圖 28), 依照移動傾斜狀況, 分別會有上下左右, 四種動作, 龍也將有上下左右, 四種移動方向, 藉此來完成此龍的移動圖 24 為機台按下 START BUTTON, 遊戲進入第一關的各部份畫面說明, 圖 25 為傾斜腳踏板, 往右傾斜後, 龍的移動方向往右移動, 圖 26 為向上傾斜使龍向上移動, 依此類推而圖 27 及圖 28 為加速度感測板的安裝與測試 15-145-

圖 24 遊戲畫面圖 25 遊戲過程 1( 駕馭龍, 使往右走 ) 圖 26 遊戲過程 2( 駕馭龍, 使往上走 ) 圖 27 控制台 ( 加速度感測電路 ) 圖 28 控制台 ( 加速度感測電路 + 腳踏板 ) 而我們將加速度器的傾斜感測電路放置於圖 27 的木板夾層中, 人可踩在木板上 ( 圖 28), 並以彈簧支撐人的身體重量 (50kg~80kg 可調整彈簧數量以達到支撐力道 ) 來進行傾斜控制, 對於雙腳行動不便者, 亦可直接拿起傾斜電路並以雙手控制即可進行遊戲 16-146-

陸研究結果與討論 : 在完成馭龍高手後, 我們希望不僅它能帶給大家歡樂, 更希望能應用在中低年級的學生或小孩, 讓現代小孩子能夠離開電腦, 在遊戲中也能增加體力, 使此專題發揮更大的效益, 以下就分析幾點關於馭龍高手所帶來的好處 : 一時間觀念的養成 : 所謂方向就是指上下左右, 在貪食蛇行進過程中, 隨著時間的減少, 分數也會跟著下降, 時間讀秒結束時, 遊戲也跟著結束, 小朋友不僅要以最快的時間吃到目標物, 也要在最短時間內完成遊戲, 考驗了孩童們的時間意識, 提供了不一樣的學習內容二危機意識的培養 : 在本專題中, 其最主要的就是考驗貪食蛇避免撞牆, 在遊戲中, 貪食蛇會隨著吃到東西後身體跟這增長, 為了必免撞牆以及撞到自己身體, 必須了解食蛇蛇應如何走動, 才不會使遊戲結束此外還可以提升肢體動作反應能力, 遇到狀況時, 能臨場反應, 這也是家長希望孩童能學會的事情三歷史最高分 : 此遊戲除了擁有計算得分功能外還增添了 - 歷史最高分的功能, 在此歷史最高分中, 不僅可以讓遊戲者能把自己最高分的分數顯示以增加自信外 ; 也能讓遊戲者知道其實人外有人天外有天, 更增進自己平衡感等各方面的功能, 並勝不驕, 敗不餒的繼續挑戰藉此提升身體素質四倒數計時 : 本專題附加了倒數計時功能, 讓孩童們體驗到遊戲的緊張感, 進而了解在最短時間內做到最好的態度, 在某種程度的壓力下, 培養處變不驚冷靜思考的處事態度柒參考文獻 : [1] 張義和王敏男許宏昌余春長, 第三版例說 89S51-C 語言, 新文京開發出版股份有限公司, 第 6 9 12 章 [2] 陳天利詹東功, 微電腦控制實習, 台科大圖書股份有限公司, 第 11-83~11-99 頁 (2008) [3] 孫宗瀛黃金定, 常用線性 IC 資料手冊, 京華科技圖書公司, 第 7-50 頁 (2000) [4] 鍾富昭, 8051 專題製作, 全華科及圖書股份有限公司, 第 18 19 20 21 章 (1998) 17-147-

捌材料及設備表一專題製作器材表 : 項目設備名稱數量 1 示波器 1 2 直流電源供應器 2 3 數位型三用電表 1 4 類比型三用電表 1 5 個人電腦 2 6 89S51 燒錄器 1 7 螺絲起子組 6 8 麵包板 5 9 尖嘴鉗 1 10 斜口鉗 1 11 電工鉗 1 12 電烙鐵 1 13 烙鐵架 1 14 銲錫 1 15 排線數條 16 排針數根 17 單蕊線數條二專題製作材料表 : 類別材料名稱規格數量單位電碳膜電阻 10KΩ/0.25W 5 個 330Ω/0.25W 4 個阻排阻 1KΩ/8Bit 1 個可變電阻 5KΩ 2 個電陶瓷電容 30pF 2 個電解電容 10uF/50V 1 個容 10uF/25V 4 個 33uF/25V 4 個 89S52 DIP 40 1 個 8255 DIP 40 2 個 IC 74154 DIP 24 3 個 74LS04 DIP 14 1 個 18-148-

74LS14 DIP 14 3 個 IC LM324 DIP 14 2 個 MMA 7260 加速度計 1 個電晶體 684 PNP 48 個基板 PCB 板 15 12 cm 3 塊石英晶體石英晶體 24M Hz 1 個巨型點矩陣 8X8 LM 23884 16 個七段顯示器共陽四位元 A_564SRD 4 個木板環保積層板 3 片彈簧壓縮彈簧承受 5kg/1 個 16 個內崁式鋁條 6 條固定小鐵片 100 片螺絲木螺絲 SIZE:4 分 200 顆 19-149-

101 年全國高職學生實務專題製作競賽暨成果展報告書題目 : 無線視訊雙模遙控搬運車指導老師 : 陳信宏參賽學生 : 李正中吳哲豪曾林政 ( 標楷體 16) 學校名稱 : 花蓮縣私立中華高級工商職業學校 ( 全銜 ) 群科別 : 電機電子群別 : 資訊科中華民國 1 0 1 年 0 3 月 2 1 日 1-150-

目錄壹研究動機...3 貳研究目的...3 参研究方法與過程...4 一關鍵問題 1 車體結構與重心設計...5 二關鍵問題 2 扭力與速度得抉擇...6 三關鍵問題 3 如何驅動直流減速馬達...8 四關鍵問題 4 如何設計無線遠端雙模控制救災車......9 五關鍵問題 5 遠端控制時, 如何在控制端看見遠端車體之狀況?...12 六開發與組裝過程...15 1. 專題開發流程...15 2. 專題製作過程照片...16 肆研究結果與討論...17 伍參考文獻...18 附錄 PC 端 VB 程式控制碼...19 2-151-

摘要 : 摘要 : 無線視訊雙模遙控搬運車無線視訊雙模遙控搬運車無線視訊雙模遙控搬運車無線視訊雙模遙控搬運車這是一台利用無線傳輸技術進行遠端操控與視訊監控的搬運車, 本組的研究動機緣摘這起是要於一 : 日台本利用 311 無線的傳震輸撼, 技實術務進之行高遠功端能操救控災與機視器訊人監本控組的目搬前運技車術, 本雖組無的法研達究到動, 貼機緣摘這近起是此要於一目 : 日台標本利是用本 311 無專線題的傳的震輸努撼, 技力實術方務進向之行高為遠功提端能高操救製控災作與機的視器挑訊人戰監本性控, 組的指目搬導前運老技車師術, 設本雖定組無材的法料研達與究到取動, 用貼機緣近知起此識於目範日標圍本是的本限 311 專制題條的的件震, 努撼, 其力實詳方務細向之於高為功提貳能高研救製究災作目機的的器挑人戰之本性章, 組指節目導前老其技師過術設程雖定必無材頇法料充達與分到取利, 貼用這是一台利用無線傳輸技術進行遠端操控與視訊監控的搬運車, 本組的研究動機近知心此識智目範圖標圍等是的創本限意專制思題條考的件討, 努論其力技詳方巧細向關於為鍵提貳問高題研製分究作析目的設的挑計戰之替性章, 代指節方導案老其擬師過訂設程, 定乃必材頇至料充於與分利取利用用網緣起於日本 311 的震撼, 實務之高功能救災機器人本組目前技術雖無法達到, 貼知站心識進智範行圖圍專等的題創限報意制告思條共考件同討, 編論其技修詳巧等細, 關於其鍵詳貳問細題於研分究析参目設的研計究之替方章代法節方與案過其擬程過訂程, 之乃必章頇至節充於分利肆利用用網近此目標是本專題的努力方向為提高製作的挑戰性, 指導老師設定材料與取站心研進智究行圖結專等果題創與報意討告思論共考之同討中編論, 技修描巧等述, 實關其機鍵詳測問細詴題於的分結析参果設與研計未究替來方代展法方望與案過相擬程信訂在, 之此乃章至過節於程利所肆用習網得知識範圍的限制條件, 其詳細於貳研究目的之章節其過程必頇充分利用站研之進究整行結合專果知題與識報討基告論礎共上之同, 中編達, 修成描等製述, 作實其高機詳功測細能詴於救的災結機参果器與人研未的究來夢方展想法望與將過更相程進信一在之步此章過節程所肆習得心智圖等創意思考討論技巧關鍵問題分析設計替代方案擬訂, 乃至於利用網研之究整結合果知與識討基論礎上之, 中達, 成描製述作實高機功測能詴救的災結機果器與人未的來夢展想望將更相進信一在步此過程所習得站進行專題報告共同編修等, 其詳細於参研究方法與過程之章節肆之關整鍵合字知 : 識無基線礎傳輸上 8051, 達成製單作晶高片功 Visual 能救災機 Basic 器人的程夢式想設將計更進視一訊步監控研究結果與討論之中, 描述實機測詴的結果與未來展望相信在此過程所習得關鍵字 : 無線傳輸 8051 單晶片 Visual Basic 程式設計視訊監控之整合知識基礎上, 達成製作高功能救災機器人的夢想將更進一步關鍵字 : 無線傳輸 8051 單晶片 Visual Basic 程式設計視訊監控壹研究動機壹研究動機關鍵字 : 無線傳輸 8051 單晶片 Visual Basic 程式設計視訊監控去年日本 311 震撼全球, 也深深撼動出我們對環境巨變的關懷福島核災現場, 壹去高年溫日研高本輻究 311 射動以震機及撼未全明球的, 環也境深汙深染撼因動素出, 我使們得對搶環救境行巨動變難的以關得懷到快福速島與核明災確現的場判, 壹去高斷年溫資日訊研高本輻我究 311 射們動以注震機及意撼未到全明日球的本, 環核也境災深汙過深染後撼因的動素形出, 勢我使非們得常對搶嚴環救峻境行, 巨動美變難軍的以直關得升懷到機快飛福速過島與福核明島災確核現的電場判廠, 高斷外溫資約訊九高十輻我六射們公以注里及意也未到接明日觸的本到環核小境災量汙過輻染後射因的, 素形這, 勢就使非表得常示搶嚴輻救峻射行, 的動美威難軍力以直是得升多到機麼快飛強速過大與福明島為確核突的電破判廠如去年日本 311 震撼全球, 也深深撼動出我們對環境巨變的關懷福島核災現場, 斷外此資約困訊九境, 十日我六本們公政注里府意也啟到接用日觸的本到許核小多災量機過輻器後射人的, 進形這入勢就核非表災常示現嚴輻場峻射以, 的美取威軍得力直最是升新多機的麼飛數強過據大福便島為於核突判電破斷廠如情高溫高輻射以及未明環境汙染因素, 使得搶救行動難以得到快速與明確的判外此勢約困九境見, 十到日六如本公此政里科府也技啟接的用觸應的到用許小, 多量我機輻們器射心人, 中進這有入就了核表一災示些現輻想場射法以的 : 取威得力最是新多的麼數強據大便為於突判破斷如情斷資訊我們注意到日本核災過後的形勢非常嚴峻, 美軍直升機飛過福島核電廠此勢困境見, 到日如本此政科府技啟的用應的用許, 多我機們器心人中進有入了核一災些現想場法以 : 取得最新的數據便於判斷情外約九十六公里也接觸到小量輻射, 這就表示輻射的威力是多麼強大為突破如勢 (1) 思見考到災如難此發科生技後的, 應要用如, 何我利們用心科中技有克了服一整些個想事法件 : 衍生的惡劣環境呢? 此困境, 日本政府啟用的許多機器人進入核災現場以取得最新的數據便於判斷情 (1) (2) 思假考若災在難核發災生環後境, 中要, 如那何麼利我用們科要技如克何服獲整得個核事災件現衍場生的的資惡訊劣呢環? 境呢? 勢見到如此科技的應用, 我們心中有了一些想法 : (1) (2) 思假考若災在難核發災生環後境, 中要, 如那何麼利我用們科要技如克何服獲整得個核事災件現衍場生的的資惡訊劣呢環? 境呢? (2) 經小假組若討在論核後災, 環決境定中向, 老那師麼提我出們以要輪如型何機獲器得人核為災主現題場, 的利資用訊遠呢端? 遙控的操作的模 (1) 思考災難發生後, 要如何利用科技克服整個事件衍生的惡劣環境呢? 經式, 小穿組越討環論境後障, 礙決以定取向得老災師難提現出場以的輪第型一機手器環人境為資主訊題資, 料利, 用達遠到端救遙災控的正操面作效的果模 (2) 假若在核災環境中, 那麼我們要如何獲得核災現場的資訊呢? 經式, 小穿組越討環論境後障, 礙決以定取向得老災師難提現出場以的輪第型一機手器環人境為資主訊題資, 料利, 用達遠到端救遙災控的正操面作效的果模式, 穿越環境障礙以取得災難現場的第一手環境資訊資料, 達到救災的正面效果經小組討論後, 決定向老師提出以輪型機器人為主題, 利用遠端遙控操作的模貳研究目的貳研究目的貳研究目的式, 穿越環境障礙以取得災難現場的第一手環境資訊資料, 達到救災的正面效果提出專題想法後, 指導老師同時點出數個關鍵困難點反問我們要如何解決例貳提如出, 專輻研題射想範究法圍目後達的, 數指十導公老里師, 同要時用點哪出種數傳個輸關技鍵術困? 災難害點現反場問有我時們溫要度如高何達解數決百至例數提如千出, 度, 專輻機題射器想範人法圍要後達用, 數哪指十種導公材老里料師,?... 同要時用等點哪出種我數傳們個輸頓關技時鍵術感困? 災到難害製點現作反場一問有台我時實們溫務要度高如功何達能解數機決百器至人例數, 如千頇, 度考, 輻量機射的器範層人圍面要達相用數當哪十廣種公泛材, 里甚料, 至?... 要有用許等哪多種我技傳們術輸頓遠技時超術感過? 災到高害製職現作的場一學有台習時實課溫務程度高高不功達過能數, 機百老器至師人數鼓, 提出專題想法後, 指導老師同時點出數個 3 關鍵困難點反問我們要如何解決例千勵度我, 們機依器然人可要朝用向哪心種目材中料的?... 救災等機器我人們前頓進時, 利感用到現製有作高一職台課實程務內高可功應能用機的器學人術, 如, 輻射範圍達數十公里, 要用哪種傳輸 3 技術? 災害現場有時溫度高達數百至數科知識完成此專題夢想千度, 機器人要用哪種材料?... 等我們頓時感到製作一台實務高功能機器人, 3 經過討論與分析, 發現救災用機器人普遍 3 必頇具有的功能有 : 無線遠端控制排除障礙具微處理機控制電源管理, 等技術考量如何利用現有學術科知識, 完成類似功能, 是我們努力的方向再 -152- 者, 老師期望我們學習在有限資源創作出專題成果, 訂定一些製作的條件限制, 如製作時, 僅能取用老師提供固定表單內的材料或是使用回收材料, 採購材料必頇低於總材料的 20% 以內此外, 專題製

經過討論與分析, 發現救災用機器人普遍必頇具有的功能有 : 無線遠端控制排除障礙具微處理機控制電源管理, 等技術考量如何利用現有學術科知識, 完成類似功能, 是我們努力的方向再者, 老師期望我們學習在有限資源創作出專題成果, 訂定一些製作的條件限制, 如製作時, 僅能取用老師提供固定表單內的材料或是使用回收材料, 採購材料必頇低於總材料的 20% 以內此外, 專題製作時, 必頇應用三門學術科以上的知識是以, 本專題的研究目的如下述 : (1) 如何利用高職課程完成一台麻雀雖小, 五障俱全的救災搬運車 (2) 期望自製電子電路與無線遙控搬運車功能達到 90% 以上, 維持高度 DIY 精神 (3) 如何應用三門以上的學術科知識中, 完成第一點 (4) 挑戰在製作材料的有限條件下, 完成第一點參研究方法與過程 : 如前言所述, 本專題期望模擬災難現場做出一台縮小版的遠端遙控救災搬運車對於製作的材料與方法的應用上, 指導老師給了一些限制條件希望我們在有限資源條件之下能發揮創意思考以進行遙控救災搬運車製作的目標專題製作的限制條件在學術科上應用上, 除了要求應用三門以上的知識應用之外, 還增加下述材料來源的限制條件 : (1) 校內現有材料 :50% 以上 (2) 回收再利用材料 :30% 以上 (3) 採購材料 :20% 以內 4 圖 1 創意發想心智圖對於如此的製作限制, 的確讓我們花了 -153- 很多時間討論如何符合上述條件限制討論過程中, 利用心智圖, 圖 1, 進行功能與製作方向的思考輔助應用技術細節與材料取用上, 經過與老師的討論以及對照限制材料清單之後於心智圖豎立旗

對於如此的製作限制, 的確讓我們花了很多時間討論如何符合上述條件限制討與圖 1 創意發想心智圖論材過料程取中, 用利上, 用經心過智與圖老, 師圖的 1, 討進論行以功及能對與照製限作制方材向料的清思單考之輔後助於心應智用圖技豎術立細旗節圖 1 創意發想心智圖與對標材於的料如功取此能用的, 上製為, 作討經限論過制後與, 感老的到師確可的讓行討我的論們方花以案了及很對多照時限間制討材論料如清何單符之合後上於述心條智件圖限豎制立討旗對論於如此的製作限制, 的確讓我們花了很多時間討論如何符合上述條件限制討標總過的結程功中能, 如利為下用討 : 心論智後圖感, 到圖可行 1, 的進方行案功能與製作方向的思考輔助應用技術細節與對論於過如程此中, 的利製用作心限智制, 圖的, 確圖讓 1, 我進們行花功了能很與多製時作間方討向論的如思何考符輔合助上述應條用件技限術制細討節總材結料功取能用如上下, : 經過與老師的討論以及對照限制材料清單之後於心智圖豎立旗與論標 (1) 材過的料程功無取中能線用, 遙利上為控, 用討 : 經心論採過智後用與圖感 433MHz 老, 到師圖可行 1, 的討開進論方放行以案頻功及段能對與照製限作制方材向料的清思單考之輔後助於心應智用圖技豎術立細旗節與標總材的料取用, 上為, 討經論過後與感老到師可的行討的論方以案及對照限制材料清單之後於心智圖豎立旗 (1) (2) 結功無操能線控如遙模下控式 : 採用雙模 433MHz 方式, 的人開工放按頻鍵段遙控與 PC 程式遙控兩種模式標總的結功能, 如為下討論後感到可行的方案 (2) (3) 操輪控型模運式動 : 方採式雙 : 模兩方輪式驅, 動人工按鍵遙控與 PC 程式遙控兩種模式總 (1) 結功無能線如遙下控 (3) (4) 輪控型制運核動心方 : 式採 : 用兩 433MHz 8051 輪驅微動的處開理放機頻段 (1) (2) 無操線控遙模控式雙模 433MHz 方式, 的人開工放按頻鍵段遙 (4) 控制核心 : 採用 8051 微處理機控與 PC 程式遙控兩種模式 (1) (2) (3) 在製無操輪作線控型的遙模運過控式動程 : 方中採式, 雙 : 有模兩許 433MHz 方輪多式驅的, 動關的人鍵開工問放按題頻鍵將段遙描控述與如後 PC 文程 : 式遙控兩種模式 (2) (3) (4) 操輪控控型制模運核式動心方 : 式採雙 : 用模兩 8051 方輪式驅微, 動處人理工機按鍵遙控與 PC 程式遙控兩種模式在製作的過程中, 有許多的關鍵問題將描述如後文 : (3) (4) 輪控型制運核動心方 : 式採 : 用兩 8051 輪驅微動處理機在 (4) 製作控的制過核程心中 :, 採有用許 8051 多的微關處鍵理問機題將描述如後文 : 在一製作關的鍵過問程題中, 1 有許車多體的結關構鍵與問重題將心描設述計如 : 後文 : 在製作的過程中, 有許多的關鍵問題將描述如後文 : 一關鍵問題 1 車體結構與重心設計 : 由於本遙控救災搬運車具有抬升與搬運物體之功能, 抬升的負載重量目標設計在一關鍵問題 1 車體結構與重心設計 : 一關鍵問題 1 車體結構與重心設計 : 一關鍵問題 1 車體結構與重心設計 : 由車於體本總遙重控的救三災分搬之運二車以具內有抬是升以與在搬車運身物的體重之心功配能置, 設抬計升上的格負外載的重量要目標如設表計 1, 在車為體關總鍵重組的件三的分重之量二量以測, 內其中是以在 2 顆車鉛身酸的電重池心最配為置重設要計, 上其格位外置的將重決要定車如體表的 1, 重由為心於關偏本鍵移遙組控件救的災重搬量運量車測, 具其有中抬以升與 2 顆搬鉛運酸物電體池之最功為能, 重抬要升, 的其負位載置重將量決定目車標體設的計重在由車於本遙控救災搬運車具有抬升與搬運物體之功能, 抬升的負載量目標設計在心體偏總移重的三分之二以內是以在車身的重心配置設計上格外的重要如表 1, 表 1 關鍵組件重量由車為於體關本總鍵遙重組控的件救三的災分重搬之量運二量車以測, 具內其有中抬是以升與在 2 顆搬車鉛運身酸物的電體重池之心最功配為能置, 重設抬要計升, 上的其格負位外載置的將重量決要定目車標如體設表的計 1, 重在車為心體關偏總鍵移重組的件三的分重之量二量以測, 內其中是以在 2 顆車鉛身酸的電重池心最配為置重設要計, 上其格位外置的將重決要定車如體表的 1, 重為心關偏鍵移組件的重量量測, 其中以 2 顆鉛酸電池最為重要, 其位置將決定車體的重心偏移 5 5 如圖 2, 為了平衡救災搬運車於抬升物體 5 時之重心偏移問題與增加驅動輪抬的抓地力, 我們決定將 2 顆鉛酸電池齒輪組機構與電路板的位置接近於驅動輪的上如圖 2, 為了平衡救災搬運車於抬升物體時之重心偏移問題與增加驅動輪抬的抓方地力, 我們決定將 2 顆鉛酸電池齒輪組機構與電路板的位置接近於驅動輪的上方表 1 關鍵組件重量 5 如圖 2, 為了平衡救災搬運車於抬升物體時之重心偏移問題與增加驅動輪抬的抓地力, 我們決定將 2 顆鉛酸電池齒輪組機構與電路板的位置接近於驅動輪的上方 5 圖 2 車體重心配置圖 2 車心配置 -154-

二關鍵問題 2 扭力與速度的抉擇 : 二關鍵問題 2 扭力與速度的抉擇 : 科內現有的減速馬達使用在半徑 3 公分的輪胎上, 可產生多少的作用力? 這是我們非常關心的問題如前所述, 車身總重量達到 3.2 公斤, 若不能產生足夠的作科內現有的減速馬達使用在半徑 3 公分的輪胎上, 可產生多少的作用力? 這是我用力將無法驅動救災搬運車的相關運動我們先由該馬達的規格入手, 以認識其們 (1) 非輸常出關功心率的 :5W 問題如前所述, 車身總重量達到 3.2 公斤, 若不能產生足夠的作電用 (1) 機特性 : (2) 力輸將出無功扭法率矩驅 :5W Torque:0.8~6kg.cm 動救災搬運車的相關運 ( 動標準我 1.2.kg.cm) 們先由該馬達的規格入手, 以認識其電 (1) (2) (3) 機輸電特出壓性功扭範 : 率矩圍 :5W :5V~12V Torque:0.8~6kg.cm ( 標準 1.2.kg.cm) 6 (2) (3) (4) 輸電建出壓議扭範長矩圍時 :5V~12V 間 Torque:0.8~6kg.cm 附載重量小於 2kg ( 標準 1.2.kg.cm) (3) (4) 電壓範圍 :5V~12V 6 (5) 建轉議速長 :200rpm 時間附載重量小於 2kg (4) (5) 建轉議速長 :200rpm 時間附載重量小於 2kg (5) 因為轉, 速轉 :200rpm 矩 = 力臂 * 作用力 (T = r * F) 考量 " 力臂與作用力之間為垂直 ", 簡因要為計, 算轉作矩用力 = 範力圍臂 :* 作用力 (T = r * F) 考量 " 力臂與作用力之間為垂直 ", 簡因要為計, 算轉作矩用力 = 範力圍臂 :* 作用力 (T = r * F) 考量 " 力臂與作用力之間為垂直 ", 簡要 0.8kg.cm 計算作用 = 力 3 範 * 圍 F :, 得作用力 F = 0.26kg 0.8kg.cm 1.2kg.cm = 3 * F, 得作用力 F = 0.26kg 0.4kg 0.8kg.cm 1.2kg.cm 6.0kg.cm = 3 * F, 得作用力 F F = = 0.26kg 0.4kg 2 1.2kg.cm 6.0kg.cm = 3 * F, 得作用力 F F = = 0.4kg 2 6.0kg.cm 就規格書建 = 議 3 之 * 1.2kg.cm F, 得作而用言力, F 當 = 該 2 DC kg 減速馬達工作於半徑 r=3cm 之輪胎時, 就將規產格生書近建 0.4kg 議之的 1.2kg.cm 作用力 F 而言如, 此當的該作 DC 用力減速 F 面馬對達車工身作重於達半徑 3.2kg r=3cm 的救之災輪搬胎運時車, 就將而規產言格生顯書近然建是 0.4kg 議不之足夠的 1.2kg.cm 的作, 用經力過 F 而討言如論, 此決當的定該作用 DC 用現力有減的速 F 面齒馬對輪達車加工身以作重放於達大半該徑 3.2kg 馬 r=3cm 達的救輸之災出輪搬力胎運量時車, 將而產言生顯近然是 0.4kg 不足夠的的作, 用經力過 F 討如論此決的定作用用現力有的 F 面齒對輪車加身以重放達大該 3.2kg 馬達的救輸災出搬力運量車而為言了顯更然進是一不步足瞭夠解的規, 格經數過據討與論實決際定量用測現數有據的齒差輪異加, 進以行放工大作該電馬壓達與的不輸同出負力載量下為的了量更測進與一觀步察瞭表解格規格 2 為數相據關與量實測際數量據測與數觀據察的結差果異, 進由行實工驗作數電據壓發與現不, 工同作負電載壓下 12V 為的了量中更測, 進與負一觀載步察於瞭表 1.4Kg 解格規格 2 時為數雖相據然關與尚量實可測際運數量轉據測, 與數但觀據馬察的達結差的果異耗, 電進由流行實量工驗高作數達電據壓發 1.5A 與現不, 工對同作照負電規載壓格下 12V 的中量輸中測出, 與功負觀率載察為於 5W, 表 1.4Kg 格利用 2 時為 P=VI 雖相然關可尚量知可測該運數馬轉據達, 與之但觀建馬察議達結工的果作耗電由流實為量驗高 I=5W 數達據發 1.5A / 12V= 現, 工對 0.416A 作照電規壓格 12V 中是輸以中, 出, 若功負長率載時為於間 5W, 工 1.4Kg 作利於用時實 P=VI 雖驗然負可尚載知可之該運下馬轉, 達, 將之但造建馬成議達馬工的達作耗壽電命流縮為量短高與 I=5W 達無線 1.5A / 遙 12V= 控對救 0.416A 照災規搬格運中是車輸以電, 出力若功使長率用為時間 5W, 工大作利量於用縮實短 P=VI 驗等負問可載題知之該下馬, 達將之造建成議馬工達作壽電命流縮為短與 I=5W 無線 / 遙 12V= 控救 0.416A 災搬運是車以電, 力若使長用時間工大作量於縮實短驗等負問載題之下, 將造成馬達壽命縮短與無線遙控救災搬運車電力使用時間大量縮短等問題表格 2 工作電壓與負載實驗表格 2 工作電壓與負載實驗表格 2 工作電壓與負載實驗因上述之考量, 我們使用 20:60 齒的齒輪組於輪胎驅動機構中, 得到 3 倍的扭矩因放上大述倍之率考, 量是, 以我在們標使準用扭矩 20:60 (1.2kg.cm) 齒的齒輪下組, 於我輪們胎將驅可動得機到構 F=0.4kg 中, 得到 * 3 倍 = 的 1.2kg 扭矩因放之上大輸述倍出之率作考, 用量是力, 以 F 我在在們標扭使準矩用扭 (6.0kg.cm) 矩 20:60 (1.2kg.cm) 齒的下齒, 輪下我組, 們於我將輪們可胎將得驅可到動得機到 F=2kg 構 F=0.4kg 中, * 得 3 到 = * 6kg 3 倍 = 的之 1.2kg 扭輸矩出放之作大輸用倍出力率作 F, 用當是力然以 F 合在宜標扭的準矩數扭 (6.0kg.cm) 據矩將 (1.2kg.cm) 低於 6kg 下, 下同我, 樣們我地將們, 可將在得可抬到得升到 F=2kg 機 F=0.4kg 構上 * 我 3 們 = * 採 6kg 3 用 = 之 9 1.2kg 輸倍出的之作齒輸用輪出力組作, F 用將當力可然獲 F 合得在宜 F=0.4kg 扭的矩數 (6.0kg.cm) 據將 * 低 9 於 = 6kg 3.6kg 下, 同我輸樣們出地將作, 可用在得力抬到升 F=2kg 機構上 * 我 3 們 = 採 6kg 用之 9 輸倍出的作齒用輪力組, F 將當可然獲合得宜 F=0.4kg 的數據將 * 低 9 於 = 6kg 3.6kg -155- 同輸樣出地作, 用在力抬升機構上我們採用 9 倍的齒輪組, 將可獲得 F=0.4kg * 9 = 3.6kg 7 輸出作用力 7 7

有一得必有一失, 我們在機構的設計上得到了總輸出作用力的放大相對地, 在輸出的轉速上亦降低了 3 倍是以原規格轉速為 200rpm, 經過齒輪組的轉換變為 66.6rpm 所幸我們的救災搬運車較重視車體的驅動力, 對於車體的速度較低是以如此的輸出轉速在可接受的範圍三關鍵問題 3 如何驅動直流減速馬達 : 如何驅動 12V 減速馬達並且達到控制車體的運動方向? 尤其在許多的材料限制之下, 如何達到此控制目標, 更是需要許多的討論與嘗詴查詢科內材料清單後, SSR 已經用完, 只剩下為數頗多的電磁式繼電器由於本專題使用 8051 微控制器, 其輸出之控制電流較弱無法驅動電磁式繼電器是以, 我們利用 9012 與 9013 電晶體組成達靈頓對電路以強化 8051 的輸出控制能力因為使用電磁式繼電器之故, 切換電磁開關時容易引發感應電流而造成旁路電路的燒毀, 故在電路設計上必頇利用二極體避免逆向電流的發生下圖 3 為一般使用電磁式繼電器的工作模式 : 圖 3 電磁式繼電器常見使用方式由於我們使用該電磁式繼電器最主要在於控制 12V 直流減速馬達的正反轉, 是以, 我們必頇採用不同以往的慣用工作模式才能達到期望的工作目的這是本團隊具有創意發想的思考點使用上, 兩個 Relay 控制一顆馬達, 本專題共使用 6 顆電磁式繼電器在繼電器接點設計上, 如圖 4, 令 NC 點接於電池 GND 端 ;NO 點接於電池 +12V 端 ; 繼電器端點 3 作為 DC 馬達的其一電源輸入點利用 8051 進行 NC 與 NO 之間的切換控制圖 4, 為單一顆 Relay 的達靈頓對與繼電器之電路圖圖 5, 實作圖 8-156-

圖 4 單一繼電器的達靈頓對與繼電器之電路圖圖 5 單一繼電器的達靈頓對與繼電器之實作圖四關鍵問題 4 如何設計無線遠端雙模控制救災搬運車 : 為提升救災搬運車的實用性與靈活性, 採用無線控制是我們的目標且為符合高度 DIY 降低外購的精神, 在此相關電路上只有 RF 端的 433MHz 收發晶片與 HT12E/D 晶片為採購品項外, 其餘皆利用 8051 為核心控制器進行無線遙控電路與通訊的設計如圖 6 所示, 由兩個角度討論無線遙控雙模式控制電路 (a) 控制端之控制訊號路徑 ;(b) 受控端之控制訊號路徑 9-157-

圖 6 無線遙控雙模式控制電路方塊圖 (a) 控制端之控制訊號路徑 : 此端的控制訊號在設計上可由兩種方式產生 : 控制方法 ( 一 ): 此方法類似玩遙控模型時, 利用方向鍵直接進行控制訊號的輸出輸出的控制訊號隨即往上送到 433MHz RF 模組的訊號發射端如圖 7 所示, 為控制方法 ( 一 ) 之實作電路照片圖中, 分別建立四個方向控制鍵用以控制車體之行動方向另外再加上舉重架功能鍵,F_UP 與 F_DOWN 兩鍵, 當同時按下方向鍵上 +F_UP 時舉重架將作出抬升之動作, 以便舉起重物相同地, 當同時按下方向鍵下 +F_DOWN 時舉重架將作出下降之動作, 以便放下重物控制方法 ( 二 ): 此方式取代了上述直接用方向鍵的方法, 利用電腦撰寫 VB 控制程式如圖 8.a 所示為程式控制介面, 其程式碼附於本報告之後透過 RS232 的串列傳輸方式, 將控制命令傳送至 8051 再進行一階的轉換, 其中的命令轉換的格式 (format) 利用 Keil-C 撰寫於 8051 韌體 (firmware) 中如圖 8.b 所示, 為控制方法 ( 二 ) 之實作電路照片,PC 程式所下的控制指令透過 RS232 傳至照片中的 RS232 接線位置, 經由 HIN232/MX232 轉換至 8051 之 TX/RX 腳位由於 RS232 規範的電壓位準有別於 TTL 界面, 是以中間必頇再透過一轉換 HIN232 的協助如此 8051 才能順利透過 RS232 介面取得來自電腦端的控制指令緊接著,8051 便將輸出的控制訊號隨即往上送到 433MHz RF 模組的訊號發射端 10-158-

圖 7 7 控制方法 ( 一 ): ): 實體控制鍵直接驅動圖 7 控制方法 ( 一 ): 實體控制鍵直接驅動 7 ): 圖 7 控制方法 ( 一 ): 實體控制鍵直接驅動圖 7 控制方法 ( 一 ): 實體控制鍵直接驅動圖 8.a 8.a 控制方法 ( 二 ):PC ):PC 端控制程式介面圖 8.a 控制方法 ( 二 ):PC 端控制程式介面 8.a ):PC 圖 8.a 控制方法 ( 二 ):PC 端控制程式介面圖 8.a 控制方法 ( 二 ):PC 端控制程式介面 (b) 受控端之控制訊號路徑 : 圖 8.b 8.b 控制方法 ( 二 ):RS232 ):RS232 電路實作圖圖 8.b 控制方法 ( 二 ):RS232 電路實作圖 8.b ):RS232 圖 8.b 控制方法 ( 11 11 二 ):RS232 電路實作圖圖 8.b 控制方法 ( 11 11 二 ):RS232 電路實作圖 433MHz RF 模組的訊號接受端, 順利接受到無線電波並將之解碼比對完成後, 受控端接受到的控制訊號便可讓 8051 進行讀取我們利用 Keil-C 編寫對應的 11 11 控制程式碼在 8051 執行著, 依據所讀取的控制訊號做出預定的動作程序, 以進行馬達的運轉控制由於 8051 的輸出訊號 (fan-out) 的電流較弱, 是無法直接驅動電磁繼電器 (Relay) 的我們 -159- 必頇在 8051 與控制減速馬達的繼電器之間, 在加上一組達靈頓放大電路以增加 8051 輸出訊號的強度, 如此才能順利推動電磁式繼電器

進受行控馬端達接的受運到轉的控制訊由號於便可 8051 讓 8051 的輸出進訊行號讀 (fan-out) 取我們利的用電 Keil-C 流較弱編, 是寫無對法應直的控接制驅程動式電碼磁在繼電 8051 器 (Relay) 執行著的, 依我據們所必讀頇取在的控 8051 制訊與號控做制出減預速定馬的達動的作繼程電序器, 之以進間行, 馬在達加的上運一轉組控達制靈頓由放於大電 8051 路以的增輸加出訊 8051 號 (fan-out) 輸出訊號的強電度流, 較如弱此, 是才無能法順直利接推驅動動電磁電式磁繼電器 (Relay) 的我們必頇在 8051 與控制減速馬達的繼電器之間, 在加上一組達靈頓放大電路以增加 8051 輸出訊號的強度, 如此才能順利推動電磁式繼電器五關鍵問題 5 遠端控制時, 如何在控制端看見遠端車體之狀況? 利用無線遠距遙控雖然能提高車體運動的自由度不受有線的牽絆, 增大控制的五關鍵問題 5 遠端控制時, 如何在控制端看見遠端車體之狀況? 運動範圍然而在實驗的過程中發現車體若控制在遠端, 例如車體距離控制人利員用 50 無公線尺遠處距遙此控時雖欲然令能車提體高搬車運體重運物動, 的將自發由生度控不制受人有員線無的法牽目絆測, 舉增重大架控而制難的運以動將範目圍標物然舉而起在的實問驗題的過這程是中一發項現亟車待體解若決控的制狀在況遠端, 例如車體距離控制人員 50 公尺處此時欲令車體搬運重物, 將發生控制人員無法目測舉重架而難以經將過目小標組物討舉論, 起因的為問搬題運的這目是標一物項的亟外待觀解型決態的不狀一況若利用一般的感測器難以判斷目標舉重物之抬升位置, 是以利用無線遠距視訊協助控制人員進行目標物經的過抬小升組與討放論下, 將因是為較搬合運宜的目解標決物方的法外, 於觀是型本態組不決一定若向利老用師一商般借的看感護測用器的難遠以距判無斷線目監標視舉器重組物以之利抬解升決位前置述, 的是問以題利用此無監線視遠器距組視為訊 2.4GHz 協助控的制數人位員影進音行傳目輸標器物的材, 抬具升有與攝放影下鏡將頭是組較 ( 合包宜含的收解音決裝方置法 ), 與於接是收本監組視決螢定幕向各老一師組商借如看圖護 9 用所的示遠, 我距無們線將監攝視影器鏡組頭組以裝利配解於決車前體述上的方問題該鏡此頭監為視固器定組視為角 2.4GHz, 控制的攝數影位鏡影頭音的傳視輸角器方材位, 上具我有們攝採影用鏡外頭加組馬 ( 達包方含式收音增裝加置的 ) 與馬接達收數監量視, 螢意幕味各將一增組加整如個圖車 9 體所的示耗, 電我量們, 將降攝低影了鏡電頭池組工裝作配時於間車體為上了方簡化該馬鏡達頭的為使固用定數視, 角本, 組控決制定攝監影視鏡頭攝的影視鏡角頭方的位水上平我視們角採利用外車加體馬運達動方做式為改增變加方的式馬 ; 達上數下量視, 角意部味分將增利加用整齒個輪車組體減的速耗的電機量制, 以降五低組了電 20:60 池工齒作的時搭間配為達了到簡 1:243 化馬達的的減使速用效數果, 本如組此決可定配監合視上舉攝重影抬鏡升頭機的水構平的視運角動利速用度, 車同體時運可動在做小為出改力變的方狀式態 ; 下上提下高視攝角影部鏡分頭將組利的用負齒載輪重組量減進速而的降機低制驅, 動以攝五影組鏡頭 20:60 組之齒耗的電搭量配達到 1:243 的減速效果如此可配合上舉重抬升機構的運動速度, 同時可在小出力的狀態下提高攝影鏡頭組的負載重量進而降低驅動攝影鏡頭組之耗電量 12 圖 9 攝影 12 鏡頭配置圖 9 攝影鏡頭配置詴驗過程, 如圖 10-a 所示, 無線監視器接收到由車體上方攝影鏡頭所傳回的 10-a 影像畫面, 已經搜尋到目標物 ( 目標物為含水 1000cc 之寶特瓶 ) 圖 10-b 所示, 1000cc ) 10-b 車體已到達目標物位置透過遠端回傳之影像畫面, 控制人員可精確地看見目標物與舉重架的相對位置以便控制車體抬升目標物如圖 10-c 所示, 目標物 10-c 被舉起時, 攝影鏡頭同步抬升視角以便於控制人員透過遠端監視車體前方視野狀態 -160-

被舉起時, 攝影鏡頭同步抬升視角以便於控制人員透過遠端監視車體前方視野狀態圖 10-a 13 13 圖 10-b 圖 10-b 10-b 圖 10-c 圖 10-c 圖 10-a,b,c( 由上至下 ) 遠端 10-c 無線視訊監控組工作示意圖圖 10-a,b,c( 由上至下 ) 遠端無線視訊監控組工作示意圖 10-a,b,c( ) -161-

六開發與組裝過程 : 1. 專題開發流程 : 階段一 : 創意專題主題發想小組討論出數個有興趣的專題製作方向, 進行相關資料收集與評估工作透過討論與可行性的評估後, 選定較明確的製作方向後再與老師進行討論階段二 : 創意功能發想利用心智圖法, 進行各式樣天馬行空的功能想像, 針對有興趣的功能進行資料收集與技術評估工作重複使用心智圖討論法, 逐次地收斂出可行的細部製作方向階段三 : 工作分配實驗與製作針對選定之遙控救災搬運車功能, 分頭進行關鍵問題實驗與製作詴驗結果與預期功能不相同, 則進行功能與製作修改的討論階段四 : 車體製作與組裝上述關鍵問題的實驗與製作完成後, 重要尺寸與重量規格即能被確定開始進行遙控救災搬運車車體的製作與組裝工作階段五 : 專題報告撰寫以原訂之工作分配, 進行相關報告的撰寫各單元完成後, 即可進行專題報告整合的工作圖 11 專題開發工作流程圖 15-162-

2. 專題製作過程照片 : 2. 專題製作過程照片 : 2. 專題製作過程照片 : 肆研究結果與討論 : 肆研究結果與討論 : 圖 12 專題製作過程照片圖 12 專題製作過程照片本專題研發遙控救災搬運車構圖想 12 來自專於題製模作擬過核程災照環片境專題製作過程必頇符合指本專題研發遙控救災搬運車構想來自於模擬核災環境專題製作過程必頇符合指導老師所訂之設計條件下達成我們的遙控救災搬運車夢想過程有許多的創意討 16 本導專老題師研所發訂遙之控設救計災條搬件運下車達構成想我來們自的於遙模控擬救核災災搬環運境車夢專想題製過作程過有程許必多頇的符創合意指討論與設計與材料取用上的轉彎, 雖然辛苦也一度想改題目但我們完成了論導與老設師計所與訂材之料設取計用條件上的下轉達彎成, 我雖們然的辛遙 16 苦控也救一災度搬想運改車題夢目想但過我程們有完許成多了的創意討論與設計與材料取用上的轉彎, 雖然辛 16 苦也一度想改題目但我們完成了本專題研發無線視訊雙模遙控救災搬運車完成後, 經過實測所得之相關數據如本專題研發無線視訊雙模遙控救災搬運車完成後, 經過實測所得之相關數據如下 : 本下 : 專題研發無線視訊雙模遙控救災搬 -163- 運車完成後, 經過實測所得之相關數據如下 (1) : 總重量為 3.2Kg( 不含監視攝影機 ) (1) 總重量為 3.2Kg( 不含監視攝影機 ) (2) 可目視之無線遙控半徑 100 公尺

本專題研發無線視訊雙模遙控救災搬運車完成後, 經過實測所得之相關數據如下 : (1) 總重量為 3.2Kg( 不含監視攝影機 ) (2) 可目視之無線遙控半徑 100 公尺 (3) 抬升機構之實測抬升負載可達 4 公斤此數據量測於非運動狀況下, 否則將因負載超出車身總重而發生重心偏移翻車或是驅動輪胎抓地力不足的現象 (4) 車體運動模式下, 抬升負載控制於 2/3 車身重以下 ( 小於 2 公斤 ) 未來展望, 本專題所開發出的遙控救災搬運車在材料取用與應用技術的限制下, 在真實災害環境之下尚未能派上用場, 相較於實務高功能救災機器人之間, 必要的關鍵功能, 如無線遠端控制排除障礙具微處理機控制電源管理考量, 等技術皆在此次專題製作的思考與功能實現範圍雖然距離實務應用上有距離, 但是在下列技術條件改善之下相信更能貼近實務應用的範疇 (1) 車體材料改用鋁合金, 使之強度提升且更輕量化如此更能適應惡劣的災後環境 (2) 利用全球定位 GPS 無限定位方式與高功率的數位通訊技術, 提升無線遠端遙控的半徑範圍 (3) 使用全雙工的無線通訊技術, 使感測的環境數據可及時回傳 (4) 影像傳輸與遙控救災搬運車控制訊號整合, 使得應用範疇更加擴大, 例如具智慧型的機器人本專題小組進行此主題研究已將屆一年的時間, 過程中如何針對主題以及符合製作限制的挑戰, 對於高職課程的學術科知識的整合以及應用觀念得到了更深一層的體驗尤其對於心智圖的運用, 更感到有趣且實用小組討論的過程運用心智圖發揮想像力, 有如天空飛翔的鳥兒自在地提出各式樣的想法, 讓本專題的製作上有著許多可能性的組合一年下來, 處理報告的經驗豐富了, 合作學習的團隊默契亦大幅提升, 非常感謝老師的細心指導委實獲益良多伍參考文獻 : 17 (1) 李文源盧正川, 基本電學 1, 第 221-225 頁, 旗立出版社 (2) 林明德, 電子電路應用 - 專題製作, 第 178-182 頁, 台科大出版社 (3) 張榮順, 微電腦週邊電路,, 全華出版社 (4) 余忠潔, Visual Basic 程式設計, 全華出版社 (5) 張義和王敏男許宏昌余春長, 例說 89S51-C 語言, 文京出版社 (6) 繼電器, 維基百科 http://zh.wikipedia.org/zh-hant/%e7%bb%a7%e7%94%b5%e5%99%a8 (7) 達林頓對, 維基百科 http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%e9%81%94%e9%9d%88%e9%a0%93%e5%b0%8 D -164-

附錄 PC 端 VB 程式控制碼 Dim bport_workflag As Boolean Dim byte_uart_sendbuffer(1 To 2) As Byte Const KEY_UP = 38 Const KEY_DOWN = 40 Const KEY_RIGHT = 39 Const KEY_LEFT = 37 Private Sub cmd_ahead_click() byte_uart_sendbuffer(1) = &H1 byte_uart_sendbuffer(2) = &H1 MSComm1.Output = byte_uart_sendbuffer End Sub Private Sub cmd_back_click() byte_uart_sendbuffer(1) = &HF2 byte_uart_sendbuffer(2) = &HF2 MSComm1.Output = byte_uart_sendbuffer End Sub Private Sub cmd_down_click() byte_uart_sendbuffer(1) = &HC byte_uart_sendbuffer(2) = &HC MSComm1.Output = byte_uart_sendbuffer End Sub Private Sub cmd_left_click() byte_uart_sendbuffer(1) = &H4 byte_uart_sendbuffer(2) = &H4 MSComm1.Output = byte_uart_sendbuffer End Sub Private Sub cmd_right_click() byte_uart_sendbuffer(1) = &H8 byte_uart_sendbuffer(2) = &H8 MSComm1.Output = byte_uart_sendbuffer End Sub Private Sub cmd_up_click() byte_uart_sendbuffer(1) = &H3 byte_uart_sendbuffer(2) = &H3 MSComm1.Output = byte_uart_sendbuffer End Sub Private Sub Form_Load() Call ComPort_det Call Cbo_Init End Sub Private Sub ComPort_det() 'Com Port 偵測副程式 Dim i As Byte On Error GoTo err_treat For i = 1 To 16 'Com Port 最多會有 16 個 MSComm1.CommPort = i MSComm1.PortOpen = True cbo_comport.additem "COM" & i cbo_comport.text = "COM" & i MSComm1.PortOpen = False xxx: Next i If cbo_comport.listcount = 0 Then cbo_comport.text = " 無 " 19-165-

Exit Sub ' 離開副程式 err_treat: Resume xxx End Sub Private Sub Cbo_Init() 'COMBO SETTING----------------------------- cbo_baud.text = "9600" cbo_baud.additem "14400" cbo_baud.additem "9600" cbo_baud.additem "4800" cbo_baud.additem "2400" cbo_baud.additem "1200" cbo_baud.additem "600" cbo_baud.additem "300" cbo_baud.additem "110" cbo_parity.text = "None" cbo_parity.additem "None" cbo_parity.additem "Even" cbo_parity.additem "Odd" cbo_parity.additem "Mark" cbo_parity.additem "Space" cbo_datalen.text = "8" cbo_datalen.additem "8" cbo_datalen.additem "7" cbo_stopbit.text = "1" cbo_stopbit.additem "1" cbo_stopbit.additem "2" End Sub Private Sub cmd_portopen_click() Dim echo_msg As Byte If cbo_comport.text = " 無 " Then echo_msg = MsgBox(" 系統目前無 Com Port 可用, 按 ' 確定 ' 離開 UART Tools") End End If If bport_workflag = False Then Select Case cbo_comport.text Case "COM1" MSComm1.CommPort = 1 Case "COM2" MSComm1.CommPort = 2 Case "COM3" MSComm1.CommPort = 3 Case "COM4" MSComm1.CommPort = 4 Case "COM5" MSComm1.CommPort = 5 Case "COM6" MSComm1.CommPort = 6 Case "COM7" MSComm1.CommPort = 7 Case "COM8" MSComm1.CommPort = 8 Case "COM9" MSComm1.CommPort = 9 Case "COM10" MSComm1.CommPort = 10 Case "COM11" MSComm1.CommPort = 11 Case "COM12" MSComm1.CommPort = 12 Case "COM13" 20-166-

MSComm1.CommPort = 13 Case "COM14" MSComm1.CommPort = 14 Case "COM15" MSComm1.CommPort = 15 Case "COM16" MSComm1.CommPort = 16 End Select Select Case cbo_parity.text Case "None" ComParameter = cbo_baud.text + "," + "n" + "," + cbo_datalen.text + "," + cbo_stopbit.text Case "Even" ComParameter = cbo_baud.text + "," + "e" + "," + cbo_datalen.text + "," + cbo_stopbit.text Case "Odd" ComParameter = cbo_baud.text + "," + "o" + "," + cbo_datalen.text + "," + cbo_stopbit.text Case "Mark" ComParameter = cbo_baud.text + "," + "m" + "," + cbo_datalen.text + "," + cbo_stopbit.text Case "Space" ComParameter = cbo_baud.text + "," + "s" + "," + cbo_datalen.text + "," + cbo_stopbit.text End Select MSComm1.Settings = ComParameter MSComm1.RThreshold = 1 MSComm1.InputMode = cominputmodetext MSComm1.PortOpen = True 'Txt_send.SetFocus Call After_OpenPort ElseIf bport_workflag = True Then MsgBox ("UART PORT 已在工作狀態!! 請按 ' 確定 '") Else MsgBox ("UART PORT in Unknow Status!!") End If End Sub Private Sub cmd_portclose_click() If MSComm1.PortOpen = True Then MSComm1.PortOpen = False End If Call After_ClosePort End Sub Private Sub After_ClosePort() cmd_portopen.enabled = True cmd_portclose.enabled = False bport_workflag = False End Sub Private Sub After_OpenPort() cmd_portopen.enabled = False cmd_portclose.enabled = True bport_workflag = True End Sub Private Sub Picture1_KeyDown(KeyCode As Integer, Shift As Integer) Select Case KeyCode Case KEY_UP Call cmd_up_click Case KEY_DOWN Call cmd_down_click Case KEY_RIGHT Call cmd_right_click Case KEY_LEFT Call cmd_left_click End Select End Sub 21-167-

101 年全國高職學生實務專題製作競賽暨成果展報告書題目 : 簡易型 Smart-Home 多功能居家生活控制系統設計指導老師 : 鄭才新參賽學生 : 鄭智文張家銘學校名稱 : 臺北市立松山高級工農職業學校群科別 : 電機與電子群別 : 電機科中華民國 1 0 1 年 3 月 1 6 日 -168-

目錄壹前言... 1 一研究動機... 1 二研究目的... 1 貳簡易配線屋架構與硬體設計... 2 一屋內生活空間設計架構... 2 二屋內生活空間情境控制功能... 3 三遠端監控功能... 4 四人機介面與情境電動窗簾功能... 5 五屋內配線電源迴路架構說明... 8 參停車塔架構與操作介面硬體設計... 10 一大樓停車位設計架構... 10 二使用者操作介面設計... 11 肆專題成果... 18 伍結論... 19 陸參考資料... 19-169-

簡易型 Smart-Home 多功能居家生活控制系統設計摘要智慧家庭是一種智慧化的生活空間, 隨著科技進步及生活水準提升, 國人對生活品質要求趨向幸福感與舒適感, 以情境互動要求為基礎的 Smart-Home 多功能居家生活控制系統設計, 以生活空間之燈光窗簾影音電器監視等整合至控制面板介面, 本專題操作介面以電子電路組成控制面板及可程式控制器與人機系統組成之人機介面, 以建立安全舒適與便利的生活環境本專題實作生活環境中常見智慧型元件, 應用智慧型元件及可程式控制器的組合應用, 整合家中各項家電, 將屋內空間塑造具情境智慧的生活環境, 在日常生活中帶來便利性, 並應用到家庭普遍需要的停車位, 專題透過按裝特定的紅外線感應器監視攝影機人機介面智能情境開關等, 經由電路設計及程式產生適當的回饋, 達到人與空間的互動效果壹前言一研究動機關鍵字 : 智慧家庭可程式控制器人機介面智能情境開關從以前到現在, 我們只要是在家中要開關燈, 便要走上一段距離才能打開開關, 電燈才會亮滅, 有時天氣熱想開冷氣看電視聽音樂, 一定需要搖控器來開啟, 如果搖控器不見了或者是壞掉了, 真的是會讓人掃興而且心情很不好, 有時還要自己走到窗簾前面把耀眼的陽光給遮蔽起來, 這時總是希望它能夠自動收放簾子隨著科技的日新月異, 如果能夠利用智慧型元件, 再經人性化設計後便可讓我們在生活上帶來很多的便利, 在大樓矩陣停車位 ( 停車塔 ) 設計上利用數位邏輯積體電路 IC 可程式控制器 PLC 與操作介面配合, 讓使用者具有輸入密碼修改密碼的的功能, 讓停車系統具有安全性機制, 並強化使用上的便利性二研究目的在傳統居家生活中, 一般傳統開關只有 ON OFF 功能, 然而在此專題中運用智能情境控制開關監視系統 IPUCam 電動窗簾控制器等, 即可做出各種不同的情境, 例如 : 當家人要外出時, 只要按下按鍵, 家裡的燈便會全滅, 電動窗簾控制器動作, 窗簾關閉, 省下了還要手動關燈關窗簾的時間 ; 當回家時, 按下第二顆按鍵, 客廳燈打開, 電動窗簾控制器動作, 窗簾打開, 外出時也可以透過網路連接到 IPUCam, 此時便可打開監視器監視居家的狀況智慧型元件經過人性化的設計過後, 能夠帶給我們日常生活中很多便利, 所以本專題整合一系列在校所學習的專業技能跟專業知識, 來設計具有智慧的多功能居家生活控制系統 1-170-

貳簡易配線屋架構與硬體設計一屋內生活空間設計架構專題設計之初以軟體規劃室內空間, 設計一座簡易式配線屋模擬家庭生活空間, 將配線屋內電源裝置系統 PVC 管 EMT 管智能情境開關元件與電源操作介面等做系統性設計, 先規劃管路線槽配置, 之後開始將器具按照配置圖固定在板面上, 完成線槽配置電源鐵箱開孔 PVC 管路燒管 EMT 鐵管彎管線路配置器具安裝電子電路銲接, 再進行各組控制器軟體程式的規劃, 設計上先以簡易式硬體模擬控制器輸入輸出控制的可行性, 確定整體系統運作符合操作的安全機制無誤後, 最後在簡易式配線屋上模擬家庭生活, 如下圖 1 所示為簡易型屋內生活空間硬體設備架構圖圖 1 簡易型屋內生活空間硬體設備架構圖 2-171-

家庭主電路設計, 是依照規劃的功能及器具, 最後要經由室內配線工業配線依照電流容量來執行配線, 首先製作好總配電盤, 安裝好無熔絲開關 NFB, 依照所規劃的分路功能執行配線, 包含大樓門口燈自動點滅器歐姆龍人機介面 NS 歐姆龍可程式控制器 CP1L 型號智能情境控制開關電動窗簾控制器監視系統主機 IPUCam 多處控制一燈 110/220V 插座配置網路線配置電視線配置等, 由多種與生活上有關之元件組合, 執行所需要之特殊功能, 經由詳細的規劃後, 達到本專題所想要的居家生活的智慧化情境功能, 如下圖 2 所示為簡易型屋內生活空間硬體設備實體圖二屋內生活空間情境控制功能圖 2 簡易型屋內生活空間硬體設備實體圖應用智慧型情境控制元件以提高生活品質與便利性, 是現今生活水準提高之指標, 只要用手指頭在遙控器輕輕一按, 就能表現經程式設定的各種情境模式之變化, 例如 : 起居室情境控制音樂廳情境控制家庭劇院情境控制餐廳情境控制晚安 ( 睡眠 ) 情境控制等本專題使用之智能情境開關 TI01 TI02 TIA01 具有學習記憶的功能, 設計了當家人都齊聚在客廳時, 這時拿起控制器按下按鍵, 客廳裡所有的燈便會全亮, 當我們不需要太多燈光時, 按下第二顆鍵, 燈泡便會熄滅幾顆, 當大家都離開時按下第三顆鍵, 所有的燈便會全部熄滅當夜晚時, 有些人會習慣開一盞燈, 這時便可使用具有調光功能的情境控制開關, 不必需要太亮的亮度也能照亮整個家在主電路面板上如圖 3 所示, 使用智能情境開關 TI01: 可獨立控制ㄧ組燈光迴路, 可記憶 10 組紅外線碼作為情境控制使用,TI02: 可獨立控制二組燈光迴路, 可記憶 10 組紅外線碼作為情境控制使用,TIA01: 手指觸摸表面超過 0.3 秒, 開始 14 段調光亮度, 可記憶 10 組紅外線碼作為情境控制使用, 其智慧性功能強大, 在專題製作上曾嘗試讓情境開關記憶遙控器的紅外線, 如按下遙控器第一個按鍵讓一組燈亮, 按下遙控器第二個按鍵讓二組燈亮, 按下遙控器第三個按鍵可讓一二組燈同時亮 3-172-

圖 3 智能情境開關 (TI01 TI02 TIA01) 三遠端監控功能如圖 2 所示之監控系統主機 IPUCam, 有一只監視鏡頭透過網路線連接網路分享器, 並透過分享器連接至電腦主機, 如此一來只要有網路的地方, 我們便可透過網路連線到電腦, 再經由電腦就可以監控家中情況 IPUCam 有著強大的功能, 利用內建程式軟體, 透過電腦或智慧型手機也可以執行家中電器控制, 意思是只要我們透過網路連線至電腦, 便可使客廳或者是其他燈光亮滅, 透過手機安裝程式便也可以當作控制器使用, 只要是經由紅外線控制的電器用品, 都可以經過 IPUCam 學習過後, 使用特定程式就可使用在電腦或手機上, 不僅可以監控家園, 如外出時突然想到忘記關掉某一盞燈時便可簡單透過手機或電腦來關閉下圖 4 所示為監視器拍攝畫面經由 IPUCam 主機透過網路傳送至使用者端圖 4 網路遠端監控屋內畫面 4-173-

四人機介面與情境電動窗簾功能有時當陽光太強烈時, 我們便想拉起窗簾遮蔽陽光, 所以必須走到窗簾前才可拉起簾幕, 但如果安裝電動窗簾控制器, 利用紅外線遙控器按下按鍵, 窗簾變會自動啟閉, 它也可透過 IPUCam 經由情境控制的設計, 當我們要外出時, 窗簾也能自己自動啟閉在這部分使用的是歐姆龍 OMRON-PLC 與人機系統 NS,OMRON-PLC-CP1L 本體如圖 5 所示再加上窗簾控制器和情境開關, 用這些器具來控制人機的畫面還有窗簾的開關, 第一個是人機的畫面與操作, 人機介面裝置是設計在門口, 主要的功能是密碼輸入和讓來訪者知道家裡現在的狀況例如有迎賓模式畫面外出模式畫面和請勿打擾模式畫面操控的方法則是用網路去控制 IPUcam, 讓紅外線發射器發射紅外線給情境開關, 再由情境開關輸出經由繼電器到 PLC 的輸入,PLC 再去控制人機畫面的切換人機互動的方法, 是以用戶為中心, 可進行螢幕畫面的設計與程式設計, 簡單的說就是機器設備的操作面板變成了人機介面本專題在人機軟體 (OMRON Designer) 內設計了密碼鎖程式, 當我們外出時密碼上鎖, 要再進入屋內時, 必須透過人機介面輸入密碼, 輸入正確才可進入屋內, 為居家安全帶來一份保障, 我們也設計了幾套切換畫面, 假如今天要外出時可進行切換畫面, 畫面會顯示外出中狀態, 不希望有外人打擾時, 可切換到請勿打擾畫面, 有人在家時便可切換到正常狀態, 人機介面畫面如圖 6 所示屋外人機裝置架構成品如圖 7 所示圖 5 OMRON-PLC-CP1L 本體圖 6 OMRON-NS 人機輸入密碼畫面 5-174-

圖 7 屋外人機裝置架構成品第二個是窗簾的開關, 也是由 PLC 去控制,PLC 則是用記憶秒數的方式來判別窗簾的開或關, 操控的方法也是透過網路到 IPUCam 主機,IPUCam 的程式可以做情境設定, 模擬個人居家生活所想要的功能, 如圖 8 的 IPUCam 情境功能設定所示, 使用者可以利用紅外線遙控器發射紅外線到電動窗簾控制器, 再由電動窗簾控制器輸出訊號到 PLC 去控制窗簾馬達正轉或反轉, 並可經由監視鏡頭回饋視訊畫面, 觀看窗簾動作情形, 電動窗簾實體圖如圖 9 所示, 監視畫面如圖 10 所示可以從主機電腦輸入帳號密碼觀察配線屋情形圖 8 IPUCam 情境功能設定 6-175-

圖 9 電動窗簾控制器實體圖圖 10 監視鏡頭回饋視訊畫面 7-176-

五屋內配線電源迴路架構說明屋內電路設計以理想中智慧家庭所具備之電器操作元件功能, 以合理的功能進行迴路設計, 設計中需考量電源迴路之電流量, 是否有超出其負荷量, 本專題簡易式 Smart-Home 多功能居家生活控制系統設計電源迴路設計如下圖 11 所示圖 11 電源迴路設計 8-177-

本專題設計使用智能情境控制器監視系統主機監視器鏡頭窗簾控制器及可程式控制器整合應用, 為使智能控制能整合應用, 設計單一電源迴路控制, 承上圖 11 之電源迴路 6(CB6) 的插座電源 E, 提供四組 110V 電源供智能控制整合應用, 圖 12 所示為插座電源 E 提供智能情境控制架構圖圖 12 電源 E 提供智能情境控制架構圖 9-178-

參停車塔架構與操作介面硬體設計一大樓停車位設計架構大樓停車位系統, 是將舊型平面停車場改成矩陣式 ( 停車塔 ) 停車設備並與大樓結合, 有效利用最小空間容納最大容量的設計, 停車塔可以省下車輛迴轉的空間, 也可以在原地停車取車, 系統全部由可程式控制器 PLC 去規劃, 內部也有裝設安全感測器, 使用了最小的空間, 取得了最大的容量, 配合電路設計增加了無人化與自動化的人性化設計在這部分使用了三菱可程式控制器 PLC-32MT 型號配合輸出端擴充模組編撰程式高轉矩單相感應電動機電磁開關光電開關 PHS( 安全感測器 ) 極限開關四位數七段顯示器與按鍵 (Push-Button) 等完整呈現整個停車塔的運作, 使介面呈現人性化設計, 方便使用者操作, 下圖 13 所示為停車塔系統成品圖圖 13 停車塔系統成品圖可程式控制器 PLC 是一種即時系統有別於個人電腦, 傳統式以繼電器為主的電機控制系統中, 每當變更設計時, 整個系統幾乎都要重新製作, 不但費時又費力, 同時由於繼電器還有機械接點接觸不良磨損體積大之缺點, 因此造成成本升高可靠性低不易檢修等問題, 為了改善這些缺點, 取而代之的是可程 10-179-

式控制器 PLC, 是一種以數位訊號驅動之電子裝置, 使用可程式內部記憶體儲存指令, 取代實體繼電器, 執行繼電器邏輯及其他計時或計數等功能的順序控制為主, 在本系統 PLC 扮演重要的角色, 所有的開關輸出與顯示, 都需經由 PLC 去判別運算與記憶二使用者操作介面設計停車塔停了眾多的車輛, 少不了的就是判別車位與密碼的方法, 人機與電子電路都是很好的呈現方法, 但相較之下, 電子電路較為傳統, 需要良好的觀念與邏輯的運用, 不單只有軟體上的設計, 也有實際的銲接與配線, 所以選擇了電子電路來當作停車塔的操作介面 ( 使用者操作介面 User Interface), 如下圖 14 所示圖 14 停車塔系統使用者操作介面系統核心可程式控制器 PLC 輸出入點數共 32 個, 再加上擴充模組等點數受限制, 在停車塔操作設計上建置密碼安全機制, 但密碼的輸入與四位數七段顯示器的輸出, 都需要較多數量的輸入與輸出點數, 光是密碼的輸入就有數字 0~9, 再加上確認鍵清除鍵修改密碼鍵等, 就占掉了 13 個點數, 輸出也是一樣, 四位數七段顯示器就有 12 個接腳, 還有 16 個車位編號的 LED 燈組及停車塔安全燈警示燈警報器感應裝置等, 很容易就會超出可程式控制器的輸出點數, 而且會使用很多的電線, 不但浪費時間也很浪費資源所以, 為了改善這個問題, 輸入端的部分使用邏輯閘或閘 (OR Gate)IC4072 與 IC4075 去做編碼的動作, 再經由電晶體控制繼電器去傳送直流電源 24V 電壓訊號到 PLC 的輸入端, 從 13 點數, 可以減少到只有 4 個點數 (1 2 4 8), 如圖 15 為使用者操作介面電子電路設計圖輸出端部分則是用七段顯示器專用的解碼 IC7447, 但因 MT 型式 PLC 只輸出低電位, 所以需要再加上一個邏輯閘反閘 (NOT Gate)IC7404 去做訊號反向處理, 從 12 個點數也可減少到 8 個點數實 11-180-

作上, 由可程式控制器 PLC 的輸出端 ( 擴充模組 Y30~Y33 共 4 點 ) 經過解碼 IC7447 解碼後, 再將訊號送至四位數七段顯示器, 如圖 16 所示四位數七段顯示器電路圖電子電路在器具元件的擺設上面, 分為上下兩層電路板, 上層電路板銲的是使用者操作介面元件, 內含數字 0~9 鍵確認鍵清除鍵修改密碼鍵與控制鐵捲門上下的按鍵及顯示元件四位數七段顯示器, 並設置 16 顆顯示車位的模組燈及入庫出庫的 LED 燈與蜂鳴器在下層電路板銲的是 IC4072 IC4075 IC7404 IC7447 等數顆積體電路 IC 電晶體繼電器與排阻上下兩層的連接方式, 則是在電路板的右側各銲上排針, 再用彩虹排線去做連接, 在下層電路板的上下兩側, 銲上連接端子 TB 與可程式控制器 PLC 溝通圖 15 使用者操作介面電子電路設計圖 12-181-

三停車塔系統功能說明圖 16 可程式控制器 PLC 與四位數七段顯示器電路圖整個停車塔系統運作, 主要分為三個部分, 第一部分是使用者於使用者操作面板上輸入車位編號會對應右側車位模組指示燈, 再輸入車位密碼, 密碼正確可以執行修改密碼動作或車輛出庫入庫程序等功能, 操作介面如圖 17 所示, 車位模組燈用以模擬 4 4 車位停車塔系統, 以入庫 (RL) 出庫 (GL) 指示燈模擬車輛進出, 第二部分為停車塔出入口鐵捲門上升下降控制, 第三部分是 4 4 車位車輛入庫出庫與安全維護的機制, 控制流程敘述將以停車與取車流程說明圖 17 使用者操作介面圖 13-182-

第一部分當電源開啟後, 可以按下 0~9 數字鍵執行車位編號輸入, 選完車位後可以執行車位密碼輸入, 密碼正確可以執行修改密碼程序和車輛入庫及出庫程序, 密碼錯誤會有警報功能且顯示器顯示 8888, 警報功能結束重新回到車位密碼輸入操作階段, 若儲存密碼的暫存器 D20 數值為 0 且按下清除鍵, 則會回復到車位編號輸入操作階段, 其流程圖如圖 18 所示圖 18 車位編號密碼功能流程圖 14-183-

輸入密碼正確後即可執行修改密碼程序與車輛入庫出庫程序, 其流程圖如圖 19 所示在執行車輛入庫出庫程序時會先判別車位有無車輛, 如果有, 則執行出庫程序, 如果沒有, 則執行入庫程序密碼輸入正確後 5 秒內按下修改密碼鍵, 可由數字鍵輸入 0~9 數值到密碼暫存器 D30, 按確認鍵即完成修改密碼程序, 如果儲存密碼暫存器 D30 的值為 0 且按下清除鍵, 則結束修改密碼程序圖 19 密碼修改及車輛入庫 / 出庫功能流程圖 15-184-

第二部分為停車塔出入口鐵捲門上升下降控制, 其各極限開關光電開關控制元件實體配置圖如圖 20 所示, 控制功能流程如圖 21 所示, 控制程序為當車輛要停車時, 會先在大樓外碰到外極限開關 LS3, 這時鐵捲門會上升, 當鐵捲門上升碰到上極限開關 LS1 時, 鐵捲門會停止, 車輛就可以進入停車塔, 當車輛進入碰到內極限開關 LS4, 鐵捲門會下降, 鐵捲門下降碰到下極限開關 LS2 便會停止, 這時車輛已經在大樓內, 可選擇車位編號並輸入密碼, 密碼正確時, 車輛將會被送入停車塔, 停在所選擇的車位當車輛要出去時, 要先選擇車輛所停在的車位, 再輸入密碼, 密碼正確時, 車輛將被送出停車塔, 送出停車塔後會碰到內極限開關 LS4, 鐵捲門會上升, 當鐵捲門上升碰到上極限開關 LS1 時, 鐵捲門會停止, 車輛就可以出去, 車輛出去碰到外極限開關 LS3, 鐵捲門會下降, 當鐵捲門下降碰到下極限開關 LS2 便會停止圖 20 停車塔控制元件實體配置圖 16-185-

圖 21 停車塔車輛入庫出庫流程圖第三個部分也就是保護人身安全的安全機制, 分別有電動機過載密碼輸入錯誤及光電開關的啟斷等三種設計, 其一是馬達過載, 當馬達過載時, 鐵捲門將會停止目前的動作, 蜂鳴器會以 1HZ 頻率斷續響, 四位數七段顯示器會顯示 8888, 任何按鍵都無法輸入, 直到積熱電驛復歸其二是密碼輸入錯誤, 為了防止有心人士不斷的嘗試別人的密碼, 對別人的車輛不利, 所以在密碼輸入錯 17-186-

誤時, 蜂鳴器會以 1HZ 頻率斷續響, 四位數七段顯示器會顯示 8888 並以 1HZ 頻率閃爍,3 秒後才會恢復原功能其三是光電開關的啟斷, 當鐵捲門正在上升或下降時, 只要有人或東西經過鐵捲門的正下方, 將會啟動光電開關, 鐵捲門便會停止目前的動作, 直到人或東西離開了, 光電開關停止, 鐵捲門才能恢復原本的動作最後還有一個程式密碼的部分, 在第一次開起 PLC 的時候會先將停電保持暫存器 D201~D216 清除, 再將密碼初始值 1234 移入 D201~D216, 然後再由各個停車用戶, 分別換上自己的新密碼肆專題成果製作此專題善用許多既有的資源並結合老師與學生的創造力, 我們在這段時間裡學到的實作技能, 不輸給課堂上教的東西我們把專題設計得如此有挑戰性, 也就是因為想學到更多的東西, 而且老師就在我們的身邊, 老師就像一本本的活字典, 讓我們想問問題時, 有更好更快速的解決方法, 作專題也讓我們有從應試者晉升成為出題者的感覺, 給了我們莫大的自信但自己設計的東西難免會有些瑕疵, 通常做到一半才發現哪裡設計得不好, 途中要做更正也是件浩大的工程, 不過這樣可以訓練我們解決問題的能力, 也能讓我們體會到, 為甚麼大人們開會的次數那麼頻繁, 因為如果事前沒討論好如何應變, 等到遇到問題時, 可能就要花很多的時間去解決, 而且解決起來很累人, 如下圖 22 為簡易式 Smart-Home 多功能居家生活控制系統設計成果實物圖 22 簡易式 Smart-Home 多功能居家生活控制系統設計成果 18-187-

伍結論智慧家庭的概念已經存在數十年了, 它為生活帶來許多的方便性與生活品質的提升, 藉由此專題, 我們把想像中的智慧家庭呈現給大家, 也希望大家能對智慧家庭有更進一步的認知與了解雖然在現在的居家環境中都還是以傳統元件設備為主, 可能因為產品價格每個人的生活習慣, 導致尚未普遍, 但是我們相信隨著科技的日新月異所發明的智慧型元件, 是能夠人性化並且運用在居家環境裡, 往後也還會有更多人性化器具誕生, 甚至更多總類的智慧型產品發明, 運用這些智慧型產品不僅能帶來生活上的便利及提高生活品質外, 更可以為我們的居家安全帶來一份保障此專題製作是我們結合了在校期間所學習到的專業知識及專業技能, 使用了多項自動控制元件, 融合技術智慧, 人性化的規劃後, 所達到的多功能智慧家庭, 在製作的過程中能夠培養團隊合作意見溝通解決問題能力, 有時當意見不合時便會有所爭執, 所以在製作的過程中我們提出個人的看法, 並且在每個人的思考想法中擷取優劣, 發生問題時便要提出並且經過組員討論後想出理想解決方法經過了近七個月的努力, 我們完成了此簡易式 Smart-Home 多功能居家生活控制系統設計, 花了很多心思及時間, 不過我們很高興能夠學習到很多在一般課業上所學習不到的專業知識技能, 令我們覺得很值得, 最後藉由此專題向大家呈現智慧也能身處家庭中陸參考資料 1. 林進燈, 國科會工程處控制學門 98 年規劃主題智慧生活空間子題三 : 智慧型情境與互動式創意空間設計, 行政院國家科學委員會,98 年 2. 廖成旺, 三菱可程式控制器 FX2N 中文使用手冊, 双象貿易股份有限公司, 89 年 5 月 3. OMRON 設計團隊, 人機介面 NS 系列安裝中文操作手冊人機介面 NS 系列軟體中文操作手冊, 台灣歐姆龍股份有限公司 4. 王時軍, 輕輕鬆鬆學歐姆龍 PLC, 機械工業出版社,100 年 7 月 1 日 5. 林朝金蕭盈璋, 乙級室內配線術科, 台科大圖書公司,98 年 3 月 6. 王清崧楊瑞良, 丙級工業配線術科, 台科大圖書公司,97 年 8 月 7. 光自動點滅器接線圖, 摘錄自網際網路 http://www.100y.com.tw/pdf_file/23-fotek-a3-type.pdf 8. 紅外線感應接線圖, 摘錄自網際網路 http://www.cpu.com.tw/kh/alarm/red-sw/jy-5611-1.html 9. 蔡朝洋, 電子電路實作技術, 全華圖書股份有限公司,100 年 1 月 12 日 10. 林明德, 專題製作電子電路篇, 台科大圖書公司,99 年 6 月 10 日 19-188-

101 年全國高職學生實務專題製作競賽暨成果展報告書題目 :HTML5 雲端 App 遊戲 A Shiny Ball On The Cross 指導老師 : 張元庭參賽學生 : 廖建棋學校名稱 : 國立台中高級工業職業學校群科別 : 電機電子群別 : 電子科中華民國 1 0 1 年 3 月 1 2 日 -189-

摘要開電腦的第一件事就是連上網路, 網路這個平台愈來愈發達了到了最近 2009 年, 開始流行起雲端運算社群網站和 HTML5 技術本專題整合了上述特色, 開發出最新的雲端 App 遊戲 A Shiny Ball On The Cross 搭配自製遊戲引擎 Box2D 物理引擎雲端伺服器, 和創新的遊戲方式, 完成這項專題使用了 Google 的各項產品和平台, 有 GWT(Google Web Toolkit) GAE(Google App Engine) Google Project Hosting, 和 Chrome Web Store 線上應用程式商店, 從開發到發行整個遊戲 i -190-

目錄摘要... i 目錄... ii 圖目錄... ii 壹研究動機... 1 貳研究目的... 1 參開發軟體... 2 肆研究過程... 3 伍研究結果... 17 陸討論... 18 柒結論... 19 捌參考資料... 19 圖目錄圖一在 Eclipse 中, 準備用 GWT 將 Java 編譯成 JavaScript... 2 圖二在 Illustrator 中繪圖... 2 圖三準備過程圖... 3 圖四 HTML5 Logo... 4 圖五 Google Web Toolkit Logo... 5 圖六雲端運算說明圖... 5 圖七 Google App Engine Logo... 6 圖八過去與現在雲端小企業伺服器比較圖... 6 圖九 Google Project Hosting Logo... 7 圖十 MEngine 的 API 架構概念圖... 8 圖十一 Box2D API 架構概念圖... 9 圖十二 A Shiny Ball On The Cross Log... 10 圖十三 A Shiny Ball On The Cross 遊戲截圖... 10 圖十四遊戲操作介面... 11 圖十五遊戲頁面關係圖... 12 圖十六 A Shiny Ball On The Cross 核心架構圖... 13 圖十七 GWT RPC 機制架構圖... 14 圖十八社群網頁連結圖... 15 圖十九 Chrome Web Store 連結... 16 圖二十遊戲發行截圖... 16 圖二十一發佈後七天的伺服狀況... 17 圖二十二發佈後十四天的伺服狀況... 17 圖二十三發佈後十四天達到 521 人... 17 ii -191-

壹研究動機網路從是二十世紀末到二十一世紀初最重要的產物, 它已不再是大家所說的虛擬世界, 它已經對真實世界有足夠的影響力在 1998 年,Google 誕生了, 使得網路世界有了真正的地圖, 沒有了它, 網路的世界一片漆黑, 完全沒有方向在 2004 年,Facebook 誕生了, 雖然當時尚未普及, 但是到了現在, 在網路世界中有了自己的身份, 和朋友家庭喜歡的事物開始有了很自由的溝通方式, 最新的訊息不斷充斥在個人首頁中, 無時無刻都在接收 2005 年,AJAX 的技術才在網頁中普及化, 開始對網路有了另一種感受, 不用傳送新的網頁要求即可得到從伺服端處理的資料, 網頁開始動了起來, 不再是靜止的, 在 Gmail 和 Google Maps 中有驚人的體驗在網路世界中是個很大的突破到了 2009 年,Flash 在網頁中處處可見, 尤其是遊戲的應用但那時,HTML5 才剛開始, 雲端運算和社群網站也是在那時開始熱門了起來直到 2011 年, 在 11 月初,HTML5 打敗了 Flash, 因為 Flash 無法真正跨平台, 但 HTML5 可以, 在 Apple 的 ipad 和 iphone 行動產品中受到阻礙, 轉而開發 JavaScript 編譯器, 將 Flash 的 ActionScript 轉成 JavaScript 雲端服務也開始普及化, 甚至 Google 推出雲端筆電 Chromebook, 完全針對上網族所打造 Facebook 也達到了 8 億的用戶量,Google 也不甘示弱地開啟了 Google+ 社群服務整個網路世界在最近幾年又有了重大了變革為了搭上這股風潮, 整合所有現在最夯的技術, 來設計這款 Web App, 讓世界所有 Google Chrome 用戶都可以免費安裝這款遊戲貳研究目的一整合最夯技術, 從開發到發行實作一個 Web App 遊戲, 整合最新技術, 從開發到發行至 Chrome Web Store 平台上二熟悉運用各種 API 訓練自己能快速上手各種 API, 從 GWT GAE, 到 Box2D, 大量的 API 使用, 是未來職場上必備技能之一三開發遊戲引擎自己開發遊戲引擎在本專題完成後, 在未來還是可以使用此遊戲引擎開發其他遊戲 1-192-

參開發軟體一程式開發環境 Eclipse IDE + GPE(Google Plugin for Eclipse) 二繪圖軟體 Adobe Illustrator 和 Adobe Photoshop 圖一在 Eclipse 中, 準備用 GWT 將 Java 編譯成 JavaScript 圖二在 Illustrator 中繪圖 2-193-

肆研究過程我將研究過程分成三大部分第一部分是開發前的前置作業, 第二部分是 A Shiny Ball On The Cross 的遊戲解說, 和內部程式架構, 最後一部分則是加入社群按鈕和建立粉絲頁面, 最後發行至 Chrome Web Store 一前置作業本章節介紹專題的核心, 包括 :HTML5 遊戲開發時所用到的資源 APIs 開發環境, 以及了解一個 HTML5 雲端 App 遊戲的開發準備流程 ( 一 ) 準備過程以下以一張簡單的過程圖敘述準備過程, 和作為其他小節的大綱了解 HTML5 和使用 Google code 產品 ( 了解各產品的用途使用方法 APIs ) 完成自己編寫撞擊偵測, 物理反應套件失敗, 雖然撞擊偵測部份完成, 但由於物理反應部分超出能力範圍, 改採 PlayN 遊戲引擎認識 PlayN 遊戲引擎失敗, 雖然 Google 開始推廣, 使用說明資源愈來愈多, 但當時資源少, 也還不太完整, 使用困難改採自製遊戲引擎 MEngine 和物理引擎 Box2D 成功, 因為是自製框架, 使用方便, 且具重複使用性圖三準備過程圖 3-194-

( 二 ) HTML5 簡介從 2005 年 AJAX 技術普及化, 不用重新向伺服器提出新的網頁請求就可以在靜態網頁上即時更新網頁內容到了最近 2009 年, HTML5 開始有了消息, 整合了 HTML JavaScript, 和 CSS3, 為了減少網頁的外掛程式 ( 如 :Flash Java Applet Media Player 等 ), 而新增了許多新的元素, 使瀏覽器呈現網頁時更自然, 其中重要的三個元素 : <canvas> <video> <audio> Canvas( 畫布 ) 可以在網頁上作圖, 通常拿來做遊戲, 其中有 Canvas2D 和 WebGL 的上下文 (Context),Canvas2D 是純粹的平面的, 而 WebGL 可以在網頁上做 3D 遊戲, 搭配 HTML5 瀏覽器的 GPU 硬體加速, 執行上更為流暢後兩者分別是影片和音效的功能, 而不必再依賴 Flash 或 Media Player 了另外又有 Web Socket, 可以將用戶和伺服器作雙向溝通, 不必再用傳統的輪詢 (Comet Long Polling 等 ) 方法, 減少瀏覽器和伺服器的負擔資料甚至可以儲存在使用者的電腦裡,Local Storage 以 key-value 方式儲存, 不像 Cookie 只能儲存很小的容量, 且使用時都要連上網路, 但它可以離線使用, 且具有 5MB 的儲存容量 Application Cache 可以在沒有網路的時候打開應用程式網頁, 這樣雲端應用程式就不必一直依賴於網路了上傳檔案時, 不必再點選對話窗格, 直接從桌面將檔案拉至網頁上即可 CSS3 加入了新的規則, 其中有 3D 轉換 (3D Transforms) 的功能, 未來網頁不再是平面而是 3D 的圖四 HTML5 Logo HTML5 還有很多的功能, 但是有些還在開發階段, 或者是瀏覽器不支援, 還無法穩定的被廣泛使用本專題運用了 Canvas2D Local Storage, 和 Application Cache 三種功能遊戲主體是以 Canvas 呈現, 玩家成就由 Local Storage 來記錄在個人電腦裡, 最後加入 Application Cache 離線功能, 隨時隨地都可以遊玩 ( 三 ) Java Google 雲端本節介紹專題所要用到的 Google code 產品和程式語言 1 Google code Google code 提供很多開發者的所需要的產品, 如 Android 也是其中一項本專題使用了其中三項產品 :Google Web Toolkit Google App Engine Google 4-195-

Project Hosting 在臺灣這三項產品很少資源, 但是在國外常常應用, 所以我都是看國外的資料為多, 他們文章都寫得很清楚, 很容易就上手 2 Java vs. JavaScript 到 Google Web Toolkit( 簡稱 GWT) 如果是寫客戶端的網路應用程式, 那就一定要寫 JavaScript 但是 JavaScript 有個缺點, 因為它是腳本語言, 所以它不好寫大型的專案程式, 不是一個結構化語言, 且物件導向也不是那麼強烈現在為了這個問題, 也產生了像是 Dart (2011/10/10 誕生 ) 這種結構化且相似於 JavaScript 的程式語言圖五 Google Web Toolkit Logo GWT 也是為了解決上述的問題而誕生,GWT 是一種應用程式框架, 將其他較強的結構化物件導向語言, 經過分析最佳化模糊化, 濃縮成最短且保護商業邏輯的 JavaScript 程式碼, 且還會經由瀏覽器的不同, 選擇專屬的程式碼, 達到最好的效能於是我決定始用我最熟悉的 Java 語言, 大部分都可以搭配 GWT 完成這次的專題唯一的限制是不是所有 Java SE 裡的套件都可已被轉換成 JavaScript, 但大部分都可以 3 雲端 Google App Engine( 簡稱 GAE) Google Project Hosting 雲端運算近年來應用廣泛, 本專題大量使用雲端接下來由下圖介紹雲端 : 雲端雲端運算 ( 分散式運算 ) 雲端服務 vs. 檔案儲存應用程式雲端運算一般運算圖六雲端運算說明圖雲端其實分為兩類, 一是雲端運算, 另一個是雲端服務雲端運算其實就是分散式運算, 它將一個大塊工作分成其他小塊, 然後將這些小工作分派給其他電腦去運算, 最後再彙集成結果這跟一般的電腦運算相比, 一個是並聯運算, 另 5-196-

一個是串聯運算, 在平行的時間下運算小工作, 因此節省了大量的時間這就是雲端運算最大的特點我將雲端服務分成檔案儲存和應用程式兩大類前者是指將個人電腦裡的檔案, 交給雲端業者託管, 也就是將檔案上傳至個人的雲端空間, 通常限制一定的容量, 付費以獲得更多的容量當個人電腦報銷時, 用戶不用擔心, 因為所有檔案都在雲端上用戶只要再買一台電腦, 將網路線插上, 安裝雲端服務程式後, 等待所有個人檔案下載下來即可, 相當方便後者是本專題的重點, 雲端應用程式其實是要達到 RIA(Rich Internet Application, 多樣化網際網路應用程式 ) 的效果, 特點是將應用程式嵌在網頁上, 如簡單的繪圖動畫製作文書處理行事曆遊戲等, 都可以在網頁上完成, 需要時, 再跟後端伺服器做溝通, 省去下載安裝檔安裝應用程式, 這些瑣碎的程序專題最後會將遊戲發行至 Chrome Web Store 供 Google Chrome 瀏覽器的使用者安裝至個人瀏覽器中, 達到雲端應用程式服務的效果介紹完雲端運算後, 再來介紹所使用到的 Google 雲端產品圖七 Google App Engine Logo GAE 也是 Google code 裡的一項, 其實就是一個雲端伺服器供小企業使用相對於過去, 小企業不用再煩惱維護伺服器硬體損壞或軟體的升級, 可以更注重於自己的應用程式開發, 而且擴充性十足以下是過去與現在雲端小企業伺服器比較圖和說明 : 過去猶如自己蓋一間小房子, 所有事都得自己來現在雲端化後, 猶如租一間小公寓, 隔壁有可能是另一個小企業維護方面由出租者負責圖八過去與現在雲端小企業伺服器比較圖 6-197-

而 GAE 也提供資料庫的服務供客戶使用, 除此之外還有其他的服務 GAE 一般是免費的, 如果要有更大的資料庫空間, 或者需要更多的網域或資源, 才需另外付費升級本專題有用到它的資料庫 (datastore) 來儲存玩家成就和分數圖九 Google Project Hosting Logo Google Project Hosting( 專案託管 ) 是最後一項我使用到的 Google 產品, 它也是雲端的應用, 其目的是將開放原始碼 (Open Source) 的專案, 用版本控制系統 ( 如 : Subversion Git Mercurial), 將專案上傳至雲端託管, 如果團隊的成員並不是在一起工作, 藉此用雲端來工作, 隨時上傳下載最新的專案原始碼, 破除了空間的限制除此之外還有其他功能, 如專案的維基百科, 讓有興趣的人開發者了解本專案的使用方式 API 架構等, 也提供下載的服務, 上傳各版本的專案封裝或是 API 文件給開發者下載我將專題的原始碼 ( 包括 MEnigne 遊戲 A Shiny Ball On The Cross) 都放在上面, 在學校報告時, 很快就可以展示程式碼報告給大家聽下載服務提供各版本的 MEnigne 封裝, 和各次在學校的投影片報告 ( 四 ) MEngine MEngine 是參考 PlayN 和 Google I/O 2011 研討會裡介紹的遊戲基本架構所設計因為 MEngine 内高達 53 個類別和介面, 因為篇幅的關係, 所以不一一介紹各類別, 所以以一張 API 架構概念圖作為簡單的介紹 : 將 Game 給 MEngine 執行引擎服務 MEngine Class 提供大部分的遊戲框架服務 HandlersManager Class 負責管理遊戲事件的註冊 AssetManager Class 負責管理與提供需要用到的檔案 GameExecutor Class 負責執行遊戲 7-198-

開發者設計框架 Game Interface ( 遊戲介面, 丟給 MEngine 執行 ) GeneralGame Abstract Class 實作了大部分的遊戲抽象方法, 且加入了 Page 的概念 MyGame Class 開發者繼承並實作其餘抽象方法圖例 : 有實作繼承 GameInfo Class 儲存遊戲資訊 Page Abstract Class 遊戲頁面, 一個遊戲可以切換很多頁面 MyPage Class 開發者繼承某種頁面, 並實作抽象方法 Layer A Layer Abstract Class ( 圖層, 通常以一個群組圖層來包裝其他子圖層 ) Layer B GameComponent Abstract Class 遊戲元件, 整個遊戲架構中的最小成員 Player A MyComponent Class 開發者繼承, 例如遊戲中的怪物要實作 update() 和 draw() 兩個抽象方法 Monster B 圖十 MEngine 的 API 架構概念圖 8-199-

( 五 ) Box2D Box2D 是一套平面空間的物理引擎且開放原始碼 (Open Source), 應用甚廣, 如 PlayN 遊戲引擎有涵蓋到此物理引擎另外, 知名 App 遊戲 Angry Birds( 憤怒鳥 ) 和在 2008 年得過獨立遊戲節 (Independent Games Festival) 最高獎項的 Crayon Physics( 蠟筆物理學 ) 都是使用 Box2D 物理引擎以下介紹其特色和簡化的架構 1 特色與功能 : (1) 只負責計算工作, 不負責繪圖所以遊戲開發者可以依照自己的遊戲畫面需求繪製 (2) 提供常見的物理物件, 如 : 圓矩形多邊形節點等 (3) 可以給動態的物理物件施力衝擊扭矩等 (4) 可以註冊碰撞監聽器 (Listener), 當碰撞時, 接觸發生或接觸消失時 ( 其實有四種狀態, 但常用的就這兩種 ), 發送接觸事件給註冊好的監聽器但缺點是它是向世界 (World) 註冊, 而不是向特定的物件註冊因此, 一旦世界的任一角落發生碰撞, 即會發送事件, 所以還要檢查是否是目標的物件發生碰撞且只能註冊一個監聽器 (5) 因為螢幕動態畫面是以人類的視覺暫留所產生的, 所以其實物理計算時是一格一格的, 不連續因此, 如果若有一高速移動的物體將要撞擊另一較慢的物體時, 可能會發生穿越現象 (tunneling), 高速物體越過慢速物體, 因此就沒有撞擊到了此時 Box2D 有一功能叫持續式的撞擊偵測 (Continuous Collision), 可以避免這種狀況發生它會算出撞擊時發生的時間 (TOI,time of impact), 然後將物理物件移至那時撞到的位置然後完成物理撞擊, 給予適當的處理但這種方式較為費時消耗較多資源, 所以有必要時才在需要的物件上做設定 (6) 一開始 Box2D 是由 C++ 寫成, 後來開始支援 C# Java JavaScript ActionScript 等但這些後來支援語言的 API 不如 C++ 來的完整 2 API 架構概念 World 負責模擬整個世界的類別, 裡面包含很多 Bodies Body Fixture Shape 物理物件類別, 在世界裡的物體持有位置角度速度等物理屬性可以是動態或靜態的它可以有很多 Fixtures 很特別的一個類別持有密度摩擦係數彈力係數等物理性質, 且含有一個 Shape 形狀類別, 它有兩種子類別, 分別是 : 圓多邊形圖十一 Box2D API 架構概念圖 9-200-

二 A Shiny Ball On The Cross 在這裡介紹遊戲主題 A Shiny Ball On The Cross 的遊戲簡介操作遊戲頁面關係圖, 和程式架構因為本遊戲是要發行出去, 所以遊戲都是英文的圖十二 A Shiny Ball On The Cross Logo 圖十三 A Shiny Ball On The Cross 遊戲截圖 ( 一 ) 遊戲簡介 A Shiny Ball On The Cross 顧名思義, 就是要將 Shiny Ball( 發出黃光的球 ) 放到 Cross( 叉叉 ) 上, 是一款物理益智遊戲遊戲裡有數個世界 ( 目前只有一個 ), 每個世界裡有九道關卡經由各關的創造物 (Creation) 來闖關, 並記錄各關分數如果你有 Google 帳號的話, 可以登入遊戲, 你的成就會被上傳到雲端, 所以到任何電腦都可以以自己的成就遊玩另外, 它會將你的總分排名, 和其他玩家比較 ( 二 ) 遊戲規則與操作 1 遊戲目標 : 運用各種創造物, 將 Shiny Ball 安穩地放到 Cross 上 2 分數 : 創造任何創造物時, 都頇要能量, 以最少保存的能量作為分數 3 回收 : 可以將創造物回收, 或者創造物超出世界範圍會自動被回收回收可以恢復耗損在這創造物上的能量, 以便以後再利用 10-201-

4 創造物 : 分為點 (Dot) 線 (Line) 面 (Area) 5 創造順序 : 創造每一個創造物時, 都會記錄其被創造的順序, 回收時只能回收第一個或最後一個被創造的創造物 6 世界 : 一個世界有九道關卡, 依據所有世界裡全部關卡的總分來排名 7 關卡 : 每道關卡都有最低分數, 如果得分高於最低分數, 則可以開啟下一道關卡 8 操作說明 : (1) 鍵盤部分 : ESC: 回到關卡選擇畫面 R: 重置本關卡 A: 使用面 (Area) 創造物 S: 使用線 (Line) 創造物 D: 使用點 (Dot) 創造物 Ctrl+Z: 回收最後一個被創造的創造物 Alt+Z: 回收第一個被創造的創造物 (2) 滑鼠部分 : 左鍵 : 拖曳滑動世界滾輪 : 縮放世界 A S D( 創造物使用鍵 )+ 滾輪 : 更換目前使用的創造物 A S D( 創造物使用鍵 )+ 左鍵 : 定義繪製創造物繪製創造物時 + 右鍵 : 取消目前定義繪製的創造物 9 介面說明圖十四遊戲操作介面 (1) 左下角的按鈕是指鍵盤上的 A S D, 按下去可以檢視目前的使用的創造物 (2) 右邊是分數和能量條, 能量條旁有一個藍點指的是分數位置 11-202-

(3) 當分數呈現藍色, 表示目前分數高於的之前最高分 ; 當分數呈現深紅色時, 表示目前分數無法破關, 最後則會闖關失敗 (4) 當在繪製創造物時, 能量條旁會出現另一條較淡的能量條, 用來預視使用此創造物時會耗損後的能量, 但有些是創造物是不能預視的當預視能量條變成紅色時, 表示剩餘的能量會比當前的分數低 (5) 背景的 G 指標指的是重力方向, 有些關卡重力方向不一定是垂直的 ( 三 ) 遊戲頁面關係圖在遊戲頁面中, 各個按鈕會帶領玩家去其他頁面, 下面是它們的關係圖 : 教學頁面 2 教學頁面 1 遊戲資訊頁面登入視窗歡迎頁面闖關頁面排行榜頁面關卡選擇頁面圖十五遊戲頁面關係圖 12-203-

( 四 ) 程式架構遊戲是依照 MEngine 框架所設計, 因為遊戲類別量高達 94 個, 所以我只說明遊戲的核心架構和 GWT 很特別 RPC(Remote Procedure Calls) 架構 1 A Shiny Ball On The Cross 核心架構圖例 : 有實作繼承 GravityChangedListener Interface 遊戲裡重力改變時, 發送事件給此監聽器 ContactListener Interface Box2D 裡的撞擊監聽器當撞擊發生時, 發送事件給此創造 CreationDefiner Abstract Class 遊戲中負責幫助創造者定義繪製創造物的類別, 稱它為定義者, 創造者創造的創造物皆從這裡產生他有很多子類別, 實作不同的創造方式和產生不同的創造物 GeneralComponent Abstract Class MEngine 裡的幾近完成的元件抽象類別 Creation Abstract Class 遊戲中的創造物抽象類別在建構子裡會詢問創造者是否還有能量創造此創造物, 如果可以, 加入物理世界中, 一個創造物就因此誕生 PhysicalShape Abstract Class 形狀抽象類別具物理性質不可被創造者回收 Spatial Interface MEngine 裡物理空間介面 PhysicalWorld Class 遊戲中的物理世界類 Level Class 別持有 Box2D 的 World 負責讀取關卡設定, 持有所物件, 除此之外, 負責掌有的關卡資訊創造者會將管創造物的出生與死自己傳入 build() 方法, 依據亡, 和發送撞擊事件給更設定建造關卡關卡設定是下一層的創造物以 JSON 語言寫成, 是種輕量級的資料交換語言, 通常 Creator Class 在 AJAX 裡使用遊戲中的創造者, 也就是闖關中的玩家持有分數能量世界等欄位 ( 又稱屬性 ) 以關卡 (Level) 做為建構 Dot Abstract Class 子參數, 負責建立關卡且點創造物抽象類別做為創造物的建構子參數 Line Abstract Class MainCreation Abstract Class 線創造物抽象類別主創造物, 繼承者可以被創造者回收 Area Abstract Class 面創造物抽象類別 Physical Interface MEngine 裡物理物體的介面圖十六 A Shiny Ball On The Cross 核心架構圖 13-204-

2 Remote Procedure Calls 簡稱 RPC, 意思是遠端呼叫程序, 和 Java 的 RMI(Remote Method Invocation) 很像, 特點是在客戶端呼叫伺服端程序就像呼叫一般程序一樣方便, 重點是它是非同步程序, 也就是說, 呼叫後不必等到伺服端回傳再執行之後的程序, 而可以先執行其他程序再回來處理伺服端回傳的結果本遊戲利用它來實現傳送玩家成就給伺服端, 和下載排行榜的功能實現機制如下圖 : ServiceDefTarget Interface RemoteService Interface GWT 的伺服介面 RemoteServiceServlet Class RPC 所需繼承的 Servlet PlayerServiceAsync 類別 Interface 非同步伺服介面頇 PlayerServiceImpl Class 根據 PlayerService 來宣告抽象方法特點是沒有回傳值, 取而有關連 PlayerService Interface 自己定義的伺服介面實做自己定義的伺服介面這裡就是伺服端的程式了, 如資料庫的處代之的是一個理都在這裡 AsyncCallback( 非同步呼回 ) 物件作為參數, 且根據原本方法的回傳型態作泛型有關連圖例 : 實作繼承 PlayerServiceAsync PlayerSvc =GWT.create(PlayerService.class); GWT 自動幫你產生非同步伺服的實體從 GWT 匯入框架類別由開發者完成 GWT 自動產生可轉換的 Java 程式碼, 在客戶端以 JavaScript 任何 Java 程式碼, 在伺服器中執行圖十七 GWT RPC 機制架構圖執行三發行在發行遊戲之前, 一定要先包裝好才發行我加入了一些社群按鈕和粉絲專頁的連結另外, 左下角還有回報連結, 可以填寫對這個遊戲的看法, 和我聯繫 14-205-

社群按鈕 Facebook 的 Open Graph 效果 Google+1 的 Open Graph 效果遊戲主頁回報 Google+ 粉絲專頁 Facebook 粉絲專頁圖十八社群網頁連結圖 15-206-

另外, 還有一個是連到 Chrome Web Store 的連結 : 圖十九 Chrome Web Store 連結完成後即可發佈到 Chrome Web Store 上, 但在發佈之前頇要繳交 5 美元的認證費, 經由媽媽的同意且線上繳費後, 就可以發佈了以下是產品編輯頁和在發佈後可以在 Store 上找到遊戲的截圖 : 產品編輯頁產品專頁在 Store 上可以找得到本遊戲圖二十遊戲發行截圖 16-207-

伍研究結果狀況 : 以下是在遊戲發佈後的第七天和第十四天在伺服端請求 ( 向伺服器請求 ) 的圖二十一發佈後七天的伺服狀況圖二十二發佈後十四天的伺服狀況發佈後, 依上兩張圖看來, 用戶數量和遊玩頻率不算高, 但持續有人對本遊戲有興趣接下來是十四天後安裝本遊戲的 Chrome 使用者數量 : 圖二十三發佈後十四天達到 521 人這樣平均每天都有 37 人安裝本遊戲, 算是不錯的成績 17-208-

陸討論以下羅列出開發時遇到較重要的問題 ( 一 ) 如何使遊戲以最佳的效能執行?Timer 是唯一做遊戲動畫的方法嗎? 不, 在網頁用 Canvas 或 WebGL 做動畫都應該要用 requestanimationframe 的方式完成用這種方式可以讓瀏覽器知道你正在做動畫, 瀏覽器會將資源給你, 且達到最好的效能 ( 也就是 FPS 達到 60), 另外 Chrome 會啟動顯示卡的 GPU 達到最流暢的動畫效果它寫起來有點像遞迴, 但其實不是, 例句如下 (JavaScript): function animationloop(){// 開始執行 requestanimationframe(animationloop); // 將自己傳入, 看似遞迴其實是儲存起來, 等瀏覽器有空閒時才呼叫 render();// 繪製動畫 } ( 二 ) 遊戲操作時, 有些瀏覽器預設的動作要如何取消? 如按下滑鼠右鍵時會顯示的瀏覽器的內容選項, 滑鼠滾動時, 頁面會上下移動等問題在事件發生時, 也就是在監聽器裡呼叫事件的 preventdefault() 防止預設動作發生另外, 因為只有 canvas 元素有效, 當事件傳遞到上層的元素還是會發生, 所以還要呼叫事件的 stoppropagation() 才會停止傳遞 ( 三 ) 在遊戲核心架構圖中,PhysicalShape 是不能被手動回收的, 那如果有主創造物是用到 PhysicalShape 的話怎麼辦? 是否真的不能回收? 遊戲在 1.3.0 版之前確實是不能回收的, 但是之後多加了 ShapesController 類別就解決了這個問題它繼承了 MainCraetion, 可以監控大量的 PhysicalShapes, 所以可以回收被創造出來的 PhysicalShape ( 四 ) 在面創造物裡有一個三角形的創造物, 可以由玩家隨便定義三角形的三頂點但是 Box2D 規定多邊形必頇以逆時針的順序傳遞頂點陣列, 要怎麼處裡玩家隨意定義的三點成有順序的陣列呢? 關鍵在三角形的外角在三角形中要構成零向量, 不是順時針就是逆時針, 所以先測試看看某一方向假如三向量分別是, 當是順時針時, 轉到的角度 ( 也就是外角 ) 是負的, 所以是負的相反地, 逆時針就會是正的, 因此就可以判斷正確的頂點順序了 ( 五 ) 在登入 Google 帳號後, 必頇向伺服器再次確認玩家是否登入了但是怎麼得之玩家在彈出視窗按下登入後的時機點? 不同的頁面要怎麼偵測? 這得在母 window 裡新增一道程序, 負責向伺服器確認玩家是否登入, 當玩家完成登入時, 瀏覽器轉換到設定的關閉視窗頁 ( 負責關閉彈視窗 ) 時, 關閉前呼叫子 window.opener.check(),check() 是在母 window 新增的那道程序 ( 六 ) Facebook 的 Open Graph 效果要怎麼完成? 一般網頁並沒有這樣的功能一般的網頁沒有此效果是因為需要 Facebook 的應用程式 ID 才行, 所以要向 Facebook 建立一個應用程式, 之後再照著傳遞 ID 參數就可以了 Google+1 就沒有這個問題, 程式碼相較之下更是簡短 18-209-

柒結論雖然安裝本遊戲的使用者不算多, 一開始發佈時, 一些親朋好友也給了不少的建議, 也做了適當改善經過我對分數和朋友的反應推斷大家都卡在第三關, 可能是大家不知道可以換創造物, 所以沒有耐心再玩下去或是教學寫得不夠清楚不想讀英文教學之後打算加入互動式教學, 一步一步帶領玩家闖關在設計過程中學到了如何設計一個好的遊戲引擎, 需要強烈的物件導向觀念, 考慮到高的擴充性和引擎架構的設計習慣大量的調用 APIs 更是寶貴的經驗體會到一個遊戲的開發過程中是先需要一套遊戲引擎, 再依照引擎框架和資源完成整套遊戲如 Chrome 版的 Angry Birds 就是用 PlayN 引擎寫成的雖然現在智慧型手機平板電腦正夯, 幾年前的 PDA 就這樣被淘汰了但是網路一直以來都還存在著, 且不斷的在改進瀏覽器快要成為我們新的作業系統,HTML5 正是使網頁更自由的新標準一個網路 App 就像手機 App 一樣方便, 取代了桌面的應用程式, 它省下了安裝的程序其實 App 和桌面程式並沒多少差異, 一旦平臺不同時, 加上媒體的宣傳, 使用者也就大大地提升了雲端服務是我們日常生活中所追求的不管在任何機器可以成為自己的使用空間, 這種概念給人類很大的方便我把它譬喻為最笨重但也是最方便的隨身碟, 因為伺服器的笨重但是不用帶著走, 因為只要有網路存在, 你的資料隨時隨地都在你身邊就像本遊戲一樣, 只要你登錄了遊戲, 馬上就可以以個人的成就遊玩社群網路的影響很大, 善用它就像免費打廣告, 經由親朋好友的訊息傳遞, 幫助本遊戲賺取了不少用戶未來可以經過社群網站的 API, 將遊戲放到社群平台上, 吸收更多的用戶本遊戲 A Shiny Ball On The Cross 未來會增加更多的關卡與創造物與前面提到的互動式教學, 在 Chrome Web Store 裡闖出一片天捌參考資料一 Google Google I/O 2011-Kick-ass Game Programming with Google Web Toolkit www.google.com/events/io/2011/sessions/kick-ass-game-programming-with-googleweb-toolkit.html Google I/O 2011- Super Browser 2 Turbo HD Remix: Introduction to HTML5 Game Development http://www.google.com/events/io/2011/sessions/super-browser-2-turbo-hd-remix-intro duction-to-html5-game-development.html Google I/O 2010-GWT Linkers www.google.com/events/io/2010/sessions/gwt-linkers-webworkers-extensions.html Google Web Toolkit code.google.com/intl/zh-tw/webtoolkit/gettingstarted.html Google App Engine code.google.com/intl/en/appengine/docs/ 19-210-

Google Project Hosting code.google.com/p/support/wiki/gettingstarted 二 Project Hosting PlayN code.google.com/p/playn/code.google.com/p/gwtbox2d/ GWT Box2D code.google.com/p/gwtbox2d/ GWT Crypto code.google.com/p/gwt-crypto/ Box2D box2d.org/ Box2D manual www.box2d.org/manual.html 三撞擊偵測與反應 Kyle Schouviller-QuadTree www.kyleschouviller.com/wsuxna/quadtree-source-included/ Wiki-Elastic Collision Vobarian Software -2 Dimensional Elastic Collisions without Trigonometry(pdf) www.vobarian.com/collisions/2dcollisions2.pdf 四 HTML5 HTML5 Rocks www.html5rocks.com/en/ MDN-Canvas Tutorial developer.mozilla.org/zh-tw/docs Accelerated Game Programming with HTML5 and canvas www.felinesoft.com/blog/index.php/2010/09/accelerated-game-programming-with-ht ml5-and-canvas/ W3C Editor s Draft-5.6 Offline Web applications(app Cache) dev.w3.org/html5/spec/offline.html#offline 五雲端運算雲端運算 Wiki zh.wikipedia.org/zh-tw/%e9%9b%b2%e7%ab%af%e9%81%8b%e7%ae%97 淺談雲端運算 http://www.cc.ntu.edu.tw/chinese/epaper/0008/20090320_8008.htm What is Cloud Computing? www.youtube.com/watch?v=ae_dknwk_ms Facebook Like Button developers.facebook.com/docs/reference/plugins/like/ Facebook Open Graph Protocol developers.facebook.com/docs/opengraph/ Facebook Fan Page www.facebook.com/pages/create.php Google +1 Button http://www.google.com/+1/button/ Twitter Tweet Button twitter.com/about/resources/buttons 六困難排解 Disable Context Menu in GWT svenbuschbeck.net/wordpress/2011/02/disable-context-menu-in-gwt/ Facebook Like Button-Open Graph 無法產生 forum.developers.facebook.net/viewtopic.php?pid=223994#p223994 20-211-

101 年全國高職學生實務專題製作競賽暨成果展報告書題目 : 能糾錯之無線電子音樂系統指導老師 : 盧正川楊耀廷參賽學生 : 洪培真楊璧菁蘇威廷王勁為學校名稱 : 國立岡山高級農工職業學校群別 : 科別 : 電機與電子群資訊科中華民國 1 0 1 年 0 3 月 2 0 日 -212-

目目錄錄目錄目錄摘要...1 摘要壹前壹言...1 前言貳研貳究動研機究...2 動機參研參究目研的究...2 目的肆研肆究過研程究 ( 方過法程 )( 方法 ) 一研一究過研程究與過系程統與設系計統流設程計...3 流程二研二究過研程究分過析程說分明析...4 說明 ( 一 ) 數 ( 一學 ) 式數推學導式...4 推導 ( 二 ) [7,4] ( 二漢 ) [7,4] 明碼漢編明解碼編器解分碼析器...5 分析 ( 三 ) 電 ( 三子 ) 音電樂子原音理樂分原析理數分學析式數推學導式...10 推導 ( 四 ) 漢 ( 四明 ) 碼漢結明合碼電結子合音電樂子無音線樂傳無輸線應傳用輸設應計用...11 設計 ( 五 ) 藍 ( 五芽 )(Bluetooth) 藍芽 (Bluetooth) 無線通無訊線系通統訊...12 系統 ( 六 ) UART ( 六 ) UART 原理簡原介理...12 簡介 ( 七 ) 硬 ( 七體 ) 電硬路體驗電證路與驗實證現與...12 實現伍研伍究結研果究...19 結果陸討陸論...19 討論柒結柒論...20 結論參考文參獻考...20 文獻 -213-

能糾錯之無線電子音樂系統摘要近年來, 隨著科技不斷的進步, 網路衛星及行動電話等通訊設備, 漸漸縮短了人與人之間的距離, 無論是視訊或語音訊號都可以在很短的時間內傳達到目的地, 而在要求訊號高速傳輸的同時, 也必須要求傳輸訊號的正確性, 若正確性無法達到一定的水準, 會讓這些訊號產生一定程度的失真, 造成使用者的不便所以想辦法提升訊號錯誤更正的能力, 解決信號傳輸時所受到的干擾與雜訊, 便成為如今訊號傳輸的重要課題, 而錯誤更正碼即是解決雜訊干擾問題最有效方法之一, 通訊系統中的錯誤更正碼歸類為通道編碼, 它不同於資料壓縮的訊源編碼, 目的在確保傳輸資料的正確性 ; 資料在傳輸過程中可能因為傳輸媒介的可靠度不佳, 或外在因素的干擾而遭到破壞 ( 即資料產生錯誤 ), 錯誤更正碼的作用即是儘可能還原這些遭受破壞的資料 ( 即將錯誤資料更正 ) 本研究專題是以多項式循環特性為基礎的漢明碼 (Hamming Code), 將其錯誤更正技術運用於無線多媒體傳輸系統中, 以數位音階訊號當作訊息源, 應用漢明碼進行通道編解碼首先我們於 Quartus II 開發軟體以電路模式設計循環漢明碼編解碼架構, 並以 CPLD 晶片及藍芽無線傳輸實現無線多媒體音樂系統硬體電路, 驗證漢明碼在無線多媒體傳輸系統之糾錯能力, 確保通訊品質, 並完成無線電子音樂之應用關鍵字 : 錯誤更正碼漢明碼 CPLD 晶片藍芽無線傳輸 1-214-

壹前言隨著無線通訊需求與應用的蓬勃發展, 社會多媒體訊息流通量的急遽增加, 高傳輸率高可靠度之鏈路要求與日俱增, 尤其進入全球個人行動資訊化的科技洪流後, 巨大的多媒體通訊量與全球無縫隙覆蓋需求, 已確立無線寬頻通訊系統 (Broadband Communication System) 運用的主流地位, 目前是透過整合運用將不同通訊系統連結起來, 完成行動化全球化之高傳輸及高品質無線通訊服務貳研究動機記得在一次在演唱會會場, 接聽了一通同學打來的電話, 雙方都聽不清楚說話的內容, 講得越大聲雜音越大, 心裡有點納悶, 為甚麼在人多的地方, 行動電話的通話品質會這麼差回到學校和同學討論一翻, 仍得不到滿意的答案, 後來在網路上收尋行動電話通話品質的相關討論報導, 才知道在人潮多的地方, 行動電話用戶瞬間增加很多, 如同高速公路突然湧上大量車潮, 彼此間必然互相干擾, 通話品質自然下降為了瞭解如何解決被雜訊攻擊產生訊號錯誤的問題, 我們由網路上一些文章報導, 發現以高一學過的多項式乘法及除法運算, 結合而成的漢明碼編解碼器, 就可以簡單的找到被雜訊破壞過的訊號所產生的癥狀, 就好像人生病時某個部位被細菌侵蝕破壞一樣, 會產生各種病癥, 醫生可以用聽診器找到病癥, 幫病人治病, 恢復健康的身體, 同樣的, 多項式循環漢明碼就是扮演醫生的角色, 可以有效的還原正確的訊號為此, 引發我們研究錯誤更正碼的動機参研究目的由於在資料的傳輸過程中, 其所經過的通道時常會有雜訊干擾及電波的衰減, 會使得傳輸的訊息發生錯誤, 而錯誤更正碼主要功能就是將通道雜訊衰落或干擾對信號的影響降到最低, 故錯誤更正碼稱之為通道編碼 (Channel Coding); 通道編碼基本的策略便是在通道編碼器加入一些經過特殊設計的多餘核位元序列, 在解碼時可利用這些多餘的記號來修改因雜訊而可能產生的錯誤所以我們將數位化的資料加入錯誤更正碼, 將一串結合核位元的正確訊息在通道中傳送, 雖然有部份訊息位元遭受攻擊而發生錯誤, 其中錯誤的位置是隨機無法預知的, 為了讓系統能自動將錯誤資料更正錯誤, 因此在編碼時加入具有結構特性的偵錯資訊, 儘可能將錯誤改正回來, 這就是我們的研究目的 2-215-

肆研究過程 ( 方法 ) 一本研究專題之研究過程與系統設計流程如圖 1 及圖 2 所示 : 1 研究過程 : 1) 首先我們推導漢明碼編解碼多項式的乘法與除法的基本運算, 並觀察餘式 ( 錯誤癥候 ) 的特性 2) 將數學式轉換成邏輯電路 3) 把邏輯電路在 QuartusⅡ 軟體中模擬驗證 4) 最後將編解碼器結合無線電子音樂系統在電路板實現編解碼數學式推導分析電路規劃設計軟體模擬硬體電路實現圖 1. 研究過程 2 系統設計流程本無線電子音樂系統 ( 如圖 2) 以電腦超級終端機, 擷取所按下的鍵盤數字鍵 ASCII 碼之訊息, 此訊息經判斷電路作為選擇音階, 並由編碼器將此訊息作 (7,4) 漢明碼編碼, 編完後之碼字訊息經由 UART 與藍芽發射機傳送至藍芽接收端, 傳輸過程將與隨機產生之雜訊結合, 透過藍芽接收後, 將受干擾訊息輸入到解碼端, 進行錯誤訊號偵測改正後, 將正確清晰的音樂經由喇叭播放出來圖 2. 系統設計流程圖 3-216-

二研究過程分析說明 : ( 一 ) 數學式推導 : 1) 多項式乘法器及除法器分析探討 : 多項式乘法器及除法器是我們製作編解碼器必須用到的數學基礎及元件, 其分析說明如下 : 1) 多項式乘法器 : 4 2 3 假設 mx ( ) = x+ x+ 1, gx ( ) = x+ 1, 兩多項式相乘得 : 7 5 4 3 2 c( x) = m( x) g( x) = x + x + x + x + x + 1, 把它轉換成邏輯電路如圖 3, 並驗證 cx ( ) 輸出為 : (10111101), 和用手算的結果相同 mx ( ) 輸入 1 D0 D D 1 2 x 3 cx ( ) 輸出 10111101 10101 圖 3. 多項式乘法器電路圖電路中代表移位暫存器, 代表互斥或閘,0 或 1 代表多項式的係數 2) 多項式除法器 : 假設 4 3 vx ( ) = x+ x+ 1, gx ( ) = x+ x+ 1, vx ( ) 除以 ( ) 2 gx 得到的餘式為 1+ x (101), 把它轉換成邏輯電路如圖 4, 並驗證得到的餘式為 : (101), 和用手算的結果相同算式 : x + + 1 + + 1 3 4 x x x x 餘數等 : + + 4 2 x x x 2 x + 1 2 x + 1(101) 1 x 3 x vx ( ) 輸入 D0 D1 D2 11001 1 0 1 圖 4. 多項式除法器電路圖 Px ( ) 輸出 4-217-

( 二 ) [7,4] 漢明碼編解碼器分析 : 1) 編碼器電路分析 : [7,4] 漢明碼編碼器是把要傳送的 4 個訊號位元, 加上 3 個餘式位元, 編成 7 個位元的碼字, 編碼器是由乘法電路及除法電路組成如圖 5, 說明如下 : 步驟 a): 將 4 個訊號位元碼多項式, 如 : ux 3 ( ) x 1 = + (1001) 乘以 3 x ( 向高次方移動 3 個位置 ) 得 mx ( ) = uxx ( ) = x+ x 3 6 3 (1001000) 6 3 步驟 b): 將步驟一乘得的多項式 mx ( ) = x+ x除以造碼多項式 3 2 gx ( ) = x+ x+ 1, 所得餘式 rx ( ) = x+ x (110), 結合原來 4 個訊號位元, 即可產生完整的 7 位元碼字 :( 1001110) 6 3 2 6 3 2 c( x) = ( x + x ) + ( x + x) = x + x + x + x 3 3 3 ( x x)( x x 1) ( x x) g( x) = + + + = + 所以碼字 cx ( ) 一定是造碼多項式 gx ( ) 的倍式算式 : 3 x + x 3 x + 0+ x+ 1 6 3 x + 0+ 0+ x + 0+ 0+ 0 6 4 3 x + 0+ 0+ x + x + 0+ 0+ 0 x 4 + 0+ 0+ 0+ 0 + 0+ + + 0 4 2 x x x x 2 + x (110) 1 x 門 1 3 x D0 D1 D2 門 2 輸出 C(x) 1001 輸入 m(x) 圖 5. [7,4] 循環碼編碼器電路圖 1001110 2) 通道雜訊干擾電路分析 : 在通道雜訊干擾部分, 我們是使用 7 位元干擾訊號產生器, 在 7 個位 5 元中, 任意產生一個位元作為干擾訊號, 例如 : ex ( ) = x (0100000) 或 1 ex ( ) = x (0000010) 依此類推, 設計電路如圖 6 所示 : 5-218-

控制錯誤的次項 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 圖 6. 干擾訊號產生器電路 3) 解碼器電路分析 : [7,4] 漢明碼解碼器由除法電路組成, 每接收一組 7 位元碼字能更正 1 個錯誤, 說明及電路如下 : 解碼電路設計是運用餘數的觀念, 因為編碼器以造碼多項式 3 gx ( ) = x+ x+ 1編碼, 正確的碼字一定是造碼多項式的倍式, 因此在解碼時, 只有錯誤訊號的碼字多項式除以 gx ( ) 才會有餘式, 共有 7 種不同的餘式 ( 即 7 種錯誤癥候 ) 如圖 7, 說明如下 : 6 a. 若接收碼字 rx ( ) = cx ( ) + ex ( ), 其中位置是錯誤的, 因為 cx ( ) 是的倍式, 所以 rx ( ) 除以 gx ( ) 的餘式和 ex ( ) 除以 gx ( ) x gx ( ) 是一樣的, 我們以 6 2 雜訊的錯誤向量多項式 ex ( ) = x[ e =(1000000) ] 除以 6 gx ( ) 之餘式為 x +1 (101), 我們稱餘式 (101) 為錯誤向量 e =(1000000) 之錯誤癥候, 其餘依 6 此類推 5 b. x 位置錯誤的錯誤癥候為 (111); 4 x 位置錯誤的錯誤癥候為 (110); 3 x 位置錯誤的錯誤癥候為 (011); 2 x 位置錯誤的錯誤癥候為 (100); 1 x 位置錯誤的錯誤癥候為 (010); 0 x 位置錯誤的錯誤癥候為 (001) [ x 6, x 5, x 4, x 3, x 2, x 1, x 0 ] 對應的錯誤癥候 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 圖 7. 錯誤訊號的餘式癥候 c. 解碼器電路如圖 8. 所示 : 設計解碼器的錯誤訊號識別電路時, 只要識別一個錯誤相量 e6 =(1000000) 就夠了, 該錯誤相量的癥候就是圖 7 的第一行 (101) 識別 e 錯 6 6-219-

誤相量的識別電路就是一個檢測癥候是否為 (101) 的電路圖中的癥候 3 計算電路就是一個 gx ( ) = x+ x+ 1的除法電路, 而有 3 個輸入端的與門和反相器, 組成了識別 (101) 的癥候識別器, 若錯誤癥候不是 (101), 則藉由多項式餘式的循環特性, 經過移位循環, 當錯誤訊號循環到位置時, 錯誤癥候一定是 (101), 這時解碼器就會送出一個 1 將錯誤訊號更正, 得到一組正確的碼字訊號 Cx ( ) 輸出 6 x D0 D1 D2 mx ( ) 輸入門 7 級暫存器 Cx ( ) 輸出圖 8. [7,4] 漢明碼解碼器電路圖 4) 編解碼器電路設計與 QuartusⅡ 軟體模擬 a. 編碼器 : 圖 9. 是編碼器以 QuartusⅡ 軟體設計的電路圖圖 9. 編碼器電路圖圖 10. 是輸入 (1001) 4 位元訊號, 編出 (1001110) 7 位元碼字的軟體模擬波形圖 7-220-

輸入字元輸出碼字圖 10. 編碼訊號模擬波形圖 b. 干擾訊號產生器與解碼器 : 圖 11. 是干擾訊號產生器以 QuartusⅡ 軟體設計的電路圖圖 11. 干擾訊號產生器電路圖圖 12. 是解碼器以 QuartusⅡ 軟體設計的電路圖 8-221-

圖 12. 解碼器電路圖 6 圖 13. 是解碼器接收到一組原訊號為 (1001110), 其中 x 位置被雜訊干擾為 (0001110) 的錯誤訊號圖 13. 錯誤訊號波形圖 14. 是解碼器檢測到錯誤癥候為 (101) 圖 14. 錯誤癥候訊號波形 9-222-

圖 15. 是解碼器將錯誤訊號更正為 (1001110) 圖 15. 解碼器更正錯誤訊號波形 ( 三 ) 電子音樂原理分析要產生某音頻脈波, 要先將此音頻週期算出, 即 1/ 頻率, 再將此週期除以 2, 即為半週期時間, 每半週期時間讓 I/O 輸出腳反向, 可得此頻率脈波利用計時器溢位, 來產生各種不同頻率的脈衝, 其為聲音頻率之 2 倍, 再利用 T 型正反器將頻率除以 2 且 duty cycle 為 50% 之聲音頻率舉例來說, 如要一中音 Do, 我們可以得知中音 Do 的頻率為 523Hz, 其週期 T=1/523=1912μs, 半週期 H=1912/2=956μs, 如此一來, 每當計數至 956μs 發生溢位時, 可以得到 1046Hz 之脈衝, 將頻率除以 2 後就可以得到中音 Do 之頻率表 1 為 C 調的 7 個音符頻率與週期表 1. C 調的 7 個音符頻率與週期 10-223-

( 四 ) 漢明碼結合電子音樂無線傳輸應用設計 1) 圖 16(a),(b) 分別為無線電子音樂系統傳送端與接收端編解碼器結合音樂之設計流程圖 ( 以鍵盤 1 的 ASCII 碼為例 ) 圖 16: 傳送端 (a) 與接收端 (b) 結合音樂流程圖 2) Do~Si 音階頻率設計 : 以 50MHz 的振盪器為例, 利用除頻降低頻率至 1MHz 後, 再以計數器實現 Do~Si 的聲音頻率 1MHz 週期為 1us, 以此頻率驅動 956 模計數器 (Do) 852 模計數器 (Re) 759 模計數器 (Mi) 716 模計數器 (Fa) 638 模計數器 (So) 568 模計數器 (La) 及 506 模計數器 (Si), 產生 Do~Si 的音頻圖 17 為音階頻率產生設計流程圖圖 17. 音階頻率算法流程圖 11-224-

( 五 ) 藍芽 (Bluetooth) 無線通訊系統藍芽技術最早由 Ericsson 及 Nokia 為聯結其行動電話與其他可攜式裝置而發展的技術, 其目的為希望能夠除去電線的限制, 使手機與無線耳機等其他可攜式裝置相互連通, 藍芽技術一經推出便大受好評, 經過不斷的改良與發展, 現今已可以讓不同產品 ( 例如印表機 PDA PC 傳真機鍵盤 Notebook) 於短距離進行資料傳輸及溝通, 因此藍芽不必使用任何有線的傳輸線路, 就能連接各種數位設備, 讓所謂的行動通訊美夢成真其操作頻段是 2.4GHz, 為全球開放波段, 因此藍芽科技全球通用 ( 六 ) UART 原理簡介 UART(Universal Asynchoronous Receiver Transmitter) 通用非同步收發器是一種並列輸入 / 串列輸出與串列輸入 / 並列輸出方式的資料轉換在 UART 協定中, 傳送器及接收器不會共用同一個時脈訊號也就是說, 時脈訊號不會從 UART 傳送器發送至另一個 UART 接收器所以,UART 協定被稱之為非同步傳輸因為不會共享相同的時脈, 故在資料傳輸之前需要彼此同意一已知之資料傳輸率 ( 鮑率 ) 也就是說, 接收之 UART 需要知道傳送之 UART 的鮑率在絕大多數的情況中, 接收與傳送之鮑率是相同的基本的 UART 資料型態如圖 18 所示圖 18 基本的 UART 資料型態 ( 七 ) 硬體電路驗證與實現 1) 編解碼器電路測試驗證首先將編輯驗證完成的編解碼器檔案燒錄到晶片中, 再將晶片和周邊電子元件整合規劃在電路板上, 經過簡易電路測階段和整合階段完成硬體電路實現第一階段為測試電路板階段, 如圖 19 及圖 20 所示 ; 第二階段為整合電路板的展示階段, 如圖 21 所示圖 19. 編碼電路測試板 12-225- 圖 20. 解碼電路測試板

圖 21. 編解碼器整合電路 a. 字元訊息於編解碼器傳輸測試驗證 : 我們將英文字母以 ASCII 碼傳輸, 所傳送的訊號為 F 英文字母, 在傳輸過程受到雜訊干擾, 產生錯誤字元, 但經過解碼器更正後, 可以還原正確的 FPGA 訊號, 說明如下 : 圖 22. 是 F 英文字母訊號傳輸流程圖 : 輸入字元 F 並將字元編碼傳送字元 F 的過程中, 遭雜訊干擾, 使得字元變成 g 將遭受干擾的字元 g 更正為 F 圖 22. FPGA 訊號傳輸流程圖 F 訊號傳輸執行驗證過程說明如下 : 圖 23. 是 F 字母經 ASCII 碼轉換成十六進位及編碼過程 : 電路板中 input 為訊號輸入端,output 為訊號輸出端, 一次送入 4 個位元訊號, 輸出 7 個位元碼字訊號 (LED 亮燈代表 1;LED 燈不亮代表 0) 13-226-

F=46H (0100 0110) 2 0100(4) 經過編碼為 0100111 0110(6) 經過編碼為 0110001 圖 23. F 字母編碼過程圖 24. 是 F 字母被雜訊干擾為 g 字母 : 1) input 輸入 (0100111) 原碼字, 加上雜訊 (Error) (0010000),output 輸出錯誤碼字 (0110111); 2) input 輸入 (0110001) 原碼字, 加上雜訊 (Error) (0001000),output 輸出錯誤碼字 (0111001);3) 分別取出碼字的前 4 個訊息位元 ( 後 3 位元是癥候位元 ) 結合成 (0110 0111), 使得 F 字母變成 g 字母 F=46H (0100 0110)2 g=67h (0110 0111) 2 0100111 通道雜訊 0010000 經過通道變成 0110111 0110001 通道雜訊 0001000 經過通道變成 0111001 圖 24. F 字母經過通道干擾過程 14-227-

圖 25. 是 F 字母解碼還原過程 : 解碼器偵測到錯誤雜訊位置, 將它更正後, 輸出正確的碼字, 還原正確的字元訊息 F (46H: 0100 0110) F=46H (0100 0110) 2 g=67h (0110 0111) 2 F=46H (0100 0110) 2 圖 25. F 字母解碼還原過程 2) 以 FPGA 晶片實現漢明碼應用於無線電子音樂系統 a. 以 Protel DXP 軟體設計規劃系統發送端與接收端電路圖, 如圖 26 及圖 27 所示 : 圖 26. 系統發送端電路設計圖 15-228-

圖 27. 系統接收端電路設計圖 b. 使用 ALTERA CycloneII EP2C8Q208C8N 晶片實現系統硬體 Do~Si 7 個音階, 分別為對應至數字鍵 1~7, 並以傳送 1(Do 音階 ) 的 ASCII 碼為例, 如圖 28 所示 : 圖 28. Do~Si 7 個音階對應至數字鍵 1~7 圖 29 及圖 30 為無線電子音樂系統之傳送端與接收端實體電路, 並以傳送 Do 音階之 ASCII 碼編解碼情形 : 1 的 ASCII 碼圖 29. 傳送端實體電路 16-229- 藍芽傳送端

解碼後的 ASCII 碼為數字鍵 1 藍芽接收圖 30. 接收端實體電路使用示波器來量測 Do~Si 的音階頻率, 以按數字鍵 1 會發出中音 Do 音階為例子中音 Do 的理論值頻率為 1046Hz 而實際上經由震盪器除頻所產生的音階頻率會有一些誤差我們於發送端傳出中音 Do 的頻率為 934.7Hz, 在沒有雜訊干擾的情況下, 於接收端量測到頻率為 934.8Hz 中音 Do 的音階訊號, 可以聽到清晰的中音 Do 音階聲音, 如圖 31 所示 ; 而在圖 32 中是通道中加入雜訊干擾, 於接收端所量測之中音 Do 音階頻率 934.6Hz, 與發送端亦只有 1 Hz 的頻差, 同樣可以清晰的中音 Do 音階聲音, 可見漢明解碼器能順利的偵測到雜訊干擾位元, 並正確的還原原始訊息, 確保傳輸音樂的品質 CH1 傳送端 Do 的頻率 934.7Hz 圖 31. 無雜訊干擾之 Do 音階傳送與接收頻率 CH 2 接收端 Do 的頻率 934.8Hz CH 1 傳送端 Do 的頻率 934.7Hz CH 2 接收端 Do 的頻率 934.6Hz 圖 32. 具雜訊干擾之 Do 音階傳送與接收頻率 17-230-

Do~Si 各音階實際產生頻率與理論值比較, 如表 2 所示, 差距範圍約 150~200Hz: 表 2. Do~Si 音階實際產生頻率與理論值比較 Do 實際測量頻率 934.6HZ Re 實際測量頻率 1042HZ Mi 實際測量頻率 1176HZ Fa 實際測量頻率 1235HZ So 實際測量頻率 1408HZ La 實際測量頻率 1563HZ Si 實際測量頻率 1754HZ 理論實際 Do 1046Hz 934.6Hz Re 1174Hz 1042Hz Mi 1318Hz 1176Hz Fa 1396Hz 1235Hz So 1568Hz 1408Hz La 1760Hz 1563Hz Si 1976Hz 1754Hz 18-231-

伍研究結果本專題為應用於多媒體無線傳輸之迴旋碼系統設計與 FPGA 實現, 類似於電子琴可以發出 Do~Si 聲音別於電子琴的是我們可以做到在 A 地彈琴 B 地發出聲音, 這樣一來可以減少為了輸出音樂拉一長線作為傳輸, 可以解決線路問題外, 再加上編解碼系統, 更能確保在無線傳輸上的正確性圖 33 為能糾錯之無線電子音樂系統圖 33. 能糾錯之無線電子音樂系統陸討論一多項式不只是一種能夠做加減乘除四則運算的數學而已 : 上數學課時, 以為多項式只是一種能夠做加減乘除四則運算的數學而已, 經過這次研究證明才瞭解, 多項式數學的運算結合電腦軟體模擬及電路的實現, 就可以完成更正訊號錯誤的編解碼傳輸應用, 真的印證了數學為科技之母這句話的意義二錯誤更正碼也有它的缺點 : 雖然錯誤更正碼可以更正被雜訊破壞的訊號, 但是在傳輸的過程中必須增加核位元的傳輸量, 佔用一部份通道的空間, 因此錯誤更正碼也有它的缺點三將數學式實現在能動的電路板上實在不容易 : 在研究過程中, 我們遇到最大的問題是 : 將執行完成的檔案燒錄到晶片及焊接電路零件的步驟因為燒錄晶片時, 如果晶片的各項參數沒有設定正確, 電腦就無法和晶片構連, 順利將檔案燒錄到晶片 ; 至於焊接電路零件更是需要謹慎小心, 由於我們都是焊接初學者, 本以為依按照設計好的電路圖, 將零件一個一個焊接上去就好了, 但是很失望的是, 剛焊接完成時, 所有 LED 燈都不亮, 經過軟體及電路不斷的測試檢查驗證, 才發現是接點虛焊, 造成電路不通的問題, 後來將所有焊接點重新檢查焊妥, 再 19-232-

執行測試, 當打開電源,LED 燈都按造設計的過程亮起來的那一刻, 心中有一種無法形容的成就感, 同時也證明了在研究過程中, 真的每一個步驟都不能馬虎, 才能達到最後預期結果柒結論錯誤更正碼為目前學術界探討相當廣泛的一種提升通訊品質的技術, 並受到各方學者的研究及重視, 現今錯誤更正碼已普遍在通訊及電腦儲存系統等資訊家電系統上被廣泛的使用, 並為各種通訊產品提供穩定品質的保證但在糾錯編碼理論領域的研究, 國內在硬體實現的部分普遍稍嫌不足, 本作品以硬體電路實現出糾錯編碼技術, 並結合藍芽無線通訊之技術, 使本作品能夠擁有較大的應用空間本研究著重於漢明碼編解碼系統, 利用電子音樂模組結合藍芽無線傳輸系統以及加上隨機錯誤, 來達到模擬隨機錯誤的情形, 驗證漢明碼在無線傳輸方式下, 確能將錯誤訊息改正回來經過研究分析驗證, 以多項式循環特性所建構的解碼器, 確實可以有效的還原被雜訊干擾的訊號, 確保訊號的正確性因為 [7,4] 漢明碼每 7 個位元只能更正一個錯誤訊號, 對於干擾情況較嚴重的環境還是不能將錯誤訊號完全更正, 因此未來我們將繼續探討改錯能力較高的解碼方法, 讓訊號能夠安全且高品質的傳到目的地參考文獻 1. 林高州著, 錯誤更正碼在寬頻通訊系統之運用與發展 ( 上 ), 中華民國電子零件認證委員會出版 2. 林高州著, 錯誤更正碼在寬頻通訊系統之運用與發展 ( 下 ), 中華民國電子零件認證委員會出版 3. ASCII 碼對照表, 參考網站 : http://home.educities.edu.tw/wanker742126/asm/ap04.html 4. RS-232, 參考網站 : http://zh.wikipedia.org/wiki/rs-232 5. 藍芽無線傳輸, 參考網站 : http://zh.wikipedia.org/wiki/%e8%97%8d%e7%89%99 6. 王國明謝玲芬, 多目標評估技術之探討及其在組織績效評估之應用, 中國工業工程學刊, 第七卷, 第一期, 第 1-10 頁 (1990) 7. 黃啟通張瑞芬林則孟, 以 STEP 為基礎的彈性製造系統刀具資料庫設計, 中華民國工業工程學會八十四年會論文集, 第一冊, 中原大學,84 年 12 月 17 日, 第 378 385 頁 (1995) 20-233-

101 年全國高職學生實務專題製作競賽暨成果展報告書題目 : 移動式廣告系統指導老師 : 張顯盛老師參賽學生 : 陳品宏江心安陳思齊鄭啟良學校名稱 : 臺北市立大安高級工業職業學校群科別 : 電機與電子群別 : 電子群中華民國 1 0 1 年 3 月 1 5 日 -234-

摘要由於全球衛星定位系統 (Global Positioning System, 通常簡稱 GPS) 的運用範圍越來越廣泛, 當我們看到黏貼在公車上的廣告, 既不能視地區更改想要撥放的廣告, 如果破損也沒辦法馬上更換, 並不美觀, 於是我們的初步構想是製作一個能夠圈選範圍的網頁地圖, 配合 GPS 訊息接收, 讓廣告能夠因地制宜動態播放本專題以 Google maps 和 Visual BASIC 搭配 GPS 模組, 以畫線方式指定地圖多邊形範圍, 再結合資料庫與程式功能, 於指定範圍內像電子看板一樣播放特定廣告移動式廣告可以解決貼紙廣告的缺點, 取代原本需要不停更換的紙張廣告, 節省不應該被浪費的資源關鍵字 :GPS 廣告系統資料庫 Visual Basic -235-

目錄壹研究動機... 1 貳研究目的... 1 參研究方法... 1 一硬體系統架構... 2 ( 一 ) 電源電路... 2 ( 二 )GPS 模組... 2 ( 三 )MAX232 電路... 3 二軟體系統架構... 3 ( 一 )GPS 接收程式... 4 ( 二 ) 範圍圈選功能... 4 ( 三 ) 資料庫管理功能... 9 ( 四 ) 區域判斷功能... 10 ( 五 ) 廣告播放功能... 12 肆研究結果... 14 一主程式功能... 14 二範圍圈選功能... 15 三資料庫管理功能... 16 四完整測試實錄... 17 伍討論... 18 陸結論... 18 參考資料... 19 - I - -236-

壹研究動機每次看到公車外圍總是貼著各式各樣的廣告, 如果沒黏貼好總是隨風飄揚容易弄髒破損也無法馬上更換, 如果某一段期間內有特別的廣告, 每換一次便浪費許多資源, 競選期間更是奇怪, 在大安區看到士林區的候選人廣告如果我們使用移動式的動態電子看板便可以省去資源的浪費, 再透過設定時間和地點決定播放的內容, 更增加使用的方便, 提高廣告的效益在後來的討論中我們發現, 現在發達的科技減少了顯示面板的厚度, 甚至出現了讓面板厚度縮減至可彎曲的技術不僅增加了在公車兩側安裝電子看板的可行性, 還讓可以安裝的對象變多了, 像計程車捷運這種有弧度的外型也可以使用我們的移動式廣告系統讓這個專題有機會發展成一個產品貳研究目的一能接收並分析 GPS 的資料, 取得目前所在位置二完成在電子地圖上圈選設定範圍, 並記錄經緯度等位置資料三以 GPS 資料判別所在範圍, 動態播放指定廣告內容參研究方法本專題的製作步驟如圖 1 所示, 先進行資料蒐集與理論探討, 決定專題研究方向, 並分別進行硬體測試軟體設計與整合組裝資料蒐集理論探討繪製電路設計軟體功能焊接電路撰寫 vb 程式整合測試書面與硬體總整理圖 1 專題製作流程圖 - 1 - -237-

一硬體系統架構圖 2 硬體系統架構圖如圖 2 所示, 我們希望透過電腦上的 Visual BASIC 程式從 GPS 模組的輸出信號分析出需要的資訊由於考量到 GPS 是隨時在變動的, 將以筆記型電腦進行定位的測試 GPS 模組的訊號必須經過電壓與邏輯準位轉換才能透過 COM 埠傳送給電腦 ( 一 ) 電源電路使用 USB 連接埠的 5 伏特做為硬體電路電源 ( 二 )GPS 模組圖 3 為本次專題使用的 SiRF Star III 系列的 GPS 模組, 詳細規格如表格 1 所示圖 3 GPS 模組外觀表格 1 GPS 模組規格晶片名稱 SiRF Star III 工作頻率 L1,1575.42 MHz 輸出資料格式 NMEA0183 protocol 傳輸鮑率 19200 是否需要交握 (handshake)? 否同位檢查不需要資料位元 8 位元停止位元 1 位元 - 2 - -238-

( 三 )MAX232 電路此電路是將串列通訊埠的 12 伏特負邏輯轉換為 5 伏特電壓準位, 所以序列埠與電腦通訊還需要額外介面, 所以我們使用 MAX-232 作為 RS-232 標準與 TTL 標準之間的轉換橋梁電路圖如圖 4 所示圖 4 MAX232 電路圖二軟體系統架構移動式廣告系統整個軟體架構如圖 5 所示, 由 GPS 接收功能負責接收 COM 埠輸入的 GPS 訊號, 配合資料庫儲存的範圍設定資訊, 即時判斷所在範圍, 播放指定的廣告內容圖 5 軟體系統架構圖 - 3 - -239-

( 一 )GPS 接收程式透過 VB 的 MSComm 物件讀取 COM 埠輸入的 GPS 訊息, 並使用 split() 方法將 GPS 訊息切割成個別資訊方便使用表格 2 Split 指令說明指令格式指令說明 Split(Char()) 傳回字串陣列, 這個陣列包含這個執行個體中, 由指定的 Unicode 字元陣列之元素所分隔的子字串程式碼圖 6 所示 : 圖 6 訊息分段程式碼 ( 二 ) 範圍圈選功能在 Google Map 上繪製多邊形範圍, 並將位置資料紀錄在資料庫中, 作為指定播放廣告內容的判斷依據若我們想要在 GoogleMap 上繪製形狀, 得先載入地圖, 並使用 GoogleMap API 功能, 設定當地圖被點選時所引發的事件, 並設定 polyline 的各項屬性, 如表格 3 表所示表格 3 polyline 的各項屬性指令格式指令說明 PolyOptions.strokeColor HTML 十六進位樣式中的筆觸顏色 PolyOptions.strokeWeight 筆觸寬度 ( 以像素為單位 ) PolyOptions.strokeOpacity 筆觸透明度介於 0.0 和 1.0 之間 MarkerOptions.position (Lng,Lat), 標記位置 MarkerOptions.title 標點之標題 - 4 - -240-

1. 地圖的格式與新增多邊形 // 初始化 function initialize() { var mylatlng = new google.maps.latlng(25.033324,121.533129); var myoptions = { zoom: 17, center: mylatlng, maptypeid: google.maps.maptypeid.roadmap }; map = new google.maps.map(document.getelementbyid("map_canvas"), myoptions); // 新增 polyline 供使用者繪製範圍 var polyoptions = { strokecolor: '#0000ff', strokeopacity: 1.0, strokeweight: 3 } poly = new google.maps.polyline(polyoptions); poly.setmap(map); // 按下 click, 執行 addlatlng google.maps.event.addlistener(map, 'click', addlatlng); } // 處理地圖上的 click 事件, 新增一個點到多邊形 (Polyline) function addlatlng(event) { var path = poly.getpath(); var marker; path.push(event.latlng); // 新增標示點 if(parent.document.getelementbyid ('textfield').value=='') { var marker = new google.maps.marker({ position: event.latlng, title: '#' + path.getlength(), map: map }); } parent.document.getelementbyid ('textfield').value+=event.latlng.tostring(); - 5 - -241-

執行結果如圖 7 所示圖 7 畫線執行結果執行完以上的程式碼之後, 我們必須在 VB 中對剛剛所取得的經緯值重新做整理之後在利用 InvokeScript 的方式, 將整理好的經緯度傳到 Draw_Polygon 的腳本中, 便會自動繪製成一個封閉的多邊形其解釋如表格 4 所示表格 4 圈選多邊形語法說明指令格式指令說明 Webbrowser.DomElement.getElementById 取得具有指定之 ID 屬性 (Attribute) 的 document 項目 MVCArray.removeAt(i:number) 從指定的索引移除元素 MVCArray.push(elem:*) 將一個元素新增至陣列終點, 並傳回陣列的新長度指定閉合迴圈的座標順序和折線不同, 多邊形可能包含一種以上的路 PolygonOptions.Paths 徑因此, 路徑屬性會指定一個或多個 LatLng 座標陣列使用單一 LatLng 陣列可以定義簡單多邊形更複雜的多邊形則可指定陣列的陣列 - 6 - -242-

2. 程式的功能是當使用者每點選地圖一下, 即增加一條 Polyline Dim s as String Dim I as Integer Private Sub Draw_Polygon_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) ' 取得 Webbrowser1 中的 textfield 攔屬性 s = WebBrowser1.Document.GetElementById("textfield").OuterHtml s = s.substring(instr(s, "value=") + 5) s = s.substring(1, InStr(s, " type=") - 1) ' 重新整理 s arr = s.split(")(") ' 利用 )( 字串, 將經緯度存成陣列 s = "" : Mx = UBound(arr) - 1 ' 將經緯度依序取出, 並用逗號隔開 For i = 0 To Mx s = s & arr(i).tostring.substring(1, arr(i).tostring.length - 2) If i < Mx Then s = s & "," Next ' 清除目前 polyline Me.WebBrowser1.Document.InvokeScript("Draw_Clear") ' 繪製 polygon no_lg = no_lg + 1 Me.WebBrowser1.Document.InvokeScript("Draw_Polygon", New Object() {s, " 第 " & Str(no_LG) & " 區 "}) 3. 把剛剛繪製好的線段取代成多邊形, 程式會將目前繪製的 PolyLine 清除 // 清除目前的繪製圖 function Draw_Clear() { // 清除 polyline } var path = poly.getpath(); for(i=path.getlength()-1;i>=0;i--) path.removeat(i); parent.document.getelementbyid ('textfield').value=''; // 清除 marker - 7 - -243-

4. 之後便將已記憶的區域繪製成封閉的多邊形 // 傳入經緯度字串, 自動繪製多邊形, 供 VB 呼叫使用 function Draw_Polygon(glt,nam) { var pts = []; var pg; var s=glt.split(','); for(i=0;i<s.length;i+=2) { pts.push(new google.maps.latlng(parsefloat(s[i]),parsefloat(s[i+1]))); } // 設定 Polygon 屬性 pg = new google.maps.polygon({ paths: pts, strokecolor: "#FF0000", strokeopacity: 0.8, strokeweight: 2, fillcolor: "#FF0000", fillopacity: 0.35 }); pg.setmap(map); var m1=new google.maps.latlng(parsefloat(s[0]),parsefloat(s[1])); var marker = new google.maps.marker({ position: m1, title: nam, map: map }); } 經過上述繪製線段清除線段, 及繪製多邊形之後的執行結果如圖 8 所示圖 8 圈選範圍執行結果 - 8 - -244-

( 三 ) 資料庫管理功能 1. 將選取範圍及檔案路徑儲存至資料庫為了將使用者所規劃的區域逐筆存入 Access 資料庫內, 我們利用 SQL 語法中的 insert into 來新增資料 insert into 語法使用方法如下 : INSERT INTO 表格名 (" 欄位 1", " 欄位 2",...) VALUES (" 值 1", " 值 2",...) 程式碼如圖 9 所示圖 9 insert in 程式碼 ( 節選 ) 2. 自動複製選取影片的功能為了使用者的方便, 我們利用 File.Copy 的語法, 將使用者所選取的影片檔案複製到主程式的影片資料夾內, 以免因移動資料夾而造成影片路徑錯誤, 表格 5 為 File.Copy 的指令用法表格 5 File.Copy 的指令用法指令格式指令功能說明 Copy(String, String, Boolean) 複製現有的檔案到新的檔案允許覆寫相同名稱的檔案程式碼如圖所示圖 10 File.Copy 程式碼 ( 節選 ) 3. 清空資料庫為方便使用者一次可以清除 Access 資料庫內大筆的資料, 我們利用 SQL 語法中的 delete from 來清除資料 delete from 語法使用方法如下 : Delete From 表格名 Where ( 條件 ) 程式碼如圖 11 所示圖 11 delete from 程式碼 ( 節選 ) - 9 - -245-

( 四 ) 區域判斷功能 1. 向量面積計算式理論探討 1.2 階矩陣的行列式 : (1) 2. 向量於二維歐氏空間中的幾何意義行列式的一個自然的源起是 n- 維平行體的體積行列式的定義和 n- 維平行體的體積有著本質上的關聯其幾何意義是 : 以同一個向量 v 作為一條邊的兩個平行四邊形的面積之和, 等於它們各自另一邊的向量 u 和 u' 加起來後的向量 :u + u' 和 v 所構成的平行四邊形的面積, 如圖 12 所示圖 12 四邊形以向量行列式的面積計算 3. 二維向量組的行列式行列式是向量形成的平行四邊形的面積, 在一個二維平面上, 兩個向量和的行列式是 : (2) 比如說, 兩個向量和的行列式是 : (3) - 10 - -246-

4. 公式運用以面積的觀點看 GPS 目前所在地點與圈選範圍所圍成的面積有兩種情況如圖 13 GPS 在圈選範圍內所示為第一種狀況 : 圖 13 GPS 在圈選範圍內狀況 1 中 ABC 被切成了 ABG 和 BCG 與 ACG, 我們知道只要 G 在 ABC 中, ABG 和 BCG 與 ACG 的面積和一定與 ABC 的面積相同如圖 14 所示為第二種狀況 : 圖 14 GPS 在圈選範圍外狀況 2 中 ABC 一樣被切成了 ABG 和 BCG 與 ACG, 但是多出了 AMG 和 MCG 所以 ABG 和 BCG 與 ACG 的面積和一定大於 ABC 的面積我們可以藉由這兩個狀況得到點與範圍面積關係 5. 程式構想想法如圖所示我們會先固定一點但是 N 邊形只有 N-2 條對角線所以當程式執行計算時, 還要判斷計算了幾次程式構想圖如圖 15 所示 : 圖 15 向量面積程式碼構想圖 - 11 - -247-

6. 程式撰寫最後我們選用向量行列式, 第一步是先用終點減掉始點做出兩向量再帶入向量行列式, 但是這個方法是平行四邊形面積的算法, 因此還要再除 2 才會得到答案程式碼如圖 16 所示 ( 五 ) 廣告播放功能圖 16 行列式作面積程式碼 ( 節選 ) 當使用者若想切換到廣告界面, 即可利用切換介面按鈕切換, 在按一下便可以切換回來, 而當切換至地圖介面時, 便會將影片暫停控制撥放器的指令格式及解釋如表格 6 所示表格 6 播放器控制指令碼指令格式指令功能說明 AxWindowsMediaPlayer.Ctlcontrols.stop() 停止播放 AxWindowsMediaPlayer.Ctlcontrols.Play() 開始播放 AxWindowsMediaPlayer.settings.volume 設定音量程式碼如圖 17 所示 : 圖 17 播放系統程式碼 - 12 - -248-

執行結果如圖 18 及圖 19 所示切換前 : 切換後 : 圖 18 按下介面切換鈕之前圖 19 按下介面切換鈕之後 - 13 - -249-

肆研究結果一主程式功能首先, 我們把程式開啟之後會得到圖 20 這樣的畫面這個時候因為 GPS 尚未開啟, 資料庫也沒有新增資料所以 GPS 狀態會顯示 GPS 尚未啟動地圖上也不會畫出範圍圖 20 GPS 主程式視窗詳細的按鈕配置如圖 21 所示 GPS 狀態欄顯示必要的 GPS 輸出訊息基本操作與狀態欄中可以控制 GPS 的開與關網頁刷新速率及顯示 GPS 的目前位置圈選範圍功能欄可以進入畫圖視窗顯示儲存好的範圍圖 21 GPS 主程式按鈕配置 - 14 - -250-

二範圍圈選功能再來我們進入畫圖視窗後配置圖如圖 22 所示 : 圖 22 畫圖程式視窗細部按鈕配置如圖 23 所示, 在這個視窗可以進行範圍的圈選, 範圍圈選完成之後可以在旁邊設定這個範圍的所有資料點選 clear 可以將之前的資料全部清除如果想要單筆刪除的話可以點選資料庫總覽鈕圖 23 畫圖程式按鈕配置 - 15 - -251-

三資料庫管理功能資料庫總覽視窗是提供使用者作細項更改或單筆資料刪除時才需要用到的視窗, 圖 24 為其畫面的配置方式其中我們只讓使用者更改區域名稱權重及檔案位置其他的欄位考慮到系統執行的正確性, 程式的預設是不提供更改的圖 24 資料庫總覽視窗設定完成之後便可以回到第一個視窗進行操作將 GPS 硬體安裝完成之後按下可以 GPS 啟動鈕但是 GPS 晶片的電源燈開始閃爍才是代表 GPS 完成定位的狀態此時程式方能得到正確的定位點座標如圖 25 所示 : 圖 25 GPS 定位情形四完整測試實錄實際測試的完整這照片如圖 26 所示這一次的實際測試是在蒲葵廣場進行的我們把 GPS 及筆電放在蒲葵廣場的雕像旁進行測試測試當中我們使用了 VB 的中斷功能, 把程式計算的數值記錄下來如圖 27 圖所示為了不讓範圍內萬的判定太過嚴格我們把範圍的面積 (area) 加入容忍的誤差 (Tolerable_area(0) 和 Telerable_area(1)) 最後由程式判斷後點在範圍內的條件式成立 - 16 - -252-

本專題製作利用 Visual Basic 與 GPS 做溝通介面, 讓我們學習到硬體之間的 VB 的中斷功能, 把程式計算的數值記錄下來如圖 27 圖所示為了不讓範圍內萬的判定太過嚴格我們把範圍的面積 (area) 加入容忍的誤差 (Tolerable_area(0) 和 Telerable_area(1)) 最後由程式判斷後點在範圍內的條件式成立圖 26 GPS 定位過程圖 27 判斷式運算結果最後程式判定點在蒲葵廣場內所以如圖 28 所示程式自動撥放我們在資料庫裡預設, 有關滑板的影片也證明我們的程式的撰寫是正確無誤的了 - 17 - 伍討論圖 28 廣告系統播放情形 -253-

圖 28 廣告系統播放情形伍討論本專題製作利用 Visual Basic 與 GPS 做溝通介面, 讓我們學習到硬體之間的連結是需要溝通的 Visual Basic 方面這是我們第一次接觸到 RS232 這個通訊界面而且在這中間我們發現, 必須將 GPS 傳送的經緯度透過轉換程式轉換成 Google Map 所需的格式發現這個問題過程真是萬分艱辛呢! 再來利用 Web Browser 的 invokescript 功能讓我們學習到如何透過程式語法直接和網頁做連結透過已建立繪圖 Function 的 Html, 即可將所想要的區域描繪出來, 並傳入資料庫做儲存對於網頁語法的學習也非常感謝老師不厭其煩地提點資料庫的部分, 一開始還真可以說是一竅不通, 在蒐集資料的過程中, 我們也因為不斷的把問題提出來互相討論才有了概念當 GPS 啟動後我們最終的測試結果也給我們最好的回報, 並且把我們的廣告透過 WindowsMediaPlayer 成功地顯示出來, 完成本次的專題陸結論透過這次研究我們希望可以改善目前主流的平面宣傳方式, 以達到節省資源, 愛護地球的目的我們的程式已經可以完成以下幾點功能 : 1. 即時接收 GPS 輸出的資訊並且讀取正確的經緯度 2. 能夠經由我們撰寫的 vb 程式透過 Google 的 API 圈選範圍指定要播放的影片, 並將資料儲存至資料庫 3. 正確的判斷當前座標與被圈選範圍的關係並播放被指定的影片以往, 公車總是貼了各式各樣的大型印刷貼紙, 而上面的廣告, 只要一過季, 或是過了宣傳期間, 就得要撕掉, 在補上其他的廣告, 這樣不僅僅是對資源的一種浪費, 亦是對地球的一種不尊重現在液晶顯示發展正值熱潮, 螢幕的厚度竟 - 18 - 可達到 7.2mm, 若能將其裝至於公車上, 再搭配本系統規劃廣告, 不但能讓原本單調的一種廣告, 變成豐富的多元廣告, 也能順便節省印刷耍耗費之資源參考資料 1. 陳會安, Visual Basic 2005 程式設計範例教本, 旗標出版 (2006 出版 ) 2. 陳會安, Microsoft Visual Basic 2008 資料庫程式設計範例教本, 旗標出版 (2009 出版 ) 3.Microsoft MSDN(2010 成立 ), 微軟技術社群討論區,(2011/09/23) 取自 : http://msdn.microsoft.com 4. 藍色小舖 (2004 成立 ), 程式設計交流平台,(2011/11/23) 取自 : http://www.blueshop.com.tw 5. 程式設計俱樂部 (2000 成立 ), 程式設計技術交流,(2011/10/02) 取自 : http://www.programmer-club.com.tw/ -254-

101 年全國高職學生實務專題製作競賽暨成果展報告書 ( 標楷體 18) 題目 : 以手持智慧裝置啟閉電動捲門之研究指導老師 : 楊鎮澤 ( 標楷體 16) 參賽學生 : 蘇雋仁黃煜翔吳耀庭陳明傑曾喬聆 ( 標楷體 16) 學校名稱 : 中山學校財團法人高雄市中山高級工商職業學校 ( 全銜 ) 群科別 : 電機與電子群別 : 綜合高中 ( 標楷體 16) 中華民國 1 0 1 年 3 月 2 3 日 -255-

以手持智慧裝置啟閉電動捲門之研究摘要我們的創新設計將使您可將將藍芽行動裝置 ( 例如 : 具備藍芽功能的手機 ) 變成一虛擬遙控器來開啟或關閉電動鐵捲門, 只要經由簡易的改裝, 幾乎所有廠牌的鐵捲門都與我們的系統相容此外, 由於具有藍芽功能的手機之普遍性與本設計所採用的創新反饋式編碼技術, 使用此類虛擬遙控器將比一般的遙控器具有更高的安全性及便利性壹前言關鍵字 : 藍芽鐵捲門反饋式密碼一研究動機隨著人類生活水平逐漸上升, 科技產業迅速發展, 生活與科技產生緊密結合, 帶來科技的方便性與普及化, 帶來更方便的生活但也帶來不少安全性的隱憂, 以致竊盜的案件層出不窮考量傳統遙控器安全疑慮問題, 以現今鎖匠技術能在一分鐘內可以複製出功能相同的一只遙控器, 也有可能被有心人用跑頻的方式暴力破解, 所以傳統遙控器的防盜功能的確有待加強較現代化的電子密碼鎖, 在密碼組數受限之下要找到重複密碼並不困難只需花費時間即可破解 ; 還有現在的 RFID 無線射頻辨識系統, 以卡片中的線圈接近讀取器, 常發生感應異常, 或是複製卡片卡片遺失的服務價格昂貴等問題二研究目的 (1) 改善傳統鐵捲門的缺點 (2) 了解藍芽的運用 (3) 反饋式密碼技術 (4) RS232 傳輸研究 (5) 89S51 各腳位的研究與探討 (6) 89S51 與藍芽結合系統 (7) 89S51 模擬捲門控制板貳研究方法及過程貳研究方法及過程一原理一原理 ( 一 ) 傳統鐵捲門的缺點 ( 一 ) 編傳解統碼鐵就捲是門有的固缺定點編碼及解碼格 1 式, 所以他的密碼是屬於固定的, 而且可以編變解化碼的就密是碼有組固數定很編少碼以及解 2 態碼的格為式例,, 所密以碼他是的密 8 位碼數是屬 XXXXXXXX, 於固定的, 而而且可 X 只以有變化 0 或的密 1 的碼變組化數, 很因少此以從 200000000 態的為例到, 11111111 密碼是 8 總位共數只 XXXXXXXX, 有 256 組密碼而 X 在只讀有碼的 0 或時後 1 的, 變一化共, 可因以此讀從到 00000000 12-256- 碼, 原到因是 11111111 後 4 碼是總動共作只, 有動 256 作碼組就密是碼告在訴讀解碼的主時機後去, 做一哪共一可個以動讀作, 到上 12 碼停, 原下因是斷後電 4 碼回是復動電作源, 等動作碼解就碼是主告訴機解接碼收主到機訊去號做後哪只一判個讀動前作 8, 碼上, 加停上編下碼跟斷解電碼的回頻復率電誤源差等不動料作後就解會碼動主

編解碼就是有固定編碼及解碼格式, 所以他的密碼是屬於固定的, 而且可以變化的密碼組數很少以 2 態的為例, 密碼是 8 位數 XXXXXXXX, 而 X 只有 0 或 1 的變化, 因此從 00000000 到 11111111 總共只有 256 組密碼在讀碼的時後, 一共可以讀到 12 碼, 原因是後 4 碼是動作, 動作碼就是告訴解碼主機去做哪一個動作, 上停下斷電回復電源等動作解碼主機接收到訊號後只判讀前 8 碼, 加上編碼跟解碼的頻率誤差不料後就會動作如果使用掃描器在範圍內掃描,1 秒鐘掃描 4 組, 根據上述密碼組數來算,2 態的只要 64 秒就搞定了, 如果加上控制碼一起掃描, 也只要 256 秒而如果使用編解碼器可以用攔截器攔截密碼, 只要把攔截器放在設備附近, 當使用者使用設備時, 攔截器就能接收資料其實攔截器就是一種範圍性的接收器攔截器的效率比掃描器高, 唯一的缺點是要預先佈置正確使用編解碼晶片的應該用在非保密性的設備上, 而不是使用在家中鐵捲門或汽車上圖 1 複製遙控器的接收感應器 ( 二 ) 藍芽基本介紹藍芽起初的概念是由 Ericsson 公司於 1994 提出的一向低成本低功率的射頻技術, 其目的在於取代原有的有線傳輸, 藍芽的傳輸功率為 1mW 到 100mW 藍芽是採取跳頻分碼的多工擷取方式, 跳頻的頻率為 1600 次 / 秒, 信號通道間格為 1MHz 2 最初的藍芽技術標準規格為 1.1 版本, 在 1999 年,IEEE 將其納入 IEEE 802.15.1 標準規格之中, 稱為無線個人網路 (Wireless Personal AreaNetwork, WPAN) 1. 藍芽系統與通道介紹 (1) 藍芽系統架構 -257-

WPAN) 1. 藍芽系統與通道介紹 (1) 藍芽系統架構 (2) 藍芽通道圖 2 藍芽連線示意圖圖 3 藍芽配對與網路藍芽協定中主要有兩個角色, 主與從兩個角色的分界並沒有一定的規則, 一個藍芽裝置可以同時扮演兩者, 或是在兩者之間切換一般而言起始端 ( 發出要求的一端 ) 是主, 而接收端 ( 接受要求的一端 ) 是從 3 在運作期間, 由於控制整個藍芽網域的角色是主, 所以當兩個藍芽裝置建立連線後, 會在這兩個角色之間切換在一個藍芽微網中, 跳頻序列皆由主決定, 從必須遵守主決定的跳頻序列每一個藍芽裝置都有一個藍芽裝置位址 ( 藍芽 Device Address) 與時脈基頻會根據藍芽設備的位址與時脈計算出一個跳頻序列當一個從與一個主建立連結時, 主會把自己的藍芽裝置位址與時脈通知從, 從的基頻會計算出主的跳頻序列, 與自己的跳頻序列比較, 計算出位移量, 以便調整自己的頻率, 與主完成同步的動作此外主還會依據從的需要來分配 -258- 時槽因為從只能使用主所分配的時槽內傳送資料給主

主還會依據從的需要來分配時槽因為從只能使用主所分配的時槽內傳送資料給主 2. 藍芽的射頻與基頻藍芽的傳輸範圍在 10 公尺 (0dBm) 到 100 公尺 (20dBm) 範圍內建構起專屬個人的無線區域網路, 其中最少可以容納 8 個 PicoNet 網路, 採用每秒 1600 次跳頻展頻技術在資料傳輸上, 藍芽以 ACL(Asynchronous Connection-Less) 的連線方式, 提供最高下傳 723.2kbps 及上傳 57.6kbps 的非對稱性傳輸速率或 433.9kbps 的對稱性傳輸速率在語音部分, 以 SCO(Synchronous Connection-Oriented) 的連線方式, 提供 64kbps 的傳輸速率 ( 三 ) 反饋式密碼在 89S51 和手機裡各寫入一組演算後的密碼, 首先要利用手機搜尋鐵捲門上的藍芽, 並與其作連結, 手機會發出第一組連線密碼給晶片內的程式做判斷, 確認無誤後, 晶片會回傳第二組反饋密碼給手機, 認證成功後手機就會跳出虛擬遙控器, 就能控制鐵捲門了, 為了防止有心人士嘗試去測密碼, 所以我們做了第二道防線, 就是反饋密碼, 這樣不只增加了方便性, 也大大的提升住家安全品質 ( 四 ) RS232 傳輸研究 1. RS232 特性圖 4 反饋式密碼示意圖表 1 RS232 特性表 4 標準操作模式驅動數接收數距離最大頻寬傳輸模式 RS232 單線傳輸 1 個傳送 1 個接收 15M 19200baud 全雙工點對點在 RS-232 標準中, 字元是 -259- 以串列 (serial) 方式傳輸, 優點是傳輸線少, 配線簡單, 傳送距離可以較遠最常用的編碼格式是非同步起停 (asynchronous start-stop) 格式, 它使用一個起始位元後面接 7~8 個數

最大頻寬 19200baud 傳輸模式全雙工點對點在 RS-232 標準中, 字元是以串列 (serial) 方式傳輸, 優點是傳輸線少, 配線簡單, 傳送距離可以較遠最常用的編碼格式是非同步起停 (asynchronous start-stop) 格式, 它使用一個起始位元後面接 7~8 個數據位元 (bit), 再接可選的奇偶校驗位元, 最後是 1~2 個停止位元所以發送一個字元至少需要 10 位元, 發送訊號的速率以 10 劃分最常見代替非同步起停方式是使用高級數據鏈路控制協議 (HDLC) 在 RS-232 標準中定義了邏輯 1 和邏輯 0 電壓級數, 以及標準的傳輸速率和連接器類型訊號大小在 "+" 的和 "-" 的 3v~15v 之間 RS-232 規定接近 0v 的電位是無效的, 邏輯 1 規定為負電位, 有效負電位的訊號狀態為 marking( 傳號 ), 功能為 OFF, 邏輯零規定為正電位, 有效正電位的訊號狀態為 spacing( 空號 ), 功能為 ON 根據設備供電電源的不同,±5 ±10 ±12 和 ±15 這樣的電壓都是可能的 mark 和 space 是從電傳打字機中來的術語電傳打字機原始的通訊是一個簡單的中斷直流電路模式, 類似與圓轉盤電話撥號的中的訊號 Marking 狀態是指電路是斷開的,spacing 狀態就是指電路是接通的一個 space 就表明有一個字元要開始發送了, 相應的停止的時候, 停止位就是 marking 當線路中斷的時候, 電傳打字機不列印任何有效字元, 周期性的連續收到全零訊號 ( 五 ) 89S51 各腳位的研究與探討 1. 89S51 晶片接腳名稱與功用 89S51 總共有 40 支接腳,4 個 8 位元雙向 I/O( 圖 5) 5 表 2 89S51 接腳功能表圖 5 89S51 接腳圖 -260-

表 2 89S51 接腳功能表圖 5 89S51 接腳圖 2. 89S51 特性 A. 專為控制使用所設計的 8 位元單晶片 B. 具有位元邏輯運算能力 C. 具有 128 位元的 RAM, 以及 4K 位元的 ROM D. 具有 4 個 8 位元 I/O 埠 E. 具有 2 個 16 位元的計時 / 計數器 F. 具有全雙功的 UART G. 具有 5 個中斷源及兩層中斷優先權結構 H. 具有時脈產生電路 I. 具有外部電路擴充 64 位元程式記憶體的能力 6 ( 六 ) 89S51 與藍芽結合系統 1. 89S51 與藍芽結合系統架構此系統是先預設一個介面, 在預設兩隻接腳 (TX 與 RX), 首先先將 89S51 的 TX 與 RX 接到 MAX232( 電位轉換單晶片 ), 再與連芽模組的 TX, RX 做連接 ( 圖 7), 最後再利用藍芽與電腦做無線連結, 就能利用藍芽傳送資訊了 -261-

89S51 的 TX 與 RX 接到 MAX232( 電位轉換單晶片 ), 再與連芽模組的 TX, RX 做連接 ( 圖 7), 最後再利用藍芽與電腦做無線連結, 就能利用藍芽傳送資訊了圖 6 89S51 晶片圖 7 89S51 與藍芽溝通 2. 藍芽結合系統的特色 A. 消耗功率低此系統是透過藍芽做連結, 故其消耗功率低, 不僅如此還能減少人體受電磁波的傷害 B. 活動性高因為本系統是利用藍芽做連接, 所以只要是在藍芽的有效範圍內 (100 公尺內 ) 就能動作, 所以裝置的位置就可以不必拘束在一定的位置 C. 系統的保密性本系統具有認證授權及加密的功能, 而我們的做絣是利用反 D. 藍饋芽是 D. 與密藍紅碼芽外來與線做紅的安外差全線別把的關差, 別因此安性極高 D. 藍芽與藍紅芽外的藍線傳芽輸的差距傳別離輸已距經離超已越經了超傳越統了紅傳外統線紅, 外而線且, 也而克且服也了克紅服外了線紅外線只能藍一只芽對能的一傳對輸送一距的傳離缺送已點的經, 缺超現點 7 越在, 了藍現傳芽在統能藍紅夠芽外提能線供夠, 主提系而供統且主也同系克時統服對同了七時紅個對外裝七線置個裝置只做能連一結做對, 連一大結傳大, 送的大的提大缺高的點了提, 方高現便了在性方藍便芽性能夠提供主系統同時對七個裝置做連結, 大大的提高了方便性 ( 七 ) 89S51 ( 七 ) 89S51 模擬捲模門擬控捲制門板控制板 ( 七 ) 89S51 模一擬般捲鐵一門捲般控門鐵制通捲板常門含通有常五含個有開五關個, 開其關中, 有其三中個有是三使個用是者使常用用者的常, 用上的, 上下停一下止般 ( 鐵停圖捲止 8), 門 ( 圖通另 8), 常外含兩另有個外五是兩鐵個開捲是關門鐵, 上捲其下門中限上有開下三關限個, 開是上關使下, 用限上者開下常關限用主開的要關, 控主上制要控制下當鐵停捲當止門鐵 ( 到圖捲頂門 8), 或到到另頂底外或時兩到, 個底可是時以鐵, 準捲可確門以地上準控下確制限地馬開控達關制應, 馬該上達停下應止限該轉開停動關止, 主轉如要動果控, 當制如果當當上鐵下捲限上門開下到關限頂故開或障關到時故底, 障很時有, 可很以能有準造可確成能地馬造控達成制燒馬馬毀達達, 燒應或毀該是, 停無或止法是轉正無動常法, 開正如關常果鐵開當捲關鐵捲上門下限門開關故障時, 很有可能造成馬達燒毀, 或是無法正常開關鐵捲門圖 8 家用捲門控制器圖 8 家用捲門控制器 -262- 圖 8 家用捲門控制器

圖 8 家用捲門控制器圖 9 模擬捲門控制面板二研究設備及器材 ( 一 ) 耗材 1. 電子元件 ( 包含電晶體電阻電容二極體繼電器 ) 3. 2. 顯單影心劑線氯錫化 PCB 銅液板 3. 顯影劑氯化銅液 ( 二 ) 設備儀器 8 ( 二 1. ) 電設腦備主儀機器 (EBOX)( 後端程式開發 ) 1. 2. 電 89S51 腦主機燒 (EBOX)( 錄器後端程式開發 ) 2. 3. 電 89S51 源供應燒器錄 ( 器提供電源 ) 3. 4. 電示源波供器應 ( 器顯 ( 示提訊供號電 ) 源 ) 4. 5. 示智波慧器型 ( 手顯機示 ( 訊當號遙 ) 控器用 ) 5. 6. 智三慧用型電手表機 ( 當遙控器用 ) 7. 6. 電三烙用鐵電表 7. 電烙鐵三研究方法三研究方法圖 10 工具圖圖 10 工具圖在實驗計畫進行前, 我們先行找了一些資料文獻, 除原理說明之外, 也給我們一在些實方驗向, 計雖畫然進, 行每前個, 理我論們都先是行獨找立了的一, 些但資我料們文有獻信, 心除將原這理些說理明論之, 外全, 部也組給合我們在一些起方, 向實, 現雖我然們, 所每要個研理發論的都系是統獨, 立以的下, 是但實我驗們流有程信圖心 : 將這些理論, 全部組合在一起, 實現我們所要研發的系統, 以 -263- 下是實驗流程圖 :

在實驗計畫進行前, 我們先行找了一些資料文獻, 除原理說明之外, 也給我們一些方向, 雖然, 每個理論都是獨立的, 但我們有信心將這些理論, 全部組合在一起, 實現我們所要研發的系統, 以下是實驗流程圖 : 圖 11 實驗流程圖 ( 一 ) RS232 接線製作 ( 公對母 ) 根據圖六, 線在製作時, 必須跳線,2 3 3 2 4 6 6 4 9 7 8 8 7, 且在焊接時必須注意, 因為接腳之間距離很近, 因此用錫的量要掌握好, 才不會發生短路的現象圖 12 RS232 接線圖 ( 二 ) 89S51 結合程式初步測試基本的 89S51 Max232( 訊號放大 ) RS-232( 序列埠 ) 安裝, 並先以 4 顆 LED( 用超級終端機分別傳送 1 2 3 4, 給 PrintPort LED 應該分別按照 1 2 3 4 亮起 ), 模擬訊號傳輸時繼電器的動作, 測試完成後將 LED 換成二極體電晶體及繼電器, 並再次測試 ( 三 ) 藍牙模組測試波形變化將藍牙的 TX 接上示波器的正端, 在將藍牙的 GND 接上是波器的負端, 利用示波器測試當藍牙接收到信號時所輸出的波形變化 -264-

( 四 ) 電路連接藍牙模組模擬控制捲門完成後將繼電器的訊號 com( 接地 ) 接上另一個輸出插座, 以用來模擬控制鐵捲門動作, 把 RS-232 的插座換成一條 4 輸入的插頭 (+5V com Tx Rx) 以連接藍牙模組 ( 五 ) 藍牙連接超級終端機測試把藍牙 TX 接 51 的 RX 藍牙 RX 接 51 的 TX, 並且分別接上 5V, 接下來進行藍牙連接測試, 先試用電腦的超級終端機試著傳送訊號 1 給藍牙, 按照前面測試繼電器要有動作圖 14 超級終端機測試畫面 ( 六 ) 手機程式測試將信號 1 2 3 和 COM 透過一個 4Pin 的插頭和鐵捲門按鈕上升停止下降並接, 再用手機程式測試是否可以正常動作圖 15 App inventor 操作介面圖 16 智慧型手持裝置模擬測試畫面 (android 作業系統 ) 11-265-

( 七 ) 藍芽控制電路以智慧型手機控制, 透過手機內具有反饋密碼技術功能的自行開發軟體進行開門動作而反饋技術即是當藍芽取得連線後, 由晶片自動回傳一組字串, 由軟體進行運算比對, 若認證成功後即可開門圖 17 製成印刷電路板的藍芽控制電路主板圖 18 實際測試模擬參研究結果本研究經過將近一年的研究, 其間經歷多次失敗, 硬體拆了又裝, 電路板也一直重複的重新焊接與找尋錯誤, 但在這當中也讓我們學習很多可貴的經驗讓我們對於電子元件特性更加的瞭解我們利用現在 e 世代中幾乎是人手一機的智慧型觸碰手機, 再搭配藍牙技術以及程式的撰寫, 從失敗中吸取經驗, 在多次的測試後終於成功的開發了這套系統, 在程式方面, 我們一再地研究, 幾乎只要放學就是在電腦前, 或是到書局找尋相關的資料, 無非是要找到我們想要達到的功能, 雖然重新設計程式數次, 也曾灰心過, 但老師細心的指導與陪伴, 最終得以成功以下幾個重要的結果, 是我們得出的結論, 當然, 不足的地方, 我們也將繼續研 12-266-

究, 使研發更趨完善 ( 一 ) 現在人幾乎是人手一機, 而且大多都隨身攜帶, 所以將鑰匙結合手機不僅能夠減少鑰匙帶在身上的重量, 而且還能夠節能減碳 ( 二 ) 因為這個系統利用了反饋式密碼, 而且還必須經過兩道認證才會出現遙器, 所以能夠讓整體的安全性提高肆討論 ( 一 ) 反饋式密碼是否容易遭人破解? 由於我們鐵捲門中的藍牙需要利用反饋式密碼作認證, 一開始需要以手機傳送一組密碼給藍牙晶片, 再由藍牙晶片反饋一組密碼給手機才能出現遙控器 ( 二 ) 捲門中的藍芽晶片要放何處? 因為藍牙的傳輸距離有所限制, 大約是十公尺左右, 而大部分的鐵捲門的開關都在門附近, 所以我們便可以把裝有藍牙晶片的盒子放置於開關內, 這樣便能解決問題 ( 三 ) 藍芽是否會遭藍牙間諜侵入? 如果要和我們所設計的這套系統做連結, 必須要經過兩道的密碼鎖, 第一道是由手機的藍芽發送, 而第二道則是門上的系統接收由手機傳送的密碼進行比對測事後, 在反送一碼回手機, 通過認證後, 手機桌面就才會跳出虛擬遙控器, 所以要利用藍牙間諜來破入侵系統遙控鐵捲門, 要先通過這兩道防線伍結論與應用利用 89S51 晶片結合藍芽控制鐵捲門開與關, 我們在 89S51 和手機裡各寫入一組演算後的密碼, 必須兩組密碼取得連線, 才有辦法開啟鐵捲門, 所以不會別人感應到你家的藍芽或是因為使用同樣的產品而不小心開到別人家的鐵捲門, 就算手機透過藍芽與鐵捲門連結而沒有密碼認證就無法開啟鐵捲門因為這項特點能大大減少偷竊率 ; 傳統遙控器如果遺失就必須再買一個遙控器, 一個遙控器大概一千塊, 比較浪費資源及金錢, 要是手機不見了只需要重灌程式就好, 就不用浪費多餘的金錢再去買一個遙控器, 這樣不只減少了荷包的損失也能減少資源的浪費這項專題作品, 提供我們生活上的便利及提高居家安全, 慣於使用遙控器的人, 無須改變原有的習慣, 在以往如遇遙控器快沒電時, 所發出的紅外線會變的較為弱, 而導致無法控制鐵捲門升降, 並且電源較難掌握, 如果換成手機電力顯 13-267-

示較明顯而且能隨時補充電力, 把遙控器結合在手機裡, 不僅大大減少材料的成本更能減少二氧化碳的排放量, 替未來子孫留下一顆美麗的地球陸參考文獻 1. 鄭皓云, 藍芽模組與處理器之連結控制設計與實作, 成功大學電機工程學系碩士論文 2. 謝文川黃光徹趙士元, 藍芽技術理論與實作, 碁峰出版社,2005 3. 曾吉弘林祥瑞 Jua, 機器人程式設計與實作 : 使用 Java, 碁峰出版社,2010 4. 林城,Google Android 應用程式開發實戰第三版 : 適用 Android SDK 2.x/3.x, 碁峰出版社,2011 5. 佘志龍陳昱勛鄭名傑陳小鳳,Google Android SDK 開發範例大全第 3 版, 悅知文化,2011 14-268-

101 年全國高職學生實務專題製作競賽暨成國展報告書題目 : 盆栽溼度感應自動澆花系統指導老師 : 洪進源賴明志參賽學生 : 蔡兆霖黃裕峰李承璞張華麟劉育承學校名稱 : 國立羅東高級工業職業學校群科別 : 電機與電子群別 : 資訊科汽車科中華民國 1 0 1 年 3 月 2 2 日 -269-

目錄頁次目錄 ----------------------------------------------------------------------------------------- I 圖目錄 ----------------------------------------------------------------------------------------- II 表目錄 ----------------------------------------------------------------------------------------- II 摘要 ----------------------------------------------------------------------------------------- 1 壹研究動機 -------------------------------------------------------------------------------- 2 貳研究目的 -------------------------------------------------------------------------------- 2 參研究過程 -------------------------------------------------------------------------------- 3 肆設計與討論 ----------------------------------------------------------------------------- 4 伍研究結果 -------------------------------------------------------------------------------- 14 陸討論 -------------------------------------------------------------------------------------- 14 柒結論 -------------------------------------------------------------------------------------- 15 捌參考資料 -------------------------------------------------------------------------------- 15 I -270-

圖目錄頁次圖 1 NXT 主機 -------------------------------------------------------------------------------- 2 圖 2 研究過程 --------------------------------------------------------------------------------- 3 圖 3 使用工具 --------------------------------------------------------------------------------- 3 圖 4 移動裝置 --------------------------------------------------------------------------------- 4 圖 5 鐵支架 ------------------------------------------------------------------------------------ 5 圖 6 伺服器馬達 ------------------------------------------------------------------------------- 5 圖 7 測試 ----------------------------------------------------------------------------------------- 5 圖 8 積木支架 ---------------------------------------------------------------------------------- 6 圖 9 組裝 ---------------------------------------------------------------------------------------- 6 圖 10 抽水馬達 -------------------------------------------------------------------------------- 7 圖 11RCX to NXT 線 ------------------------------------------------------------------------- 7 圖 12 電阻式濕度感測器 -------------------------------------------------------------------- 8 圖 13 感測器特性曲線 ----------------------------------------------------------------------- 8 圖 14 第一型完成 ----------------------------------------------------------------------------- 8 圖 15 新支架 ----------------------------------------------------------------------------------- 9 圖 16 集水盆 ----------------------------------------------------------------------------------- 9 圖 17 第二型動作中 -------------------------------------------------------------------------- 10 圖 18 遮雨棚收納狀態 ----------------------------------------------------------------------- 10 圖 19 遮雨棚升起狀態 ----------------------------------------------------------------------- 10 圖 20Robolab 初始介面 ---------------------------------------------------------------------- 11 圖 21Robolab 層級選擇 ---------------------------------------------------------------------- 11 圖 22 程式流程 -------------------------------------------------------------------------------- 12 圖 23Robolab 完成的程式 ------------------------------------------------------------------- 13 圖 24 顯示介面 -------------------------------------------------------------------------------- 14 圖 25 顯示介面的運作程式 ----------------------------------------------------------------- 14 表目錄頁次表 1 LEGO NXT 規格 ------------------------------------------------------------------------ 4 II -271-

盆栽溼度感應自動澆花系統摘要一般家裡的植栽幾乎都是用人力來照顧, 但是對於生活忙碌的上班族或是記性不佳的老人來說, 家裡的植栽能長久的存活幾乎是不可能的任務此次的專題以機器控制來取代人力照顧, 即使人不在也能藉由機器的運作來幫你照顧植栽同時我們利用電阻式濕度感測器來偵測溼度, 不單單只是在固定的時間澆水, 而是能依據植栽的溼度來判斷是否需要澆水, 以達到照顧植栽的最終目的, 在模型的製作上我們先後設計了兩個結構第一型澆水模型 : 我們採用 LEGO 積木和 Robolab 程式來製作, 但有部分缺點需改進, 例如 : 無集水設施第二型澆水模型 : 我們針對第一型的缺點進行改善, 例如 : 增加植栽數量改善排水問題, 並設計自動與手動控制的遮雨棚裝置關鍵字 :Robolab LEGO NXT 電阻式溼度感應器植栽 1-272-

壹研究動機在這日新月異的時代, 科技上的更新速率可說是一日千里, 人們漸漸的使用機器來代替人力, 這樣不僅可以減少工作量而且更有效率, 也可以在無人操作情況下讓生活圈能持續進行人類現在工作的時數幾乎都大於自己的睡眠時數, 對於家中一些生物上的照顧可能會有些疏忽, 植栽類就是最大的受害者, 長期的缺乏照顧將會導致其缺水而枯萎死亡, 如果出遠門的時候那更是麻煩, 兩天三天甚至更久的出差或是旅遊, 那家中植物理所當然必須挨餓兩三天, 我們就是針對此點上的需求, 對於人類無法時常照顧植物給與水分的概念, 我們整理出一些可用的辦法, 並且使用手邊的材料 LEGO 去製作 LEGO 機器人是我上高職第一次實習課所接觸到的第一次接觸到 LEGO 機器人後我便對它產生了濃厚的興趣, 不論是在組裝實體的機器人亦或是在軟體方面的程式都十分的吸引我, 所以我便想藉由 LEGO 機器人來完成此次的專題貳研究目的一能照顧多株植栽並讓 NXT 主機能感知土壤水分是否足夠二能透過上述回饋的數值決定是否進行澆灌三如何設計出更簡單且有效照顧植栽的機制四瞭解 Robolab 的程式結構及其使用原理圖 1 NXT 主機 2-273-

參研究過程資料蒐集設計與討論實體製作測試與檢討最終測試與調整完成書面製作修改圖 2 研究過程一研究設備與器材 1 桌上型及筆記型電腦各一台 2 USB to NXT 連接線 3 NXT 主機數台, 抽水馬達一台 4 LEGO 積木無數 5 輪鋸機一台 6 電焊機一台 7 電烙鐵一組及白鐵條數條 8 焊錫單芯線電氣膠帶各一捲 9 200 Ω 電阻與電阻濕度感測器數顆 10 RCX 轉 NXT 線數條電池扣與電池數組 11 尖嘴鉗斜口鉗剝線鉗圖 3 使用工具 3-274-

表 1 LEGO NXT 規格項目規格 CPU ARM7 AT91SAM7S256 傳輸方式藍牙 USB2.0 輸入端 4 輸出端 3 顯示螢幕 64*100 LCD ( 單色 ) 程式空間 256K bytes of flash memory & 64K bytes RAM 供電系統 3 號電池 *6 or 充電鋰電池介面 MMJ-12 肆設計與討論一第一型澆水機器萬事起頭難, 在如何進行澆水上我們團隊討論了不少時間, 幾次腦力激盪後我們嘗試製作一個移動裝置去針對植栽進行澆水首先為了能夠移動出水孔, 我們利用 LEGO 積木與小齒輪去組裝出一段軌道, 在依軌道樣式製作出利用齒輪組移動的移動裝置在第一型機器我們固定移動裝置而讓軌道移動, 藉以帶動軌道上的管線前往需要澆水的植栽為了高度需求製作了支架與臺座, 同時考慮到佈線, 預留了空間以便日後作修改圖 4 移動裝置 4-275-

圖 5 鐵支架利用伺服器馬達帶動齒輪組, 齒輪組傳動的部分咬合在軌道上的小鋸齒, 藉由齒輪咬鋸齒去帶動軌道前後移動在裝置上設置灑水管, 並且將其最前端以熱熔膠封住, 在其側面以斜口鉗開三道裂口, 以便進行灑水圖 6 伺服器馬達圖 7 測試 5-276-

在初期我們使用鐵材來進行支架的製作, 不過當時實體完成時, 想修改時需費不少功夫, 並且與 LEGO 組成的動作部件相性不佳因以上兩點我們改採取利用 LEGO 積木去製作支架圖 8 積木支架圖 9 組裝當移動裝置先完成後, 我們需要抽水馬達與讓 NXT 可以辨認植栽是否需水的回饋系統以上兩樣在 LEGO 官方套件都沒有出, 由其他公司開發的偵測器又太過昂貴, 在這些因素考量下, 我們決定自己動手製作能以 NXT 驅動的抽水馬達與感測器 NXT 三個輸出埠每個最多能輸出 9 伏的電壓以這個規格來看大約能推動用在小魚缸的抽水馬達, 藉由老師協助提供一插座損壞的抽水馬達, 我們將它損壞的線段減去, 並且剝線, 接著將它接上電源供應器以測試多少電壓才能滿足它的推動需求從零開始, 大約調整到 8.8 伏的時候抽水馬達發出運作的聲音, 相當幸運的我們一開始就找到符合規格的抽水馬達, 接下來的問題是要如何將它接 6-277-

上 NXT 的輸出埠我們找到 RCX 轉 NXT 的連接線, 正好是 6pin 兩線的, 將其一端剪去剝線, 與抽水馬達的線連接, 上一點錫固定, 在用熱縮套與絕緣膠帶包好將製作好的抽水馬達接上 NXT 輸出埠, 讓 NXT 輸出電壓, 確認抽水馬達的運作與水被抽上來圖 10 抽水馬達圖 11 RCX to NXT 線解決了抽水的問題, 現在我們需要 NXT 能辨別植栽土壤水分是否足夠為此我們找到了電阻式溼度感應器, 它的電阻值會隨水分含量增加而減少, 反之則增加透過此特性我們將它與 3 伏特電池組 200 歐姆電阻串聯, 並且透過在電阻上並聯 RCX 轉 NXT 連接線, 將它分壓出的數值傳給 NXT, 讓 NXT 可以透過電壓變化從而判斷是否該澆水 7-278-

圖 12 電阻式濕度感應器圖 13 感測器特性曲線到此完成了第一型的實體製作, 為了能讓它動起來, 我們還需要將寫好的程式傳入 NXT, 這個程式是利用我們高工所學的 Robolab 來完成第一型的成品已經可以針對三盆不同的植栽進行澆灌, 但仍有許多地方可以改進, 比方說運作時的穩定度程式的流程軌道太佔空間等圖 14 第一型完成 8-279-

二改良第一型澆水機器檢討過後我們團隊決定重新設計一個採取工廠天車模式的軌道, 我們將支架重新設計製作一來整個裝置的大小就固定, 不會因為軌道的移動而有所變化, 二來在第一型我們也注意到了關於植栽排水的問題, 於是訂製了一個壓克力的長盒, 拿到後加工, 弄出一個上蓋, 並在在上面鑽出數個洞以便水流入, 統稱集水盆同時將抽水馬達設置在裡面, 如此當剩下的水流入後可以由抽水馬達在抽上來澆水, 以達到水資源再利用圖 15 新支架圖 16 集水盆第一型受限於軌道支撐與整體大小的問題, 設計上只能同時照顧三盆, 在改變支架結構後, 第二型可以照顧的植栽數量上升到四盆! 而這已經是 NXT 所有輸入埠的數量這邊補充一下, 每個盆栽的回饋裝置必須要佔一個輸入埠 9-280-

圖 17 第二型動作中考慮到植栽常被放置在陽台樓頂等地方, 是可以接收陽光以利成長, 但也因此會受到風吹雨打為此我們在第二型支架上新增設了一個遮雨棚, 這可以在圖 18 19 看見, 基本上遮雨棚有兩種模式 : 手動與感應手動模式是由自己決定是否升起或降下遮雨棚感應模式則是當感測到空氣中水分過多時會自動升起, 待下降到合理範圍後再降下, 這部分是由另外一台獨立的 NXT 來運作圖 18 遮雨棚收納狀態圖 19 遮雨棚升起狀態 10-281-

三程式邏輯本次使用之程式工具為 Robolab 2.9 Robolab 軟體是一個簡單直觀易學的編程環境, 是以美國國家儀器公司 (National Instrument) 的 LabVIEW 流行於測量和自動化領域的圖形化程式軟體為基礎開發的圖形化程式語言被稱為工程師的語言, 使用圖形化的程式語言, 只需要從功能面板選取需要的圖表, 拖曳到編程視窗, 通過連線, 即可完成編程, 有效率的提高了工作速度圖 20 Robolab 初始介面圖 21 Robolab 層級選擇 11-282-

圖 22 程式流程 12-283-

圖 23 Robolab 完成的程式 13-284-

除了控制方面的程式, 另外我們還完成了在電腦端運作的顯示介面, 如圖, 它可以顯示出目前各個盆栽的狀況, 讓我們知道機器是否正常運作這部分同樣也是採取 Robolab 完成, 但這部分是其中的 Level 5, 較接近 LabVIEW 圖 24 顯示介面伍研究結果圖 25 顯示介面的運作程式終於我們團隊製作出一個自動化的澆水機器, 與一般市售的機器不同的是, 我們可以根據植栽的種類決定澆水的時機, 而非只是定時定量的動作我們也成功自製出非官方零件卻能用在 NXT 上的裝置, 雖然在耐用度上可能有待加強, 因為電阻式濕度感應器在我們實驗時或許是因為不停浸泡在水裡, 接腳鏽蝕而壞了一兩個至於抽水馬達仍然健全的運作著陸討論為了增加能照顧的植栽數量, 或許能嘗試將兩台以上的 NXT 串聯起來, 一台挪出一個輸出埠, 一台挪出一個接收埠, 依這模式每串一台就能增加三個植栽的照顧, 唯困難在各台主機程式的配合, 以及變數的操作當然除了實體線材的連接, 或許也能嘗試利用 NXT 內的藍牙通訊, 讓多台 NXT 互相交換訊息以達增加植栽照顧數量的目標除增加功能性外, 也期望能嘗試降低整個機器的成本, 全由 LEGO 積木組合而成的模型畢竟所費不貲, 所幸是兩個科都是全力支持, 才讓我們能順利研究下去在功能具備的模型完成後, 希望能由其他媒材來取代 LEGO 積木, 以求成本上的精簡 14-285-

柒結論從一開始為了解決問題到完成了一個解決方案我們小組每個禮拜都與指導老師進行至少一次的檢討會議, 把自己的想法從無到有的做出來, 甚至弄得更好, 是我之前從未有過的體驗或許現在的成品還不能百分之百的解決在研究動機提到的問題, 但是我相信這是一個好的開始能夠自己動手做出依自己想法動作的機器, 這種感覺非常棒, 這是我們團隊一致認同的, 這次的專題製作除了應用到我們在實習課上所學的東西, 也讓我們對團隊合作有了新的體認我們是由兩個科系聯合製作此專題, 在初期因為大家對於每個環節都有分歧的意見, 所以有一些小麼擦, 所幸最後大家都能理性的為了專題製作一起努力進而提出更棒的想法來完成此次的專題捌參考資料 1. 邱信仁,NXT 樂高機器人 : 創意樂趣, 隨心所欲!, 藍海文化, 第二版, 新北市 (2011) 2. 鄭仲原, 電阻式溼度感測裝置之製作與探討, 民國 101 年 3 月 8 號, 取自 http://www.shs.edu.tw/works/essay/2010/11/2010111214245955.pdf 3. mindstorms, 民國 101 年 3 月 8 號, 取自 http://mindstorms.lego.com/en-us/default.aspx 4. 蕭季萱, 植物自我照護系統, 民國 101 年 3 月 8 號, 取自 http://activity.ntsec.gov.tw/activity/race-1/50/pdf/080819.pdf 5. ROBOLAB 程式設計 - 愛因斯坦機器人實驗室, 民國 101 年 3 月 8 號, 取自 http://www.maxwell.tw/new%20page/lego_robot_class/robolab%20%b3n%a 5%F3%BBP%B3n%A5%F3%BDs%B5%7B.htm 15-286-

101 年全國高職學生實務專題製作競賽暨成果展報告書 ( 標楷體 18) 題目 : 具教育功能之兒童學習收納箱指導老師 : 楊鎮澤 ( 標楷體 16) 參賽學生 : 吳怡逸鄭哲昀白紹群 ( 標楷體 16) 學校名稱 : 中山學校財團法人高雄市中山高級工商職業學校群科別 : 電機與電子群別 : 資訊科 ( 標楷體 16) 中華民國 1 0 1 年 3 月 2 3 日 -287-

具教育功能之兒童學習收納箱摘要本創新專題作品的特點, 在於以一個類似童話故事中具有魔法的收納箱, 培養兒童於遊戲結束時養成收拾玩具的好習慣透過無線識別技術, 使玩具收納箱能偵測玩具使否在收納箱中, 並搭配程式控制電路, 讓家長設定孩童的遊戲時間, 預設時間終了時, 收納櫃中的電路將偵測玩具是否全部都會到自己的家, 若有玩具沒有歸回原位, 收納箱將發出提醒的聲音, 以生動有趣的方式, 培養小朋友養成遵守時間及責任感壹前言關鍵字 : 無線識別技術收納箱一研究動機隨著人類生活水平逐漸上升, 科技產業迅速發展, 生活與科技產生緊密結合, 帶來科技的方便性與普及化, 帶來更方便的生活但許多家長因為孩童在遊戲玩樂中, 孩童總會把玩具散落一地, 遊戲結束後由家長替孩童善後所以, 我們想要以 RFID 與計時電路結合並搭配語音提醒, 作成一個具有提醒功能的收納箱, 讓它在第一次感應 RFID 感應器後開始計時, 直到設定時間到為止揚聲器就會發出聲音提醒孩童遊戲時間結束, 孩童把遊戲玩具收入收納櫃後, 第二次感應 RFID 感應器, 揚聲器的聲音將停止藉由這個動作藉機培養孩童的守時間與責任感二研究目的 ( 一 ) 培養孩童守時間與責任感 ( 二 )RFID 接收與感應 ( 三 )8051 單晶片研究 ( 四 )RFID 探討與研究 ( 五 ) 探討 RFID 與 8051 組合應用貳研究過程及方法一原理 ( 一 )RFID(RadioFrequencyIdentification) 屬於非接觸式 IC 晶片卡, 是一 1-288-

種搭配無線射頻辨識技術, 使卡片中的資料可透過非接觸式的方式讀寫是一種內建無線電技術的晶片, 晶片中可儲放一系列資訊 ( 二 )RFID 泛指 2 公厘見方, 有如芝麻顆粒大小的無線通信 IC 和天線所構成的組件通稱, 使用具有天線及讀寫器將資料寫入 IC 低頻 RFID 晶片 ( 被動 ) 工作在 130KHz 左右的頻率上, 主要應用於機器控制的授權檢查等, 讀取速度慢不是問題, 因為只需在單方面上傳輸非常短的資訊, 依據不同的型號, 有些速度最大為 0.5m/s, 能高達 26.48kbps 的數據傳輸速度, 能實現每秒 30 個對象識別 ( 三 ) 其運作原理是利用感應器發射電磁波, 感應觸發範圍內的 RFID 標籤, 藉由電磁感應電流, 進而提供 RFID 標籤上的晶片進行運作, 並且發出電磁波回應感應器, 以驅動能量來源的區別圖 1 RFID 感應 / 接收示意圖 ( 四 )RFID 感應器 : 感應器與主電腦相溝通的介面, 可以是有線方式的 RS232 RS485 RS422 介面 USB 介面或以無線方式, 例如藍芽 (Bluetooth); 當主電腦之應用系統要進行物件的辨識工作時, 可經由這個介面去控制讀取機發送無線電波能量, 進行寫入或是讀取 Tag 內的資訊圖 2 RFID 感應器 ( 五 )RFID 感應方式 : 利用電流通過線圈產生電磁感應, 使 RFID 感應器與電子標籤 Tag 之間產生訊息 2-289-

圖 3 RFID 電磁感應內部圖 ( 六 ) 被動式 : 被動式 RFID 最常見的悠遊卡, 其最大的特點是沒有電源資料傳送距離較短, 而當被動式電子標籤因受到讀取器發出的電磁波時, 內部會因為電磁感應而被產生電流, 外加上它的價格低體積小, 而且沒有電源損耗的優點, 因此, 目前市場的 RFID 標籤, 大多是採用被動式的 RFID 標籤居多 ( 七 ) 電子標籤 (Tag) : 是一個具有數位 (Digital) 類比 (Analog) 與記憶體 (Memory) 功能的晶片, 內含有收發用的天線模組及電路, 能夠依照應用環境而設計圖 4 電子標籤 (Tag) ( 八 )RS232 的傳輸媒體 :RS-232 在傳送資料時, 不需要另外使用一條傳輸線來傳送同步訊號, 就能正確的將資料順利傳送到對方, 因此叫做非同步傳輸, 簡稱 UART 在 RS-232 標準中, 字元是以一序列的位元串來一個接一個的串列 (serial) 方式傳輸, 優點是傳輸線少, 配線簡單, 傳送距離可較遠 3-290-

圖 5 RS232 各接腳定義圖 ( 九 )8051 單晶片的內部有 2 個計數器, 可接收外界輸入的驅動信號, 而能產生一個輸出信號以供讀取外界輸入信號發生的次數這個外界輸入信號代表某一事件發生的次數, 計數器即是在作事件的計數 ; 這個外界輸入信號是一個固定頻率的信號, 則計時 / 計數器則可用以作計算時間的工作因此,8051 單晶片的計時 / 計數器為一體兩面, 完全取決於驅動信號的特質而定圖 6 8051IC 圖 7 8051 接腳圖 4-291-

圖 8 8051 接線圖 8051 為 40 支接腳之單晶片, 其接腳圖與功能說明如下 : 1. VCC: 接正電源 5V 2. VSS: 接地 3. PORT0: 可做一般 I/O 使用, 當作輸入或輸出時應在外部接提升電阻外部記憶體擴充時, 當作資料匯流排 (D07) 及位址匯流排 (A07) 4. PORT1: 一般 I/O 使用, 內部有提升電阻 5. PORT2: (1) 一般 I/O 使用, 內部有提升電阻 (2) 外部記憶體擴充時, 當作位址匯流排 (A815) 使用 6. PORT3: (1) 一舨 I/O 使用, 內部有提升電阻 (2) 做為其他特殊用途接腳 : 1 P3.0 RXD ( 串列埠輸入端 ) 2 P3.1 TXD ( 串列埠輸出端 ) 3 P3.2 INT0 ( 外部中斷 0 輸入端 ) 4 P3.3 INT1 ( 外部中斷 1 輸入端 ) 5 P3.4 T0 ( 計時器 0 外部輸入端 ) 6 P3.5 T1 ( 計時器 1 外部輸入端 ) 5-292-

7 P3.6 WR( 外部 RAM 寫入觸發信號 ) 8 P3.7 RD ( 外部 RAM 讀取觸發信號 ) 7. RST: 晶片重置信號輸入腳, 只要輸入一高電位脈衝, 大於 2 個機械週期, 就可以完成重置動作 8. ALE/PROG: (1) 接外部記憶體時, 位址栓鎖致能輸出脈衝, 利用此信號將位址栓鎖住, 以便取得資料碼 (2) 未接外部記憶體時, 有 1/6 石英晶體的振盪頻率, 可做為外部時脈在燒錄 PROM 時, 此接腳也是燒錄脈波之輸入端 9. PESN: 當作程式儲存致能外部程式記憶體之讀取脈波, 在每個機械週期會動 2 次, 外接 ROM 時, 與 ROM 的 /OE 腳連接 10. EA/VPP: (1) 接高電位時, 讀取內部程式記憶體 (2) 接低電位時, 讀取外部程式記憶體 (3) 燒錄內部 EPROM 時, 利用此腳接收 21V 之燒錄供應電壓 11. XTAL1, XTAL2: 接石英晶體振盪器, 工作機械週期 = 石英晶體 /12 8051 的特性有以下幾點 : 1. 專為控制使用所設計的 8 位元單晶片 2. 具有位元邏輯運算能力 3. 具有 128 位元的 RAM, 以及 4K 位元的 ROM 4. 具有 4 個 8 位元 I/O 埠 5. 具有 2 個 16 位元的計時 / 計數器 6. 具有全雙工的 UART 7. 具有 5 個中斷源及兩層中斷優先權結構 8. 具有時脈產生電路 9. 具有外部電路擴充 64 位元程式記憶體的能力其晶片燒錄前必頇經過程式編譯, 待編譯之後再利用具有燒錄功能的電路板配合燒錄程式執行燒錄與資料比對, 如圖 9 6-293-

圖 9 8051 IC 燒錄流程 ( 十 )Tag 感應觸發後將會使 8051 開始執行動做, 經過 NAND 改變電位判斷 LED 燈是否亮 / 滅, 在判斷的同時 8051 計時器開始計時, 並且等時間到達後驅動揚聲器二研究設備及器材圖 10 Tag 觸發流程圖 ( 一 ) 耗材 1. 電子元件 ( 包含電晶體電阻電容二極體 8051 RFID 感應器 Tag 電子標籤 ) 7-294-

2. 單心線錫 PCB 板 3. 顯影劑氯化銅液 ( 二 ) 設備儀器 1. 電腦主機 (EBOX)( 初始程式設計 ) 2.USB 轉 RS232 傳輸線 ( 硬體與程式訊號傳輸 ) 3. 電源供應器 ( 提供硬體電源 ) 4. 示波器 ( 顯示訊號 ) 5. 電動鑽孔機 ( 架設收納盒內部 ) 6. 三用電表 7. 電烙鐵 8.RFID 感應器 9. 電子標籤 Tag 10.8051 IC 燒錄器圖 11 工具圖 8-295-

三研究方法在實驗計畫進行前, 我們先行找了一些資料文獻, 除原理說明之外, 也給我們一些方向, 雖然, 每個理論都是獨立的, 但我們有信心將這些理論, 全部組合在一起, 實現我們所要研發的系統, 以下是實驗流程圖 : 圖 12 實驗流程圖 ( 一 ) RS232 接線製作 ( 公頭對母頭 ) 根據圖 13, 線在製作時, 必頇跳線,2 3 3 2 4 6 6 4 7 8 8 7, 且在焊接時必頇注意, 因為接腳之間距離很近, 因此用錫的量要掌握好, 才不會發生短路的現象, 下圖 14 為完成圖圖 13 RS232 接線電路圖 9-296-

圖 14 RS232 線路完成圖 ( 二 ) 設計控制外部硬體電路主要由 8051 串列傳輸電路組成, 其中由 NAND 閘接入 P1.0~P1.7 接腳, 在由外部硬體 RFID 感應器接入接腳, 當 Tag 感應時會驅動 NAND 閘判斷其 P1.0~P1.7 腳上的電位是否要改變, 感應後 8051 計時器開始運作, 並且控制揚聲器是否運做圖 15 RFID 驅動電路 -8051 電路 ( 三 ) RFID 虛擬程式測試以筆記型電腦連接 USB 轉 RS232 之傳輸媒體, 連接上述之驅動電路, 以自行撰寫之程式測試 8051 計時器與揚聲器是否有動作, 若無, 則修改電路, 可能為 8051IC 故障, 可更換新品或是調整接腳後再做測試圖 16 8051IC 計時器狀態 10-297-

( 四 ) 自訂時效以時序訊號來計數, 使用玩具箱時, 依照所需時間的需求可以自行加長或是縮短孩童遊戲的時間 ( 五 ) 聲音提醒裝置我們在內部設置揚聲器, 當計時器時間到達後, 玩具箱會發出聲音, 提醒孩童子遊戲時間已到請歸還收納玩具, 並且在 Tag 第二次感應前將重複循環此動作 ( 六 ) 測試當硬體設備製作完成並經測試後, 我們開始撰寫程式, 整個系統花了數個月的時間, 在多次程式測試錯誤及修改之後, 終於可以將程式與硬體連接測試, 以下為測試流程 : 1. 將硬體電源與電腦連線就緒後, 先開啟 RFID 感應器 ( 如 17 圖 ), 圖 17 RFID 感應器然後拿身上的捷運卡或是其他可以感應的晶片, 如圖 18 把捷運卡去測試 RFID 感應器, 如圖 19 圖 18 捷運卡圖 19 RFID 感應捷運卡 11-298-

接著執行 RFID 感應裝置虛擬程式, 如圖 20 圖 20 執行程式以捷運卡裡的 RFID Tag 去感應而在每次感應, 如圖 21) 圖 21 Tag 感應 RFID 感應器將會自行亂數產生 10 位元的任意數字, 如圖 22 圖 22 RFID 感測模組執行 2. 功能測試完畢, 接下來是一個創意的發想, 當孩童取出玩具時, 可以自動偵測是否已將 Tag 感應, 如果孩童一時忘記了, 我們的系統將發出語音來提醒孩童參研究結果本研究經過將近一年的研究, 其間, 經歷多次失敗, 硬體拆了又裝, 電路板也一直重複的重新焊接與找尋錯誤, 但在這當中也讓我們學習很多可貴的經驗, 讓我們對於電子元件特性更加的瞭解在程式方面, 我們一再地研究, 幾乎只要放學就是在電腦前, 或是到書局找尋相關的資料, 無非是要找到我們想要達到的功能, 雖然重新設計程式數次, 也曾灰心過, 但老師細心的指導與陪伴, 最終得以成功以下幾個重要的結果, 是我們得出的結論, 當然, 不足的地方, 我們也 12-299-

將繼續研究, 使研發更趨完善圖 23 收納箱動作流程圖 ( 一 ) 利用 RFID 的低耗電量與 8051, 達成低耗電量的計時器 ( 二 ) 玩偶上的 Tag 感應 RFID 感應器,8051 接腳前的 NAND 閘將由高電位變為低電位, 致使 LED 燈亮起, 以便知道哪些玩偶被取出圖 24 驅動 LED 燈 ( 三 ) LED 燈亮起後,8051 計時器開始啟動計時, 時間結束後啟動揚聲器, 直到玩偶 Tag 再次感應接收器, 揚聲器才停止動作,8051 接腳前的 NAND 閘將改變為電位, 致使 LED 燈熄滅圖 25 LED 燈停止動作 13-300-

( 四 ) 當玩偶上的 Tag 感應 RFID 感應器, 會先辨識玩偶上的 Tag 在判斷 8051 上的接腳的 LED 燈, 並且加上 NAND 閘將 LED 燈上的電位改變 ( 五 ) 每當達到一定的時間,Tag 感應完成後時間都會重置, 下次使用者就不必再重新調整 ( 六 ) 當玩偶位在一定的時間內歸還, 玩具箱上的揚聲器會發出預設的語音 ( 七 ) 玩具箱上的揚聲器所發出來的語音可以因每個國家的語言來設定不同的語言 ( 八 ) 玩偶上的 Tag 是外加的, 所以我們可以把它運用在別的玩具, 這樣就不只有侷限在特定的玩具上圖 26 玩偶 Tag 標籤 ( 九 ) 此項玩具的組成是由簡單的計數電路搭配上感應晶片, 我們可以發揮想像力將這樣的電路裝置在其他的物品上, 這樣就不會只有侷限在玩具上了! ( 十 ) 因為玩具箱是由簡單的物品所組成, 如果有物品損壞如 ( 晶片掉落 ) 使用者都可以輕易地找到替換品來更換肆討論 ( 一 ) 玩具熊離開收納箱時多久會失去功能? 依據電池提供電量的時間, 玩具熊及玩具箱所能夠使用的時間長短不一樣, 像我們運用 RFID 可以減少電量的使用, 提升玩具箱及玩具熊的時間玩具熊內部大多都是比較省電的裝置, 所以可以長時間的使用, 只要定期的更換內部電池就不會有沒能源的疑慮 ( 二 ) 收納箱是否有電磁波的疑慮? 這樣玩具我們通常是使用 3 號電池以及充電電池, 通常只要使用伏特數一樣的能源更應器就可以驅動此玩具, 我們也可以依據使用者的需求來更改能源的供應, 此玩具熊也可以依據現代人的需求來更改結構 ( 三 ) 收納箱遇到水或其他物質時會不會漏電的疑慮? 玩具箱外通常都會有裝置來隔絕外部的干擾, 我們把內部電路放在一個木盒子裡, 這個木盒子可以防止酸性物質或其他損毀電路的物品和電路的鬆脫, 所以安全上的疑慮是無庸置疑的 14 ( 四 ) 收納箱及玩具熊可以承受多少衝擊 -301- ( 兒童從高處往下摔 )? 我們的機關都是設計在玩具箱上, 玩具熊上是沒有任何電子儀器的, 所以玩具熊就算是被兒童從高處往下摔也不會有損壞的疑慮, 玩具箱只要好好的使用就

子裡, 這個木盒子可以防止酸性物質或其他損毀電路的物品和電路的鬆脫, 所以安全上的疑慮是無庸置疑的 ( 四 ) 收納箱及玩具熊可以承受多少衝擊 ( 兒童從高處往下摔 )? 我們的機關都是設計在玩具箱上, 玩具熊上是沒有任何電子儀器的, 所以玩具熊就算是被兒童從高處往下摔也不會有損壞的疑慮, 玩具箱只要好好的使用就不會有損壞的疑慮, 如果家長真的害怕被摔壞那可以把裝有電子儀器的玩具箱可以把它固定在一個孩童可以隨手可得的地方 ( 五 ) 收納箱被兒童弄丟時玩具箱怎麼辦? 玩具熊不見時或是有損害我們可以找到其他的玩具來替換, 玩具熊是啟動此項產品的一個媒介而已, 如果真的不見使用者也可以找到一個相同規格的玩具來替代伍結論與應用經過研究後, 我們運用 RFID 的技術結合 8051 控制時間的技術來完成這項作品, 我們考慮了現代許多孩童對於時間觀念比較不清楚又加上家長工作很忙, 沒時間管理孩童, 我們綜合了上種種因數, 製作出了這項產品此項產品的組成主要是由中心結構玩具箱搭配幾片的感應晶片, 我們將晶片鑲在玩偶上, 當孩童將玩偶取出時玩具箱就會感應到晶片此時我們裝置在玩具箱上的 LED 的燈就會發出警示, 雖然他只是由簡單的原理組成但卻發揮出相當大的功用科技是代給人們方便的一項產物, 我們結合了我們所學的知識, 發明出玩具箱, 無非是希望帶給現代人更棒的好處, 現代人對於時間和整理的觀念不比以前來的好, 由於這個理由我們就想到的收納玩具箱這個好點子, 時間觀念是要從小培養起的所以我們就從每個人孩童時期要玩的玩具下手, 這麼一來時間的觀念就可以在孩童的心中根深蒂固了, 有些人可能會想, 一個玩具可以養成甚麼樣的觀念嗎? 其實是可以的, 當孩童在玩玩具時就會想到時間的重要性, 當時間到時又想到要把玩具收納好, 此項發明可以說是身教的一項好幫手從前玩具就只是玩具不具其他的功用, 但到了現代, 人們對於教育也是愈來愈重視了, 在幾年期就有許多的人把玩具和開發腦力結合了, 只有少許人想到要把玩具和身教結合在一起, 發展了此項產品雖然不是對於人類科技的一大躍進, 但對於生命的教育卻是有重大的意義陸參考文獻 [1] 鄭立鴻, 計算機概論 A, 勁園台科大出版社,2010 年 [2] 陳啟煌, 專題報導 -RFID 原理與應用, 臺灣大學計算機及資訊網路中心, 民國 95 年 [3] 電子工程專輯,RFID 技術應用及其發 15 展趨勢分析, 民國 93 年 [4] RFID 解決方案, 威嘉實業有限公司 [5] 蔡宗成,8051 單晶片原理簡介, 元智大學, 民國 89 年 -302-

101 年全國高職學生實務專題製作競賽暨成果展報告書題目 : 自動調節車流號誌系統指導老師 : 藍啟民參賽學生 : 林怡瑄張珮穎謝佳熹謝佳燁學校名稱 : 國立臺中高級工業職業學校群科別 : 電機電子群別 : 資訊科中華民國 1 0 1 年 0 3 月 2 2 日 -303-

自動調節車流號誌系統摘要如果穩定的車流在遇到障礙物而停下來會有塞車的現象發生當車流遇到紅燈而停下來時就相當於遇到障礙物那後面的車流就會產生塞車現象向後傳播就形成大塞車但是目前紅綠燈設定時間均依時段進行主幹道及支道做定時的時間安排所以常常會有紅燈的路線大塞車時綠燈的路線卻沒有半台車經過我們所製作的自動調節車流號誌系統就是為了要改善因為紅綠燈時間分配不均或臨時幹道車流湧現而造成的塞車因此藉由單晶片結合紅外線感測來計算目前幹道的停車長度決定壅塞幹道需要即時調整的紅綠燈時間來調整壅塞幹道的車流量以即時解決車流壅塞的問題關鍵字紅綠燈單晶片 89S51 紅外線交通號誌壹研究動機隨著經濟發展及個人所得的提高台灣地區之汽車持有大幅成長依據交通部運輸研究所統計資料顯示自 1977 年至 2009 年台灣地區人口成長近 40 而自用小客車持有數成長近 34 倍機車持有數則成長逾 5 倍交通需求上對汽機車高度的依賴導致交通壅塞問題一直是民眾嚴重關切的課題之一而紅綠燈的時間通常因主幹道及支道的差異各幹道車流量的多寡以及各時段時間的不同而設定導致紅綠燈依各時段都是有固定的時間長度但目前臺灣區域性車流量卻變化多端有時會因對向車道多出了不必要的綠燈時間而造成此向車道的乾等又有時車流量臨時會加大而面臨不知該如何疏通或者下班時段均由交通警察指揮各路口車流的行進導致效率不彰所以我們希望以單晶片結合紅外線來偵測各幹道的車流量做最即時的增減紅綠燈時間以達成交通壅塞所造成的不必要浪費貳研究目的一即時控制交通號誌達成車流的順暢二調節交通號誌達成自動調節車流效益三降低交通壅塞達成減能減碳的效果四減少交通號誌時間的等待增加經濟效益的發揮五藉由單晶片與感測器發展穩定的交通號誌即時控制器參研究材料及設備一設備 2 電腦 Keil u Vision3 PhotoImpact10 尖嘴鉗印表機二材料 -304-89S51 單晶片紅外線發射 LED 紅外線接收器單心線十字路口壓克力板

一設備電腦 Keil u Vision3 PhotoImpact10 尖嘴鉗印表機二材料 89S51 單晶片紅外線發射 LED 紅外線接收器單心線十字路口壓克力板小型玩具車迷你紅綠燈紅黃綠 LED NE555 震盪器電容電阻肆研究過程及方法一路口實地觀測表 1 實際道路平面觀測表觀測地點時間紅燈秒數綠燈秒數黃燈秒數太平中山路與樹孝路口 7:30pm 50sec 50sec 3sec 潭子雅潭路與中山路口 6:30pm 40sec 60sec 2sec 台中文心南路與復興一段路口 7:00am 37sec 20sec 3sec 二模擬道路及車子 ( 一 ) 以 PhotoImpact10 繪製一線道十字路口, 貼於壓克力板 ( 二 ) 以寬 3cm 長 7cm 之模型車模擬四門轎車 ( 三 ) 做出適合路口大小之紅綠燈圖 1 十字路口 3 三 89S51 相關知識圖 2 模型車 -305-

圖 2 模型車三 89S51 相關知識 ( 一 )MCS-51 基本認識 [1] 89S51 源自 Intel 公司 MCS-51 系列, 但目前所採用之 8x51 卻是以其他廠商所發行之相容晶片為主但開發至今, 其規格並沒有太大的改變, 以下為標準的 8x51 規格 : 1. 8X51 為 8 位元微處理器 2. 程式記憶體 ROM: 內建 4k bytes 外部最多可擴充至 64k bytes 3. 資料記憶體 RAM: 內建 128 bytes 外部最多可擴充至 64k bytes 4. 四組可位元定址的 8 位元輸出入埠, 即 P0 P1 P2 P3 5. 一個全雙工串列埠, 即 UART; 兩個 16 位元時 / 計數器 6. 五個中斷源, 即 INT0 INT1 T0 T1 TXD/RXD 7. 111 個指令碼圖 3 MCS-51 內部基本結構圖 ( 二 )89S51 之基本電路 4 89S51 為使用 Flash 技術的 EEPROM 型單晶片, 這種單晶片可將程式下載製晶片的程式記憶體裡, 但相較於 89C51/89C52,89C51/89C52 是以 5V 及 12V 電壓燒錄與清除程式記憶以資料, 而 89S51/89S52 只要 5V 就可動作 -306-

製晶片的程式記憶體裡, 但相較於 89C51/89C52,89C51/89C52 是以 5V 及 12V 電壓燒錄與清除程式記憶以資料, 而 89S51/89S52 只要 5V 就可動作圖 4 89S51 接腳圖 1. 振盪電路 : 圖 5 89S51 基本電路圖 89S51 內部已具備振盪電路, 只要在 19 18 腳接上簡單的石英振盪晶體即可雖時鐘脈波頻率仍在提升中, 但基本上都是使用 12MHZ 2. 重置電路 : 重置接腳 (Reset) 為第 9 腳, 當此接腳高準位超過 2 個機械週期, 即可產生重置動作 3. 記憶體設定電路 : 5 如果第 31 腳接地, 則採外部記憶體 ; 反之, 接 VCC, 則採內部記憶體四紅外線相關知識 ( 一 ) 紅外線的發現 : -307- 西元 1666 年牛頓發現光譜並測量出 3,900A~7,600A(400nm~700nm) 是可見光的波長 1800 年 4 月 24 日英國倫敦皇家學院 (ROYAL SOCIETY) 的 Sir WILLIAM HERSCHEL 發表太陽光在可見光譜的紅光之外還有一種不可見

四 ( 一 ) 紅外外線的線發相現關 : 知識 ( 一 ) 紅西外元線 1666 的發現年 : 牛頓發現光譜並測量出 3,900A~7,600A(400nm~700nm) 是可見光的波長 1800 年 4 月 24 日英國倫敦皇家學院 (ROYAL SOCIETY) 的 Sir WILLIAM 西元 1666 HERSCHEL 年牛頓發現發光表譜太並陽測光量在出可 3,900A~7,600A(400nm~700nm) 見光譜的紅光之外還有一種不可見是可的見延光伸的光波譜, 長具 1800 有熱效年應 4 他月所 24 使用日的英方國法倫很敦簡皇單家, 學用院一 (ROYAL 支溫度計 SOCIETY) 測量經過稜的鏡 Sir 分光 WILLIAM 後的各色光 HERSCHEL 線溫度, 由發紫表到太紅陽, 光發在現可溫見度光逐譜漸的增紅加, 光可之是外當還溫有度一計種放不到可紅見光的以延外伸的光部譜份, 具溫有度熱仍效持應續上他昇所, 使因用而的斷方定法有很紅簡外單線, 的用存一在支溫在度紫計外測線量的經部過份稜也鏡做分同光樣後的的測各試色, 光但線溫溫度度並, 沒由有紫增到高紅的, 反發應現溫紫度外逐線漸是增 1801 加, 可年是由當 RITTER 溫度計放用到氯紅化光以銀外 (Silver 的部份 chloride), 溫度仍持感續光上劑昇所, 發因現而的斷定底有片紅所外能線感的應存的在近紅在外紫線外波線長的是部肉份眼也所做同能樣看的見測光試線, 波但長溫的度兩並倍, 沒用有底增片高可的以反記應錄到紫的外波線長是上 1801 限是年 13,500A, 由 RITTER 如果用再氯加化上銀其 (Silver 它特殊的 chloride) 設備, 則最感高光可劑以所達發到現的 20,000A, 底片所再能往感上應就的必近須紅用外物線理波儀長器是偵肉測眼了所能看見光線波長的兩倍, 用底片可以記錄到的波長上限是 13,500A, 如果再加上其 ( 二它 ) 射特式殊紅的外設線備感, 應則器最 : 高可以達到 20,000A, 再往上就必須用物理儀器偵測了 ( 二 ) 射紅式外紅線外感線測感器應有器分 : 主動式和被動式兩種主動式紅外線感測器大概可分為反射型 ( 如圖 6) 和遮光型 ( 如圖 7) 兩種紅外線感測器有分主動式和被動式兩種主動式紅外線感測器大概可分為反射型 ( 如圖 6) 和遮光型 ( 如圖 7) 兩種 1. 反射型 : 1. 反紅射外型線 : 感測器, 是把接收器與發射器並排, 讓發射器不斷發出紅外線光束, 當接收器收到反射過來的光線時, 表示前方有物體或障礙物 [1] 紅外線感測器, 是把接收器與發射器並排, 讓發射器不斷發出紅外線光束, 當接收器收到反射過來的光線時, 表示前方有物體或障礙物 [1] 圖 6 反射型原理 2. 遮光型 : 圖 6 反射型原理而所謂遮光型紅外線感測器, 則是把 6 接收器與發射器安置在兩端, 兩者相對, 發射器一樣不斷發出紅外線光束, 當光線被遮擋時, 就表示中間有物體或障礙物 6 3. ( 三 ) 接腳 : 圖 7 遮光型原理 -308-

3. 圖 7 遮光型原理 ( 三 ) 接腳 : 圖 8 接收器 ( 左 ) 與紅外線發射 LED( 右 ) ( 四 ) 注意事項 : 1. 紅外線接收要靈敏, 需要逆向偏壓反射所產生的結果 2. 因沒有直射波, 所以是藉由反射接收子接收, 以產生接收訊號而距離越遠, 接收效果就越差 3. 除了要注意發射接收的角度外, 還要注意光害的問題 [2] 4. 因紅外線會散射且很靈敏, 所以在燈外套上套管, 如此能使光線向前直射五電路製作五電路製作 ( 一 ) 電路圖如圖 9[4] ( 一 ) 電路圖如圖 9[4] 7 圖 9 完整電路圖 ( 二 ) 紅外線發射器與接收器之調整圖 9 完 -309- 整電路圖 ( 二 ) 紅調外整線 10k 發射之器可與變接電收阻器以之改調變整發射器之觸發頻率, 阻值越高則頻率越大調整

( 二 ) 紅外線發射器與接收器之調整圖 9 完整電路圖調整 10k 之可變電阻以改變發射器之觸發頻率, 阻值越高則頻率越大調整後測量阻值約為 8k 圖 10 未遮斷 ( 有接收到 ) 為低電位 8 圖 11 遮斷 ( 未接收到 ) 為高電位 ( 三 ) 程式設計圖 12 發射器之觸發波形 -310-

圖 12 發射器之觸發波形 ( 三 ) 程式設計程式碼 : #include <reg51.h> #define LED P1 // 紅綠燈接腳 sbit ckb=p2^0; // 主幹道紅外線 sbit cks=p2^1; // 支道路外線 void delay(int) ; unsigned n=0,f=0,t=0,a,b; void debouncer(void); 圖 13 程式流程圖 //== 主程式 ============================================ main()// 主程式開始 { while(1) { t++; delay(10); if(ckb==0) // 主幹道的紅綠燈沒感應 { a=100; // 縮短綠燈時間 } else if(ckb==1) // 主幹道的紅外線有感應 { // 開始計時 n+=1; if(n>20) // 超過時間判定塞車了 { a=300; // 加長綠燈秒數 } else { // 感應時間未達塞車標準 a=200; // 綠燈時間維持原狀 } } if(cks==0) // 支道紅外線未感應 { 9-311-

} else { // 感應時間未達塞車標準 a=200; // 綠燈時間維持原狀 } } if(cks==0) // 支道紅外線未感應 { b=80; // 支道綠燈時間縮短 } else if(cks==1) // 支道的紅外線有感應 { f=f+1; // 開始計時 if(f>10) // 超過時間判定塞車了 { b=250; // 加長綠燈秒數 } else { // 感應時間未達塞車標準 b=150; // 綠燈時間維持原狀 } 10 } if( t<= 20+a &&t>0) LED=0xeb; //11101011 GR else if(t>20+a&&t<=40+a) LED=0xdb; //11011011 YR else if (t>40+a&&t<=50+a) LED=0xbb; //10111011 RR else if (t>50+a&&t<=60+a+b) LED=0xbe; //10111110 RG else if(t>60+a+b&&t<=80+a+b ) LED=0xbd; //10111101 RY else if(t>80+b+a&&t<=100+a+b) LED=0xbb; //10111011 RR else if(t>100+a+b) t=0 ; } } // 主程式結束 //== 副程式 ============================================= /* 延遲函數, 延遲約 x 5ms */ void delay(int x) { int i,j; for (i=0;i<x;i++) for (j=0;j<600;j++); } void debouncer(void) { int i; for(i=0;i<24;i++);// 計數 2400 次, 延遲約 20ms } ( 四 ) 將電路實現於麵包板上 -312-

{ int i; for(i=0;i<24;i++);// 計數 2400 次, 延遲約 20ms } ( 四 ) 將電路實現於麵包板上圖 14 將電路實現於麵包板上 11 圖 15 以紅黃綠 LED 做為紅綠燈 ( 五 ) 完成作品圖 15 以表紅 2 實黃際模綠擬 LED 完成做表為紅綠燈圖 15 以紅黃綠 LED 做為紅綠燈 ( 五 ) 完成 ( 五作 ) 完品模成作擬品紅綠燈秒數紅燈秒數黃燈秒數綠燈秒數表 212 2 秒實際模擬完成表 0.5 秒 8.4 秒紅燈秒數黃燈秒秒數數綠燈綠秒燈數秒數模擬模紅擬綠紅燈綠秒燈數秒數 12 秒 0.5 0.5 秒秒 8.4 秒 8.4 秒圖 16 完成作品 -313- 圖 16 完成作品

伍研究結果與討論因為本專題製作是依據車流量多寡進行號誌系統的即時調整, 以達成車流流量的疏導控制, 在老師辛苦的指導及所有小組成員分工合作下, 使用單晶片 89S51 使用 C 語言設計程式, 結合紅外線感測器的運用, 真正模擬出因交通壅塞所造成的車流流量調整的效果, 使得本專題能夠驗證交通車流流量可以打破只靠傳統依時段調整號誌時間與交通警察疏導的現況, 讓目前的交通號誌能在最低成本下達成最佳效果的控制, 讓交通壅塞的夢饜能夠揮離, 所以, 以本專題的研究來即時調整主幹道及支路號誌控制時間, 可以分為車流流量長度多寡立即於下次增加紅綠燈時間車流長度相同時以主幹道為優先疏導控制, 相信本研究若實地使用效果將會立即呈現最後本專題確實可達成下列研究成果 : 1. 即時控制交通號誌達成車流的順暢 2. 調節交通號誌達成自動調節車流效益 3. 降低交通壅塞達成減能減碳的效果 4. 減少交通號誌時間的等待增加經濟效益的發揮 5. 藉由單晶片與感測器發展穩定的交通號誌即時控制器圖 17 完成作品 13-314-

陸結論本專題研究結果證實藉由單晶片結合紅外線感測可成功偵測目前車流流量長度, 並藉由車流流量長度即時進行延長綠燈秒數, 讓車流量有更充裕的時間疏散, 真正達成改善幹道塞車情況, 且當縱向及橫向道路之車流量皆過大時, 能以主幹道為主要依據, 來進行即時車流調整此外, 在對向車道無車時, 減少紅燈秒數, 避免空等的情況, 但未以實際路口為等比例模型, 所以尚須改善而未來期望能將此裝置擴大至實際路口, 並以無線設備連結鄰近其他路口, 達到同步即時調整車流的效果, 以真正達成車流即時消化的成效, 又可以附加達成車輛等待紅綠燈所造成的怠速對環境的污染, 真正獲得節能減碳另一項成效, 同時可以由減少交通壅塞達成更高的經濟效益的發揮, 真是讓人有意想不到的成果柒參考文獻 1. 張義和王敏南許宏昌余春長, 例說 89S51-C 語言 ( 第三版 ) (2008) 新文京開發出版股份有限公司 2. 侯森榮曾秋蔭, 臺灣地區城市汽機車持有因子之探討, 高雄市監理處 3. 喬治查爾斯電子 DIY 討論區 -8051 的紅外線無線開關, http://gcbbs.digitw.com/phpbb2/index.php 4. 雷兒電子電機工程協會, http://www.haifeng.idv.tw/leo/cgi-bin/forums.cgi?forum=16 5.Cooper Maa: 紅外線物體偵測 (1),http://coopermaa2nd.blogspot.com/ 6.KaurJmeb(2006) 維基百科攻略台北 :PCuSER 電腦人文化 14-315-

101 年全國高職學生實務專題製作競賽暨成果展報告書題目 : 智慧型高科技電子鎖指導老師 : 蘇進聰參賽學生 : 曾仲豪洪建睿黃建軒學校名稱 : 臺北市立松山高級工農職業學校群別 : 電機與電子群 ( 電子類 ) 科別 : 資訊科中華民國 1 0 1 年 0 3 月 1 9 日 -316-

目錄摘要壹研究動機貳研究目的參研究過程肆研究結果伍討論陸結論柒參考資料 P1 P2 P2 P3 P15 P17 P19 P20 0-317-

摘要這個研究我們透過 Arduino 晶片, 融合了室內外的居家安全防衛系統將室外的兩道鎖配合室內的紅外線與警報系統, 比起傳統電子鎖, 利用更簡潔的方式撰寫系統控制程式, 減少了硬體的體積及耗材的費用, 亦達到了提高居家安全的效果如此一來, 可降低住宅失竊的可能性這項作品主要的特色為 : ( 一 ) 藍芽模組與觸螢幕構成雙道鎖 ( 二 ) 透過 RF 與警衛室進行連線 ( 三 ) 利用紅外線感測侵入者 ( 四 ) 可由使用者自行設定密碼 ( 五 ) 完善的警報系統 ( 六 ) 製作成本低操作簡易實用性高圖 1: 實體模擬圖關鍵字 :Arduino 電子警報鎖防盜 RF 無線傳輸 1-318-

壹研究動機 : 雖然近年來台灣地區的住宅失竊率有逐漸下降趨勢, 不過以民國 100 年的發生案件數來看, 住宅竊盜率依然處於相當高的數值, 為了更有效率的進行居家防衛以及建立警民之間的安全連線, 並且以減少財物的損失為最高原則我們依循所學到知識以及技術, 希望能夠設計出一個適合各種環境以及大眾能依自身喜好調整不同需求的防盜系統來使生活中有更好的保障與品質帄常在社會新聞或者是周遭環境都時常能聽聞各種的竊盜事件層出不窮, 歹徒的手法也日新月異, 實在是令人防不勝防, 以鑑於如此多的深刻案例, 也讓我們有了好好去完成這個作品的念頭與決心, 經過一段時間的努力, 我們網羅了各種的想法以及研究資料, 經過自行吸收消化, 並且改善了很多癥結點, 再加入我們小組的獨特構思以及創新的想法住宅竊盜 96 年 97 年 98 年 99 年 100 年發生數 ( 件 ) 26,681 26,499 14,341 11,403 9,735 占民生竊盜案比率 (%) 68.19 64.99 61.73 59.59 60.82 表 1:96 年至 100 年住宅失竊率統計貳研究目的 : 當我們外出且家中空無一人的時候, 心中卻總是掛念著家中的財物, 為了更能放心的出門, 我們朝著以下這些危險因素, 進行研究與改善 : 一若只有門口的一道鎖, 則有心人士便能將門鎖解開且輕而易舉的進入室內放肆的偷竊二傳統公寓即使加裝警報, 也只是在原地空響況且現代社會人情疏遠, 亦減少了鄰居間探勘的可能性, 並無法確實的將竊賊闖入的訊息進行連線通報三若竊賊從門以外的地方闖入 ( 例如 : 窗戶瓦斯間 ), 以窗戶為例, 竊賊可能會以使窗戶鎖鬆脫的方式進入室內行竊, 以上諸多情況皆難以防範四許多失竊案的發生, 之所以無法逮到竊賊多半的原因為警報作響與警局通知信號的時間同時進行, 以至於警報作響的第一時間使竊賊提高警覺心, 並加速逃逸 2-319-

叁研究過程 : 圖 2: 研究過程流程圖一室外整合設計 ( 一 ) 材料配置 1. 第一道鎖 : 觸控螢幕 (TouchScreen) 2. 第二道鎖 : 藍芽模組 (Bluetooth) ( 二 ) 觸控螢幕 1. 觸控面板來進行密碼輸入進 Arduino 連結, 判斷密碼是否輸入正確, 以了解觸控螢幕與電路的連結性, 進而延伸與 LCD 藍芽模組等做連結以構成電子鎖專題 3-320-

2. 接線圖 : 圖 3: 觸控螢幕測式接線圖 3. 觸控螢幕感應座標點圖 4: 觸控螢幕座標點 4-321-

( 三 ). 藍芽模組 1. 目的 : 透過智慧型手機 ( 裝載有 Android 軟件 ) 來輸入密碼, 再經由手機藍芽通訊傳輸, 將密碼資料送入串列式藍芽模組 (Serial BlueTooth) 中, 再透過模組將資料傳送到 Arduino 中, 判斷密碼是否輸入正確, 以了解藍芽模組與電路的連結性, 進而延伸與 LCD 等做連結以構成電子鎖專題 2. 接線圖 : 圖 5: 藍芽模組接線圖 3. 應用程式 : 利用 Amarino 這套軟件, 裝載在手機後, 其功能如同 Arduino 的 Serial Monitor, 使用者可透過此軟體與藍芽模組做初次的連結與設定 4. 關鍵設定 : 此藍芽模組之連結鮑率 (BaudRate) 有限制, 必頇設定在 57600 才能順利傳輸資料 5-322-

圖 6:Amarino 在智慧型手機上二室內整合設計 ( 一 ) 材料配置 1. 紅外線警報處發器 2. 更改密碼 :KeyPad LCD ( 二 ) 紅外線警報觸發 1. 分類 : 主動式紅外線感測器可分為反射型與遮光型, 而本專題採用的反射式圖 7: 反射型紅外線感測器 6-323-

2. 接線圖 : 圖 8: 反射型紅外線感測器接線圖 ( 三 ) KeyPad 與 LCD 1. 目的 : 利用 LCD 與使用者進行互動, 讓使用者於輸入指令後, 能輕易的了解修改密碼的步驟 2. 接線圖 : 圖 9:Keypad 與 LCD 接線圖 7-324-

三警報電路設計 ( 一 ) 警報聲產生電路 1. 電路結構方塊圖圖 10: 警報聲產生電路方塊圖無穩態多諧振盪器積分器正回授音頻振盪器 2. 電路圖圖 11: 警報聲產生電路圖 3. 電路動作說明本警報電路的前端採用無穩態多諧振盪器來產生方波信號, 再將方波信號送進積分電路, 產生積分波函數再送入正回授音頻振盪器且驅動喇叭作響 8-325-

( 二 ) RF 無線傳輸聯絡警局 1. 電路結構方塊圖 (1) 發射模組 (HT-12E 編碼 IC+ 發射模組 ) 圖 12:RF 發射電路 (2) 接收模組 (HT-12D 解碼 IC+ 接收模組 ) 圖 13:RF 接收電路 9-326-

四 Aurdino 整合接腳一覽位置接腳室內室外 #0 (Rx) 空腳藍芽模組 (Bluetooth) #1 (Tx) 藍芽模組 (Bluetooth) #2 室外 Arduino #2 #3 室外 Arduino #3 #4 室外 Arduino #4 #5 室外 Arduino #5 #6 Keypad #3 Door Open (Green LED) #7 Keypad #2 Door Close (Red LED) #8 Keypad #5 Normal (Yellow LED) #9 Keypad #1 Alarm (3 Times) #10 Keypad #7 紅外線發射器 Vout #11 Keypad #4 紅外線發射器 #12 Keypad #6 紅外線觸發警報器 Rx Tx #13 空腳空腳 #14 LCD # rs TouchScreen X1 #15 LCD # enable TouchScreen Y2 #16 LCD # d4 TouchScreen X2 #17 LCD # d5 TouchScreen Y1 #18 LCD # d6 RF #19 LCD # d7 RF 表 2:Arduino 與各零件接腳對照表 10-327-

五 Arduino 晶片電子鎖架構圖圖 14: 電子鎖架構圖六 Altium Designer Summer 09 電路板設計 ( 一 ) 電路圖繪製 1. 警報電路圖圖 15: 警報電路圖 11-328-

2. 室外電路圖圖 16: 室外電路圖 12-329-

3. 室內電路圖圖 17: 室內電路圖 ( 二 ) 電路板設計 1. 警報電路板圖 18: 警報電路板 13-330-

2. 室外電路板圖 19: 室外電路板 3. 室內電路板圖 20: 室內電路板 14-331-

肆研究結果 : 依照警政署民生遭竊數據公布結果顯示, 在民國 100 年發生了大於 1 萬 5000 千件的竊盜事件, 占了總犯罪率的 23% 以上, 然而, 發生竊盜案的最大宗卻是在本應該最安全的住宅上, 這無疑顯示了國人對於居家防盜的觀念以及防範措施有很大的缺失, 我們針對了現今市面上的防盜系統進行修改, 增加尚未完善的功能例如 : 舊型防盜鎖有諸多的弊病, 我們進行以下的修改利用紅外線感測即可進行自動偵測以及即時的警報啟動增加安全係數新增了使用自行修改密碼的功能, 只要定期的更換密碼就能提升住宅的安全性及保護性設計了能夠與手機使用藍芽連結的方式, 可以更清楚的掌握防盜系統當前的狀態, 以及觸控面板的互相搭配提升防護效果在經過確切的數據統計與我們改善後的期望結果如下 : 傳統電子鎖高科技電子鎖失竊率 60.82% 52.32%( 預估 ) 破獲率 66.97% 73.77%( 預估 ) [ 註 ] 傳統電子鎖數據資料來源 : 內政部警政署民生遭竊數據以下為電路板成品實體 : 表 3: 傳統電子鎖與我們專題電子鎖之比較圖 21: 警局電路板 15-332-

圖 22: 室外電路板圖 23: 室內電路板 16-333-

伍討論 : 討論一天線的長度對 RF 收發的影響我們採用的最佳頻率範圍約 260~434MHz, 在測量後發現 315 MHz 約為 24 公分實測距離,433MHz 約為 18 公分, 天線長短對於發射頻率的影響為 1 公分 20MHz, 不過, 天線長度對測量範圍的距離並沒有成正比關係, 經過多次不同長度的測量, 最後採用能達到最佳測量範圍長度為 30 公分的 380 MHz 天線進行研究討論二紅外線感測距離的範圍發射器的頻率對於距離的影響甚鉅, 我們採用了 3 種不同的收發器類型進行比較, 實驗後發現不同頻率的發射器對於接收器有不同的感測距離, 經過比較後, 我們決定採用 38kHz 的發射器能滿足我們所需要的感測距離討論三觸控面板感測區域的劃分觸碰過程中容易產生的誤動作有兩種情形, 首先, 無法正確的點選到指定座標, 其次, 區域劃分的邊線範圍太小容易造成按壓時的重疊我們利用多次量測規劃出按鈕確切的範圍, 如圖 3 所示討論四警報電路的觸發電壓由於 Arduino 晶片所接電源為 +5V, 因此在觸發警報聲產生電路時產生了電壓不足的問題 ( 警報產生電路電源為 +9V) 我們原先使用穩壓 IC 輸出穩定的 9V 以提供使用, 但警報電路並非經常性動作電路, 故使用線性穩壓輸出電路是不符合經濟效益的, 因此我們改用 TTL 邏輯族中的開集極 IC 將 Arduino 晶片所輸出的 Hi 電位透過外接提升 (Pull-Up) 電阻與 9V 電瓶將輸出電壓提高至 9V 輸出, 便可順利驅動警報聲產生電路 17-334-

討論五警報電路響起與警方到場的時間差在多起住宅竊盜案中, 警方接獲案件在趕到現場時, 竊賊早已溜之大吉, 即便事後循跡捕獲, 屋主的財物也早已被透過銀樓同行交易等其他方式轉手變賣, 許多珍貴的無價之寶更是無法取回在警方趕到現場與警鈴作響竊賊逃跑的這段時間差中, 究竟要如何從中取捨呢? 對此, 我們提出了以下兩點的假設進行研究與改善 : ( 一 ) 竊賊待的時間越長, 所造成的財物損失越大 ( 二 ) 警報作響, 竊賊逃逸, 而警方卻剛接到通知想在最適當的時間逮捕竊賊, 就得在財物與時間差中做取捨, 在研究過後, 我們希望能利用延遲電路的方式, 在最適當的時間, 使警方能於警報作響的延遲時間前接獲通知趕到現場, 並且逮捕竊賊, 保住財物討論六室內外修改密碼程式的整合在整合過程中, 室內與室外修改密碼的傳值, 由於藍芽模組必頇接於 RX TX 兩支接腳, 故必頇另尋方法以便將數值由室內傳至室外進行連結利用程式, 我們將鍵盤鍵入的數值轉換為二進制, 輸出 0001~1001 至室外再將其轉回十進制丟入陣列, 成功修改了原本陣列內的密碼 18-335-

陸結論一塊看來帄凡無奇的電路板, 卻賦有相當強大的功能, 第一次接觸 Arduino, 開始了我們的研究之路, 起初或許都只是一些簡單的練習, 但隨著這些基本功能的摸索, 我們開始構思專題, 雖然花費了不少時間, 不過也確立了目標經過實際的測試後, 我們改善了許多電子鎖為人所詬病的缺點, 並且大大的提高了使用的範圍以及防盜能力, 使用藍芽的無線傳輸並透過觸控面板的密碼鎖配合形成雙重防護, 增加了歹徒得手的困難度也提升了居家的安全程度, 藍芽的解鎖方面需要透過專屬的 Android 軟體來進行密碼輸入, 並且符合我們隨身攜帶鑰匙的重要安全觀念使用觸控面板時輸入的密碼, 則可透過室內的鍵盤來自行更改, 增加了第二道鎖的變化性和防護強度, 藉由兩者的結合達到相輔相成的功效室內鍵盤的程式設定, 採用將鍵盤輸入的數值轉為二進制, 使密碼能夠準確且便捷的進行修改以及傳送為了因應不從大門入侵的歹徒進入犯案, 我們採用了紅外線感測系統來進行多地點的防護, 可改善以往只著重於大門的防護, 結果反而遺漏了其他地點遭到入侵的可能性當歹徒以非法的方式侵入屋內, 則會在第一時間觸發警報系統, 並透過 RF 模組向警局發出住宅遭入侵的訊息, 利用此系統的獨創性, 能減少小偷逃逸的機會, 並增加警方的辦案效率對於智慧型高科技電子鎖的功能, 我們認為還有新的拓展性與開發性, 面對未來更多層出不窮的犯罪手法, 如果可以用網際網路的普遍性和方便性, 幫助我們使用手機軟體觀測當下的電子鎖狀態, 就能夠將防盜功能更升上一層樓配合時下最新穎的雲端科技, 以便於達到遠端監控遠端開鎖遠端緊急通知警報的目的未來能與室內防災系統進行統合, 則可以將屋內的一舉一動全數掌握, 沒有絲毫遺漏, 除了竊賊的入侵以外更可以排除全方位的災害柒參考資料 1. CooperMaa, 紅外線物體偵測 (3),Arduino 筆記 -Lab18 讀 3X4Keypad 的輸入,http://coopermaa2nd.blogspot.com/ 2. Arduino.cc,http://www.arduino.cc/ 3. 孫駿榮吳明展盧聰勇, 最簡單的互動設計 Arduino 一試就上手 4. 張義和, 電路設計實習電路圖設計篇 5. Micbael Margolis,ArduinoCookbook 6. Michael McRoberts,Beginning Arduino 19-336-

101 年全國高職學生實務專題製作競賽暨成果展報告書題目 : 聲控安撫搖籃暨 RF 無線報知控制器指導老師 : 吳孟賢老師林允正老師參賽學生 : 林柏佑洪懿德余政旭柯貿晟宋旻諺學校名稱 : 國立彰化師範大學附屬高級工業職業學校群科別 : 電機與電子群科別 : 控制科中華民國 1 0 1 年 3 月 2 1 日 -337-

聲控安撫搖籃暨 RF 無線報知控制器摘要本專題研究旨在控制嬰兒搖籃, 我們以電容式拾音器及電晶體 RC 充放電電路檢測哭聲, 並加以保持接著修改 555 單擊電路使它可以連續以準位觸發, 延長它的暫態時間, 最後驅動減速馬達以帶動搖籃同時, 我們將搖籃的狀態及持續的時間透過 RF 模組傳送至約 30m 遠的它處, 接收端採用 9V DC 乾電池供電, 因此照顧者能獲得搖籃持續動作的時間 (0~99 秒 ) 我們也用了微型偏心馬達提醒照顧者嬰兒正在哭泣因此即使照顧者離開嬰兒身邊, 利用本控制器仍可達到第一時間安撫的功效, 照顧者可參考計時器所顯示的時間決定是否必須回到嬰兒房照顧嬰兒本專題所製作了搖籃控制電路及照顧者端接收電路, 以 Altium Designer09 設計電路及 PCB 板, 並以電路板雕刻機加工焊接裝配元件, 經測試後能達成上述功能關鍵字 : 聲控搖籃連續觸發單擊電路 RF 模組計時器微型偏心馬達壹前言一研究背景嬰兒一天中約有 2/3 的時間是睡眠, 研究顯示在一個寂靜且黑暗的條件下是最好的 [1] 在現今忙碌的社會裡, 嬰幼兒的主要照護者 ( 父母或褓姆等 ) 經常趁著孩子睡眠時休息看電視閱讀做家事或工作, 無法隨時守在嬰兒身邊當嬰兒哭泣, 照護者可能無法在第一時間安撫嬰兒, 尤其是深夜, 更是傷身又傷神研究顯示嬰兒被照顧者懷抱及行走時, 可感受到類似像是在子宮內媽媽正在行走時的安全感 [2], 因此嬰兒在適度輕微的搖晃可以達到有效的安撫作用目前市面上雖然已有自動聲控嬰兒床 [3], 嬰兒床除了可邊放搖籃曲邊搖, 但因嬰兒睡眠最好安靜且無法在搖籃運作時, 延續觸發搖籃作動, 使得安撫的效果中斷, 不平順而照顧者若不在現場就不知道搖籃的狀態二研究動機因此我們回歸原始, 只要嬰兒的哭聲傳入, 控制器便能透過電子電路觸發搖籃馬達, 使嬰兒床不斷延長作動的時間減速馬達在運轉時十分安靜, 無須擔心噪音吵醒嬰兒我們也將設計一個 RF 發射接收電路, 讓身在它處的照顧者能第一時間透過 RF 接收電路知道嬰兒哭泣 ( 搖籃作動 ) 及其持續時間, 以使嬰兒的照顧及工作的進行更有效率貳研究目的本專題製作的目的是設計一個能感測嬰兒哭聲並驅動馬達的控制電路, 同時以 RF 模組通知遠端照顧者以下分別就各電路模組須達成的功能敘述如下 : ( 一 ) 聲音檢測及保持電路 : 我們藉由拾音器檢測聲音, 搭配合適的觸發與保持電路, 其獲得至少 3V~4V 變化輸出, 並維持該準位約 70ms 的時間 1-338-

( 二 ) 可連續觸發 555 單擊電路 : 一般 555 的單擊電路被觸發且未達設置時間 (1.1 RC) 之前是無法再被觸發的為了使搖籃能平穩的運作且不中斷後續的計時, 我們搭配前述電路, 設計了可連續觸發的 555 單擊電路, 其輸出可平穩的驅動減速馬達運轉及不中斷的進行後續的計時動作 ( 三 )RF 接收及發射電路模組 : 馬達運轉的狀態可代表嬰兒哭泣, 我們將運用 RF 模組將此狀態傳送至遠處照顧者接收端接收端電路能以 LED 狀態顯示接收訊號是否正常 ( 四 ) 搖籃作動計時及振動提醒 : 我們在接收端將設計兩位數的十進位計時器及振動警報, 用以記錄搖籃作動的時間, 範圍為 0~99 秒我們同時將利用微型偏心馬達, 以無聲且間歇振動 ( 振動 1 秒停止 1 秒 ) 的方式通知照顧者參文獻探討一電容式拾音器電容式拾音器 ( 圖 1) 所示, 是由金屬振動膜及駐極電荷的固定基板組成隨著音波的流入使金屬膜振動, 產生距離變化, 這種物理現象可解釋為靜電容的變化 [5] 電學中有關電容量的公式如 ( 式 1) 及 ( 式 2)[6] 所示當音浪較強時, d 變小,C 變大, 若 Q 固定, 則端電壓 V 下降, 反之亦同由於麥克風內需要維持固定的電量, 因此需要外加電源才能運作, 且因電壓變動範圍極小, 故須設計適當放大電容式拾音器的靈敏度很高, 常用於高品質的錄音, 當然也符合本專題電路的需求圖 1 電容式麥克風 [4] C=ε A/d (1) Q=C V (2) 二拾音器訊號觸發與保持比較我們在專題製作的書籍中直接找到了以電晶體為主的電容拾音觸發放大暨保持電路, 如 ( 圖 2) 所示我們將其主要的原理整理分析如下 : 圖 2 電容拾音器觸發保持電路 [7] 2-339-

( 一 ) 當沒有聲音時,Mic 端電壓高,Q 1 因 R 3 獲得偏壓 ON,Q 2 則 OFF, V OUT V CC, 此時 C2 所充的電壓為 V CC -V BE1 ( 右正左負 ) ( 二 ) 當聲音傳入時,Mic 端電壓下降, 經 C 1 耦合至 Q 1, 使得 Q 1 OFF,Q 2 ON, V OUT 0V 由於 C 2 原先充的電壓不會瞬間消失, 其左邊電位瞬間降至 -(V CC -V BE1 ) 使 Q 1 Q 2 之狀態維持不變 ( 三 ) 當 C 2 經 R 3 放電時間漸長, 轉為反向充電至 C 2 左側電位高於 0.7V 時, 將使 Q 1 ON O 2 OFF,V OUT V CC, 狀態便回復初始 C2 放電並反向充電的路徑及時間為 :V CC R 3 C 2 Q 2CE GND T 0.693 R 3 C 2 [7] (3) 但經由上述分析, 此電路的優點是簡單且兼具檢測與保持的效果, 保持的時間可由 R 3 C 2 決定但是當被觸發使輸出進入暫態時, 其所持續的時間僅由 R 3 C 2 決定, 在這段時間之內即使 Mic 再觸發仍無法延長暫態時間, 必須等到恢復穩態後再觸發才能進入暫態在本專題中若直接採用將造成搖籃運作不平順, 也會中斷本專題所需後續計時器的計時嬰兒哭聲可能是斷斷續續, 可是對人而言卻是連續哭泣在第 4 節中我們將以此電路為基礎加以延伸, 並搭配修正後的 555 單擊電路, 使訊號能達到檢測及連續觸發與保持的效果三單穩態 555( 單擊 ) 觸發控制電路 555 單擊觸發架構如 ( 圖 3)[8] 所示, 其利用 555 第 2 腳的電壓低於 1/3V CC 時, 將輸出 Q 設置 (Set) 為 High, 同時放電腳 ( 內含電晶體 ) 對地導通 ; 當第 6 腳的電壓高於 2/3V CC 時, 將 Q 重置 (Reset) 為 Low, 放電腳對地不導通 Vc1 2/3Vcc C1 經 R1 充電 T=1.1R1C1 圖 3 555 單穩態多諧振盪器及電容 C1 充電電壓波形 [8] t ( 一 ) 剛通電時 V C1 =0V,Q=High, 放電電晶體 (OFF) ( 二 ) 當 SW ON,2 腳電壓小於 1/3V CC, 同時第 7 腳對地斷路 Q=High, 電流經 R 1 向 C 1 充電 ( 三 ) 當 T=1.1 R 1 C 1,V C1 >3/2V CC,7 腳對地短路,Q=Low, 電容 C 1 經 R 2 電晶體瞬間放電大部份的準位觸發單擊電路因為都是靠著電容充電達到延遲目的, 我們考慮若能隨時讓電容放電即可達到連續觸發的效果我們也找到了可連續觸發的單擊 IC, 但這些大多是邊緣觸發, 例如 :74123[9] 等本專題的應用中, 聲音訊號在經過轉換之後屬於連續準位變化, 因此只要低於某個準位減速馬達就應該被連續觸發, 故圖 3 電路較不適合於本專題使用本專題將自行設計合適的連續單擊觸發電路以符合需求 3-340-

四無線發射暨接收電路無線是一個很重要的趨勢! 為了使照顧者能在家中自由移動, 且知道幼兒狀態 ( 通常是哭 ), 我們決定採用無線傳輸通常照顧者與嬰兒在家中的距離不會太遠 ( 約 30m 內 ), 我們考慮以下兩種無線傳輸 : 紅外線 ( 二極體 ) 及 RF( 無線電 ) 為避免雜訊及增加傳輸距離, 兩者都必須在傳送前以 IC 進行編碼, 傳送後再以 IC 進行解碼市面上 RF 模組的型號非常多我們僅就容易購得的 RF 發射 (NT-T01A) 接收模組 (NT-R03C) 模組整理相關資料 ( 一 ) 紅外線二極體常見於電視遙控器, 電路簡單是主要的優點, 如 ( 圖 4) 所示圖中虛線左邊是發射端, 輸入碼經由 HT12E 編碼後, 由紅外線 LED 傳送至虛線右邊的接收電路訊號是由光二極體 (Photo-Diode) 接收, 經電流放大後由 HT12D 解碼輸出然而因其傳輸距離短且可能有指向性的問題 ( 發射二極體須儘量對準接收二極體或須要使用光纖 ), 我們試了幾次之後還是決定放棄了 ( 二 )RF 無線電發射接收模組圖 4 紅外線發射與接收電路 [10] 發射模組採用先進的表面黏著技術 (SMT), 穩頻處理採用聲表諧振器 (SAW) 元件, 電路板採用介質損耗最小的材料 [11], 模組體積及接腳小巧簡單, 如 ( 圖 5) 左邊所示我們將相關特性整理如 ( 表 1) 所示圖 5 NT-T01A 發射模組 ( 左 ) 及 NT-R03C 接收模組 ( 右 ) ( 表 1)NT-T01A 與 NT-R03C 主要電氣特性 [11] NT-T01A 主要電氣特性 NT-R03C 主要電氣特性工作電壓 3V~12V 工作電壓 5.0V DC ±-0.5V 工作電流 3mA(3V)~10mA(12V) 工作電流 3mA 或 1.5mA( 可選擇 ) 諧振方式聲表諧振 (SAW) 頻率範圍 250MHz~450MHz 工作頻率 315MHz~433.92MHz 頻帶寬度 2.5MHz 頻率誤差 ±150kHz(max) 靈敏度優於 -105dBm(50Ω) 發射功率 15mW(12V/315MHz) 傳輸速率小於 5Kbps 傳輸速率 10kbps 輸出訊號 TTL 電平透明傳輸天線長度 24cm(315MHz) 天線長度 24cm(315MHz) 接腳連接 V IN -VCC-GND 接腳連接 GND-V CC -V CC -V OUT 如 ( 圖 5) 右邊電路所示為接收模組, 元件同樣採用 SMT 技術, 內含 6.5G 4-341-

高頻三極管與高 Q 值電感, 性能穩定可靠, 靈敏度高, 消耗功率低 [11], 廣泛應用於各種防盜遙控系統發射接收模組上之圓型焊盤為讓使用者自行焊接天線用 ( 本專題以各焊一條長 24cm 之單芯線代替 ) ( 三 ) 遙控編碼與解碼晶片常用的編碼晶片為 HT12E; 解碼晶片為 HT12D, 如 ( 圖 7) 所示它們皆擁有 8bits 位址線 (A 0 ~A 7 ), 兩者配合時位址線的狀態 (00H~FFH) 必須設定相同, 可當作傳輸密碼 (ID Number) 使用在本專題中我們將使用 8bits 指撥開關及提升電阻進行設定在資料線部份,HT12E 為輸入 (AD 8 ~AD 10 ),HT12D 為輸出 (D 8 ~D 11 ) 圖 7 HT12E 與 HT12D 接腳當 /TE 腳為低電位時, 資料便可編碼由 D OUT 腳輸出,D OUT 再連接至 RF 發射模組的 V IN 當 RF 接收模組收到後, 由該模組的 V OUT 腳再輸入至 HT12D 的 D IN 腳, 經由解碼之後便可將資料呈現在 D 8 ~D 11 的輸出端因為兩者傳送的振盪頻率是由 IC 的工作電壓及振盪電阻所決定的, 在 ( 圖 8) 中 OSC1 及 OSC2 兩端各須接上適當的振盪電阻假設 HT12D 解碼 IC 的振盪頻率為 f OSCD ;HT12E 編碼 IC 的振盪頻率為 F OSCE, 必須滿足 : F OSCD =50 F OSCE (4)[10] 也就是 F OSCD 與 F OSCE 必須維持 50 倍的比例, 才能使彼此的編碼與解碼能正確的接收我們可以從 HT12E 及 HT12D 兩 IC 的 R OSC 特性曲線 [10], 得到所需的振盪電阻本專題在搖籃控制端 ( 發射端 ) 使用 9V 電源,F OSCE =4.5kHz, 決定 R OSCE =680kΩ 我們在照顧者 ( 接收端 ) 使用 5V 電源, 而 F OSCD =225kHz(50 倍 ), 決定 R OSCD =30kΩ 綜觀兩編解碼晶片皆具有以下特性 :[10] 五雙位數 BCD 計時器我們想利用振盪器 BCD 計數器七段顯示器及其驅動 IC 組成數位計時器, 架構如 ( 圖 8) 所示根據上述電路區塊, 我們蒐集文獻依序分析如下 ( 一 ) 無穩態振盪電路圖 8 計時器架構示意圖可產生無穩態振盪的電路有很多, 例如 :555 多諧振盪器 CMOS 反相器串聯振盪器 TTL 邏輯閘振盪器史密特觸發反相閘等 [12] 由於嬰兒床的位置在 5-342-

家中通常是固定的, 為了考慮更換電池及環保的問題, 因此我們將以 12V Adapter 供電, 再利用 7809 穩壓 IC 以取得穩定的直流電源, 其中適合 9V, 且電路體積最小最簡單的是 555 無穩態振盪電路, 如 ( 圖 9) 所示我們整理並分析它的動作原理如下 : 1. 剛通電時, 由於電容器上電壓 V C =0V, 所以 Q=High, 放電電晶體截止 ( 對地不導通 ) 2. 電流經 R1 R2 向 C 充電, 當 V C >3/2V CC 時,Q=Low, 此時 C 經 R2 放電電晶體放電 3. 當 V C <1/3V CC,Q=High, 放電電晶體 OFF, 故電流又開始經 R1 R2 向 C 充電故輸出端可產生週期性脈波, 頻率 f: f 1 = (5)[12] 0.693 ( R 3 + 2R 2 ) C 1 為使振盪器能固定輸出 1Hz 脈波, 故以手算粗略決定 R 3 =10kΩ R 2 =1.5MΩ C 1 =1uF 此外, 我們也將控制 555 的 RST 腳 (pin 4), 以決定是否輸出振盪波形, 作為開始 (RST=High) 以及停止 (RST=Low) 計時的控制 ( 二 ) 十進位計數器圖 9 555 無穩態振盪電路 [12] 我們希望接收端上的電路儘量精簡, 以便於照顧者攜帶, 所以希望採用現成的 BCD 計數器 IC 我們在實習課本上找到 BCD 計數器為 74X90[13], 一個 IC 內包含一組除 2 及一組除 5 的計數器, 可串接成一組除 10 的 BCD 計數器而我們希望由 00 計數至 99, 需要兩顆 IC, 電路可能會比較複雜我們另外找到 CMOS 的計數器 IC 編號為 CD4518 其內部提供 A B 兩組 BCD 計數器, 因此我們可以使用 A 組來計數個位數, 再推動 B 組計數拾位數, 我們將接腳功能整理如 ( 表 2) 所示如 ( 表 3) 所示, 若要將計數器設置為負緣觸發, 可將時脈訊號由 ENABLE 腳輸入, 並將 CLOCK 腳接地,A B 兩組做法相同在本專題的應用中, 我們將利用 Q 1A ~Q 4A 作為個位數之計數 (0000B~1001B), 當它由 9 數到 0 時, Q 4A 的變化由 H L 產生負緣, 以觸發拾位數之計數, 所以 B 組計數器的觸發方式必須設置為負緣觸發, 如此計數範圍便可由 00~99 6-343-

( 表 2)CD4518 的接腳功能 [14] VDD/VSS 電源接腳 (3~15V) 接腳圖 CKA/CKB clock 輸入端 ( 正緣觸發 ) ENA/ENB 致能計數 ( 正緣觸發 ) RSA/RSB 重置計數值 ( 0000) Q1A/Q1B Q2A/Q2B Q3A/Q3B Q4A/Q4B BCD 計數輸出 (Q4 為 MSB)0000B~1001B ( 表 3)4518 動作真值表 (A 組 )[14] CKA ENA RSA 動作電路示意圖 1 0 上數 0 0 下數 X 0 不變 X 0 不變 0 0 不變 1 0 不變 X X 1 歸零 ( 三 ) 七段顯示器及驅動 IC 由於我們使用 CMOS IC(CD4518) 作為計數器, 顯示的結果為 BCD 碼, 若要以七段顯示器顯示必須加上 BCD 轉七段顯示器的轉解 IC, 我們查閱書籍得知驅動共陰極七段顯示器的 IC 編號為 CD4511[15] 如圖 (10) 所示為 CD4511 與共陰極七段顯示器主要的連接方式圖 10 CD4511 與七段顯示器圖中 7 1 2 6 腳分別接上 BCD 輸出 (Q 1 ~Q 4 ),9~15 則各自經過限流電阻驅動七段顯示器的 7 個 LED 剩下的第 3 4 5 腳依序是 : 1. LT: 燈泡測試 (Lamp test), 低態動作做燈泡測試時, 要把陰極接地, 若此時七段顯示器的 LED 全亮的話, 表示顯示器正常沒有損壞 2. RI: 漣波清空 (Ripple Blank), 低態動作若此接腳接地, 則無論 Q 1 ~ Q 4 為何值,A~G 皆輸出 Low,7 個 LED 皆滅 3. LE: 資料栓鎖 (Latch Enable), 高態動作, 功能可想成碼錶在計時的時候, 按下栓鎖鍵會把數到的值記下來, 但本專題沒有用到, 所以直接接地即可 7-344-

六微型偏心馬達原理如 ( 圖 11) 所示, 它是利用柱型馬達 (Bar Type) 在轉軸延伸出來的地方, 加上半圓柱體或派型負載 ( 重物 ), 當馬達旋轉時重心會偏移造成振動由於傳統的線圈式馬達 (Cored Motor) 電磁波雜訊大, 因此逐漸朝向無線圈式馬達 (Coreless Motor) 發展 [16] 我們可以控制馬達的直流電壓, 如 : 直接調整或採用 PWM 的方式改變它的振動大小 [17] 在本專題中我們將利用微型偏心馬達所產生的振動提醒照顧者搖籃作動 ( 嬰兒哭了 ) 肆研究方法與過程圖 11 微型偏心馬達圖片 [18] 我們首先根據前述所整理的文獻探討進行本專題各電路模組的分析設計, 並說明它動作原理接著以麵包板進行各部位電路的實驗, 逐一呈現其結果符合研究目的最後我們以先進的電腦輔助電路設計軟體 (Altium Designer 09) 及電路板雕刻機進行電路板設計佈線及加工製作, 並自行焊接零件與裝配線路, 最後得到功能完整的專題成品一各模組電路分析與設計由於篇幅限制無法在一張圖片中呈現完整的系統電路圖, 因此我們將電路切割成幾個小模組, 並依序針對它們的設計及動作原理說明如下 : ( 一 ) 聲音檢測連續觸發保持電路設計我們採用 9V DC 為電源,10kΩ 可變電阻與拾音器並聯後再與 12kΩ 電阻串聯以取得適當偏壓, 此時以電表量測拾音器端電壓約 1V 拾音器的靈敏度與 10kΩ 可變電阻值成正比 Q 1 與 Q 2 電晶體之偏壓電阻皆能使該電晶體於飽和區及截止區之間切換操作當感測到嬰兒哭聲時, 依先前的文獻探討得知 V CEQ2 的狀態將由 High Low, 持續時間由 1MΩ 及 0.1uF 電容決定, 約 69.3ms 左右聲音檢測與保持的狀態由 V CE2 輸出決定後, 再經由 Q 3 Q 4 兩個緩衝級, 便可觸發 555 而 LED 是為了表示聲音傳入及被第一階段保持的狀態所設計的電路如 ( 圖 12) 所示在此我們先以手算分別求出各點在平常時 ( 即無聲 ) 及暫態保持時 ( 被聲音觸發後 ) 的直流準位, 如 ( 表 4) 所示 9V MIC 12k 10k 1M 0.1u 10k Q1 9013 10k 0.1u 10k Q2 9013 10k Q3 9012 10k 1k Q4 9013 1 2 3 4 G TR Q /R VCC DIS TH VC 8 7 6 5 9V 0.1u NE555 1N4003 1M 4.7u Q 圖 12 拾音器連續觸發與保持電路 8-345-

( 表 4) 觸發前後各點的直流準位未觸發前各點的直流準位觸發並保持各點的直流準位名稱值說明名稱值說明 V MIC 約 1V 拾音器端電壓 V MIC 約 1V 拾音器端電壓 V BE1 0.7V Q1 基極對地電壓 V BE1-8.1V Q1 基極對地電壓 I B1 8.3uA Q1 基極電流 I B1 0uA Q1 基極電流 I C1 0.88mA Q1 集極電流 I C1 0mA Q1 集極電流 V CE1 0.2V Q1 集極對地電壓 V CE1 0.7V Q1 集極對地電壓 V BE2 0.2V Q2 基極對地電壓 V BE2 0.7V Q2 基極對地電壓 I B2 0uA Q2 基極電流 I B2 0.83mA Q2 基極電流 I C2 0mA Q2 集極電流 I C2 0.88mA Q2 集極電流 V CE2 9V Q2 集極對地電壓 V CE2 0.2V Q2 集極對地電壓 V C3 0V Q3 集極對地電壓 V C3 8.8V Q3 集極對地電壓 V CE4 9V Q4 集極對地電壓 V CE4 0.2V Q4 集極對地電壓 V 0.1u 8.3V 0.1uF 電容電壓 V 0.1u 8.3V 0.1uF 電容電壓在本專題中, 第一階段的觸發保持時間不宜太久, 原因是嬰兒哭聲忽大忽小, 我們只要搭配後續的 555 單擊電路進行連續觸發及保持即可, 以免使本控制器的反應變遲頓我們將前面觸發與保持電路的輸出 (V CEQ4 ) 接到 555 IC 的觸發端 (2 腳 ), 依照先前文獻探討所述的 555 單擊電路原理, 便能立即觸發 555 轉態 (Q=High) 本電路與一般 555 單擊電路最大的不同, 在於充電電容上方並聯了一個二極體接至觸發端, 便可連續觸發 555 了, 我們將其原理整理如下 1. 當嬰兒哭聲未傳入時,V CEQ4 等於 High, 大於第 6 腳 ( 臨限 ), 二極體逆向偏壓 OFF 此時未能觸發 555,Q=Low 2. 當哭聲傳入時,V CEQ4 輸出 Low,555 被激發,Q=High, 放電電晶體對地 OFF,4.7uF 電容開始充電此時若哭聲持續傳入,2 腳連續被觸發的同時, 電容也經由二極體立即放電, 使時間能夠重新計算, 如此便達到連續觸發的效果 3. 若嬰兒停止哭聲,555 單擊電路不再被觸發時, 在經過 4.7 秒 ( 電容充電電壓達到 2/3V CC 時 )555 回復穩態,Q=Low 這是因為當 555 被觸發時, 電容只能瞬間放電至電晶體的 V CEQ4 飽和電壓加上二極體切入電壓 ( 合計約 1V), 因此電容充電的暫態時間粗估約只有 1 倍 RC 左右 (4.7 秒 ) ( 二 ) 減速馬達驅動電路我們將單擊電路的輸出端 (Q) 加上限流電阻接到另一個電晶體的輸入端, 就可以驅動固態繼電器 (SSR) 導通或截止, 進而能控制減速馬達的運轉與停止採用固態繼電器的主要原因是為了避免接點式繼電器動作引起的噪音及諧波干擾了前面的聲音檢測電路,SSR 也可直接控制交流負載 ( 減速馬達 ), 如 ( 圖 13) 所示另外我們也取出了 9013 電晶體的集極電壓當作是 Q 的反相訊號 (/Q), 作為後續計時器的控制訊號, 其中 Q=High 負責起動計時,/Q=High 負責將計時器重置 ( 歸零 ) 9-346-

圖 13 連續觸發單擊驅動電路 ( 三 )RF 無線電發射電路如 ( 圖 14) 所示, 我們在 RF 編碼 IC 位址輸入端接上指撥開關和提升電阻, 以配合接收端的密碼選擇, 將前面的 Q( 用來啟動計時 ) 和 /Q( 用來歸零計時 ) 訊號連接到 AD9 與 AD8(AD10 AD11 沒用到接地 ) 根據 IC 工作電壓及頻率選擇了適當的振盪電阻 (680kΩ) D OUT 輸出接至 RF 發射模組, 在模組焊接一條 24cm 的天線便能將 Q 和 /Q 傳出因 /TE 腳直接接地, 故可連續不斷的將資料送出 R315 NT-T01A ANT 24cm 9V 9V RP 4.7k C DIP SW 1 2 3 4 5 6 7 8 9 HT12E 18 A0 A1 A2 VCC DOUT OSC1 17 16 15 680k A3 OSC2 14 A4 /TE 10 A5 AD8 /Q 11 A6 A7 AD9 12 AD10 Q GND 13 AD11 圖 14 RF 無線電發射 ( 左 ) 及接收 ( 右 ) 電路如 ( 圖 14) 右邊所示為 RF 無線電接收電路, 指撥開關必須設定與發送端相同的位址當資料經由 RF 模組接收後, 透過信號輸出端送入解碼 IC D IN, 依照電源 (5V) 及工作頻率我們選擇振盪器電阻為 30kΩ 所接收到的資料分別由 D8(Q) 及 D9(/Q) 輸出我們由 VT 端接出一個 LED, 藉以觀察收訊情形, 當 RF 接收到訊號且經由 HT12D 解碼得到一筆資料時,VT 會送出個脈衝 (High) 而我們所設計的電路會連續不斷的接收訊號, 所以觀察這個 LED 就可以讓照顧者知道自己的位置是否距離發射端 ( 搖籃 ) 太遠 ( 四 ) 振盪器與 BCD 計數器電路如 ( 圖 15) 所示為計時器部份當搖籃動作時 Q=/R=High, 振盪器輸出 1Hz 脈波並驅動計數器 ENA 腳 (CKA 腳接地為負緣觸發組態 ), 所計數之結果個位數於 Q 4A ~Q 1A 端呈現 (0000~1001) 再利用 Q 4A 的負緣訊號觸發拾位數 (Q 4B ~Q 1B ) 作進位計數, 如此便可由 00 (10) 計數至 99 (10) 當搖籃停止 Q=Low, 此時 555 重置, 且同時 /Q=High, 使計數器歸零 ( 清除計數值 ), 以便下次再重新計數 10-347-

5V Q2B Q3B Q4B Q1B 4511 1 B 2 C 3 /LT 4 /BI 5 LE 6 D 7 A 8 VSS VDD F G A B C D E 16 5V 15 14 13 12 11 10 9 330 CC 4511 1 B 2 C 3 /LT 4 /BI 5 LE 6 D 7 A 8 VSS BM 1N4003 10k 9013 Q2A Q3A 5V Q4A Q1A VDD F G A B C D E 16 5V 15 14 13 12 11 10 9 330 CC 圖 15 無穩態振盪與 BCD 計數器我們分別將前級個位數 (Q 4A ~Q 1A ) 及十位數 (Q 4B ~Q 1B ) 的計數結果接至 4511 驅動兩組共陰極七段顯示器, 以顯示計數器目前計數到的數字, 也就是搖籃持續運作的時間另外, 我們利用用個位數 BCD 碼的 LSB(Q 1A ) 驅動偏心馬達, 如此一來當計數器計數到奇數秒時 (Q 1A =High), 偏心馬達就會振動, 間隔的時間為 1 秒我們在馬達上串聯了 2 個二極體以產生壓降 (1.4V), 降低馬達的振動力道另外反向並聯的二極體是為了保護電晶體開關用的飛輪二極體 ( 五 ) 直流電源電路為便於照顧者自由移動, 我們在搖籃控制端採用 12V DC Adapter 供電, 搭配穩壓 IC(7809) 產生穩定的 9V DC 直流供電接收端採用 9V 乾電池供電, 搭配穩壓 IC(7805) 產生 5V DC 供電使用不同電源的原因是 RF 接收模組 (NT-R03C) 必須在 5V 工作, 因此使用穩壓 IC 7805 把乾電池從 9V( 不確定 ) 電壓降為 5V, 再加上反交連電容濾波, 使電壓更穩定電源輸入端串聯二極體可確保輸入電壓的極性正確輸出端接上電阻跟 LED, 若電池沒電時,LED 燈會變暗甚至熄滅搖籃控制端除了穩壓 IC 是使用 7809 以外, 其餘部份的電路相同二電路實驗圖 16 5V DC 直流電源電路將上述這 5 個模組電路組合起來, 就是我們的專題電路了! 我們在免焊板 ( 麵包板 ) 上進行了無數次的實驗與調整, 如 ( 圖 17) 所示圖中的右邊是搖籃控制電路與 SSR, 使用 12V Adapter 供電 ; 左側是照顧者端接收與振動計時電路, 使用 9V 乾電池供電當聲音傳入搖籃端電路時, 控制馬達的 SSR 會接通, 可連續觸發並且延長持續的時間, 訊號藉由 RF 發射模組傳送到照顧者端的接收電路, 使計時電路開始計時並驅動微型振動馬達接下來我們將一一呈現幾個重要的電路測試結果 11-348-

圖 17 搖籃與照顧者兩端測試電路如 ( 圖 18) 右邊電路所示為搖籃控制端電路, 綠燈代表電源燈 ; 黃燈代表哭聲傳入 ; 紅燈代表 SSR 接通左邊是照顧者端電路, 綠燈代表電源燈 ; 黃燈代表接收正常 ; 紅燈代表 555 無穩態振盪輸出, 兩顆七段顯示器用來顯示搖籃作動持續的時間, 右下方長長的是振動馬達由圖可知, 剛通上電源時, 只有綠燈亮, 但因嬰兒還沒有哭, 所以電路未被觸發, 黃燈紅燈皆不亮此時接收端的綠燈亮, 計時器顯示 00, 黃燈亮 ( 接收正常 ), 紅燈熄圖 18 剛通上電源的搖籃端 ( 右 ) 及照顧者端 ( 左 ) 電路如 ( 圖 19) 所示, 當聲音傳入時, 電路被觸發, 所以搖籃端的黃燈紅燈亮, 代表 SSR 作動, 減速馬達開始運轉, 帶動嬰兒床搖動左邊電路表示當哭聲持續傳入時, 接收端顯示持續作動時間已有 39 秒, 此時黃燈點亮代表 RF 發射接收正確, 紅燈點亮代表 555 正輸出高態, 此時微型振動馬達振動振動是以振動 1 秒停止 1 秒振動 1 秒... 的方式間歇振動圖 19 聲音傳入時的觸發搖籃 ( 右 ) 及接收電路狀態 ( 左 ) 如 ( 圖 20) 所示, 當聲音停止傳入,SSR 仍持續接通一段時間, 時間的長短是由 555 單擊電路 ( 約 1 倍 RC) 來決定, 此時黃燈熄紅燈亮而照顧者端的計時電路會因 RF 發射端持續送訊號至接收端 ( 黃燈亮 ), 計時電路繼續計時, 圖中顯示已計時至 61 秒 ( 圖 20) 及 65 秒 ( 圖 21), 振動馬達於奇數秒時振動當接收端的紅燈熄滅, 表示 555 輸出低態 12-349-

圖 20 聲音消失但搖籃仍維持運轉計時器也持續計時圖 21 搖籃動作照顧者端持續計時如 ( 圖 22) 所示, 當聲音消失 ( 黃燈熄 ) 時間持續至 555 單擊電路電容充電至 2/3V CC, 則紅燈熄滅,SSR OFF 同時透過 RF 發射接收模組通知照顧者端的計時器立即歸零 ( 顯示 00 ), 此時振動馬達也立即停止振動圖 22 聲音消失時間漸長搖籃停止照顧者端狀態回復計時器歸零如 ( 圖 23) 所示, 當照顧者端電路距離搖籃太遠時, 因 RF 接收電路收不到訊號, 所以黃燈熄滅, 此時就算嬰兒停止哭泣, 照顧者端電路的計數器依然會持續保持可接收到訊息時的最後狀態, 例如 : 持續計時振動, 或者另一種可能就是就算嬰兒正在哭泣, 計數器也不會計數因此照顧者必須透過觀察黃燈的狀態 ( 必須亮 ) 來判定計時器及振動馬達所傳遞的訊息是否正確三電路板製作圖 23 照顧者端離搖籃太遠時的狀態在做好電路功能測試後, 就開始用 Altium Designer 畫出完整電路圖, 並建置一些特殊零件的外型檔, 之後把它轉為 PCB 檔後開始以半自動半手動的方式佈線佈線完成後, 開始利用軟體 (Galaad) 把 PCB 檔轉為 G-code 檔, 開始 13-350-

進行電路板雕刻的前置工作, 轉完後開始設定刀具, 並且讓電腦規劃刀路, 並且做最後的檢查, 在經由後處理程式轉為雕刻機用的指令後, 便開始刻電路板把 Mach3b 檔案打開, 再把雕刻機打開, 先刻焊盤 (Pad) 輪廓, 再刻線路輪廓, 最後切出板框其原因是為了不讓動作時破壞上個動作製成的東西, 過程中會中斷請我們換刀具, 每種過程需要不同的刀, 當機器跑完時, 電路板便出爐了! ( 一 ) 搖籃控制端電路板製作由於實習工場材料的限制, 我們使用單層板來製作 PCB 板如 ( 圖 24) 所示為搖籃控制端電路板的元件及線路佈局我們把零件匯入 PCB 檔以後, 開始進行自動佈線, 再搭配手動佈線, 先把具有相同 Pad 路徑的接腳排在一起, 使儘量減少線路的繞路或跳線, 能不跳線就不跳線, 再把銅柱板框畫好當元件排好後開始佈線, 先使用自動配線, 再慢慢的修正調整, 有時需要移動一下元件讓線路能夠更漂亮更簡潔, 也需考慮到不要讓線路和接腳焊盤的距離太接近, 在這些部份我們花了蠻大一番功夫和腦筋右邊圖片呈現的是經過轉檔之後的電路板銅箔面佈線圖, 是經過鏡射處理之後的結果, 這是因為雕刻機的刀都是在正面進行雕刻, 所以電路板的背面必須鏡射 ( 左右顛倒 ) 才會與元件面的元件接腳吻合如 ( 圖 25) 所示左邊為電路焊接好的元件面上視圖, 左上角所接的 2-pin 杜邦線接上了電容拾音器, 中間 3-pin 杜邦線接上了 RF 發射模組, 而搖頭開關下面則是直流電源 (DC Adapter) 插入孔右邊所示為電路板的銅箔面, 是經過長久的時間與耐心焊接完成的, 絕對是技術的展現! 圖 24 搖籃控制端元件面佈局圖 ( 左 ) 及搖籃控制端佈線圖 ( 右 ) 圖 25 搖籃控制端電路板元件面 ( 左 ) 及銅箔面 ( 右 ) 14-351-

( 二 ) 照顧者接收端電路板製作如 ( 圖 26) 左邊所示的圖片為照顧者接收端的元件配置及佈線圖, 這片電路的特色就是元件不多, 但線路很多, 也很複雜, 因為主要是數位電路的關係我們使用電腦自動佈線時是經常需要跳線的, 在我們的努力手動佈線之下, 僅跳了 8 條線在佈線完成後補上四角的銅柱點及畫上板框後就完成了右邊所示的圖片為轉檔後的接收端經過鏡射後的銅泊面佈線圖, 仍然是鏡射左右巔倒此電路的線路更加多而複雜, 有些焊盤與線路因彼此太過靠近, 使得某些部份須以跳線的方式處理, 並且一再仔細的檢查每一條線路圖 26 照顧者接收端元件佈局 ( 左 ) 佈線圖 ( 右 ) 如 ( 圖 27) 左邊所示為焊接裝配好的接收端元件面, 當接收到訊息後, 七段顯示器就會顯示秒數, 微型馬達也會振動, 黃色 LED 會顯示接收訊號是否良好右邊所示為接收端的銅箔面焊接圖, 我們花了更多的時間焊接零件, 因為有好幾顆 IC, 電路板的零件接腳很多, 焊接時要邊焊邊用三用電表量測是否焊太多鍚而短路到焊盤四周的鋪銅伍研究結果圖 27 照顧者端電路板元件面 ( 左 ) 銅箔面 ( 右 ) 當電路板設計及元件焊接裝配完成後, 我們便開始進行下列各項電路功能的測試, 分述如下 15-352-

一通電及待機穩定時的控制電路如 ( 圖 28) 所示為控制器剛通上電時的狀態僅電源燈 ( 綠燈 ) 亮, 黃燈 ( 代表聲音傳入 ) 及紅燈 ( 代表 SSR 接點狀態 ) 皆不亮此時左邊的照顧者接收端 ( 使用 9V 乾電池供電 ) 的計時器顯示 00, 黃燈亮表示接收得到訊號, 微型振動馬達為靜止狀態, 與先前的免焊板實驗相同我們試過調整與拾音器並聯的 10k 電阻可以控制拾音器收音的靈敏度 ( 與電阻值成正比 ), 以免反應過度二哭聲傳入後的控制電路圖 28 控制器的原始狀態如 ( 圖 29) 所示, 當嬰兒哭聲傳入, 黃燈亮,SSR 接點便閉合 ( 紅燈亮 ), 便可帶動搖籃作動當聲音傳續傳入時, 單擊電路會不斷延長計時, 達到連續觸發的目的, 以驅動搖籃減速馬達運轉, 我們知道增加單擊電路的 RC 值可以延長時間搖籃作動的狀態是透過 RF 發射模組傳到照顧者接收端我們發現當 RF 模組發射訊號時, 會放出電磁波干擾到拾音器觸發電路, 使動作不穩定因此我們將 RF 模組獨立放置到搖籃控制電路外面, 並使用金屬盒子加以屏蔽保護, 之後便解決了干擾的問題另外, 在裝置控制器時, 使用者最好將 RF 模組遠離搖籃 ( 嬰兒 ), 以免影響嬰兒健康成長 ( 其實是否有影響仍有爭議 ) 圖 29 聲音傳入搖籃作動之計時狀態當接收端接收到訊號時黃燈亮起, 計時器開始計時, 振動馬達也於奇數秒時振動, 以提醒照顧者搖籃正在作動 ( 嬰兒哭泣 ) 由於是連續觸發, 當嬰兒哭聲短促 ( 暫停 ) 時, 接收端會持續計時不會任意中斷, 以提醒照顧者是否進去安撫 16-353-

嬰兒 ( 圖 29) 顯示計時器最多計時到 99 秒, 之後便歸零後再重新計數直到嬰兒不哭時, 減速馬達會在一段時間內停止運轉, 計時器也會立即停止計數並歸零, 回復到 ( 圖 28) 的初始狀態如果照顧者在訊號可以正確傳送的距離以外, 則黃燈熄滅, 計時器可能持續計時或者暫停, 此時的計時值便不具參考價值我們在工場走廊及樓上樓下測試過, 在一個較少屏蔽的建築物內範圍約 30 公尺陸研究結論及建議從此專題我們得到一個結論 : 在我們一般家裡, 父母都會因為小寶寶的哭鬧而常守候在嬰兒床旁, 不能離開去做自己想做的事, 因為不捨而還是犧牲自己的睡眠或是看八點檔的時間所以我們為了使父母可以暫時離開小嬰兒, 去做自己的事, 因此我們設計並製作了聲控安撫搖籃暨 RF 無線報知控制器本專題將成為目前最新一代的智能化電子保姆, 也是我們送給寶寶的最佳禮物! 一研究結論我們利用了課堂上學會的 555 單穩態和 555 無穩態振盪器計數器 ( 計時器 ) 及七段顯示器的原理, 而且再搭配由老師教會我們的聲控連續觸發與保持電路原理, 以及 RF 收發模組 ( 及其驅動 IC) 偏心馬達等在經過與老師討論文獻蒐集與電路分析之後, 我們便以 Visio 繪製組合成了完整的電路接著, 我們就開始使用免焊板接電路, 以實驗各個電路模組是否動作正常, 並且能互相配合在經過幾番波折及不斷的實驗與調整元件值之後 ( 雖然免焊板接線部份的整合只花了我們兩三天的時間, 但光是測試及修改錯誤就花了我們兩三個禮拜雖然很辛苦, 但我們還是刻苦耐勞的經過老師們的指點迷津而破除了重重難關在我們測試電路的過程中,RF 部份測試了最久的時間一開始我們測試時一下子就成功了, 但是隔了幾天再測試時, 卻因為 RF 模組會干擾拾音器電路, 而使 555 觸發個不停在經過電路的屏蔽及調整元件值加上穩壓電容之後我們才得以測試成功接著我們開始用專業軟體畫電路圖, 這是我們大家第一次用電腦設計電路, 接著還要進行佈線, 因為電腦的自動佈線無法配置出所有的線, 因此, 絕大部分的線路是我們自己人工佈線來完成接著就是雕刻電路板, 這也是我們大家第一次使用雕刻機, 雕刻著我們經過兩三個禮拜才完成的電路板佈線而因為雕刻機在使用上具有一些危險性, 老師也陪著我們一同操作並教導著我們如何使用這台儀器最後, 我們把元件焊接在雕刻好的電路板上, 由於我們很少焊接電路, 所以焊的一蹋糊塗但最後我們仍然克服萬難將電路板給完成了, 最重要的是我們成功了! 但我們還是非常感謝老師們的幫助和組員們的努力, 我們都相信著一句話, 那就是崛起不是僥倖 - 努力的人不怕沒有舞台, 我們都堅信著林書豪的這一句名言為了呼應先前所述的研究目的, 我們根據所完成的作出以下結論 : ( 一 ) 聲音檢測及保持電路 : 我們設計了聲音檢測及保持電路可檢測嬰兒哭聲, 只要嬰兒一哭, 搖籃控制器的黃燈便會點亮, 當哭聲一停, 黃燈便會熄滅此部份本來是一個單擊電路, 只是無法連續觸發, 因此我們在充電電容上方並聯了一個二極體接至觸發端, 讓此電路的輸出端可有 4V 以上的電位變化, 並能維持準位約 70ms 的時間 ( 二 ) 可連續觸發的 555 單擊電路 : 17-354-

我們利用前述電路的輸出再去觸發 555 的單擊電路, 並且利用二極體使充電中的電容能夠立即的放電, 如此簡單的結構便達到了連續觸發的目的改變單擊電路的 R C 值便可任意調整搖籃作動的時間, 因此只要嬰兒哭聲持續傳入, 單擊時間便會自動延長單擊電路的輸出可平穩的驅動搖籃的減速馬達運轉及不中斷照顧者端電路的計時動作這部份是本專題所設計電路與其他聲控搖籃最大的不同點之一 ( 三 )RF 接收及發射電路模組 : 我們利用 RF 模組傳送減速馬達的運轉狀態 ( 可以代表嬰兒哭泣 ), 照顧者可透過接收器知道搖籃的狀態接收端電路也能以 LED 的狀態指示接收正常 ( 四 ) 搖籃作動計時及振動提醒 : 我們在接收端設計了兩位數的十進位計時器及振動警報, 用以記錄搖籃作動的時間, 範圍為 0~99 秒計時器的設計是由 555 無穩態振盪器計數器及轉碼器及七段顯示器所組成, 這是驗證我們在數位邏輯實習課程中所學到的我們同時利用了微型偏心馬達, 以無聲且間歇振動 ( 振動 1 秒停止 1 秒 ) 通知照顧者搖籃正在作動二研究建議老師說 : 任何一個精心設計的作品都有遺憾! 針對本專題可以改進再發展或者要注意的地方, 我們整理出以下建議, 分述如下 : ( 一 ) 嬰兒的哭聲檢測 : 由於我們目前只是高職二年級的學生, 所學到的知識技能有限, 在本專題中我們只是利用拾音器 ( 電容式麥克風 ) 來偵測嬰兒的哭聲, 這是因為我們假設嬰兒大概就只會哭而已, 以及嬰兒的睡眠環境大致上是安靜的, 因此建議應該要適當的調整拾立器的靈敏度 ( 調整 10kΩ 可變電阻 ), 並且儘量靠近嬰兒, 以避免搖籃誤動作而拾音器不宜直接配戴在嬰兒身上, 以免線路繞頸發生窒息危險另外, 若後續能研發出嬰兒的聲紋比對晶片, 便可正確的辦識嬰兒的哭聲有些報導指出嬰兒的哭聲中含有許多重要的訊息, 例如 : 肚子餓的哭聲和肚子痛的哭聲是不同的, 許多老經驗的媬姆可以辨識的出來 [21], 若能進一步的探討及研發出適當的辨識晶片, 將可使專題所設計的電路更加的實用及完善 ( 二 ) 減速馬達與搖籃的驅動機構 : 市面上嬰兒床的型式很多, 因此我們建議嬰兒床業者採用如 ( 圖 30) 所示這兩種的機械結構, 帶動搖籃作前後移動或搖擺的動作也可參閱其他機械設計相關書籍, 搭配嬰兒搖籃的結構做出更好的設計圖 30 水平式 ( 左 ) 及鐘擺式 ( 右 ) 搖籃驅動機構 18-355-

(3) 建議採用水平搖籃式搖籃床 : 如 ( 圖 31) 右邊所示為傳統搖籃床, 採用來回鐘擺的方式作動, 但許多父母擔心對嬰兒腦部發育造成影響, 故建議採用左邊的水平電動的方式進行搖籃, 它的底部有輪子, 整個搖籃床可以前後搖動 10cm, 搭配本專題研發的控制器, 只要寶寶哭就會啟動, 即時讓寶寶享受到人工搖籃的舒適 (4) 縮小電路板體積 : 圖 31 水平式 ( 左 ) 鐘擺式嬰兒搖籃 ( 右 )[22][3] 由於我們採用單層佈線, 且在電路板佈局的經驗仍不足, 電路板體積比較大, 而照顧者端電路應該儘量縮小以便攜帶我們在接收端使用 9V DC 乾電池, 體積及重量都不小, 建議後續設計可以採用市面上的小型 12V DC 乾電池供電, 其體積反而比 9V DC 電池還小, 只是目前我們還買不到它的治具 ( 底座 ) 接收端是以數位邏輯實習課程為基礎設計的, 使用了較多 IC, 老師告訴我們未來三年級我們學習到單晶片控制後, 計時器部份電路及搖籃控制端的單擊延長電路可以用微控制器 (Micro-Controller) 例如 :89S51 或 89S2051(20-pin) 取代, 電路的體積可更縮小, 只是必須編寫及燒錄控制程式 (5) 搖籃控制電路加上適當屏蔽 : 本專題使用了 RF 模組, 在訊號發射接收時可能會干擾聲音檢測與保持電路, 且當有人講手機或者使用其他無線電設備時, 其產生的電磁波也可能會造成搖籃的誤動作, 因此我們建議控制端部份電路應該以金屬外殼加以屏蔽, 以確保不受電磁波干擾另外 RF 發射模組在安裝時也應儘量遠離嬰兒, 以免有影響健康上的疑慮 (6) 增加體溫監測及尿濕警報 : 我們查閱許多有關自動嬰兒床的, 在最新升級版嬰兒床中找到了這兩個功能尿濕警報是利用濕度感測器偵測床墊的濕度, 不過考量現今嬰兒尿布吸收能力超強 ( 床墊不易溼 ), 而溫度監測的專題已有很多, 因此沒有納入本專題研究的範圍之內, 以上僅供後續研究建議柒參考文獻 1. 寶貝家庭親子網, 新知精選, 網址 :http://www.babyhome.com.tw/,(2012) 2. 林奐均, 百歲醫師教我的育兒寶典, 第 29 頁, 台北 : 如何出版社,(2009) 3. 深圳智嬰寶幼用品, 全自動嬰兒搖籃, 網址 : http://big5.made-in-china.com/showroom/,(2012) 4. 志豐電子, 技術新知 - 電容式麥克風, 網址 : 19-356-

www.kingstate.com.tw/cht/tabid/182,(2012) 5. 維基百科, 電容式麥克風, 網址 :http://zh.wikipedia.org/zh-tw/,(2012) 6. 李文源, 基本電學, 第 59 頁, 臺北 : 旗立圖書股份有限公司,(2012) 7. 林明德, 電子電路應用專題製作, 第 23-25 頁, 臺北 : 台科大圖書,(2006) 8. 蔡朝洋, 電子學, 第 239-240 頁, 臺北 : 全華圖書,(2012) 9. KODENSHI Corp. "KK74123 datasheet", www.alldatasheet.com, 1-5,(2012) 10. 盧明智陳政傳莊晉東, 數位電路應用實習與專題製作, 第 8-9 頁, 臺北 : 台科大圖書,(2008) 11. 劉凱民郭育丞, 無線遙控應用於家電產品, 中華水電冷凍空調設備月刊, (2009) 12. 黃慶璋, 數位邏輯, 第 224-232 頁, 臺北 : 全華圖書,(2009) 13. 蕭柱惠, 數位邏輯實習, 第 218-220 頁, 臺北 : 台科大圖書,(2007) 14. Intersil Corp. "CD4518BMS, datasheet", www.alldatasheet.com,(1992) 15. Fairchild semiconductor Corp. "CD 4511 BCD-to-7 Segment Latch/Decoder/Driver", www.fairchildsemi.com.,(1999) 16. 維基百科, 微型振動馬達, 網址 : http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%e8%b7%b3%e8%9b%8b,(2012) 17. 機器人論壇, 微型振動馬達, 網址 :robofun.net/forum/viewthread.php?, (2012) 18. 露天拍賣, 手機微型振動馬達, 網址 :goods.ruten.com.tw/item/,(2012) 19. Micro Commercial Components, "S9013-G/S9013-H/S9013-I datasheet", www.mccsemi.com(2011) 20. 林豐隆, 專題製作, 第 79-94 頁, 臺北 : 全華圖書股份有限公司,(2011) 21. 張子芳譯, 你的一歲孩子, 第 89 頁, 台北 : 信誼出版社,(1986) 22. SKYGRAM, 自動搖籃床, 網址 : skygram.blogspot.com/2009/02/blog-post_09,(2009) 20-357-

101 年全國高職學生實務專題製作競賽暨成果展報告書題目 : 用電安全節能裝置指導老師 : 謝易裕參賽學生 : 王思閎黃羽鴻 _ 學校名稱 : 國立大甲高級工業職業學校群科別 : 電機與電子群別 : 電機科中華民國 1 0 1 年 3 月 3 日 -358-

目錄摘要 1 壹研究動機 1 貳研究目的 1 參研究過程或方法 1 肆研究結果 17 伍討論 18 陸結論 18 柒參考資料 19 附錄 19 1-359-

用電安全節能裝置摘要設計兼具用電安全與用電節能之保護系統, 並提供防範電器火災之道電暖器或除濕機可能因為人為操作不當產生異常高溫或自燃導致火災, 本作品可於發生重大災害之前, 預先關閉電器, 阻止高溫繼續延燒當偵測電器周圍溫度超過 40 C 時, 電源會立即跳電, 並啟動語音廣播與警告字幕, 即使住戶外出也不用太擔心, 系統已關閉危險電器, 第二字幕機仍保留顯示以便讓主人返家時可儘速掌握, 字幕並提供簡易故障排除技巧, 手提電暖器應距離人體超過 50cm 以上之距離, 不可接近電暖器 20cm 以內的距離以免溫度急劇上升, 導致發生電器火災之虞設計聲控安全插座以及磁性安全插座, 解決老人或小孩夜間摸黑找不到開關容易跌倒的問題, 只要以聲控方式即可點燈或關燈節能方面 : 出門不需要一一關閉電器, 只要先選擇節能模式, 出門自動關閉待機電器, 且有語音告知顯示節能功率數據, 讓民眾節能看得到節能效用而隨手關電壹研究動機 2011 年可以說是天災頻傳, 尤其是日本發生九級大地震並伴隨火災, 火災約有三成的原因是因為電器或電線走火造成的冬天經常使用電暖器來取暖, 但電暖器和除濕機可能因人為操作或零件不良短路產生異常高溫, 而造成電器火災或自燃, 人為操作不當如 : 電暖機傾倒摔落放置在易燃物旁等根據 2011 年經濟部標準檢驗局指出除濕機是意外通報最多的商品, 根據台北市消防局統計, 台北市 92 年到 98 年, 使用除濕機不當引發火警的比例為 24 件 5%; 使用電暖器不當也有 14 件根據內政部消防署統計 98 年因電氣設備起火的件數計有 846 次, 佔總起火原因的 32.3%, 因此本研究欲利用溫度監控來加強電暖器或除濕機的預警及保護功能使用時只要將溫度控制器放置於電暖器或除濕機的吹送範圍內, 當電暖器或除濕機災害發生且使室內產生高溫前, 能預先關閉發熱電器並啟動安全裝置貳研究目的一研究電器火災發生前能預先切斷發熱電器, 並防止災害擴大二探討使用電暖器之安全距離, 避免放置距離過近人為操作不當, 而造成人體傷害或電器火災, 歸納出安全的擺設位置三研究除濕機發熱溫度與時間之關係, 並提出防範電器火災之道四運用電晶體工作模式原理, 設計驅動電路以完成溫度控制五設計用電節能裝置, 研究聲控家電功能, 以利大人快速保護小孩之用電安全, 解決夜間摸黑找不到開關容易跌倒的問題 1-360-

一研究步驟參研究過程或方法二電路硬體方塊圖圖 1 研究步驟圖 2 電路硬體方塊圖如圖 2 所示, 包含用電安全電路 : 提供電暖器災害保護用電節能電路 : 出門節能以及聲控插座安全插座等電路, 並由太陽能及電瓶供電三文獻探討 ( 一 ) 用電防災及相關案例 2 當電暖器或除濕機可能因為人為操作不當或自燃, 使室內產生高溫 -361- 用電安全係指民眾在使用電器時應注意的安全事項, 避免因疏忽而引起感電或漏電的意外事故, 造成生命財產的傷害台灣電力公司 ( 民 100) 網頁宣導用電安全 : 電熱器周圍請勿放置書籍衣服等易燃物品, 以免發生火災

出門節能以及聲控插座安全插座等電路, 並由太陽能及電瓶供電三文獻探討 ( 一 ) 用電防災及相關案例當電暖器或除濕機可能因為人為操作不當或自燃, 使室內產生高溫用電安全係指民眾在使用電器時應注意的安全事項, 避免因疏忽而引起感電或漏電的意外事故, 造成生命財產的傷害台灣電力公司 ( 民 100) 網頁宣導用電安全 : 電熱器周圍請勿放置書籍衣服等易燃物品, 以免發生火災依中央社記者林淑媛 ( 民 100) 報導 : 經濟部標準檢驗局官員指出, 除濕機是意外通報最多的商品, 標檢局已公告召回等 12 個品牌共 39 個型號的除濕機, 因零件有問題出現自燃危險, 提醒民眾檢查家中除濕機型號, 若有問題立即請廠商檢修, 且廠商不得收費 2010.01.27 華視新聞報導 : 高雄一名七十歲老先生因為天氣冷, 睡覺時把電暖器放在腳邊, 沒想到居然被燙成二度灼傷基於以上文獻提示, 本組欲製作預防電器火災之作品, 能在電器產生高溫之前中止電器通電漏電斷路器的原理是當電路有漏電時, 漏電斷路器 (Earth Leakage Circuit Breaker, 簡稱 ELCB), 能迅速跳脫, 以切斷來保護使用者免於感電的危險 ( 謝進發鄭錦鈞, 民 99) 本研究採用之 ELCB 規格為高感應電流高速型, 詳細規格為 2P,250V,30mA,0.1 秒,5KA 漏電保護功能 : 防止因漏電而觸電受傷, 當人體觸電達 30mA 以上, 系統會在 0.1 秒內關閉總電源, 防止人員遭到電擊的繼續傷害 ( 二 ) 用電節能方面依成功大學研究生郭伯巖 ( 民 94) 指出 : 不可忽視家電的待機耗電, 老舊效率差的家電設備 ( 約 10 年以上 ) 耗電量相當高, 音響冷氣與電視機都是具有待機耗電的家電設備, 長期不用應將插頭拔開 ( 郭伯巖, 民 94) 聯合新聞網 ( 民 94) 報導 : 一般家庭將近有 20 台電器隨時插在電源上, 除了冰箱, 還包括冷氣洗衣機電風扇電視機 DVD 播放機烘碗機排油煙機音響微波爐熱水瓶及電腦周邊設備等 ( 三 ) 電熱器與除濕機發熱原理與適宜溫度 1 電熱器使用溫度房間的名稱客廳臥房辦公室醫院病房醫院手術室商店輕工業工廠表 1 使用暖氣時最適當的室內溫度適宜的室溫 18~20 度 16~18 度 18~20 度 18~20 度 26~28 度 16~18 度 16~18 度如表 1 所示, 依蔡朝洋 ( 民 95) 的研究指出 : 電暖器適宜溫度為 28 度以下, 考量室溫有可能超過 30 度, 故本研究以超過 40 C 會啟動安全裝置, 電暖器吹風範圍溫度降低於 30 度時解除過溫度警報 2 電熱器的發熱原理 : 3 電熱器又名電暖器係利用電流通過電阻綫產生能量, 以取暖的電器 3 除濕機注意事項 : 除濕機在使用時的周圍溫度超過 40 度以上時, 系統內的壓力會增高而使壓縮機過載, 又周圍溫度低於 15 度時, 隨著蒸發器表面的水滴會結冰而使除濕機失去除濕效果所以除濕機必須在 15~40-362- 度之範圍內使用故本研究以 40 度當作電器災害溫度偵測的上限溫度, 若超過 40 度, 視為發生電器災害, 將會啟動所有的安全裝置四用電防災電路設計

電熱器又名電暖器係利用電流通過電阻綫產生能量, 以取暖的電器 3 除濕機注意事項 : 除濕機在使用時的周圍溫度超過 40 度以上時, 系統內的壓力會增高而使壓縮機過載, 又周圍溫度低於 15 度時, 隨著蒸發器表面的水滴會結冰而使除濕機失去除濕效果所以除濕機必須在 15~40 度之範圍內使用故本研究以 40 度當作電器災害溫度偵測的上限溫度, 若超過 40 度, 視為發生電器災害, 將會啟動所有的安全裝置四用電防災電路設計 ( 一 ) 溫度控制及驅動電路 1 溫度感測器如圖 3 所示, 溫度感測器採用 AD590,V-I 特性曲線如圖 4 所示, 其輸出電流在 25 C 時且電壓在 4~30V 之間, 可發現輸出電流 Io=298μA, 溫度每升高 1 K 輸出電流就增加 1μA,Io= (273+T) μa, 式中 T 為溫度 ( ) 可知當溫度越高時,AD590 輸出電流越大, 使電路輸出電壓上升圖 3 溫度感測器圖 4 AD590V-I 特性曲線 2 溫度控制及推動電路運用 A/D 轉換原理, 將溫度感測之類比電壓信號轉換成數位信號後, 微電腦才能將資料進行處理, 如圖 5 所示, 目的在監控電器周圍溫度, 預防電暖器造成危險高溫, 並可將室內溫度, 顯示於七段顯示器上, 以 89S51 單晶片設計溫度控制程式如附錄所示, 當溫度超過 40 度高溫時, 如圖 5 所示單晶片 8951 令繼電器動作, 使附近的開關 NFB 自動跳電, 並發出電器異常高溫語音廣播和 LED 字幕警示, 如圖 6 圖 7 所示,R1 R2 R3 ON, 當故障排除後, 溫度下降低於 30 度時 ( 恢復安全溫度 ), 則繼電器 R1 R2 OFF, 停止語音警報廣播, 透過自保持迴路,R3 仍然 ON, 使第二個中文 LED 警示字幕顯示曾發生電器火災警告, 待按下重置鍵後,LED 字幕才會停止警告顯示語音廣播警報內容 : 電器異常高溫警報, 請檢查電器用品並移開易燃物溫度控制設定方法 : 首先參考電熱器使用適宜溫度最高為 28 C, 設定溫度控制的上下限, 高溫 =40 C, 低溫 =30 C, 若電暖器附近的感測溫度超過 40 度, 會使繼電器全部動作啟動安全裝置, 程式設定如下 : #define on 40 #define off 30 if (results>=on)relay=0; /* 若溫度 >=40 度, 則開啟繼電器 */ else if (results <=off) relay=1; /* 若溫度 <=30 度, 則關閉繼電器 */ 4 運用電晶體飽和與截止工作模式之原理, 當 P3.3 腳輸出 0, 繼電器內阻 =160Ω, 切入電壓 0.6V 時, 測出 β =150, 計算出 IC(sat)= (5-0.2) 160 = 30mA,βIB> Ic(sat), 電晶體飽和, 當溫度超過 40 度時, 啟動繼電器及安全裝置, 溫度低於 30 度時, 關閉繼電器單晶片 Port ort2-363-

/* 若溫度 <=30 度, 則關閉繼電器 */ 運用電晶體飽和與截止工作模式之原理, 當 P3.3 腳輸出 0, 繼電器內阻 =160Ω, 切入電壓 0.6V 時, 測出 β =150, 計算出 IC(sat)= (5-0.2) 160 = 30mA,βIB> Ic(sat), 電晶體飽和, 當溫度超過 40 度時, 啟動繼電器及安全裝置, 溫度低於 30 度時, 關閉繼電器單晶片 Port ort2 R1 P3.3 R2 R3 圖 5 溫度及安全裝置控制電路繼電器 R1 A 接點 5 AC 110V NFB 跳脫線圈圖 6 高溫 NFB 自動跳脫圖完成電路焊接之溫度控制器電路板如圖 8 所示 : R2 A 接點 -364-

AC 110V 圖 6 高溫 NFB 自動跳脫圖完成電路焊接之溫度控制器電路板如圖 8 所示 : R2 A 接點 R3 A 接點 +5V 曾過熱 LED 字幕過熱語音廣播過熱 LED 字幕圖 7 電器周圍高溫警報電路圖 8 完成溫度控制器電路板 ( 二 ) 聲控插座安全電路圖 8 完成溫度控制器電路板聲控插座電路設計電路圖如圖 9 所示, 成品如圖 10 所示, 由於夜間關燈後如圖 12 非常昏暗, 老人或兒童摸黑行動具有危險性, 為使大人快速保護他們用電安全, 因此設計以聲控方式開關電燈, 解決夜間摸黑找不到開關容易跌倒的問題主要是可以聲音 ( 如連續拍手兩下 ) 來對插座作 ON/OFF 控制, 先拍手兩下 ON, 再拍兩下 OFF, 拍手間距可調以防干擾或不小心動作, 特別適用於大人控制兒童使用家電, 只要小孩有危險時, 拍手即可使插座斷電, 為防止他別人拍手, 不小心動作, 本電路具備防誤動作功能, 只要將收音間隔變短即可 : 將可變電阻 VR1 調整 RC 充放電時間, 使之變短即可解決干擾問題 IC1 IC2 採 CD4011, 如圖 11 內容為 NAND 閘, 第一個 IC 作為邏輯判斷用, 第二個 IC 作為正反器之用, 產生一正一反之輸出, 並以繼電器控制插座之 ON/OFF 由於拍手間隔的時間可以透過 VR1 調整, 預設間隔很短, 可達到防止雜音干擾或誤動作之功用半夜關燈光線昏暗情形如圖 12 所示 6, 非常昏暗, 首先由麥克風接收使用者的聲音指令, 當手拍第一下時 LED1 亮起, 若 LED1 未熄滅之前再拍第二下, 則繼電器動作使插座供電 110v, 電燈亮起 ( 如圖 13 所示 ) 避免跌倒, 如果同樣的步驟, 再拍兩下, 則聲控插座會斷電令電燈熄滅 ( 如圖 14 所示 ) 聲控安全插座成品照片如下圖所示 : 麥克風 ( 收音 ) -365- 調整收音靈敏度 VR1 ( 調整收音間隔 )

的聲音指令, 當手拍第一下時 LED1 亮起, 若 LED1 未熄滅之前再拍第二下, 則繼電器動作使插座供電 110v, 電燈亮起 ( 如圖 13 所示 ) 避免跌倒, 如果同樣的步驟, 再拍兩下, 則聲控插座會斷電令電燈熄滅 ( 如圖 14 所示 ) 聲控安全插座成品照片如下圖所示 : 麥克風 ( 收音 ) 調整收音靈敏度 VR1 ( 調整收音間隔 ) LED1 亮 ( 等待收音 ) 正反器 ( 產生一正一反信號 ) Relay 聲控插座 ( 接電燈 ) 圖 9 聲控安全控制電路 7 圖 10 聲控安全插座成品圖 11 NAND 閘 CD4011 IC 接腳圖 -366-

圖 10 聲控安全插座成品圖 10 聲控安全插座成品圖 10 聲控安全插座成品圖 11 NAND 閘 CD4011 IC 接腳圖圖 11 NAND 閘 CD4011 IC 接腳圖圖 11 NAND 閘 CD4011 IC 接腳圖圖 12 半夜關燈光線昏暗圖 12 半夜關燈光線昏暗圖 12 半夜關燈光線昏暗圖 13 連拍兩下聲控插座令電燈發亮圖 13 連拍兩下聲控插座令電燈發亮圖 13 連拍兩下聲控插座令電燈發亮 1. 1. 圖 14 再拍兩下聲控插座令電燈熄滅 ( 三 ) 磁性安全插座 1. 圖 14 再拍兩下聲控插座令電燈熄滅 ( 三 ) 磁圖 14 再拍兩下聲控插座令電燈熄滅家性庭安都全使插用座很多家電, 許多的電線在地下, 兒童或老人走過去若不小心勾 ( 三 ) 磁性安全插座到電家線庭可都能使摔用個很四多腳家朝電天, ( 如許圖多 15~ 的電圖線 17), 在地再下加, 上兒拔童起或的老插人頭走有過帶去電若體不, 小就心容勾到家庭都使用很多家電, 許多的電線在地下, 兒童或老人走過去若不小心勾易電造線成可觸能電摔, 個因四此腳本朝組天想 ( 要如設圖計 15~ 一種圖以 17), 磁性再吸加附上方拔式起的的插插頭頭, 有如帶果電踢體到, 電就線容只到易電線可能摔個四腳朝天 ( 如圖 15~ 圖 17), 再加上拔起的插頭有帶電體, 就容是造脫成落觸, 電但, 不因會此使本人組受想傷要設一計般一家種電以也磁可性透吸過附方轉式接的頭插頭使, 用如本果安踢全到插電座線只易是造脫成落觸電, 因此本組想要設計一種以磁性吸附方式的插頭, 如果踢到電線只作, 品但考不量會兒使童人萬受一傷拿鐵一棒般或家尖電物也伸可入透插過座內轉, 接特頭別設使置用本兒安童全安插全座開關是脫落, 但不會使人受傷一般家電也可透過轉接頭使用本安全插座如圖作 18 品所考示量, 兒只童要萬將一拿兒鐵童棒安或全尖開物關伸入切插 OFF 座內位, 置特, 別磁設性置插座兒即童斷安電全, 開保關護如作品考量兒童萬一拿鐵棒或尖物伸入插座內, 特別設置兒童安全開關兒圖童之 18 用所電示安, 全只要將兒童安全開關切 OFF 位置, 磁性插座即斷電, 保護如兒圖童之 18 用所電示安, 全只要將兒童安全開關切 OFF 位置, 磁性插座即斷電, 保護兒童之用電安全 8 8 8 圖 15 電器插上磁性插座圖 15 電器插上磁性插座圖 16 絆到電線會自動脫落圖 16 絆到電線會自動脫落大人切斷電大源人切斷電源防止小孩持防鐵止棒小插孩入持插座鐵棒插入插座圖 17 絆到電線本轉接頭會自動脫落圖 18 防金屬棒接觸插座之安全開關圖 17 絆到電線本轉接頭會自動脫落 -367- 圖 18 防金屬棒接觸插座之安全開關五用電節能電路設計五 ( 一 ) 外用出電關節門能自動電節路能設 : 計 ( 一 ) 電外出路關設門計自如動圖節 19 能所 : 示, 只要外出時關門, 就會自動幫你關電省電, 節省

鐵棒插入插座圖 17 絆到電線本轉接頭會自動脫落圖 18 防金屬棒接觸插座之安全開關五用電節能電路設計 ( 一 ) 外出關門自動節能 : 電路設計如圖 19 所示, 只要外出時關門, 就會自動幫你關電省電, 節省很多待機耗電的浪費, 並發出節能語音之廣播 ( 如圖 2 6 ), 讓屋主想努力節能, 但某些像冰箱之類的電器不會關閉, 首先 SW1 可設定自動或手動, 若想出門節能必須將切換開關切至 AUTO 模式 ( 如圖 20), 如圖 21 主人尚未外出, 屋內正常耗電供電 110v, 如圖 3-22 只要主人外出關門, 屋內插座斷電同時點燈 10 秒後才會燈熄, 讓主人有光線可回房間或上樓, 切斷居家待機插座的電源, 關閉屋內耗電 ( 圖 23), 如圖 24 由監測瓦特計由原本顯示耗電值降為 0W( 圖 25) 瓦特表 (W) 大門開關 SW2 待機耗電插座, 如音響 110V SW1 自動 / 手動圖 19 出門關電節能電路切 AUTO ( 節能模式 ) 9 出門前供電 110v 圖 20 要設定出門節能時按下 AUTO 模式圖 21 出門前家庭正常用電圖 22 外出關門斷電, 燈亮 10 秒圖 23 關門後電燈熄滅關閉用電 -368-

圖 22 外出關門斷電, 燈亮 10 秒圖 23 關門後電燈熄滅關閉用電圖 24 出門前顯示待機耗電圖 25 出門後降為 0W 圖 26 出門節能廣播 ( 二 ) 手動節能功能附有大型節能手動關電用開關, 可中止許多如 DVD 音響電腦等具有待機浪費電力之問題, 手動切開 (on) 插座有電如圖 27, 切到關 (off) 節能不耗電, 如圖 28 所示同時有防止兒童把玩插座觸電之功用圖 27 手動切開插座有電圖 28 手動切關插座不耗電 ( 三 ) 太陽能節能電路設計 10 圖 29 太陽能供電實測可達 1.5A 太陽能板如上圖所示, 太陽能板採用每片額定 10 瓦特額定電壓 17V,0.6A 之太陽能板, 太陽能板兩片並聯供電實測可達 1.2A, 為達節能目的, 電源採太陽能供電電路圖, 如圖 30 所示並以二極體防止電池逆向充電保護太陽能板 ( 三 ) 專題成品照片本專題作品完成如圖 31 所示, 包含用電安全裝置用電節能裝置, 底部有溫度感測器, 並顯示家中室溫, 以監測是否超過安全溫度, 中間有電表顯示屋內耗電瓦特數系統電壓值 + 17V 太陽能板 SW 居家安全電路圖 30 太陽能供電電路圖圖 31 本專題完成照片 ( 太陽能板另裝 ) 六實驗過程 ( 一 ) 電暖器發熱溫度實驗 -369- 本實驗目的在研究使用電暖器之適當的安全距離, 避免放置與人體距離過近造成人體傷害實驗條件 : 以手提電暖器, 電熱管為石英管為例, 由於電暖器之發熱為輻

居家安全電路圖 30 太陽能供電電路圖圖 31 本專題完成照片 ( 太陽能板另裝 ) 六實驗過程 ( 一 ) 電暖器發熱溫度實驗本實驗目的在研究使用電暖器之適當的安全距離, 避免放置與人體距離過近造成人體傷害實驗條件 : 以手提電暖器, 電熱管為石英管為例, 由於電暖器之發熱為輻射狀, 不同角度可能產生不同發熱溫度, 如圖 32 所示, 為受熱物與電暖器出口方向呈現不同角度之示意圖, 本實驗分別以偏角 0 30 45 75 角進行實驗其中夾角係指電暖器對著受熱者兩者之間的夾角, 如圖 33 所示為量測電暖器高不溫之同情加形熱距離角度, 電暖器發熱溫度曲線如圖 34 所示, 結果顯示受熱位置在電暖器正前方之發熱曲線, 比起其他不同角度發熱曲線, 在溫度上是較高的, 而且當漸漸靠近電暖器 20cm 以內時, 受熱溫度會急驟上升, 從 41 C 電暖器快速上升至 107 C, 達到使物品燃燒的危險溫度, 故使用手提電暖器時, 應注意正前方溫度較高, 尤其不能在距離 20 公分內使用, 避開易燃物, 以免發生電器火 ` 災如果電暖器要擺放於斜角 0 受方向熱, 者由曲線得知, 感受的溫度會降低, 而且偏離正前方的角度越大溫度越低偏 45 圖 32 受熱者與電暖器不同角度示意圖圖 33 電暖器發熱溫度實驗照片不同加熱距 120 離角度, 電暖器發熱溫度曲線如圖 34 所示, 結果顯示受熱位置在電暖器正前方之發熱曲線, 比起 11 其他不同角度發熱曲線, 在溫度上是較高的, 而且當漸漸靠近電暖器 20cm 以內時, 受熱溫度會急驟上升, 從 41 C 不同加熱距離角度, 電暖器發熱溫度曲線如圖 34 所示, 結果顯示受熱位快速上升至 107 C, 置在 100 電達暖器到正使前方物之品發熱燃曲燒線, 的比危起險其他溫度不同, 角故度發使熱用曲線手, 提在電溫度暖上器時, 應注意正前方溫度較是高較高, 的尤, 而其且不當漸能漸在靠距近電離暖 20 器 20cm 公分以內時使, 受用熱, 溫度避會開急驟易上燃升, 物從, 41 C 以免發生電器快速上升至 107 C, 達到使物品燃燒的危險溫度, 故使用手提電暖器時, 應注意火災正前方溫度較高, 尤其不能在距離 20 公分內使用, 避開易燃物, 以免發生電器如果電暖火器災要 80擺放於斜角方向, 由曲線得知, 感受的溫度會降低, 而且偏如果電暖器要擺放於斜角方向, 由曲線得知, 感受的溫度會降低, 而且偏離正前方的角離度正越前方大的溫角度越越大溫低度越低溫度 ( 度 ) 60 120 40 120 100 電暖器發熱與距離關係電暖器發熱與距離關係電暖器發熱與距離關係電暖器正前方溫度溫度 ( 度 ) 100 20 80 0 60 40 20 0 溫度 ( 度 ) 距離 (cm) 80 60 40 5 20 0 距離 (cm) 偏 75 溫度 15 5 偏 75 溫度 15 25 25 偏 75 偏 45 溫加熱度 ( C 50 50 距離 (cm cm) 距離 (cm cm) 90 電暖器正前方溫度 90 130 電暖器正前方溫度 170 130 直線加熱 ( C C) 偏 30 加熱 ( C C) C) 偏 75 加熱 ( C C) 170 直線加熱 ( C C) 偏 30 加熱 ( C C) 偏 45 加熱 ( C C) 偏 75 加熱 ( C C) 圖 34 電暖器不同距離角度發熱溫度圖圖 34 電暖器不同距離角度發熱溫度圖 -370-5 離 (cm) 15 25 50 距離 (cm cm) 90 130 170

項次距離 (cm) 正面加熱 ( C) 表 2 電暖器不同距離角度之發熱溫度實驗偏 30 加偏 45 加熱熱 ( C) ( C) 偏 75 加熱 ( C) 室溫 ( C) 1 2 107 106 107 106 20 2 5 106 100 100 99 20 3 10 74 60.4 57 50 20 4 15 58 43 37.3 35 20 5 20 41.4 39 32.8 27 20 6 25 38.3 34 25.6 23.6 20 7 30 35 30.6 24.9 23.1 20 8 50 29 26.8 22.8 22.4 20 9 70 27 24.7 22.5 22.3 20 10 90 25.4 23.4 22 22.2 20 11 110 25 22.4 21.6 21.7 20 12 130 24.4 22.1 21.4 21.3 20 13 150 24 21.9 21.1 21 20 14 170 23.6 21.3 20.9 20.4 20 15 190 23.4 20.5 20.5 20.1 20 實驗紀錄表如表 2 所示, 本實驗以手提式 800W 電暖器, 在室溫 20 C 為例, 量測電暖器正前方距離與感測溫度的關係, 以及面對電暖器不同角度的發熱溫度, 以獲得使用電暖器適宜的擺放距離, 由本研究之文獻探討得知, 使用暖氣時最適當的室內溫度為 28 C 內, 故由實驗得知 : 手提電暖器在使用上, 應放置距離人體超過 0.5 公尺以上, 才能避免高溫不適 ( 二 ) 除濕機溫升實驗以 110V,60HZ, 額定消耗能力 210W,R-22 冷媒,2.1A,35 C 之除濕機為例進行實驗目的在量測除濕機之發熱溫度與時間之關係, 實測照片如圖 35 所示, 測得溫升變化如圖 36 所示 : 圖 35 除濕機溫升實驗表 3 除濕機出口溫度紀錄表項次時間感測溫度室溫 1 1 分鐘 26.4 C 20 C 2 5 分鐘 30.8 C 20 C 3 10 分鐘 33.1 C 20 C 4 15 分鐘 34 C 20 C 5 20 分鐘 35.1 C 20 C 13-371-

溫度溫 ( C 度 C) ( C C) 40 40 30 30 20 20 10 10 0 0 除濕機出口溫度 ( C C) 除濕機出口溫度 ( C C) 1 5 10 15 20 1 5 時間 10 ( 分 ) 15 20 時間 ( 分 ) 圖 36 除濕機出口溫升曲線除濕機出口溫度實驗如表圖 336 所示除濕, 機實出驗口結溫果升曲顯線示, 運轉時間越久, 除濕機出風口除溫濕度機會出緩口慢溫上度升實, 驗除如濕表機 3 在所運示轉, 20 實分驗鐘結之果後顯, 示可, 發運出轉 35.1 C 時間越之久溫, 度除但濕不機出像電風暖口器溫太度靠會近緩會慢燃上燒升, 沒除有濕超機過在安運全轉溫 20 度分 40 C, 鐘之後建, 議可將發本出溫 35.1 C 度保之護溫裝度置但, 不安像裝電於除暖濕器機太出靠風近口會附燃近燒, 以沒確有保超電過器安用全電溫安度全 40 C,, 降低建火議災將之本發溫生度率保護裝置, 安裝於 ( 三除 ) 濕溫機度出感風測口電附路近實, 驗以確保電器用電安全, 降低火災之發生率 ( 三 ) 溫運用度數感測位電邏路輯實學驗 A/D 轉換原理, 將溫度感測之類比電壓信號轉換成數位信號後, 運微用電數腦位才邏能輯將學資 A/D 料進轉行換處原理, 以將單溫晶度片感 89S51 測之類程比式電設壓計信,AD590 號轉換為成溫數度位感信測號後器, 用微吹電風腦機才模能擬將電資暖料器進加行熱處理, 以單晶片 89S51 程式設計,AD590 為溫度感測器, 用溫吹度風偵機測模電擬路電設暖計器圖加如熱圖 37 所示, 首先調整類比 OPA 放大器之可變電阻 ( 調 OPA2 溫之度參偵考測電電壓路 ), 設令計 VR2=1.366V, 圖如圖 37 所示再, 調首整先 VR1, 調整使類七比段 OPA 顯放示大器顯之示可目變前電室阻溫 ( 為調 OPA2 止 ( 如之圖參 3-38), 考電壓 ), 即令可 VR2=1.366V, 使顯示值與室再溫調相整同 VR1,, 當時使室七溫段 (18 C) 顯示器顯示目前室溫為止 ( 如圖 3-38), 即可使顯示值與室溫相同, 當時室溫 (18 C) Vi Vi OPA1 OPA1 OPA2 OPA2 Vo Vo VR1 VR1 VR2 VR2 圖 37 OPA 溫度偵測電路圖 37 OPA 溫度偵測電路圖 38 調整 VR1 使 14 七段顯示器為室溫 ( 四 ) 模擬電暖器異常高溫實驗 14 以綠色 LED 偵測繼電器動作與否, 燈亮表示繼電器動作可啟動安全裝置首先由顯示器顯示室內溫度, 如圖 12 所示, 然後以吹風機模擬電暖器對 AD590 加熱 ( 如圖 39), 綠色 LED 不亮, 待加熱達到 40 C 以上時, 系統感測過熱, 使 89S51 P3.3 腳輸出高電位, 推動繼電器動作, 使綠色 LED 亮, 此時啟動所有的 -372- 安全裝置如語言警報 LED 中文警告字幕等 ( 如圖 40) 所示

( 四 ) 模擬電暖器異常高溫實驗以綠色 LED 偵測繼電器動作與否, 燈亮表示繼電器動作可啟動安全裝置首先由顯示器顯示室內溫度, 如圖 12 所示, 然後以吹風機模擬電暖器對 AD590 加熱 ( 如圖 39), 綠色 LED 不亮, 待加熱達到 40 C 以上時, 系統感測過熱, 使 89S51 P3.3 腳輸出高電位, 推動繼電器動作, 使綠色 LED 亮, 此時啟動所有的安全裝置如語言警報 LED 中文警告字幕等 ( 如圖 40) 所示圖 39 摸擬電暖器對 AD590 加熱圖 40 加熱達 40 或以上時啟動安全裝置如圖 41 所示 : 電暖器加熱範圍溫度已下降到正常範圍時 (30 度以下 ), 程式令 89S51 P3.3 腳輸出低電位, 使繼電器 R1 R2 接點 OFF, 關閉部份安全裝置, 三用電表碰 A 接點不導通未偏轉, 語音廣播自動停止, 繼電器 R3 接點 ON,LED 中文警告字幕 ( 二 ) 仍保留警告顯示以便讓主人返家時可掌握和處理狀況圖 41 溫度已下降到正常範圍 (30 度以下 ) ( 五 ) 居家待機耗電量實驗本實驗之目的在證實, 有許多居家待機電器即使沒有在使用或沒拔除插頭, 也會消耗可觀的電力, 本實驗以數位功率計偵測屋內耗電電功率, 並以一部電腦及一部音響主機為例, 表電 4 腦居主家待機及耗音電量響各為額定 350W, 螢幕額定為 2.5A 項次電腦待機消耗音表響 4 主居機家待機耗消電耗量合計備註 15 項一次電腦 8.5W 待機消耗音響主 8.5W 機待機消耗合 17W 計備註一 8.5W 8.5W 17W 量測結果各為 8.5W, 本實驗結果如表 4 所示, 如圖 45 所示僅使用這兩項家電加總高達為 17W 耗電量如測圖結 3-46 果各為圖 8.5W, 3-47 本為實音驗響結主果機如及表桌上 4 型所電示腦, 未如開圖機 45 之待所機示耗僅電使功用率這, 兩本項實家驗電證加實總只高要達沒為有 17W 拔掉耗插電頭, 就會浪費電力如圖 3-46 圖 3-47 為音響主機及桌上型電腦未開機之待機耗電功率, 本實驗證實只要沒有拔掉插頭, 就會浪費電力圖 45 電腦 + 音響待機耗電 17W 圖 46 電腦待機 8.5W 圖 47 音響主機待機 8.5W ( 六 ) 成品測試與調整 -373- 圖 45 電腦 + 音響待機耗電 17W 圖 46 電腦待機 8.5W 圖 47 音響主機待機 8.5W 本單元針對電器異常高溫警報各項功能進行測試與調整, 以做最後功能修 ( 正六確 ) 成認工品作測, 試測與試調功整能如以下所示本單元針對電器異常高溫警報各項功能進行測試與調整, 以做最後功能修

圖 45 電腦 + 音響待機耗電 17W 圖 46 電腦待機 8.5W 圖 47 音響主機待機 8.5W ( 六 ) 成品測試與調整本單元針對電器異常高溫警報各項功能進行測試與調整, 以做最後功能修正確認工作, 測試功能如以下所示 ( 一 ) 異常高溫自動跳電 : 如圖 48 為正常供電照片, 當家中使用電暖器或除濕機附近, 溫度控制器感測超過 40 C,NFB 開關會立即跳電, 如圖 49,NFB 開關跳電避免持續高溫圖 48 正常供電且顯示市電圖 49 偵測溫度達 40 C 以上跳電燈熄 ( 二 ) 異常高溫超過 40 C 會發出語音廣播和兩組 LED 中文字幕提醒, 字幕機內容為電器高溫警報, 請檢查發熱電器並移開易燃物, 如圖 50 以吹風機模擬電暖器加熱, 當感測器周圍溫度超過 40 C( 如圖 51), 啟動第一組 LED 中文字幕提醒並顯示簡易災害排除方法, 假設住戶外出之後回家, 系統已幫忙關閉危險電器, 如圖 53 等電暖器加熱範圍溫度已下降到 30 C 以下的安全溫度時語音廣播停止, 但第二個 LED 中文字幕仍保留顯示以便讓主人返家時可儘速掌握與處理 16 啟動高溫字幕圖 50 模擬電暖器對感測器加熱圖 51 達 40 C 以上啟動字幕顯示第一組字幕第二組字幕第二字幕 OFF 圖 52 溫度下降未低於 30 C 字幕機皆亮圖 53 低於下限溫度 30 C 保留字幕肆研究結果一溫度控制達成電器防災 : -374- 為保護整間房子, 首先將溫度感測器置於電暖器的吹送範圍內, 運用 A/D 轉換原理, 溫度控制器感測超過 40 C 上限溫度,NFB 開關會立即跳電, 啟動兩組 LED 字幕提醒及語音廣播並顯示簡易災害排除方法, 當溫度低於

圖 52 溫度下降未低於 30 C 字幕機皆亮圖 53 低於下限溫度 30 C 保留字幕肆研究結果一溫度控制達成電器防災 : 為保護整間房子, 首先將溫度感測器置於電暖器的吹送範圍內, 運用 A/D 轉換原理, 溫度控制器感測超過 40 C 上限溫度,NFB 開關會立即跳電, 啟動兩組 LED 字幕提醒及語音廣播並顯示簡易災害排除方法, 當溫度低於 30 C 以下的安全溫度時語音廣播停止, 但第二個 LED 中文字幕仍保留顯示以便讓主人返家時可儘速掌握與處理當屋主不小心觸電時, 且漏電電流超過 30mA, 斷路器能在 0.1 秒內迅速跳脫二電暖器安全距離與擺放位置 : 以 800w 石英管電暖器為例, 正前方加熱溫度比斜角加熱的溫度為高, 且在使用上應放置距離人體超過 50cm 以上之距離, 以免超過使用電暖器適宜溫度, 更不可靠近電暖器 20cm 以內時, 受熱溫度會急劇上升, 從 41 C 快速上升至 107 C, 達到使物品燃燒的危險溫度, 故使用手提電暖器時, 應注意正前方溫度較高, 如果電暖器要擺放在斜角方向使用時, 接收的溫度會感覺比較低, 而且偏離正前方的角度越大溫度越低三預防除濕機災害 : 以 210W 的除濕機為例, 出口溫升實驗結果顯示, 運轉時間越久, 除濕機出風口溫度會緩慢上升, 除濕機在運轉 20 分鐘之後, 可發出 35.1 C 之溫度但不像電暖器太靠近會燃燒, 出風口溫度沒有超過其安全溫度 40 C 四溫度控制驅動電路原理 : 輸出端係運用電晶體工作模式之原理, 運用飽和區與截止區之特性啟動各項安全裝置, 當電器周圍溫度超過 40 度時, 繼電器 on, 啟動電器異常高溫廣播和兩組 LED 字幕提示, 計算出 17 IC(sat)= 30mA,βIB> Ic(sat) 使電晶體飽和溫度下降低於 30 度時 ( 恢復安全溫度 ), 停止語音警報廣播, 第二個 LED 警示字幕顯示曾發生電器火災警告, 以便使屋主返家後及時處理電器災害掌握狀況五外出關門自動節能 : 只要外出時關門, 就會自動幫主人關電省電, 節省很多待機耗電的浪費, 並發出啟節能語音之廣播, 讓主人知道是否有啟動省電措施, 但某些像冰箱之類的電器不會關閉, 若想出門節能必須將切換開關切至 AUTO 模式, 只要外出關上門, 原電燈過 10 秒後才會熄滅, 讓主人有光線可離開, 同時切斷居家待機插座的電源, 關閉屋內電力, 由作品上之監測瓦特計可看到由原本顯示值降為 0W 伍討論問題一 : 使用手提式電熱器時, 應距離多遠才適宜? 討論一 : 手提電暖器在使用上, 應放置距離人體超過 50cm 以上之距離, 才能避免高溫或不適, 不可接近電暖器 20cm 以內的距離以免溫度急劇上升, 導致發生電器火災之虞, 電熱器加熱方向以正前方溫度較高, 正前方溫度比其他受熱角度的溫度高, 注意不能在距離 20 公分內使用, 請避開易燃物問題二 : 出門外出自動節能功能與一般旅館插卡式開關電的方式有何不同? 討論二 : 本外出節能裝置與一般旅館插卡式開關電的方式功能不同, 本作品不需要房卡, 且外出有語音告知廣播功能進入節能模式進行節能, 一般飯店沒有, 也不會切斷冰箱的電提供 10 秒照明, 而且會功率監測表會顯示從原來待機耗電的瓦特數降為零問題三 : 屋內溫度感測之安全溫度設定值如何選定? 討論三 : 參考相關書籍, 電暖器適宜溫度為 28 度以下, 考量室溫有可能超過 30 度且除濕機附近溫度不得超過 40 C, 故本研究以超過 40 C 會啟動各項安全裝置 -375- 陸結論一可於發生重大災害之前, 預先關閉電器, 阻止高溫繼續延燒, 保護

問題三 : 屋內溫度感測之安全溫度設定值如何選定? 討論三 : 參考相關書籍, 電暖器適宜溫度為 28 度以下, 考量室溫有可能超過 30 度且除濕機附近溫度不得超過 40 C, 故本研究以超過 40 C 會啟動各項安全裝置陸結論一可於發生重大災害之前, 預先關閉電器, 阻止高溫繼續延燒, 保護整棟房子二出門自動節能 : 出門不需要一一關閉電器不用房卡不必扳下總開關, 只要先選擇節能, 出門自動關閉待機電器, 且有語音告知節能顯示節能功率數據, 讓屋主會想努力節能三漏電保護功能 : 防止因漏電而觸電受傷, 當人體觸電達 30mA 以上, 系統會在 0.1 秒內關閉總電源, 防止人員遭到電擊的繼續傷害四手動節能 : 附手動關閉待機電器功能, 避免插頭沒拔浪費電力五外出安全保障 : 電暖器或除濕機忘記關, 出門後發生電器高溫, 系統會幫你關電, 即使主人不在家返回時也能看到電器高溫警告六可當作電暖器保護貼片, 隨手貼在家中任何位置, 感測溫度, 保護房子七解決老人或小孩夜間摸黑找不到開關容易跌倒的問題聲控及手動開關保護兒童之用電安全 18 八預防除濕機災害 : 除濕機長時間運轉並不會像電暖器可產生高溫, 但要注意可能因零件不良短路產生異常高溫或自燃, 建議民眾上網查詢應召回檢修之廠牌型號, 確認其安全性柒參考資料 (1) 台灣電力公司 ( 民 100) 用電安全取自網址 : http://www.taipower.com.tw/ (2) 郭伯巖 ( 民 94) 住宅耗電實測解析與評估系統之研究國立成功大學建築研究所博士論文 (3) 蔡朝洋 ( 民 95) 家庭電器修護 ( 上 ), 全華書局台北市 (4) 蔡朝洋 ( 民 95) 家庭電器修護 ( 下 ), 全華書局台北市 (5) 蔡朝洋 ( 民 82) 單晶片微電腦 8051/8751 原理與應用, 全華科技台北市 (6) 廣新聞網 ( 民 100) 11 品牌部分型號除濕機召回北市消防局籲停用取自網址 :http://tw.news.yahoo.com/article/url/d/a/110128/1/2llvf.html (7) 聯合新聞網 ( 民 94) 家電待機每年耗電費 60 億取自網址 :http://www.twehome.com/news8.php (8) 林淑媛 ( 民 100) 3 月起除濕機擴大檢驗範圍取自網址 : http://tw.news.yahoo.com/article/url/d/a/110225/5/2n2p1.html (9) 楊明豐 ( 民 91) 8051 單晶片設計實務碁峰資訊台北市 (10) 謝進發鄭錦鈞 ( 民 99) 基本電學實習一台北縣台科大圖書附錄 -89 89S51 溫度控制程式 #include <reg51.h> char code TAB[10]= {0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99,// 0~4 0x92, 0x83, 0xf8, 0x80, 0x98 };// 5~9 #define SCANP P1 #define SEG7P P2 #define on 40 #define off 30 sbit INTR=P3^2; -376- sbit relay=p3^3; // 繼電器接腳位置 unsigned char xdata adc; unsigned char _adc;

#define SCANP P1 #define SEG7P P2 #define on 40 #define off 30 sbit INTR=P3^2; sbit relay=p3^3; // 繼電器接腳位置 unsigned char xdata adc; unsigned char _adc; unsigned char disp[4]={0, 0, 0, 0}; unsigned char _adc; void dataproc(unsigned char); void display(void); void delay1ms(char); main() {relay=1;while(1)// 預設繼電器初始不動作 { display(); // 顯示 _adc=adc; /* 讀取外部 RD=0 INTR=1*/ 19 adc=0xff; while(intr==1); // 等待中斷 _adc=adc; dataproc(_adc); } } void dataproc(unsigned char data_in) //==== 資料處理函數 ==== { int results; results= data_in;// 讀取 ADC0804 if (results>=on)relay=0; /* 若溫度 >=40 度, 則開啟繼電器 */ else if (results <=off) relay=1; /* 若溫度 <=30 度, 則關閉繼電器 */ disp[3]=results/1000; disp[2]=(results/100)%10; disp[1]=(results/10)%10; disp[0]=results%10; } void display(void) //==== 顯示函數 ==== { char i, scan; // 宣告變數 char times=20; // 掃瞄 20 次 while (--times>=0)// while { scan=1; for(i=0;i<4;i++) { SEG7P=0xff;// 關閉顯示器 SCANP=~scan; SEG7P=TAB[disp[i]]; // 輸出 P0 delay1ms(4);// 延遲 scan<<=1; } } } void delay1ms(char x) { int i,j; for(i=0;i<x;i++) for(j=0;j<120;j++); } -377-

101 年全國高職學生實務專題製作競賽暨成果展報告書題目 : 3G 智慧型太陽能盆栽整合系統指導老師 : 戴宏原岳彩萱參賽學生 : 蔡承峰陳哲勳吳政諺學校名稱 : 高雄市私立立志中學群別 : 電機與電子群科科別 : 電機科中華民國 1 0 1 年 3 月 2 1 日 -378-

3G 智慧型太陽能盆栽整合系統壹摘要作品目的在於利用單晶片程式, 遠端控制高效能單晶矽太陽能電池, 設計ㄧ可節省水資源, 並結合行動通訊技術 (3G) 的智慧型節能盆栽整合之系統此系統使用單晶片控制器為主控制器, 再以紫外線模組感測週遭紫外線, 驅動步進馬達以控制單晶矽太陽能電池, 對植物產生遮陰效果進而達到節省盆景植物整體水份之散失 ; 再配合行動通訊技術傳輸紫外線指數等級, 提醒民眾避開在烈日下活動以防止因過度曝曬可能對人體產生不良影響達成智慧型稙栽整合系統具節省水資源紫外線強度告示功能, 同時以高效能單晶矽太陽能電池, 作為電力輔助本作品容易佈建於校園盆景廣大植栽農園, 監控紫外線指數並利用四種遮陰控制模式, 將可應用於大量的各校園盆景花卉農園等場景, 不僅可以大幅的節省水資源, 更可有效的針對紫外線指數, 提醒民眾採取適當防護措施, 達到兼顧節能與生活應用之目的貳研究動機由於近幾年來臭氧層遭受大量的 " 氟氯碳化物 " 破壞, 而造成紫外線過量的問題, 間接加速了地球的暖化, 地球的平均溫度持上升, 這樣一來只會加劇水位上升的速率, 因此想要研發一套系統, 既能最大限度的節能減碳又能達到方便生活想出研發出一套系統, 利用偵測紫外線指數強度來判斷室外日照強度, 太陽日照於中午時刻左右, 室外紫外線過量日照強度太大會影響盆栽多餘不必要之水分散失, 若能在紫外線過量且日照強度太大的時間點, 例如 : 上午 10 點到下午 2 點左右這段時間, 有效降低炎酷日照所影響盆景中土壤的水分流失, 就能達到節省水資源浪費的功能, 故藉由單晶片自動化遮陰控制, 使土壤保持溼度, 來達到此功能, 達到有效的節約能源並融合太陽能電池發電供應系統所需的電源, 且創意發想利用高效率太陽能電池製造出遮陰效果取代傳統植栽所使用之黑網遮陰的創新發想系統更結合生活科學應用融入手機通 2 訊可告知民眾, 目前室外的紫外線指數是否過量且已達到危險等級, 以上為此系統研發之整合概念 -379-

是否過量且已達到危險等級, 以上為此系統研發之整合概念参研究目的参研究目的近年來由於溫室效應之全球暖化之全球節能減碳的趨勢這項發明, 能参研究目的有效近利年用來高由效於率單溫晶室矽效太應陽之能全電球池暖發化電提之供全系球統節電能力, 減並碳利的用趨單勢晶片這控項制發步明進, 馬能有達效轉近利動, 年用對來高盆由效栽於率產單生溫晶遮室矽陰效太控應陽制之能, 全電溫球池室暖發效化電應提帶之供來全系的球統全節電球能力暖, 減並化碳利使的用氣趨單溫勢晶炎片這熱控, 項制系發步統明進利, 馬能用有達遮效轉陰利動達, 用到對高土盆效壤栽率濕產單度生晶之遮矽保陰太持控陽, 制能達, 電成溫池節室發省效電水應提資帶供源來系的的統目全電的球力暖, 另並化透利使過用氣 3G 單溫通晶炎訊片熱技控, 術制系, 步統將進利系馬用達遮統轉陰所動達偵, 到測對土到盆壤的栽濕紫產度外生之線遮保過陰持量控, 訊制達息, 成告溫節知室省使效水用應資民帶源眾來, 的做目全好的球戶暖外另化活透使動過氣的 3G 溫紫通炎外訊熱線技, 防術系護, 統措將利施系用, 遮統避陰所免達偵身到測體土到因壤的紫濕紫外度外線之線照保過射持量過, 訊量達息而成告產節知生省使病水用變, 資民達源眾到, 的做新目好式的戶節外另能活透減動過碳的 3G 紫通與外訊線技生防術活護, 科措將學施系應, 統避用所免偵身相測體結到因合紫的紫外智外線慧線照型過射整量過合訊量植息而栽告產系知生統使病用變, 民達眾到, 做新好式戶節外能活減動碳的紫與外線生防活護科措學施應, 避用免身相體結因合紫的外智線慧照型射整過合量植而栽產系生統病變, 達到新式節能減碳與生活科學應用相結合的智慧型整合植栽系統一溫度測量機肆研究設備及器材肆研究設備及器材肆研究設備及器材一溫度測量機 ( 一 ). 自動記憶最高 / 最低的溫濕度一溫度測量機 ( 一二 ). 自顯動示記溫憶度最範高圍 /:-10~50 最低的溫濕度 ( 一二三 ). 自顯動示記溫溼憶度最範高圍 /:-10~50 :20~98% 最低的溫濕度 ( 二三 ). 顯示溫溼度範圍 :-10~50 :20~98% ( 三 ). 顯示溼度範圍 :20~98% 二單晶系太陽能電池 2PCS 圖 1. 溫度測量機圖 1. 溫度測量機圖 1. 3 溫度測量機單晶系太陽能電池是應用光電效 3 應原理於電力生產上陽光照射到金屬的表面上時, 部份光子會擊中金屬原 3 子, 光子的部份能量轉化為提升原子外層電子的位能, 使該電子從原子中遊離出來, 另一部份能量則轉化為該電子從原子中飛脫出來的動能遊離出來的電子具有負電場, 在導體之內形成負電壓, 故此會流向電位相對較高 ( 又即負值較低 ) 的區域, 若能夠適當地將之加以調控, 即可以做成供人類應用的電能 -380-

加以調控, 即可以做成供人類應用的電能與控制方法上可分成直流馬達交流馬達伺服馬達以及步進馬達其圖 2. 太陽能板三電源供應器為鐵盒直流電源供應器, 俗稱為鐵盒子, 為單一電壓電源供應器, 可依照自身需求購買所需電壓大小, 輸出電壓穩定圖 3. 電源供應器四盆栽 4 栽種植物, 尺吋 850*300*300 功能 : 栽種植物五步進馬達圖 4. 盆栽 -381- 馬達在工廠自動化中扮演著十分重要的角色, 馬達的種類由結構上

圖 4. 盆栽五步進馬達馬達在工廠自動化中扮演著十分重要的角色, 馬達的種類由結構上與控制方法上可分成直流馬達交流馬達伺服馬達以及步進馬達其中若以動力輸出的觀點而言, 直流馬達交流馬達有較佳的動力輸出 ; 但若以控制精度的方向來看, 則步進馬達應該是較佳的選擇, 如圖 5. 所示六紫外線偵測模組圖 5. 步進馬達統偵測紫外線值不同時給予單晶片即時改變遮陰的角度紫外線偵測模組是一種專門用來檢測紫外線的光電器件, 利用此系統偵測紫外線值不同時給予單晶片即時改變遮陰的角度 5 七儲能元件鉛酸電池圖 6. 紫外線偵測模組圖 6. 紫外線偵測模組七在日常儲生能活元中件我鉛們酸使用電頻池繁的行動電話筆記型電腦攝影機... 等常用之生活電器皆需用到可重覆式充放電的電池雖然二次電池的起步很晚, 但其在日常生活中我們使用頻繁的行動電話筆記型電腦攝影機... 等常用發展可謂一日千里, 各種材料組成的二次電池如雨後春筍般地陸續推出, 並且各之生活電器皆需用到可重覆式充放電的電池雖然二次電池的起步很晚, 但其具其特色及優點發展可謂一日千里, 各種材料組成的二 -382- 次電池如雨後春筍般地陸續推出, 並且各由於獨立型太陽能發電系統混合型電動機車與現代科技工廠所使用之不斷具其特色及優點電電源供應系統 (Uninterrupted Power Systems, UPS) 皆是藉由於獨立型太陽能發電系統混合型電動機車與現代科技工廠所使用之不斷

發展可謂一日千里, 各種材料組成的二次電池如雨後春筍般地陸續推出, 並且各具其特色及優點由於獨立型太陽能發電系統混合型電動機車與現代科技工廠所使用之不斷電電源供應系統 (Uninterrupted Power Systems, UPS) 皆是藉由電池來提供電力的系統, 再以驅動控制器控制負載輸出, 系統中主要之儲能元件就是電池圖 7. 鉛酸電池 ( 資料來源 :CSB 公司網站 ) 6 伍研究過程或方法一究方法及步驟 : ( 一 ) 紀錄紫外線模組偵測之電壓值 ( 二 ) 即時下載中央氣象局的紫外線指數資料做比對及記錄 ( 三 ) 利用溼度計量測實際組與對照組的土壤濕度值紀錄並比較出節省的水資源, 並將濕度百分比量化成水量, 即為每日盆景的省水量 ( 四 ) 將所測得紫外線電壓值作回歸分析方程式, 作為程式判斷紫外線的依據 ( 五 ) 利用回歸分析將實際電壓值轉成紫外線運算方程式運算, 判斷即時環境的紫外線指數, 當做系統自動化控制之依據 ( 六 ) 判斷紫外線指數過量時 ( 危險級 ), 即透過 3G 行動通訊模組發送簡訊至民眾手機 -383-

發送簡訊至民眾手機圖 8. 動作流程圖圖 8. 動作流程圖 7 一實驗研究一 ( 控制模式一 ): 一偵實測驗紫研外究線一強度 ( 8 控以制上模, 單式晶一片 ): 程式控制步進馬達轉動單晶矽太陽能電池, 達到偵 100% 測紫遮外陰線面強積度 8 以上, 單晶片程式控制步進馬達轉動單晶矽太陽能電池, 達到 100% 遮陰面積二實驗研究二 ( 控制模式二 ): 圖 9. 100% 遮陰示意圖圖 9. 100% 遮陰示意圖二偵實測驗紫研外究線二指數 ( 5 控級制的模範式圍二內,): 利用單晶片精準控制旋轉, 控制在 40% 遮陰面積偵位測置紫外線指數 5 級的範圍內, 利用單晶片精準控制旋轉, 控制在 40% 遮陰 -384- 面積位置

偵測紫外線指數 5 級的範圍內, 利用單晶片精準控制旋轉, 控制在 40% 遮陰面積位置圖 10. 40% 遮陰示意圖圖 10. 40% 遮陰示意圖 8 三實驗研究三 ( 控制模式三 ): 三偵實測驗紫研外究線三指數 ( 7 控級制的模範式圍三內,): 利用單晶片精準控制旋轉, 控制在 30% 遮陰面積偵位測置紫外線指數 7 級的範圍內, 利用單晶片精準控制旋轉, 控制在 30% 遮陰面積位置圖 11. 80% 遮陰示意圖圖 11. 80% 遮陰示意圖四實驗研究四 ( 控制模式四 ): 四 ( 實一驗 ) 研正究常四控制 ( 模控式制下模增式加四生活 ): 應用功能 ( 控制模式四 ): ( 一 ) 1 正常紫控外制線模值式過下量增至加危生險活等應級用時功, 能程 ( 式控啟制動模 3G 式傳四輸 ): 模組 1 2 3G 紫外行線動值傳過輸量模至組危傳險送等訊級息時至, 手程機式告啟知動用 3G 戶, 傳目輸前模戶組外紫 2 3G 外線行已動過傳量輸模組傳送訊息至手機告知用戶, 目前戶外紫外線已過量 -385-

圖 12. 0% 遮陰示意圖圖 13. 模式一系統實際 100% 遮陰圖 14. 模式二系統實際 40% 遮陰圖 15. 模式三系統實際 30% 遮陰圖 16. 控制模式四 10-386-

一實驗設備材料總表陸研究結果材料數量功能單晶矽太陽能電池 2 吸收太陽能抽水馬達 1 抽取過濾的水步進馬達 2 轉動太陽能板電源供應器 1 供應抽水馬達電源溫度測量機 1 偵測日照溫度溼度偵測器 1 偵測土壤濕度紫外線偵測模組 1 測量週遭紫外線值數位型三用電表 1 電壓量測二紫外線指數研究與紀錄實驗設備材料總表圖 17. 中央氣象局 24 小時的紫外線量圖 18. 為全台各地區紫外線指數 11-387-

時間 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 項目紫外線指 2 3 5 4 6 4 3 2 1 數電壓 1.2854v 1.3096v 1.4534v 1.4228v 1.5015v 1.4251v 1.3105v 1.2442v 1.1548v 表 1. 一週平均值時項間 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 目紫外線指 1 2 4 6 8 8 7 5 3 數電壓 1.1745v 1.2945v 1.4565v 1.5201v 1.6121v 1.6213v 1.5510v 1.4802v 1.3115v 表 2. 2012/2/29 紫外線指數以及量測的電壓值時項間 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 目紫外 1 2 5 6 7 6 4 3 2 12-388-

線指數電壓 1.1654v 1.2545v 1.4750v 1.5012v 1.5762v 1.5314v 1.4311v 1.3211v 1.2865v 表 3. 2012/3/1 紫外線指數以及量測的電壓值時項間 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 目紫外線指 2 4 5 7 8 7 5 3 1 數電壓 1.1568v 1.4528v 1.4867v 1.5628v 1.6127v 1.5357v 1.4587v 1.3252v 1.1624v 表 4. 2012/3/2 紫外線指數以及量測的電壓值時項間 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 目紫外線指 2 4 5 6 7 8 5 4 2 數電壓 1.1765v 1.4472v 1.4960v 1.5012v 1.5230v 1.6228v 1.4675v 1.3975v 1.2011v 表 5. 2012/3/3 紫外線指數以及量測的電壓值時間 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 項 13-389-

目紫外線指 1 3 5 6 8 7 5 3 2' 數電壓 1.1582v 1.3425v 1.4824v 1.5128v 1.6120v 1.5397v 1.4726v 1.3562v 1.1682v 表 6. 2012/3/4 紫外線指數以及量測的電壓值時間項 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 目紫外線指 2 4 6 6 8 7 5 3 2 數電壓 1.1567v 1.4585v 1.5321v 1.5462v 1.6223v 1.5410v 1.324v 1.3456v 1.2301v 表 7. 2012/3/5 紫外線指數以及量測的電壓值時間項 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 目紫外線指 2 4 6 7 8 7 5 3 1 數電壓 1.2102v 1.4450v 1.5421v 1.5340v 1.6570v 1.5430v 1.3270v 1.3540v 1.1641v 表 8. 2012/3/6 紫外線指數以及量測的電壓值 14-390-

( 一 ) 紫外線感測並執行系統控制三系統 3G 太陽能智慧型盆栽整合系統動作說明利用感測模組可得知紫外線的電壓傳送給開發板, 並將訊號傳送給無線三 ( 系一 ) 統紫 3G 外太線感陽測能並智執慧行型系盆統控栽制整合系統動作說明模組搖控器, 再經由程式控制步進馬達轉動單晶矽太陽能電池形成所需的遮三 ( 系一 ) 統利紫 3G 用感外太測線感陽模測能組並智可得執慧知行型紫系盆外統控栽線制整的合電壓系傳統送動給作開說發明板, 並將訊號傳送給無線陰面積百分比 ( 模一組 ) 搖利紫控用外器感線, 測感再模測經組並由可執程得行式知系控紫統制外控步線制進馬達轉動單晶矽太陽能電池形成所需的遮的電壓傳送給開發板, 並將訊號傳送給無線陰面模組利積搖用百控感分器, 測比再模經組由可程得式知控紫制外步線進的馬電達壓轉傳動送單給晶開矽發太板陽, 並能將電訊池號形傳成送所給需無的線遮模陰組面搖積控百器分, 比再經由程式控制步進馬達轉動單晶矽太陽能電池形成所需的遮陰面積百分比圖 19. 實驗植栽實體圖圖 19. 實驗植栽實體圖 ( 二 ) 單晶片控制電路圖 19. 實驗植栽實體圖為主控制器, 再以紫外線偵測模組感測週遭紫外線傳輸至此電路, ( 二 ) 單晶片控制電路圖 19. 實驗植栽實體圖進而控制步進馬達, 使單晶矽太陽能電池達到遮陰為主控制器, 再以紫外線偵測模組感測週遭紫外線傳輸至此電路, ( 二 ) 單晶片控制電路進 ( 二而 ) 控為單制主晶步控片進制控馬器制達, 電, 再路使單晶矽太陽能電池達到遮陰以紫外線偵測模組感測週遭紫外線傳輸至此電路, 進而為控主制控步制進器馬, 達再, 以使紫單外晶線矽偵太測陽模能組電感池測達週到遭遮紫陰外線傳輸至此電路, 進而控制步進馬達, 使單晶矽太陽能電池達到遮陰圖 20. 單晶片控制電路 ( 三 ) 3G 行動通訊模組圖 20. 單晶片控制電路透過 3G 無線通訊技術發簡訊 15至手機, 當紫外線感測模組感測周圍圖 20. 單晶片控制電路的紫外線強度防止水量的圖散 20. 失, 單晶在 15片經控由制電 3G 路通訊模組發送簡訊讓手機的主人知道目前的水量散失和紫外線強度 3G 行動通訊模組, 本設備分 15 為兩種裝置說明如下 : 15 1. 無線傳送裝置, 採用 2.5G(GSM/GPRS) 通訊模組規格如附件 -391-2 狀況檢測控制器, 負責接收輸入後, 利用 RS232 通訊介面下命令給無線傳送裝置, 做特定手機號碼的簡訊發送通知

為兩種 2 裝狀置況說檢明測如控下制 : 器, 負責接收輸入後, 利用 RS232 通訊介面下命令 1. 無給線無傳線送傳裝送置裝, 置採, 用做 2.5G(GSM/GPRS) 特定手機號碼的通簡訊模發組送規通格知如附件 2 狀況檢測控制器, 負責接收輸入後, 利用 RS232 通訊介面下命令給無線傳送裝置, 做特定手機號碼的簡訊發送通知圖 21. 3G 行動通訊模組 3. 整合系統可控模圖式 21. 之遮 3G 陰行示動意通圖訊模如組下所示 : 階段 1. 3. 整合系統可控模式之遮陰示意圖如下所示 : 階段 1. 圖 22. 紫外線 (UVI)3_30% 遮陽圖 22. 紫外線 (UVI)3_30% 遮陽階段 2. 階段 2. 16 16 圖 23. 紫外線 (UVI)5_40% 遮陽階段 3. 圖 24. 紫外線 (UVI)7_65% 遮陽 -392- 階段 4.

圖 24. 紫外線 (UVI)7_65% 遮陽階段 4. 圖 25. 紫外線 (UVI)9_80% 遮陽柒討論因為地球的暖化現象, 越來越嚴重,Co2 也隨著時間的增加, 不斷的上升因此想為地球盡一份心力當我們想到這個題目時, 大家心裡就已經有個底, 然後大家自己的構思說出, 來一起討論, 再表決哪位隊員的構思最特別突出有特色, 就採用他的想法作為我們成品製作的方法決定好成品就著手進行尋找支架材料的工作, 起初想不到用什麼材料, 後來想到教學內容有水匠的證照因此使用 PVC 管作為主要的支架, 由於第一次製作不盡理想而指導老師指出缺點並且將其改進, 再將其他不良缺失一併更正設計好主要支架後, 就開始想控制方法, 因為有上過單晶片能力認證的培 17 訓, 想到有利用到步進馬達, 因此使用 8051 來控制遮陰遮陰的百分比又想到可以結合生活科技, 並且現在是個人手一機的時代, 就想到結合 3G 通訊的技術, 會比較實用, 並且依據當前紫外線強弱, 提醒使用者, 注意當前紫外線, 並做好防護措施整合以上創意發想與作品特色, 達到自動化綠能源節能創意的生活科學應用等功能捌結論一系統創新性說明 ( 一 ) 單晶矽太陽能電池之創新應用成果說明 : 1. 利用太陽能電池製造遮陰效 -393- 果達到節省水資源的功能 2. 太陽能電池取代了傳統使用黑網遮陰

學應用等功能捌結論一系統創新性說明 ( 一 ) 單晶矽太陽能電池之創新應用成果說明 : 1. 利用太陽能電池製造遮陰效果達到節省水資源的功能 2. 太陽能電池取代了傳統使用黑網遮陰 3. 採用高效率單晶矽太陽能電池, 提升整體系統發電效率, 增加輔助電力容量 ( 二 ) 紫外線偵測模組與創新運用 : 1. 利用該模組經陽光照射所產生電壓值作數據分析並使用 Excel 數據的回歸分析作法為 : 將測量到的電壓值及中央氣象局提供的紫外線指數, 打入 Excel 中, 再點選工具資料分析選取回歸輸入 X 軸及 Y 軸之數據輸出表格方程式為 :y=ax+b 其中 y 為紫外線指數,x 為實際量測電壓值將此數據傳送至單晶片, 控制步進馬達, 以調整遮陰面積係數標準誤 t 統計 P- 值下限 95% 上限 95% 下限 95.0% 上限 95.0% 截距 1.1595 0.0257 45.1394 6.843E-10 1.0988 1.2203 1.0988 1.2203 X 變數 1 0.0588 0.0047 12.484 4.8744E-06 18 0.04764 0.0699 0.0476 0.0699 表 9. 回歸分析表 x: 為紫外線指數 y: 實際測量電壓值 X 變數係數 :a = 0.0588 截距係數 :b = 1.1595 程式運算方程式 :y=ax+b 2. 將指數比對中央氣象局所提供紫外線指數作比對, 準確率高達九成五以上 3. 將偵測到的指數透過 3G 無 -394- 線通訊系統傳送至使用者手機, 告知使用者當前紫外線值, 如過高時, 及發出警告簡訊, 通知使用者盡量

截距係數 :b = 1.1595 程式運算方程式 :y=ax+b 2. 將指數比對中央氣象局所提供紫外線指數作比對, 準確率高達九成五以上 3. 將偵測到的指數透過 3G 無線通訊系統傳送至使用者手機, 告知使用者當前紫外線值, 如過高時, 及發出警告簡訊, 通知使用者盡量避免戶外活動, 以免產生病變玖參考資料及其他 ( 一 ) 作者 : 李志文書名 : 電子學 I 出版商 : 台科大圖書 ( 二 ) 作者 : 黃仲宇梁正書名 : 基本電學 I 出版商 : 台科大圖書 ( 三 ) 中央氣象局 - 南區氣象中心 : http://south.cwb.gov.tw/index1.php ( 四 ) 行政院環保署 : http://taqm.epa.gov.tw/taqm/zh-tw/default.aspx ( 五 ) 中央氣象局 - 紫外線 : ttp://www.cwb.gov.tw/v7/observe/uvi/uvi.htm ( 六 ) 專題製作作品展, 網址 :http://www.stu.edu.tw/ 樹德科技大學 19-395-

目 錄 壹 實 務 專 題 製 作 競 賽 ( 複 賽 ) 實 施 計 畫 1 貳 實 務 專 題 製 作 競 賽 ( 複 賽 ) 參 選 作 品 一 覽 表 13 參 評 審 委 員 名 單 23 肆 活 動 照 片 25 伍 實 務 專 題 製 作 競 賽 ( 複 賽 ) 優 良 作 品 名 錄

目錄壹實務專題製作競賽 ( 複賽 ) 實施計畫 1 貳實務專題製作競賽 ( 複賽 ) 參選作品一覽表 13 參評審委員名單 23 肆活動照片 25 伍實務專題製作競賽 ( 複賽 ) 優良作品名錄