帳號:
密碼:
CTIMES / 文章 /   
具智慧監控之傘架裝置
第十四屆盛群盃HOLTEK MCU創意大賽複賽報告

【作者: 劉銘中、郭書維等人】   2020年09月14日 星期一

瀏覽人次:【1043】
  

每當下雨的日子來臨,通常一回到家都會急著將濕透的雨傘放置於陽台曬乾,如果使用者沒有立即將溼答答的雨傘擦乾,有時候地板會因雨傘滴下的水而導致積水與濕滑,若地上的水沒有即時用拖把或抹布擦乾,除了會造成家人在走動時因失足滑倒而發生不可預期的危險外,還會導致居家環境的髒亂,為了解決此一令人困擾的現象,本作品「具智慧監控之傘架裝置」的構思油然而生。


本作品具有可切換模式的開關、可啟動/關閉傘架運轉的按鈕、LED提示、語音提示,喇叭警示,自動轉動放置雨傘之傘座、偵測蓄水箱水位、藍牙傳輸、可設定風扇轉速以及烘乾時間等諸多功能,除了可快速將沾滿雨水的雨傘吹乾避免造成地上積水與濕滑外,還兼具保護使用者的安全以及改善居家的生活品質,可說是一舉數得。本作品除了家用外,還可應用於任何用得到傘架的公司行號與場所。


前言

目前市售的傘架類型,大多都是單純放置或者將底部稍微改造,改造成可讓傘上的水滴流入底部放置的小盆栽,將水滴加以利用,但底部的空間有限,多餘的水分最終還是會溢出來,造成地板濕滑而導致行走不便,並造成環境的髒亂,而影響到生活的品質。


另外,在現代的公寓中,當使用者在下雨天回到家時,大部分都是直接將濕搭搭的傘架放在室內陽台上曬乾,但多把濕透的雨傘同時處於蒸發的狀況下,可能會導致空氣中的濕氣明顯增加,若室內通風不良時,過多的濕氣很容易產生霉味,嚴重的話甚至會影響到呼吸道系統,造成身體不適,這不是大家樂於到見的。


本系統功能可以與目前的傘架做結合,雨傘可以透過系統內部的強風,使雨滴快速流至底部的水箱,若水箱中的水位到達預設高度時,語音裝置會發出語音提示聲讓使用者知道水箱已滿,可取出倒掉,同時會透過藍牙將訊息傳至手機,即時讓使用者知道傘架的狀況,透過以上的結合,除了可快速的將濕透的雨傘吹乾外,還可降低空氣中的濕氣。


環境中的濕氣如果過高,人體代謝就會受影響,排汗量減少造成濕氣滯留體內。根據相關醫學文獻記載,心臟不好或血壓偏低的人,本身代謝較差,外在環境溼氣容易加重症狀,或導致身體痠痛,這些對於人體而言,都是一種慢性發炎。體內濕氣共分三階段,若因代謝差又缺乏運動等,初期濕氣會逐漸累積在體內;如果沒有及早改善生活習慣,久而久之進入中期,濕氣就會變成「淤」,導致高血脂、高血壓及身體發炎;後期則會引發較嚴重的慢性疾病,甚至易成罹癌體質。因此,在這個電子科技發達的時代,希望能將一些實用的功能應用到本作品『具智慧監控之傘架裝置』上,來改善上述所提到的缺點。


本作品的功能性、創新性與實用性如下:


功能性

「具智慧監控之傘架裝置」具有模式切換、防誤觸、轉動雨傘、烘傘、語音提示、LED提示、控制風扇高度、控制風扇轉速、偵測水位高度、具手機設定烘傘時間與雲端顯示等等功能。


為了避免誤觸系統,我們在裝置周圍安裝了紅外線,當沒有偵測訊號時,手機將不能對傘架進行控制,反之,系統會透過藍牙傳送訊息至使用者手機,告知使用者可進行操作。


當使用者插入雨傘時,透過底部的扣環及外殼的特殊蓋子將其固定,以利雨傘的轉動,使用者可利用手機隨時控制風速,手機也可控制烘傘的時間,讓使用者可依照個人習慣去進行設定,當開始/結束時,系統都會傳送訊息至手機,並透過語音提醒使用者開始/結束烘傘,若傘架裝置處於開啟的狀態。另外,也保持了傘架最基本的功能,在傘架後面設置了一個管子,使用者可將烘完的雨傘吊在上面。


創新性

本作品具有諸多創新性,其中創新性的順序,依序為可依照使用者的習慣,進行模式的選擇,可快速將沾滿雨水的傘快速吹乾,可自動轉動放置雨傘之傘座,具可調速的風扇,可設定烘傘時間,啟動/關閉鈕,可隨時暫停傘架執行,用以指示正在烘傘與烘傘結束的指示燈與語音裝置,可透過手機對傘架進行遠端的控制,雲端顯示傘架的訊息。這些都是一般市面上單純只能放雨傘的傘架所不具有的功能,相信這些新穎的創新性對一般使用者是有助益的。


實用性

本作品的實用性在於,所擁用有的一些與市面上一般常見的傘架不一樣的功能,不僅可快速的將令人困擾的溼答答的雨傘吹乾,避免造成地上濕滑而導致環境髒亂,滑倒或受傷,還可讓使用者即時的將吹乾的傘收起來,這對一般的使用者或家庭來說,可說是受惠良多。對企業來說,下雨天客戶來到公司開會,此公司若擺設這樣的傘架裝置,客戶即可在開會的時候,順邊將雨傘吹乾。


工作原理

圖1為「具智慧監控之傘架裝置」之完整電路圖,整個系統以HT66F70A微控制器為主要控制核心,來控制其它周邊元件,例溫濕度感測器、紅外線發射/接收器、伺服馬達、風扇、按鍵、微動開關、語音及音頻放大器模組、滑動開關、LED、藍牙模組及手機等元件,來完成整個系統的運作,以便讓本系統的整體運作更加的流暢與完善,以下為相關元件控制電路與工作原理。



圖1 : 具智慧監控之傘架裝置完整電路圖
圖1 : 具智慧監控之傘架裝置完整電路圖

LED之控制電路與工作原理

圖2 : LED之控制電路圖
圖2 : LED之控制電路圖

圖2為本系統 LED 的控制電路圖,其中連接至PC.0與PC.1的LED0與LED1分別用以指示烘傘正在運作中與烘傘已結束,至於連接至PC.2的LED2則用以指示水箱中的水是否已碰觸到水位感測器,若紅外線偵測到水箱中的浮球時,代表水位達到預設高度,則LED2會點亮。


溫溼度感測器之控制電路與工作原理

圖3為本系統溫濕度感測器之控制電路圖,其中 DATA接腳與微控制器的接腳PG.2聯接。溫濕度感測器 (DHT11) 是用電阻方式感應濕度,並用 NTC 方式感應溫度,DHT 內本來就有一顆 8 位元MCU,MCU 的工作就是把感測到的溫度、濕度,以數位信號方式,經由 DATA→PG.2 傳送到微控制器做相對應的處理。


圖3 : 溫溼度感測器之控制電路圖
圖3 : 溫溼度感測器之控制電路圖

滑動開關之控制電路與工作原理

圖4為本系統滑動開關的控制電路圖,其中OUT接腳與微控制器的腳位PG.3接在一起。滑動開關內部置有滑塊,操作時通過不同的方式驅動,帶動滑塊使滑塊動作,開關觸點接通或斷開,從而起到開關作用。通過裝有滑塊的開關,撥柄滑動,使滑塊從一組彈片接到另一組彈片上實現電路換接的開關。


圖4 : 滑動開關之控制電路圖
圖4 : 滑動開關之控制電路圖

語音與音頻放大器模組控制電路與工作原理

圖5所示為本系統語音模組與音頻放大器模組的控制電路圖,其中語音模組主要是用來發出提示語音之用。語音模組 (TDB381) 的控制方法有很多種,本作品是採用普通直放介面。語音模組上的P7、P6、P5接腳與HT66F70A的PG.4、PG.5、PG.6接腳連結,低電位時會從SD卡內儲存的檔案撥放輸出。至於音頻功率放大模組則是用來進行聲音放大之用,將喇叭的正極與負極與音頻功率放大器模組的OUT1+及OUT1- 分別接上,就可將語音模組的聲音放大播出。



圖5 : 語音模組與音頻放大器模組控制電路圖
圖5 : 語音模組與音頻放大器模組控制電路圖

伺服馬達之控制電路與工作原理

圖6為伺服馬達(GWS S35)之控制電路圖,其中PWM接腳與微控制器的腳位PG.7接在一起。一般的伺服馬達都是屬於定位機型,最大的旋轉角度為180度,GWS S35由於內部的特殊齒輪結構,可連續旋轉360度,且扭力大於步進馬達,透過其優點來將雨傘轉動。


圖6 : 伺服馬達之控制電路圖
圖6 : 伺服馬達之控制電路圖

紅外線發射/接收器之控制電路與工作原理

圖7為紅外線發射/接收器之控制電路圖,一個是用來偵測雨傘是否插入扣環,當雨傘處於紅外線發射器與接收器之間時,因紅外線被遮斷,導致接腳PG.0為高電位,此時手機將可對烘傘架進行設定。另一個是用來偵測水位,水箱內設有一顆浮球,當水位上升時,若偵測到浮球,此時紅外線被遮斷,接腳PG.1為高電位,傘架將強制停止。



圖7 : 紅外線發射/接收器之控制電路圖
圖7 : 紅外線發射/接收器之控制電路圖

LCD之控制電路與工作原理

圖8示為本系統LCD之控制電路圖,主要功能為顯示設定的時間以及溫溼度感測器測得的室內溫度及濕度。整合型LCD傳輸介面多達四種,有4 bit、8 bit、SPI與I2C等可供選擇,本系統選用腳位使用最少且目前市面上或業界普遍都在使用的I2C模式進行傳輸,只需將ATMEGA2560微控制器的PA.6(SDA)、PA.7(SCL)接腳與LCD的SDA、SCL腳連接,就能撰寫程式控制LCD顯示資料。



圖8 : LCD之控制電路圖
圖8 : LCD之控制電路圖

按鍵之控制電路與工作原理

圖9為本系統按鍵之控制電路圖,主要是啟動與停止系統的運作、風速的調變及設定時間的功能,連接到PC.3的KEY1是用來啟動多功能傘架之用,連接到PC.4的KEY2是用來令多功能傘架停止運轉之用,連接到PD.1、PD.2、PD.3的KEY7~KEY9是用來調整傘架執行時間之用,最後連接到PC.5、PC.6、PC.7、PD.0的KEY3~KEY6是用來控制風扇的轉速之用。



圖9 : 按鍵之控制電路圖
圖9 : 按鍵之控制電路圖

風扇之控制電路與工作原理

圖10所示為本系統風扇之控制電路圖,主要功能是將風吹到旋轉中的雨傘上,吹乾雨傘上的水滴。只要經由HT66F70A的接腳PD.4~PD.7送出相對應的PWM訊號,就可以控制風扇的轉速。


圖10 : 風扇之控制電路圖
圖10 : 風扇之控制電路圖

微動開關之控制電路與工作原理

圖11所示為本系統微動開關之控制電路圖,接腳為PB.6的微動開關處於低電位時,代表門關閉,反之,則代表開啟,同時傘架將會暫停執行。接腳為PB.7的微動開關,搭配著接腳為PG.1的紅外線,來偵測水箱是否達到預設的高度,若紅外線處於高電位,微動開關處於低電位,則傘架暫停執行;若紅外線處於低電位,微動開關處於低電位,則傘架繼續執行。



圖11 : 微動開關之控制電路圖
圖11 : 微動開關之控制電路圖

藍牙模組之控制電路與工作原理

圖12為藍牙模組(BCM-7602-G01) 的控制電路圖,由於二者之間的通訊是採用UART 的方式,只要將模組上的RxD、TxD接腳與盛群HT66F70A 微控制器的PA.3(Tx) 與 PA.1(Rx) 連接在一起,就可以進行串列資料的傳輸,串列資料的傳輸速度目前設定為9600 bps。本系統可透過藍牙模組將相關資料傳給手機上以及讀取手機傳過來的資料。



圖12 : 藍牙模組之控制電路圖
圖12 : 藍牙模組之控制電路圖

作品結構

硬體部分

圖13為『具智慧監控之傘架裝置』的系統架構方塊圖,本作品是利用盛群的HT66F70A微控制器為主要的系統核心,來控制週遭的一些方塊圖,例如微動開關、溫溼度感測器、紅外線發射/接收器、伺服馬達、風扇、按鍵、語音及音頻放大器模組、LED、藍牙模組及手機等元件,以完成整個系統的運作。


圖13 : 具智慧監控之傘架裝置之系統架構方塊圖
圖13 : 具智慧監控之傘架裝置之系統架構方塊圖

軟體部分


圖14 : 具智慧監控之傘架裝置之控制流程圖
圖14 : 具智慧監控之傘架裝置之控制流程圖

測試方法

「具智慧監控之傘架裝置」相關元件有水位感測器、紅外線發射/接收器、伺服馬達、風扇、按鍵、語音及音頻放大器模組、LED、藍牙模組及手機等元件,這些元件的測試方法如下:


具語音提示

1. 開啟電源,按手機上的啟動按鈕


2. 若收到訊號,語音提示【傘架啟動中】


3. 若水箱到達預設高度時,語音提示【水箱已滿,請取出倒掉】


4. 傘架執行完畢,語音提示【傘架執行完畢】


具安全防護功能

1. 開啟電源,將雨傘插入傘架中


2. 紅外線偵測到雨傘,可使用手機控制。


LED提示功能

1. 開啟電源,執行傘架


2. 若開始執行,LED顯示紅色


3. 若執行完畢,LED顯示綠色


4. 若水箱已滿,LED顯示黃色


具偵測水位高度功能

1. 開啟電源,將水倒進水箱中


2. 若到達預設高度,傘架將會暫停運作


具手機提醒功能

1. 開啟電源,當傘架開始執行、執行完畢或是水箱已滿


2. 系統會傳送訊息至手機


具控制風扇轉速功能

1. 開啟電源,按下手機介面按鈕


2. 按鈕分別為關、弱、中、強


3. 即可控制風扇風速


具轉動雨傘功能

1. 開啟電源,將雨傘插入傘架


2. 將時間和風速設定好,按下啟動


3. 雨傘將會開始轉動


(本文為第十四屆盛群盃HOLTEK MCU創意大賽複賽報告;作者劉銘中1、郭書維2、黃偉哲2、涂照明2、潘俊宇2為臺北城市科技大學資訊工程系1教授、2學生)


參考文獻

[1] HT66F70A微控制器資料手冊,盛群半導體股份有限公司。


[2] HT66Fxx Flash MCU 原理與實務-C語言,作者:鍾啟仁,出版社:全華。


[3] Holtek 微控制器應用範例–使用Enhanced Holtek C語言。https://goo.gl/gKVgTT


[4] HC-05與HC-06藍牙模組補充說明。https://swf.com.tw/?p=693


[5] HC-05 Bluetooth Module https://goo.gl/BhuWfV


[6] MIT App Inventor使用Firebase雲端。https://goo.gl/Rkb9bQ


[7] LED資料手冊,廣華電子材料有限公司。https://goo.gl/a57Uu6


[8] 傘架底部構造 https://www.youtube.com/watch?v=9auNyThI4Ko


[9] 利用pwm來控制一般pc風扇 http://icodding.blogspot.tw/2016/04/arduino-pwm-pc.html


[10] 控制伺服馬達 http://atceiling.blogspot.tw/2017/03/arduino.html


[11] 別讓雨具變悲劇!正確使用雨具的冷知識!


http://www.uniarts.com/web/bbs/board.php?bo_table=blog&wr_id=60&sca=12


[12] 水位感測器工作原理及結構作用 http://www.how01.com/post_QE99MERkeAzEl.html


[13] 台灣潮溼多雨 室內晾衣就等於慢性自殺? https://health.udn.com/health/story/6008/3095924


相關文章
AIoT引爆數據潮 MCU與MPU需求逐年升高
車輛交通號誌自動辨識系統
資料可安全儲存在雲端...毋庸置疑
烘得你衣
嵌入式應用漸趨多元 浮點運算MCU滿足市場不同需求
comments powered by Disqus
相關討論
  相關新品
Platform Manager Devices
原廠/品牌:Lattice
供應商:Lattice
產品類別:Power
Power Manager II Hercules Development Kit
原廠/品牌:Lattice
供應商:Lattice
產品類別:Power
Processor PM Development Kit
原廠/品牌:Lattice
供應商:Lattice
產品類別:Power
  相關新聞
» 2020 IEEE亞洲固態電路研討會 台灣區獲選論文搶先發表
» 台灣國際醫療展--台灣希施展示Peptide高通量合成儀
» 恩智浦以四大關鍵技術打造多元應用面向
» IIR HiRel與NASA毅力號火星探測車 共同探索外星生命環境
» SCHURTER通過奕力解決方案擴展PCAP控制器組合
  相關產品
» HOLTEK推出HT66F2030小封裝MCU
» HOLTEK推出BA45F5552帶電源收發器之感煙探測器MCU
» HOLTEK推出9V電池BA45F5420/5440/5450感煙探測器MCU
» HOLTEK推出BA45F6720/6740/6746 CO/燃氣探測器MCU
» HOLTEK推出BC66F5132 2.4GHz Transmitter with Encoder MCU
  相關資源
» Power Management Solutions for Altera FPGAs

AD


刊登廣告 新聞信箱 讀者信箱 著作權聲明 隱私權聲明 本站介紹

Copyright ©1999-2020 遠播資訊股份有限公司版權所有 Powered by O3
地址:台北市中山北路三段29號11樓 / 電話 (02)2585-5526 / E-Mail: webmaster@ctimes.com.tw