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1、【101全國高職學生實務專題製作競賽暨成果展報告書】 題目：太陽能路平測定裝置太陽能路平測定裝置 指導師： 謝易裕 參賽學生： 仇冠倫 白皓天 陳建凱 黃彥岳 學校名稱：國立大甲高級工業職業學校 群 別：電機與電子群_ 科別：電機科 中華民國1013月3日 1 目目 錄錄 摘要摘要11 壹、壹、研究動機研究動機11 貳、貳、研究目的研究目的11 參、參、研究設備及器材研究設備及器材11 肆、肆、研究過程或方法研究過程或方法22 伍、伍、研究結果研究結果 1515 陸、陸、討論討論 1616 柒、柒、結論與建議結論與建議 1616 捌、捌、參考資料參考資料 1616 附錄附錄1717 太陽能路平
2、測定裝置太陽能路平測定裝置 摘要摘要 本專題研究路平測定裝置，並有效善用太陽能，加強道路品質測定以提昇 行車之安全性，當路不平使機車跳動，震動感測器會將訊號傳輸到單晶片判讀， 利用可調式震動感測器，可獲得道路高低落低的偵測能力：5mm、10mm、15mm 以及 20mm 以上之感測動作值，並以無線傳輸方式將測試結果傳送到另一端的紀 錄者，增強路平測試之效率，作品能以燈數、顏色、響音顯示路不平的嚴重程 度，方便判讀，並以具體數據(落差多少 cm)提供官方參考。車跳動愈大，數據 峰值愈高，若結果數據超標，就會發出警告聲音。有依據的可使包商乖乖的改 進。可讓包商有所依據，以增加施工效率，及保護全民的
3、安全。 。 關鍵字：關鍵字：太陽能、路平、道路落差、測定裝置 壹、研究動機壹、研究動機 有一次爸爸用機車載我出去，經過一處路面，冷不防車子跳了一大下，不 只屁股很痛，還差點摔下車，我感覺路面不平的問題，是全民生命的勾魂使者。 停下車視察，發現並非失修之破洞，而是剛剛完成的路面，只是弧度高低落差 比較大，目測不覺得有問題，但機車走過會有危險。 此時我在想，如果不是官員舞弊失職，就是驗收的流程有問題。若排除舞 弊的假設，可以推想一定是驗收流程中，沒有標準可依，官員只能用目測驗收， 差不多就通過了。所以我要設計一個可以訂定標準的測量儀器，讓驗收人員有 標準可依，讓包商乖乖改進無藉口的儀器。 貳、研究
4、目的貳、研究目的 一、研究可監督政府道路施工品質之檢測裝置，加強道路品質測定以提昇行 車之安全性，為全民謀福利。 二、研究無線傳輸應用在路平裝置之可行性，有效善用在戶外的太陽能 三、探討不同道路高低路落差對駕駛人行車之影響。 參、研究設備及材料參、研究設備及材料 表 1 使用材料設備 項次品名規格數量單位備 註 1示波器TDS-2201部 2電源供應器 030V1部 3三用電表DCV,ACV,DCmA1台 4電烙鐵 110V1支 5無線收發模組315MHZ1組 6 震動感測器機械式 4 個 7 萬用電路板Pc 板 3 片 8 發光二極體超亮 6 顆 9 發光二極體彩色閃爍 1 顆 1 10 搖
5、頭開關 On/off 2p2 個 11 電阻 30020 個 12 太陽能電池 7v1 片 13 繼電器 5v,2c10 個 14 電線 0.6mm 若干條 15 螺帽 20 個 16 單晶片 89s511 個 17 IC 腳座 8P1 個 18 LED 燈條/紅 30cm4 條 19 木片 60*601 片 20 螺絲若干個 21 太陽能板 4.5V3 片 22 電線 2.0mm 若干條 23 電線 2.5mm 若干條 24 蜂鳴器 5V1 個 25 鎳氫電池 1.2v4 顆 26 電池盒4 顆串連 1 座 27 DC 電源座 1 個 28 二極體 1N40011 個 29 IC 腳座 40
6、pin1 個 30 木木 30*303 片 肆、研究過程或方法肆、研究過程或方法 一、相關報導一、相關報導 ( (一一) )路平專案包商出包路平專案包商出包 馬路馬路“坑洞坑洞”殺人殺人!(!( 華視新聞網 2011/11/24)： 摩托車撞到路上的坑洞，翻過去，機車騎士被公車輾過當場死亡，這害死 人的坑洞，是路平專案的包商挖出來的，華視新聞追蹤，隔天馬路上的大洞已 經補好。 (二)路平專案路平專案“ “糟糟! ! 施工緩慢又不平施工緩慢又不平（華視新聞網 2010/04/14 陳如意 薛松乾 報導） 小疏忽要人命，公路局完工的台十九線六腳鄉六美派出所前，往北至北港 大橋重鋪柏油路段工程，兩邊
7、新路面較舊路面窄，且有約五公分的高低落差， 機車騎士紛傳摔倒 (三)嘉縣翁重鈞爭取路況改善，民眾表感激嘉縣翁重鈞爭取路況改善，民眾表感激（今日新聞 2009/07/21 郭政隆 嘉縣報導） 疏忽要人命，公路局近日完工的台十九線六腳鄉六美派出所前，往北至北 港大橋重鋪柏油路段工程，兩邊新路面較舊路面窄，且有約五公分的高低落差， 機車騎士紛傳摔倒；被迫騎上快車道者則險象環生，民眾認為施工方法很愚 蠢 ，立委翁重鈞接獲民眾陳情，二十一日會同公路局養工處段長李幹棋等人至 現場實勘，決定立即改善，以維來往人車安全。 2 二、路平感測原理及構想二、路平感測原理及構想 以加速度傳感器加速度傳感器放置在機車上
8、測量路面跳動的數據，放大後輸入處理器晶 片，數據可顯示出路面跳動程度的大小，若超過某數字，包商就要改進才能通 過驗收，還可以把數據及波型圖記憶在電腦中作證據，客觀又有效率。 如圖 1 所示，用剛學的物理來舉例說明，E=N/t，一塊磁鐵，連接在彈簧 上，可以上下振動，外面套上一個線圈，線圈是固定在裝置上，線圈匝數為 N，裝置是安裝在機車上，當路不平使機車跳動時，磁鐵在線圈中上下滑動，線 圈可以感應到電動勢 E，把線圈感應電壓變化的數據記錄下來，傳輸到數據處 理器，車跳動愈大，數據峰值愈高，若結果數據超標，就會發出警告聲音，有 依據的可使包商乖乖的改進。 如圖 1 所示，感應部件也可用變容式：一固
9、定電容板，一活動電容板連在 彈簧上，可上下振動，若路面不平，使機車跳動，會帶動電容板上下振動，因 而改變電容板距離及電容量，記錄此變化即可得到路平數據，可以評定路面工 程是否能通過。 請市長採用路平測定儀，並盡快推動標準的建立：何種規格的傳感器安裝 在那一型的機車上，用多少的車速，超過多少的數據即為超標。也可讓包商有 所依據，以增加施工效率，及保護全民的安全。 當標準建立後，如果以後智慧手機都配有加速度傳感器加速度傳感器，更可以設計路平 測定儀軟體，下載到每一只手機，到時便可以全民皆驗收官，路不平就可檢舉。 再說，傳統機車腳都是又硬又尖，台灣柏油路施工又不結實，所以路邊都 被機車腳插得坑坑洞洞
10、的，常常找不到可停機車的點，因為地上都是洞，停不 好，車會倒下損壞。 圖圖 1 1 線圈感應電壓變化及變容式感應 3 三、專題電路設計三、專題電路設計 如圖 2 所示，為量測不同道路高低落差，本組以四組不同震度的震動感測 器來感測落差，並以四個 LED 來顯示道路高低落差的程度。震動感測器如圖 3 所示，裝上自製調整轉盤並配線後使震度為可調，可調 030 格不同震度，數字 越大間距越小，越容易動作，調整金屬片與擺錘之間隙可偵測不同震度，內部 機構如圖 4 所示。LED 組顯示道路高低落差，機車以時速 30km/hr 行駛。 路極為不平路極為不平20mm 路重度不平路重度不平15mm 路中度不平
11、路中度不平10mm 路輕度不平路輕度不平5mm 圖 2 LED 顯示不同道路高低落差之燈號 ( (一一) )電源設計電源設計 如圖 3 所示，電源設計利用太陽能對充電電池充電，太陽能板額定為 7V， 大於鎳氫電池組的 5V 額定，因此可以對電池蓄電，太陽能板對充電電池之間須 加二極體以防止反向充電。 圖 3 利用太陽能供電設計 4 如圖 4 所示為作品蓄電電源部份，利用 4 顆 1.2V 之鎳氫電池串聯，由太陽 能板向電池充電，再由電池對裝置供電。 圖 4 作品蓄電電力 ( (二二) )可調式震動感測器可調式震動感測器 如圖 7力矩=力臂*施力 當感應器受到振動的外力時，震度 達到一定程度會產
12、生力矩，可擺動圓形金屬片重物接點，若碰觸到方形固定金 屬片，則接點就會導通，如圖 5、圖 6 所示，震動感測器需配線並調整，以偵 測不同等級的震動。 圖 5 自製震動感測器與配線情形 5 接 點 力矩=施力*力臂 金屬片 支 點 施 力 的 方 向 力 臂 圖 6 自製可調式震動感測器 圖 7 可調式震動感測器內部機構可調式震動感測器內部機構 如圖 8，轉盤的數字越大表示金屬接點距離越小，輕微的震動即可使金屬 片碰觸動作，轉盤的數字越小表示金屬接點距離越大，必須震度大振動才會使 金屬片碰觸動作。 6 圖 8 震動感測器 四個可調式震動感測器分別加以調校，以獲得 5mm 以下、10mm、15mm
13、 以及 20mm 以上之感測動作值。 ( (三三) )無線收發電路設計無線收發電路設計 為何路平測式工作更加的順利與可行，本組設計測試者(騎車者)與紀錄者 分開，紀錄者只要站在路邊即可，騎車者只要專心騎車，因此想出用無線傳輸 的方式，如圖 9 所示，本組利用 310MHZ 無線收發模組進行傳輸，發射端 IC 使 用 HD12E IC，接收端 IC 採用 HD12D IC，並透過單晶片 89S51 輸出信號，使顯 示電路顯示結果以供紀錄者紀錄路平狀況。 7 HT12E A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 Vss Vdd DOUT OSC1 OSC2 TE D11 D10 D09 D0
14、8 470K +Vdd RF310發發射射模模組組 HT12D A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 Vss Vdd VT OSC1 OSC2 DIN D11 D10 D09 D08 15K +Vdd RF310接接收收模模組組 +VCC 11.0592MHZ 20P 20P +VCC 10U Reset 12 13 14 15 P3.4 1K 1 2 4 6 7 5 3 8 38 37 36 35 34 33 32 +VCC 1K LED 21 22 23 24 25 26 27 28 17 16 29 30 11 10 C0 C1 C2 C3 VT P0.0 T0 P1.7 P1
15、.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 T1 X2 X1 RESET INT0 INT1 EA/VP P3.6 P3.7 P3.5 RD WR PSEN ALE/P RXD TXD VCC 5V:PIN40 GND PIN20 89S51 R2 R3 39 圖 9 無線收發電路 ( (四四) )路平感測與驅動電路單元路平感測與驅動電路單元 如圖 10 所示，本電路可感應包括道路輕微不平 、 有些不平 、 中度不 平以及非常不平等等 4 種結果，首先由 4 組震動感測器感測訊號之後， 將結果觸發相對應之繼電器之後，再以無線傳輸，傳送道路高低落差之結果給 接收端之路平紀錄人，然後再顯示至紀錄
