實實務務專專題題報報告告書書 幼幼嬰嬰兒兒看看護護系系統統製製作作

指導老師:蔣忠誠 老師

專題製作學生：四電四甲 劉哲志 BD95045

四電四甲 楊曜任 BD95024

四電四甲 湯偉傑 BD95039

四電四甲 馬懷中 BN95006

中華民國 九十八 年 十二 月 三十一 日

修 平 技 術 學 院 電 機 工 程 系

DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING HSIU-PING INSTITUTE OF TECHNOLOGY

修平技術學院

電

機

工

程

系

98 實務專題報告書—

嬰幼兒看護系統

指導老師：蔣忠誠

學生：劉哲志、馬懷中、

湯偉傑、楊曜任

- 1 -

摘要

近年來，嬰幼兒因大人疏忽而造成的事故層出不窮，根據衛生署統

計，兒童傷害事故死亡率已經連續多年高居死亡原因的第一位，而國內

的嬰幼兒傷害事故比其他先進國家例如日本、新加坡等要高出約兩倍之

多。

會發生此類的事件大多數是因為兒童獨自一個人在特定的空間裡活

動，而大人無法掌握兒童的活動情形，因此如果有個環境及監控系統，

來幫助父母掌握小孩的行蹤，可以利用相關的警示系統提醒父母要注意

小孩，也可以主動啟動相關監視系統觀察其行為，跟小孩們做互動就能

減少兒童發生意外的事件。

嬰兒床周邊裝上監視系統及收音裝置，讓父母可以不用隨時都在孩

子的身邊照護，可以在別處忙其他事務。

- 2 -

目錄

摘要---------------------------------------------------------(1)

目錄---------------------------------------------------------(2)

圖目錄-------------------------------------------------------(4)

表目錄-------------------------------------------------------(5)

第一章:绪論--------------------------------------------------(6)

1-1 前言-----------------------------------------------------(6)

1-2 動機與目的-----------------------------------------------(7)

第二章:相關使用物件------------------------------------------(8)

2-1 直線型減變速馬達----------------------------------------(8)

2-2 微動開關-----------------------------------------------(9)

2-3 電晶體 9012、9013---------------------------------------(10)

2-4 繼電器------------------------------------------------(13)

2-4-1 繼電器的介紹------------------------------------------(13)

2-4-2 電磁繼電器的工作原理和特性-----------------------------(14)

2-5 限時電驛-----------------------------------------------(15)

2-6 保持電驛-----------------------------------------------(17)

2-7 視訊裝置-----------------------------------------------(19)

- 3 -

第三章:系統設計與製作---------------------------------------(20)

3-1 正反轉電路圖-------------------------------------------(20)

3-2 聲控電路圖---------------------------------------------(21)

3-3 動作流程及討論-----------------------------------------(22)

第四章:實驗結果與討論---------------------------------------(23)

第五章:結論-------------------------------------------------(24)

作者簡介----------------------------------------------------(25)

參考文獻----------------------------------------------------(26)

附錄

附錄一 材料表-----------------------------------------------(27)

附錄二 工作分配及工作進度表---------------------------------(28)

附錄三 成品架構圖-------------------------------------------(29)

附錄四 聲控模組圖-------------------------------------------(30)

附錄四 成品實體圖-------------------------------------------(30)

附錄五 成品實體圖-------------------------------------------(31)

- 4 -

圖目錄

圖 2.1:直線型減變速馬達---------------------------------------(7)

圖 2.2:微動開關-----------------------------------------------(8)

圖 2.3:電晶體的工作原理及特徵--------------------------------(10)

圖 2.4:電晶體的靜態接面模型----------------------------------(11)

圖 2.5:繼電器------------------------------------------------(12)

圖 2.6: 典型繼電器內部構造-----------------------------------(12)

圖 2.7:保持電驛----------------------------------------------(16)

圖 2.7: 保持電驛內部接圖-------------------------------------(17)

圖 3.1: 正反轉電路圖-----------------------------------------(18)

圖 3.2: 聲控電路圖-------------------------------------------(19)

圖附錄 3.1:成品架構圖----------------------------------------(29)

圖附錄 3.2 聲控模組------------------------------------------(30)

圖附錄 3.3 成品實體圖---------------------------------------(30)

圖附錄 3.4 成品實體圖---------------------------------------(31)

圖附錄 3.5 成品實體圖----------------------------------------(31)

- 5 -

表目錄

表2.1:電晶體9012、9013---------------------------------------(10)

表附錄 2.1:工作分配表----------------------------------------(28)

表附錄 2.2:工作進度表----------------------------------------(28)

- 6 -

第一章 緒論

1-1 前言

近年來，嬰幼兒因大人疏忽而造成的事故層出不窮，根據衛生署統

計，兒童傷害事故死亡率已經連續多年高居死亡原因的第一位，而國內

的嬰幼兒傷害事故比其他先進國家例如日本、新加坡等要高出約兩倍之

多。

會發生此類的事件大多數是因為兒童獨自一個人在特定的空間裡活

動，而大人無法掌握兒童的活動情形，因此如果有個環境及監控系統，

來幫助父母掌握小孩的行蹤，可以利用相關的警示系統提醒父母要注意

小孩，也可以主動啟動相關監視系統觀察其行為，跟小孩們做互動就能

減少兒童發生意外的事件。

以兒童而言，家中是最危險的地方之ㄧ，若能在嬰兒床的地方裝上

攝影裝置，家長便能隨時得知孩童狀況，來降低小孩發生意外的機率。

- 7 -

1-2 動機與目的

因大人無法掌握兒童的活動情形，因此如果有個環境及監控系統，

來幫助父母掌握小孩的行蹤，也可以利用相關的警示系統、溫度感測系

統等做連結，跟小孩們做互動就能減少兒童發生意外的事件。

我們的想法是為了避免孩童發生意外，為此千萬不能獨自把他們留

在房間，因為我們無法掌握他們下一秒會發生什麼事情，又因為孩童無

法清楚表達自己的意思，所以需要藉由一些監控的工具來觀看小孩們因

為肚子不舒服或者肚子餓所造成的哭鬧，能讓家長即時注意到小孩子的

狀況，不僅能減少意外的發生，也能讓大人安於做自己的事情，甚至可

以裝上安撫小孩子的器具，只要接收到嬰兒的哭鬧聲就可以自動啟動搖

籃床，像音樂可以安撫小孩的情緒或者在搖籃床上裝上監控系統與遙控

裝置並加裝接收聲音的配備，這樣父母就算把小孩子交給保母或是放置

在嬰兒車上，都可以隨時隨地達到監控以及操作的效果，且達到安撫的

功用。

- 8 -

第二章 相關使用物件

2-1 直線型減變速馬達

圖 2.1 直線型減變速馬達

馬力：6W~150W

電壓：單相 100V~110V; 200V~220V

三相 200V~220V; 380V~440V

動作原理：電源通過交流馬達，經過減速箱的齒輪，

讓上面的橫桿能夠左右移動，物理動作就

像是手電鑽一樣，右轉進去 左轉出來。

- 9 -

2-2 微動開關

圖 2.2:微動開關

柄長 : 55mm

外觀 Size : 19.8(W) x10.2(H) x6.4(D) mm (不含腳高)。

使用說明：配合直線型減變速馬達製作成正反轉電路 。

動作說明 :微動開關放置於馬達橫桿之兩側，當橫桿觸碰到開關時就讓馬

達反轉，構成一馬達正反轉電路。

- 10 -

2-3 電晶體 9012、9013

電晶體元件的構造及符號

表 2.1 電晶體 9012、9013

雙極性接面電晶體〈Bipolar Junction Transistor，BJT〉是由三層的半

導 體 所 構 成 ， 有 N P N 以 及 P N P 兩 類 型 電 晶 體 。

PNP 型電晶體是由兩層 P 型材料中間夾著一層很薄的 N 型材料。

NPN 型電晶體則是由兩層 N 型材料中間夾著一層很薄的 P 型材料。

三層材料中，負責發射多數載子的電極稱為射極〈Emitter，E〉

在中間負責控制多數載子流向集極之數量的電極稱為基極〈Base，B〉

負 責 收 集 多 數 載 子 的 電 極 稱 為 集 極 〈 C o l l e c t o r ， C 〉。

- 11 -

圖 2.3:電晶體的工作原理及特徵

電晶體雙載子的工作原理

以共積極組態 PNP 電晶體為例，如圖 2.3 所示。

射極 E：雜質〈電洞)濃度最高。射─基接面接『順向偏壓』，由射極

發射的多數載子─電洞流〈IE〉，越過接面注入到基極區，

形 成 擴 散 的 電 洞 流 〈 基 極 的 電 洞 濃 度 低 〉。

基極 B：雜質濃度低，寬度最薄。基極射出的多數載子─電子流，大

部分與流入的 IE 複合成 IB，只有少數〈可忽略〉的電子流會

擴散至射極。由於基極的濃度低、寬度薄，因此只有極少部

分的電洞流〈IE〉可以完成復合，大部分沒有複合的電洞流

受電場吸引，流向店位最低的集極端。

- 12 -

集極 C：集─基接面接『逆向偏壓』，在集極形成負電場吸引大部分

在基極沒有復合的電洞流，收集成為集極電流〈IC〉。

圖 2.4:電晶體的靜態接面模型

- 13 -

2-4 繼電器

2-4-1 繼電器介紹

圖 2.5:繼電器

也稱電驛，是一種電子控制器件，它具有控制系統（又稱輸入迴路）和被

控制系統（又稱輸出迴路），通常應用於自動控制電路中，它實際上是用較

小的電流去控制較大電流的一種「自動開關」。

圖 2.6: 典型繼電器內部構造

- 14 -

2-4-2 電磁繼電器的工作原理和特性

電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在

線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效

應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而

帶 動 銜 鐵 的 動 觸 點 與 靜 觸 點 （ 常 開 觸 點 ） 吸 合 。

當線圈斷電後，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返

回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。

這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對於繼電器

的「常開、常閉」觸點，可以這樣來區分：繼電器線圈未通電時處於斷開

狀態的靜觸點，稱為「常開觸點」；處於接通狀態的靜觸點稱為「常閉觸點」。

- 15 -

2-5 限時電驛

計時器可分為:

(1) 機械式(以往內部用同步馬達做計時功能)

(2) 旋鈕型(用類此 RC 積分式計時 IC 以 VR 旋紐設定控制計時 IC 來計時

時間)

(3) 數字型(用微電腦數位化計時 可以用指撥開關或薄膜按鍵設定時間)

依功能可分為:

(1) 動作延遲型 POWER ON DELAY 就是在計時器線圈送電後開始計時到達

設定時間後，內部繼電器動作斷電後內部繼電器同時恢復。

(2) 復歸延遲型 POWER OFF DELAY 就是在計時器線圈送電後，內部繼電

器不動作，計時器線圈斷電後內部繼電器開始動作便開始計時，到達

設定時間後內部繼電器恢復，這類型的計時器大多是依 3 分鐘為最長

時間。

(3) 閃爍計時器是計時器線圈送電後他的內部繼電器，便開始做 ON/OFF

動作而 ON/OFF 時間不可設定，斷電後就不動作 Y－△計時器是計時器

線圈送電後他的內部第 1組繼電器先動作，然後在設定時間後，內部

- 16 -

第 1 組繼電器馬上恢復不動作，第 2組繼電器先動作 1秒內的瞬間作

隔離，然後第 3組繼電器在動作，斷電後就不動作，這多用於馬達啟

動用的計時器。

(4) 雙調計時器 TWIN TIMER 是計時器線圈送電後他的內部繼電器，便開

始做 ON/OFF 動作，而 ON/OFF 時間均可設定，斷電後就不動作。

- 17 -

2-6保持電驛

圖2.7:保持電驛

保持電驛(Keep Relay, KP)的構造及應用

保持電驛又稱閉鎖電驛，其接點控制與電力電驛相似，但多了一組控

制線圈，ON-OFF 接點由二組線圈控制切換。

Set 時接點3-5， 7-9 切斷， 改為3-4， 8-9 接通。需reset 通電才能

還原。二極體作為半波整流之用。

一般應用在升降機及二部電動機交替運轉電路上，

其控制接點的應用方式如下圖：

- 18 -

圖 2.7:保持電驛內部接線圖 (MK-2KP)

- 19 -

2-7 視訊裝置

圖 2.8:視訊裝置

鏡頭：CMOS

感應器大小：N/A

可視角度：N/A

格式：640 x 480 - 30FPS

焦距：3cm～無限遠、手動調焦

色彩：24BIT

- 20 -

第三章 系統設計與製作

3-1 正反轉電路圖

圖 3.1: 正反轉電路圖

當 MIC 接收到聲音，TR 開始計時至設定的時間然後停止所有的動作，

當馬達動作時，橫桿觸碰到 LSR 時，R2 開始動作 R1 斷電(馬達反方向轉動)。

當馬達反轉，橫桿觸碰到 LSF 時，R1 開始動作 R2 斷電 (馬達反方向轉動)。

兩種動作互相交替運作，PB1 為手動啟動按鈕，PB2 為強制停止按鈕。

- 21 -

3-2 聲控電路圖

圖 3.2: 聲控電路圖

此電路為聲控電路，功能是利用聲音產生一個小訊號，並藉由放大電

路將訊號放大，我們可以拿這些訊號來作一些控制。

電路產生小訊號雖透過放大電路放大，但是訊號輸出還是很小所以我

們就利用電晶體的特性，讓訊號作導通或關閉，當電晶體導通時馬達迴路

便會通電。

- 22 -

3-3 動作流程及討論

動作流程:接上電源後利用晶體麥克風，接收聲音使馬達正轉碰觸極限開關

後反轉，在啟動的同時限時電驛動作，到設定的時間停止所有的動作，設

置有按鈕開關以便緊急停止和啟動，利用視訊裝置以及平面電視來監控整

個動作流程。

討論:如何讓搖床更具有穩定性以及如何讓接收聲音的麥克風不要過度敏

感，是我們還可以在加強的地方，當父母外出交給保母或親友照顧時，如

果有遠距離的遙控，可以在啟動的地方加裝遙控器及接收器，這樣就算和

嬰兒有距離的時候也可以進行遠端遙控。

某家電信業者也有推出，利用 3G 電話，製作一個視訊裝置，它是可以接收

聲音以及對話，晚上也可以看的很清楚，甚至還可以錄影，如果把它裝在

嬰兒車上或者常常活動的地點，不僅僅可以降低發生意外的機率，家長也

能隋時隨地觀察小孩子的狀況。

- 23 -

第四章 實驗結果與討論

理想動作

(1) 接收到嬰兒的哭聲後自動發出訊號通知家長，並且啟動搖籃讓它進行

來回 45 度的搖晃，並可視嬰兒情況調整搖晃時間。

(2) 如果嬰兒停止哭聲或吵鬧的話，可以手動停止搖籃擺動。

(3)發出訊號通知家長。

(4)家長可由遠端(如廚房…)來控制嬰兒搖籃。

(5)家長可以按下啟動開關，讓搖籃擺動。

(6)裝上監視系統，可以隨時觀看嬰兒的情況， 可以視情況過去安撫嬰兒。

完成動作

(1) 當接收到嬰兒哭聲時，會啟動搖籃作來回搖晃。

(2) 可以手動開啟或停止搖籃。

(3) 可以上下轉動調整監視系統的視角。

簡易操作過程

接上電源後利用晶體麥克風，接收聲音使馬達正轉碰觸極限開關後反轉，

在啟動的同時限時電驛動作，到設定的時間停止所有的動作，設置有按鈕

開關以便緊急停止和啟動，利用視訊裝置以及平面電視來監控整個動作流

程。

- 24 -

第五章 結論

嬰幼兒看護系統是現今社會植德探討的研究項目，它可以使得家中的

大人更加注意小孩的安全，以降低發生意外的機率，故我們將專題導向防

止兒童意外發生方面去設計，其大約需要以下功能:

(1) 聲控感應器，能有效偵測嬰兒哭聲啟動搖籃、通知家長。

(2) 攝影機，若有狀況能讓家長隨時觀看嬰兒狀況。

本嬰幼兒看護系統，尚有許多空間可以發展，需要不斷的進行改進缺

失以求讓系統更加方便完整化，才能達到所需的目標，因此需要對以下進

行更多的改進:

(1) 聲控感應器的靈敏度。

(2) 搖籃的順暢性不至於讓嬰兒有不舒服的感覺。

(3) 加入音樂盒在搖床啟動時加以啟動音樂來安撫嬰兒的情緒。

(4) 遠端遙控器的製作

(5) 增加視訊接收聲音及對話功能

- 25 -

作者簡介

組員:劉哲志 學號:BD95045

證照:工業配線丙級

(行政院勞工委員會 發、編號:013-063110)

學歷:台中市光華高工 修平技術學院

組員:馬懷中 學號:BN95006

證照:工業配線丙級

(行政院勞工委員會 發、編號: 013-064416)

學歷:國立霧峰農工 修平技術學院

組員:湯偉傑 學號:BD95039

證照:工業配線丙級

(行政院勞工委員會 發、編號:013-062290)

學歷:國立霧峰農工 修平技術學院

組員:楊耀任 學號:BD95024

學歷:台中大明高中 修平技術學院

- 26 -

參考文獻

【書名】 丙級工業配線/學科題庫解析

【出版】台科大

【作者】王清崧等著

【出版日期】2007-02 出版

【書名】電子學實習

【出版】高立圖書

【作者】劉思竹等著

【出版日期】2007-08 出版

- 27 -

附錄一 材料表

直線型減變速馬達

視訊裝置

微動開關

繼電器

內角鐵

鋁線

版狀 木材

條狀 木材

電阻 47K、1M、10K、4.7M、10M

電容 0.047

電晶體 9012 9013

晶體麥克風

電池扣

單心線

1.25mm 絞線

保持電驛

9V 電池

- 28 -

附錄二 工作分配及工作進度表

表附錄 2.1:工作分配表

表附錄 2.2:工作進度表

組員 工作項目

劉哲志 海報製作、材料購買

楊曜任 資料整理、材料購買

湯偉傑 收集資料、系統整合測試

馬懷中 系統規劃、撰寫報告

- 29 -

附錄三 成品架構圖

圖附錄 3.1:成品架構圖

- 30 -

附錄四 成品實體圖

圖 3.2 聲控開關模組

圖 3.3:成品完成圖

- 31 -

附錄五:成品實體圖

圖 3.4: 成品完成圖

圖 3.5: 成品完成圖