物聯網

智齡聯盟跨領域⼈人才培育課程模組-106年研發初版

物聯網以智慧輪椅 為例 胡碩誠 助理教授 世新⼤大學 資訊管理學系

本教材內容採⽤用創⽤用CC，「姓名標⽰示-⾮非商業性-相同⽅方式分享」3.0台灣授權條款。

⺫⽬目錄 ✽ 03 概述 ✽ 05 模組規劃 ✽ 07 實施步驟及內容 08 單元⼀一：物聯網-智慧輪椅背景介紹及系統架構 13 單元⼆二：網⾴頁程式設計開發 20 單元三：Arduino YUN無線網路設定 25 單元四：感測器的簡介與應⽤用&無線傳輸 39 單元五：YBB CAR⾺馬達校正&遠端⾏行進控制 44 單元六：關卡設計與競賽

✽ 53 實際案例 – 智慧輪椅⼯工作坊 53 教學實況紀錄 56 學⽣生成果花絮

✽ 58 建議及注意事項 59 模組開發歷史

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物聯網 - 以智慧輪椅為例 開發教師

物 聯 網 應 ⽤用 開 發

胡碩誠 助理教授 世新⼤大學 資訊管理學系

智 慧 輪 椅

概述 模組簡介 本模組設計主要⺫⽬目的是希望不同領 域的同學都能學習到程式設計的基 本概念，並透過實作對於新興科技 應⽤用能有所領悟。 本課程將使⽤用Arduino Yun為主控 制板的輪型機器⼈人作為智慧輪椅的 硬體部分。學員將學習到多個常⾒見 的感測器模組、伺服⾺馬達的原理和 如何使⽤用Arduino Sketch程式來存 取或控制這些硬體，也教導學員使

⽤用HTML與JavaScript來撰寫動態網 ⾴頁，透過動態網⾴頁與硬體互動，讓 使⽤用者可以利⽤用任何平台的⾏行動裝 置來操控輪型機器⼈人，能在螢幕上 看到感測器資料以及即時的攝影機 畫⾯面，模擬出⾼高齡者使⽤用智慧輪椅 的情境。最後，學員們將活⽤用所學 到的軟硬體整合技術，透過競賽的 ⽅方式，思考如何設計出兼顧安全與 實⽤用性的智慧輪椅。

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模組⺫⽬目標 瞭解物聯網的基本概念 實際操作物聯網的應⽤用 瞭解物聯網的未來發展 跨領域合作

教學時數 本模組包括六個單元，總計教學時數為8⼩小時。 單元⼀一：物聯網-智慧輪椅背景介紹及系統架構（1⼩小時） 單元⼆二：網⾴頁程式設計開發（1⼩小時） 單元三：Arduino YUN無線網路設定（1⼩小時） 單元四：感測器的簡介與應⽤用&無線傳輸（1.5⼩小時） 單元五：YBB CAR⾺馬達校正&遠端⾏行進控制（1.5⼩小時） 單元六：關卡設計與競賽（2⼩小時）

適⽤用學習者

適⽤用課程

本模組適⽤用之學習者為對於 「物聯網」應⽤用議題有興趣 的⽼老師、學⽣生及⼯工作者，不 限科系。

本模組以物聯網應⽤用為核⼼心，教導 基礎程式設計與軟硬體整合應⽤用， 適合資訊應⽤用及物聯網概論等課程。

應⽤用場域

預期效益

年⻑⾧長者居家照護

提升學員對程式設計的興趣，供學 員修習進階課程，及未來參與相關 產業的基礎。

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模組規劃 教學理念 「物聯網-以智慧輪椅為例」課程模組採 ⽤用以學習者為中⼼心的參與式學習，培養學 ⽣生發揮⾃自⾝身專業、跨領域合作的能⼒力，引 導學⽣生以設計思考的流程，從概念介紹、 情境分析、整合設計，讓學⽣生組成跨領域 的⼩小組，討論、合作、分析不同的觀點， 共同製作可⾏行性⽅方案。 此模組中學⽣生藉由課程瞭解軟硬體開發以 及實際操作，引導學⽣生思考⽣生活中可能會 遇到的問題及解決⽣生活中的不⽅方便。

課程時間 總時數8⼩小時 六個單元

學⽣生⼈人數 本模組學⽣生為59位，共 分為8組，每組都是由 不同科系學⽣生組成。

模組⼤大綱 單元⼀一：物聯網-智慧輪椅背景介紹 及系統架構（1時數） 介紹物聯網基本概念及智慧輪椅的背景及 物聯網的概念，瞭解智慧輪椅對於⽣生活的 重要性以及有哪些功能模組，說明系統架 構。

單元⼆二 : 網⾴頁程式設計開發（1時數） 學習基礎的網⾴頁程式設計，了解HTML基本 結構，學習可以在網⾴頁顯⽰示⽂文字、顯⽰示圖 ⽚片、製作表格，進⽽而利⽤用網⾴頁操控YBB CAR智慧⾞車。

單元三 : Arduino YUN無線網路 設定（1時數） 介紹什麼是Arduino YUN以及按照步驟進⾏行 無線網路設定。

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場域洽談 電腦教室、⼀一般教室 (需⾃自備筆記型電腦 以及具有上網功能的 智慧型⼿手機。)

學⽣生成果評量⽅方式 學⽣生經過課程教學， 學習物聯網基本概念、 網⾴頁程式設計、感測 器的應⽤用，讓YBB CAR能遠端控制，再 藉由設計關卡、分組 競賽的⽅方式，達到教 學⺫⽬目的。

單元四：感測器的簡介與應⽤用 &無線傳輸（1.5時數） 認識擴充板接腳，並了解每個感測器的內容， 瞭解後實際運⽤用及接線操作。

單元五：YBB CAR⾺馬達校正 &遠端⾏行進控制（1.5時數） 上傳程式來進⾏行YBB CAR的⾺馬達校正與操 作。利⽤用網⾴頁送出指令，藉由Arduino分析 接收到的訊息，再加上攝影機傳遞影像，達 到遠端⾏行進控制。

單元六：關卡設計與競賽（2時數） 各組思考⽣生活中可能會遇到的障礙，設計出 ⽣生活化的關卡，最後利⽤用競賽，達成學習成 果。

課程時間 總時數8⼩小時 六個單元

學⽣生⼈人數 本模組學⽣生為59位， 共分為8組，每組都 是由不同科系學⽣生組 成。

場域洽談 電腦教室、⼀一般教室 (需⾃自備筆記型電腦以 及具有上網功能的智 慧型⼿手機。)

教學師資及⼈人員 學⽣生成果評量⽅方式

授課教師：1位 擔任課程規劃、教學活動設計、授課及引 導討論。

教學助理：14位 協助課程規劃、場地安排及⾏行政聯繫等 ⼯工作。

⼯工作⼈人員：5位 協助課程攝影紀錄、體驗物聯網應⽤用開 發及相關軟硬體教學，負責團隊輔導。

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學⽣生經過課程教學， 學習物聯網基本概念、 網⾴頁程式設計、感測 器的應⽤用，讓YBB CAR能遠端控制，再 藉由設計關卡、分組 競賽的⽅方式，達到教 學⺫⽬目的。

實施步驟及內容 單元規劃 1HR

1 HR

1 HR

物聯網-智慧輪椅背 景介紹及系統架構

網⾴頁程式 設計開發

Arduino YUN 無線網路設定

單元⼀一

單元⼆二

單元三

1.5 HR

1.5 HR

2 HR

感測器的簡介 與應⽤用&無線傳輸

YBB CAR⾺馬達校 正 &遠端⾏行進控制

關卡設計與競賽

單元四

單元五

單元六

本課程為技術模組，透過導師引導，促進團隊跨領域合作、討論及解決 問題，透過課程教學並實際應⽤用操作。課程包含六個單元，運⽤用講授法、 體驗式教學法、討論法、合作學習等教學⽅方法，最後將每個單元統整， 使得YBB CAR智慧⾞車能夠成功⾏行進，完成關卡。

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單元⼀一：物聯網-智慧輪椅背景介紹及系統架構 教學⽅方法 講授法，由教師先以簡報⽅方式，概述本課程的 ⺫⽬目標、流程，講授物聯網-智慧輪椅背景、定 義概念及應⽤用、系統架構等知識，建⽴立基本的 專業內涵。

⺫⽬目標

了解智慧輪椅的 需求及背景

教學內容 物聯網基本概念 物聯網(Internet of Things, IoT)的概念，被提 出最少有10年之久。近年來隨著⾏行動裝置的普 及、微電機技術的進步與成本降低以及網際網 路基礎建設成熟，讓物聯網得以實現。簡單來 說，物聯網就是各種感測器或致動器透過 Internet互相連結，進⾏行通信和信息交換，以 實現智能化的識別、定位、跟蹤、監控與管理。 物聯網的應⽤用範疇從個⼈人到社會各個領域，可 參考下圖所⽰示。從技術層⾯面來看，物聯網可以 分成三層，由下⽽而上分別是感測層、網路層與 應⽤用層，彼此各司其職卻也環環相扣。

時間 1HR

場地

電腦教室

器材

投影機、⿆麥克⾵風 電腦 https://www.bnext.com.tw/article/ 34549/bn-article-34549 8

物聯網-智慧輪椅背景介紹及系統架構 背景介紹 – 智慧輪椅 下肢⾏行動障礙是⾼高齡者常⾒見的障礙之⼀一,⾃自主⾏行動能⼒力是⾼高品質晚年 ⽣生活的基本需求,輪椅是最常⾒見、最重要的⾏行動輔具,輪椅使⽤用者中 六成是中⾼高齡者,⺫⽬目的是要提⾼高⾃自主⾏行動⼒力。 相較於傳統電動輪椅，智慧輪椅需配備攝影機、環境感測器、⽣生理 訊號感測器，以及網路連線的功能能夠將相關感測數據，傳送⾄至使 ⽤用者的裝置或是後端照護機構，讓使⽤用者或相關照顧⼈人⼠士能夠了解 或記錄相關數據。遇到緊急的狀況(陡降坡、傾斜路⾯面、使⽤用者發⽣生 緊急⽣生理狀況)，智慧輪椅能夠主動做出適當反應。同時使⽤用者也夠 透過⾏行動裝置來操控智慧輪椅，提⾼高活動⾃自主性。

http://ifish.dudaone.com/newpage-13 https://www.polyu.edu.hk/ife/corp/en/publications/tech_front.php?tfid=12009

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物聯網-智慧輪椅背景介紹及系統架構 背景介紹 – 智慧輪椅功能模組

輪椅⾏行動載具

環境（情境）感知系統

智慧⾏行⾞車系統

⽣生理訊號量測與評估系統

環境控制系統

網路與通訊系統

⼈人機介⾯面

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物聯網-智慧輪椅背景介紹及系統架構 系統架構(硬體)

⾏行動裝置

微控制器 http://www.playrobot.com/arduinoboard/7-arduino-yun.html

感測器與致動 器

http://www.playrobot.com/playroboteducation-kit/775-arduino-yun-ybbcar.html

http://mypaper.pchome.com.tw/pigkuo2012/post/ 1326449059 https://www.kocoafab.cc/tutorial/view/62

硬體架構: 藉由各種⾏行動裝置連線⾄至Arduino Yun主控制板，加上多個感測 器模組、伺服⾺馬達等，使輪型機器⼈人可以執⾏行動作。

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物聯網-智慧輪椅背景介紹及系統架構 系統架構(軟體)

⾏行動裝置

HTML&JavaScript

HTTP

微控制器

Digital/Analog Signal

Arduino Sketch

感測器與致動器

軟體架構: 使⽤用HTML與JavaScript來撰寫動態網⾴頁，透過動態網⾴頁與 Arduino Yun主控制板作連結，再使⽤用Arduino Sketch程式存取 或控制感測器模組。

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單元⼆二：網⾴頁程式設計開發

⺫⽬目標 簡單了解HTML與 JavaScript的架 構，最終能完成簡 單的動態網⾴頁。

時間 1HR

場地

電腦教室

器材

投影機、⿆麥克⾵風、 電腦

教學⽅方法 講授法，由教師以簡報⽅方式，概述網⾴頁程式基 本概念，講授及練習並⾏行，建⽴立基本網⾴頁撰寫 的專業技術。

教學內容 HTML HyperText Markup Language 超⽂文件標⽰示語⾔言 (⼀一)打造網⾴頁的基⽯石 (⼆二)⽤用標籤(tag)來標記(markup)網⾴頁中所呈現 的畫⾯面內容<html>

HTML基本結構 <html> <head> <title> </title> </head> <body> 您所要在瀏覽器顯⽰示的內容 </body> </html>

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網⾴頁程式設計開發 HTML – ⽂文字及圖⽚片顯⽰示 <html> <head> <title> IoT Workshop </title> </head> <body> Hello Everyone! </body> </html> welcome.html <html> <head> <title> IoT Workshop </title> </head> <body> <img src="on.jpg" width="50“id="image12"> <br> <img src="off.jpg" width="50" id="image13“> </body> </html>

image.html

14

網⾴頁程式設計開發 HTML – 表格 <html> <head> <title> IoT Workshop </title> </head> <body> <table border="1"> <tr> <th width="100dp" height="50dp">Left Light</th> <th width="100dp" height="50dp">Right Light</th> </tr> <tr> <th height="50dp"></th> <th height="50dp"></th> </tr> </table> </body> </html> table.html

15

網⾴頁程式設計開發 HTML – 按鍵、⽂文字欄位

<html> <head> <title> IoT Workshop </title> </head> <body> <input type=“button” value=“BUTTON” id="btn" style="width: 200px;height: 70px"> </body> </html> button.html

<html> <head> <title> IoT Workshop </title> </head> <body> Show Text: <input type="text" style="text-align: center;" id="text1" value="100" size="10" readonly /> </body> </html> text.html

16

網⾴頁程式設計開發 JavaScript - 介紹 HTML⽂文件

<script> …………….. …………….. </script>

使⽤用在HTML⽂文件中 <script> …</script> Javascript

在瀏覽器環境下執⾏行的程式語⾔言 以程式來控制網⾴頁內容 提供網⾴頁互動功能與動態效果

事件發⽣生(參數)

改變網⾴頁內容

<body> …………..... …………..... </body>

html

17

網⾴頁程式設計開發 JavaScript - 範例說明

<table border="1"> <tr> <th>Left Light</th> <th>Right Light</th> </tr> <tr> <th> <input type="hidden" name="pin" value="12" id="pin12" /> <input type="hidden" name="action" value="1" id="action12" /> <img src="on.jpg" width="50" id="image12“ onclick="sendbutton(document.getElementById('pin12').value ,document.getElementById('action12').value);" /> 12 </th> 1 <th> <input type="hidden" name="pin" value="13" id="pin13" /> <input type="hidden" name="action" value="0" id="action13" /> <img src="off.jpg" width="50" id="image13" onclick="sendbutton(document.getElementById('pin13').value ,document.getElementById('action13').value);" /> </th> </tr> </table>

dyn_image.html pin12(12) action12(1) pin13(13) action13(0) 18

網⾴頁程式設計開發 JavaScript - 範例說明 <script type="text/javascript"> function sendbutton(Pin, action){ (12, 1) if (action == 0) { action = "1"; image = "on.jpg"; } else { action12 action = "0"; image = "off.jpg"; image12 } ActNum = "action" + Pin; ImgNum = "image" + Pin; document.getElementById(ActNum).value = action; document.getElementById(ImgNum).src = image; document.getElementById("description").innerHTML = ActNum; } </script> dyn_image.html

pin12(12) action12(1)

pin12(12) action12(0)

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單元三：Arduino YUN無線網路設定 教學⽅方法 講授法，由教師以簡報⽅方式，介紹Arduino YUN雲板，講授及實作Arduino YUN之無線網 路設定，建⽴立操作YBB CAR的基礎能⼒力。

教學內容 概述Arduino YUN雲板 Arduino Yun是Arduino最新的開發板，是 Arduino公司Wi-Fi⽣生產線的⾸首項產品。設有⼄乙 太網和WiFi⽀支援功能、USB-A埠、微型SD卡插 槽、20個數位輸⼊入/輸出引腳、micro USB連接 器、ICSP和三個重新開機按鈕。

⺫⽬目標 認識Arduino YUN 雲板，並學習無線 網路設定，上傳程 式。

時間 1HR

場地

電腦教室

器材

投影機、⿆麥克⾵風、 YBB CAR、筆記型 電腦以及具有上網 功能的智慧型⼿手機。 http://www.playrobot.com/arduino-board/7-arduino-yun.html

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Arduino YUN無線網路設定 概述Arduino YUN雲板

https://www.epictinker.com/Arduino-Yun-p/ard-yun.htm

左邊是ATmega32u4控制晶⽚片為Arduino環境，右邊是AR9331處理器為 Linux環境，Bridge庫⽤用來連結兩個處理器之間的通信。USB、網路介 ⾯面、Wifi和SD卡是連接到AR9331，再利⽤用Bridge連結到Arduino。

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Arduino YUN無線網路設定 無線網路設定 STEP 1: 先重設Wifi 壓住wifi reset鍵五秒鐘 以YUN作為Access Point(AP)

STEP 2: 在筆記型電腦中開啟wifi設定，選擇Arduino YUN-XXXXX 接著開啟瀏覽器輸⼊入 : http://192.168.240.1 進⼊入設定⾴頁⾯面，輸⼊入密碼 : doghunter，按下configure

Teaching note 請描述教學注意事項或是經驗分享⼩小提醒。字體⼤大⼩小14pt，⾏行 距1.15，微軟正⿊黑體。⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文 字⽂文字⽂文字⽂文字。 ⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文 字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字 ⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字⽂文字。 doghunter

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Arduino YUN無線網路設定 無線網路設定 STEP 3: 將⼿手機開啟網路並分享熱點 到此⾴頁⾯面選擇⾃自⼰己⼿手機的網路、輸⼊入密碼 按下Configure&Restart，無線網路設定完成! 將電腦wifi設定為⾃自⼰己⼿手機的網路，此時 YBBCAR及電腦都連接⾄至⼿手機。

選擇⼿手機網路 輸⼊入密碼

以⼿手機為AP

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Arduino YUN無線網路設定 無線網路設定 測試並上傳Arduino程式: 打開Arduino→選擇Tools→Board:Arduino YUN→ Board:Arduino YUN Tools→Port→YUN at 192.168.X.XX→按下箭頭符號→成功上傳!

Teaching note: 這⼀一單元須設定無線網路，在第⼆二步驟，若是電腦⼀一直搜尋不到 AP(Arduino YUN-XXXXX)，則需要再次按壓wifi reset鍵五秒，直 到筆記型電腦搜尋到，才能進⾏行下⼀一步驟。 24

單元四：感測器的簡介與應⽤用&無線傳輸 ⺫⽬目標

認識擴充板接腳， 了解感測器的⽤用途， 實際運⽤用及操作。

時間

教學⽅方法 講授法、體驗學習法，由教師以簡報⽅方式， 認識擴充板的構造、接腳，了解各個感測器 的功能、⽤用途，並實際讓同學操作。

教學內容 感測器介紹 1.光敏電阻/模組 • 利⽤用光電導效應的⼀一種特殊電阻，對環 境光線敏感 • 光強度增加，則電阻減⼩小；光強度減⼩小， 則電阻增⼤大

1.5HR

場地

電腦教室

2.三軸加速器 光敏電阻 光敏模組 • 三軸加速度感應器可⽤用來量測三個軸向 移動的加速度 • ⽤用來偵測：傾斜、旋轉、震動、碰撞

器材

投影機、⿆麥克⾵風、 YBB CAR、筆記型 電腦以及具有上網 功能的智慧型⼿手機。

三軸加速器正⾯面

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三軸加速器反⾯面

感測器的簡介與應⽤用&無線傳輸 感測器介紹 3.紅外線收發器 • 利⽤用紅外線收發器來感應前⽅方是否有物品或者前⽅方是否懸空 • 應⽤用實例：避障、循跡、防跌落

紅外線收發器(避障)

紅外線收發器(循跡)

4.超⾳音波測距模組(HC-SR04) • 由超⾳音波發射器、接收器和控制電路所組成 • 藉由物體反射超⾳音波，感測器依來回時間測量與物體距離

超⾳音波模組原理

超⾳音波測距模組

5.溫溼度感測器 • 可以檢測周圍環境的濕度和溫度 • 將所量測到的溫、濕度資料拆解成為數位訊號，再由 data pin腳 將資料送出

溫溼度感測器

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http://www.playrobot.com/5-Sensor

感測器的簡介與應⽤用&無線傳輸 Sensor shield & 擴充板接腳介紹

上圖左半邊為Sensor shield有Digital pins(數位訊號:只有0和1兩種訊 號)、Analog pins(類⽐比訊號:有連續的訊號)、⾺馬達接到的GND(接地線) 和⾺馬達接到的5V(電流)以及⼀一個Power LED。 右半邊則是有VCC(電流)、麵包板、Digital pins(與左半邊的數位訊號是 同樣的)、 GND(接地)、Analog pins(與左半邊的類⽐比訊號是相同的)。 [上述是本次⼯工作坊主要會使⽤用到的部分]

LED接線範例圖

LED⻑⾧長腳接到正極(VCC);短腳接到負極(GND) 此範例:⿊黑線→接地;藍線→綠LED和紅LED共⽤用地線; 綠⾊色LED接電阻再接到Digital pin13; 紅⾊色LED則接到Digital pin12(Digital帶有電流) 27

感測器的簡介與應⽤用&無線傳輸 Sensor shield & 擴充板接腳介紹 光敏模組接線範例圖

此範例: 綠線:Signal→A0 ⿊黑線:GND 紅線:VCC

三軸加速器接線範例圖 此範例: 綠線:Z→A1 ⿈黃線:Y→A2 藍線:X→A3 ⿊黑線:GND 紅線:VCC

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感測器的簡介與應⽤用&無線傳輸 Sensor shield & 擴充板接腳介紹 超⾳音波測距(HC-SR04)模組接線範例圖 此範例: 紅線:VCC ⿈黃線:Trig(發送訊號) →Digital5 藍線:Echo(接收訊號) →Digital6 ⿊黑線:GND

溫溼度感測器(DHT11)接線範例圖

此範例: ⿊黑線:GND 紅線:VCC 綠線:Signal→Digital pin8

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感測器的簡介與應⽤用&無線傳輸 無線傳輸影像

利⽤用網⾴頁與YUN溝通 Arduino YUN HTTP

Linino

網⾴頁檔案(html)

Bridge/process Arduino

Script (ino)

Browser

http://YUN's IP/sd/AJAX/index.html HTML *顯⽰示影像* <img src=“http://YUN’s IP:8080/?action=stream" />

JavaScript ㄏ function morestatus() *取得Sensor值* function updateasyncstatus() function YBBControl()

*遙控⾏行進⽅方向*

onClick

網⾴頁存放路徑: /mnt/sda1/Arduino/www/AJAX/index.html 30

感測器的簡介與應⽤用&無線傳輸 無線傳輸影像 重點程式碼如下: 傳輸影像⾄至網⾴頁 (HTML) 請參考單元三(P23)，知道YUN’s

<html> IP，在程式碼此處修改 <head> <title>Arduino Yun I/O Demo</title> </head> <font face=”Arial”> <img src="http://192.168.31.110:8080/?action=stream" /> <p id="description"> Live Video Streaming </p> </font> </html>

傳輸影像⾄至網⾴頁 (Script) #include <Bridge.h> //加⼊入Bridge.h程式庫 #include <YunServer.h> //加⼊入YunServer.h程式庫 #include <YunClient.h> //加⼊入YunClient.h程式庫 #include <Process.h> //加⼊入Process.h程式庫 YunServer server; //Yun的網路伺服器監聽預設 在port 5555將會發送所有HTTP指令給我們 Process WebCam; // 宣告WebCam物件使⽤用Process類別

31

感測器的簡介與應⽤用&無線傳輸 無線傳輸影像 傳輸影像⾄至網⾴頁 (Script) void setup() { // 建⽴立初始化區塊 pinMode(13, OUTPUT); //設定紅⾊色LED為輸⼊入 digitalWrite(13, LOW); // 透過燈號改變知道bridge開始運作 Bridge.begin(); // 初始化Bridge，連接ATmega和AR9331 server.listenOnLocalhost(); // 只監聽連接本地主機的指令， 不能連接其他額外的 網路 server.begin(); delay(10000); //等待Linux開機完全再輸⼊入指令 //開啟視訊串流 WebCam.runShellCommandAsynchronously("mjpg_streamer -i \"input_uvc.so -d /dev/video0 -r 320x240 -f 25\" -o \"output_http.so -p 8080 -w /www/webcam\" &"); while (WebCam.running()); digitalWrite(13, HIGH); } //end of setup() 如何上傳網⾴頁⾄至YUN

開啟WinSCP 輸⼊入主機名稱(YUN’s IP:192.168.X.XX)、使⽤用者名稱(root)、 密碼(doghunter)即可登⼊入 32

感測器的簡介與應⽤用&無線傳輸 無線傳輸影像 如何上傳網⾴頁⾄至YUN 登⼊入後的畫⾯面

Teaching Note: 登⼊入後，左邊畫⾯面是⾃自⼰己電腦的資料夾 ⺫⽬目錄，右邊是YBB CAR的SD CARD資 料夾⺫⽬目錄，將index.html的檔案上傳⾄至/ mnt/sda1/Arduino/www/AJAX 再開啟瀏覽器，輸⼊入 YUN’s ip(192.168.X.XX)/sd/AJAX 即可看到影像畫⾯面

33

感測器的簡介與應⽤用&無線傳輸 無線傳輸感測資料 重點程式碼如下: 傳輸感測資料 (html)

傳輸感測資料 (JavaScript)

每隔2秒傳送HTTP GET request到YUN(Server)

http://YUN’s IP/ arduino/status / 99 處理解析response

Teaching Note: 上半部程式碼為HTML的部分: Light的內容為光敏電阻值;LED Green&Red的內容為LED燈亮或不亮; X、Y、Z axis為三軸加速器值。 下半部程式碼為JavaScript的部分: 紅框中表⽰示每隔兩秒會傳送資訊到YUN，再去解析回應內容。 34

感測器的簡介與應⽤用&無線傳輸 無線傳輸感測資料 重點程式碼如下: 傳輸感測資料 (Arduino)

Arduino YUN Linino 網⾴頁檔案(html)

http://YUN’s IP/ arduino/ status / 99

Bridge/process status/99 Arduino Script (ino)

Teaching Note: 紅框部分表⽰示從伺服器接收，如果是新的client端訊息就跳到process執 ⾏行，如果是command=status再到statusCommand接收接腳訊息，下⾴頁 程式接續。

35

感測器的簡介與應⽤用&無線傳輸 無線傳輸感測資料 重點程式碼如下: 傳輸感測資料 (Arduino)

status

[12,13] status#12=0 status#12=0 #13=1 [0,1,2,3]

status#12=0#13=1#A0=900 status#12=0#13=1#A0=900#A1=407 status#12=0#13=1#A0=900#A1=407#A2=347

status#12=0#13=1#A0=900#A1=407#A2=347#A3=339 Teaching Note: 此⾴頁程式是將讀取數位及類⽐比各個接腳的資訊並輸出成所要的格式， 再傳到Client端。 36

感測器的簡介與應⽤用&無線傳輸 無線傳輸感測資料 重點程式碼如下: 傳輸感測資料 (JavaScript)

分析response，更改網 ⾴頁內容

status#12=0#13=1#A0=950#A1=390#A2=378

status

12

12=0

0

13

A0=950

13=1

1

A0

950

A1=390

A1

390

A2=378

A2

378

Teaching Note: 此⾴頁程式是將接收到的資訊分割，先分割”#”再分割”=”，讓網⾴頁在指定的 資訊欄只呈現出”數值”。 37

感測器的簡介與應⽤用&無線傳輸 無線傳輸感測資料 網⾴頁呈現的結果

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單元五：YBB CAR⾺馬達校正&遠端⾏行進控制

教學⽅方法 講授法、體驗學習法，由教師以簡報⽅方式 教學，測試⾺馬達⽅方向，並修改網⾴頁端程式， 成功遠端操控;學⽣生們將⽼老師範例程式進⾏行 修改，實際操作、撰寫程式。

教學內容 校正⾺馬達 啟動Arduino軟體，並上傳MotorTest.ino程 式。 重點程式碼如下:

⺫⽬目標 上傳程式校正YBB CAR⾺馬達。利⽤用網 ⾴頁送出指令，分析 訊息，達到遠端⾏行 進控制。

時間 1.5HR

停⽌止 void carstop( ) { servoRight.writeMicroseconds(1500); servoLeft.writeMicroseconds(1500); }

場地

電腦教室

器材

Teaching Note: 當傳送停⽌止的指令，⾺馬達需為靜⽌止狀態; 若⾺馬達有動作，則需調整⾺馬達螺絲，調整⾄至 ⾺馬達靜⽌止。

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投影機、⿆麥克⾵風、 YBB CAR、筆記型 電腦以及具有上網 功能的智慧型⼿手機。

YBB CAR⾺馬達校正&遠端⾏行進控制 ⾏行進控制 啟動Arduino軟體，並上傳MotorTest.ino程式。 重點程式碼如下:

前進 void forward( ) { servoRight.writeMicroseconds(1300); servoLeft.writeMicroseconds(1700); }

右輪順時針⽅方向最⼤大轉速 左輪逆時針⽅方向最⼤大轉速

後退 void backward( ) { servoRight.writeMicroseconds(1700); servoLeft.writeMicroseconds(1300); }

右輪逆時針⽅方向轉 左輪順時針⽅方向轉

左轉

void turnLeft( ) { servoRight.writeMicroseconds(1300); servoLeft.writeMicroseconds(1300); }

右輪順時針⽅方向轉 左輪順時針⽅方向轉

右轉

void turnRight( ) { servoRight.writeMicroseconds(1700); servoLeft.writeMicroseconds(1700); }

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右輪逆時針⽅方向轉 左輪逆時針⽅方向轉

YBB CAR⾺馬達校正&遠端⾏行進控制 遠端⾏行進控制 如何送出前進指令 - 網⾴頁端 重點程式碼如下:

<input type="hidden" name="action" value="1" id="forward" /> <input type=“button” value=“Forward“ id="btnF" style=“width:200px;height:70px”onclick= “YBBControl( document.getElementById(‘forward’).value );" />

1 function YBBControl(action) { document.getElementById(“description”).innerHTML = “Button Click"; server = "/arduino/robot/" + action; request = new XMLHttpRequest(); request.open("GET", server, true); request.send(null); }

http://YUN’s IP/ arduino/ robot / 1

Teaching Note: 此部分程式碼為網⾴頁端接收到前進的指令，前進的指令值為action“1” ，再傳送到Arduino端去執⾏行動作。

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YBB CAR⾺馬達校正&遠端⾏行進控制 遠端⾏行進控制 如何送出前進指令 - Arduino分析接收訊息 重點程式碼如下: void setup() { ………… servoLeft.attach(11); // 連接左邊⾺馬達的訊號到PIN 11 servoRight.attach(10); // 連接右邊⾺馬達的訊號到PIN 10 ………… } void process(YunClient client) { String command = client.readStringUntil('/');// 讀取指令，讀取指令的 字串直到遇到 / 符號 if (command == "status") { // 是"status"指令? (回報個接腳狀態) statusCommand(client); // 是的話執⾏行statusCommand副程式 } if (command == "robot") { // 是否為"robot"指令? (控制移動⽅方向) robotCommand(client); // 是的話執⾏行robotCommand副程式 } } // end of process() Arduino YUN Linino 網⾴頁檔案(html)

http://YUN’s IP/ arduino/ robot / 1

Bridge/process Arduino Script (ino)

robot/ 1

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YBB CAR⾺馬達校正&遠端⾏行進控制 遠端⾏行進控制 如何送出前進指令 - Arduino控制⾏行進⽅方向 重點程式碼如下: void robotCommand(YunClient client) { byte command; command = client.parseInt(); if (command == 1) { forward(); } if (command == 2) { backward(); } if (command == 3) { turnright(); } if (command == 4) { turnleft(); } if (command == 5) { carstop(); } } // end of robotCommand()

robot / 1

// 前進 1 // 後退

// 右轉

// 左轉

// 停⽌止移動

Teaching Note: P.40&P.41程式碼解說: 設定好⾺馬達的PIN，到process執⾏行，如果是(command=="robot")再到 robotCommand執⾏行，接收到的值為”1”，就執⾏行前進的動作。

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單元六：關卡設計與競賽

⺫⽬目標

教學⽅方法 講授法、討論法、合作學習法。由教師⽰示 範教學，再讓學員們分組討論。

將學習到的技術實 際應⽤用，藉由設計 關卡、闖關的⽅方式， 呈現出最後成果。

時間

教學內容 由教師⽰示範，結合網⾴頁程式、Arduino YUN、⾺馬達校正、遠端⾏行進操控，最終實際操 控YBB CAR。學員們發想討論，思考⽣生活中 會遇到的障礙，設計出符合⽣生活及多元化的關 卡，最後利⽤用闖關競賽，展現學習成果。

2HR

場地

電腦教室 ⼀一般⼤大教室

器材

YBB CAR、筆記型 電腦以及具有上網 功能的智慧型⼿手機、 紙箱、巧拼墊、剪 ⼑刀等⽂文具。

學員們分為六組，各⾃自進⾏行討論。分別進 ⾏行程式撰寫、修改及除錯，將⾃自⼰己組別的智慧 ⾞車程式修改成符合實際操作的⾓角度或動作;也需 要同時進⾏行關卡的設計，各組發揮創意，設計 出有趣的關卡。

關卡設計 分為幾個重點 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

直線前進 直⾓角轉彎 弧度轉彎 ⾃自動避障 上坡下坡 紅外線偵測 超⾳音波偵測

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關卡設計與競賽 關卡設計

在智慧輪椅⼯工作坊課程的最後，教師⽰示範最後成果給學員們參考，包含 網⾴頁設計、感測器變化的結果即時呈現、感測器的應⽤用、智慧⾞車的攝影 機拍攝等等，給予學員參考及⽅方向，完成最後的競賽。

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關卡設計與競賽 關卡設計

第⼀一組學員們⾃自⾏行分為 兩個⼩小隊。 ⼀一個⼩小隊負責設計關卡， 另⼀一個⼩小隊負責程式碼 的部分。

初想的關卡: 1. 上坡及下坡 2. 凹凸地⾯面 3. 轉彎 4. 勿壓到⿊黑線 學員們思考⽣生活中可能 會遇到的障礙並結合競 賽關卡。

第⼀一組學員的關卡，最 後加上寶特瓶作為障礙 物，在上坡後把寶特瓶 移除原本路線，並且避 開路旁的寶特瓶。

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關卡設計與競賽 關卡設計 第⼆二組學員設計的關卡 為: 1. 遇到障礙物，不能 撞倒。 2. 偵測到牆壁，能後 退或是轉彎 3. 直⾓角轉彎 4. 停⾞車到⾞車庫中

從起點出發⾺馬上 遇到障礙物，接 下來遇到的暗處 轉⾓角，可利⽤用 LED⼀一點點微弱 的光作為打亮的 功能，指引路線， 最後矯正⾓角度， 完美停⾞車。

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關卡設計與競賽 關卡設計

第四組學員，設計的關卡為⼀一出發就必須要⼤大⾓角度繞過障礙物，直 線加速通過第⼀一個坡道，遇到牆壁後必須直⾓角轉彎，再經過⼀一個約 三⼗十度的斜坡及完成關卡。看似簡單，但是富有許多⽣生活中會遇到 的狀況，是個很實際的關卡。

1.

2.

3.

4.

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⼤大⾓角度轉彎 上坡下坡 直⾓角轉彎 陡上坡度

關卡設計與競賽 關卡設計 第五組學員相當有創意 關卡豐富⼜又有趣。 1. 勿壓⿊黑線 2. 倒⾞車上坡 3. 斜⾓角直⾛走 4. 進⼊入⼭山洞 5. 停⾞車⼊入庫

第五組學員們絞盡腦汁 想出來的關卡⾮非常特別， 利⽤用寶特瓶做成翹翹板， 也在關卡中加⼊入許多⼩小 機關，例如⿊黑洞及窗簾， 讓闖關更加有趣。

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關卡設計與競賽 關卡設計 第六組學員設計關卡相 當的⽤用⼼心，只簡單利⽤用 巧拼墊、寶特瓶，就構 想出富有難度、考驗操 控者技術、智慧⾞車⾏行進 ⾓角度的⼀一關。

最後的關卡規則: 1. 起點出發，跟著路 線⾛走 2. 超過⿊黑線則加5秒 撞倒寶特瓶加5秒 3. 停⾞車到⿊黑框中

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關卡設計與競賽 關卡設計

關卡如下: 1. 直線前進 2. 上坡下坡 3. ⾃自動避帳 4. 調整⾓角度 5. 停⾞車⼊入庫

第七組學員，將主⼒力放在撰寫程式、矯正⾺馬達及調整轉彎⾓角度，經過多 次的修改，最後把智慧⾞車調整得很好，讓操控者在其他組別闖關時，都 能順利過關。 51

關卡設計與競賽 競賽

學員們到各組⼀一⼀一闖關，每⼀一組 關卡⾵風格都不同，難度也不同， 希望藉由這些關卡，反思⽣生活中 在⼀一般道路上也時常會遇到這些 障礙，要如何突破、避障都值得 我們去思考。

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實際案例 -「智慧輪椅⼯工作坊」 教學實況紀錄

智慧輪椅⼯工作坊 時間:106/3/17、18 地點:世新⼤大學 管理學院

Arduino YUN 無線網路設定

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教學實況紀錄

助教們技術輔導

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教學實況紀錄

助教們技術輔導

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學⽣生成果花絮

賽後合影

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學⽣生成果花絮

教師、助教群及 ⼯工作⼈人員合影

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建議及注意事項 本模組為技術模組，學習著重於 網⾴頁程式、Arduino程式及感測 器的使⽤用，需將這三個部分串聯 起來才能完成整個物聯網的應⽤用。 由於學員們都是跨領域學習，因 此教導軟體應⽤用部分需從基本概 念開始教學，可參考教師已完成 的程式碼，再進⾏行修改及測試， 較有效率及完成度較⾼高。 硬體應⽤用部分按照步驟教學以及 助教在旁協助，學員們可快速上 ⼿手，達成教學⺫⽬目標。 最後關卡設計及競賽，讓學員們 發揮創意，思考⽣生活中可能會遇 到的障礙，製作趣味⼜又富有挑戰 性的關卡，整合課程所學，完成 課程。

教 學 中 使 ⽤用 到 的 網 ⾴頁 程 式 碼 、 Arduino程式、需安裝的軟體、教 學⽤用之PowerPoint都放在雲端硬 碟中(https://goo.gl/3Vb4Ms) ，或於智齡聯盟網站(http:// www.t-edu.tw/module)、智活資 料庫下載，可供參考使⽤用。 注意的事項:軟體可能會有版本的 更新，使⽤用者可⾄至官⽅方網站下載 最新版本。

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模組開發歷史 智齡聯盟物聯網模組。在世新⼤大學資訊管理學系，由胡碩誠⽼老師開課， 課程名稱為”智慧聯網”，課程中教導學⽣生學習Arduino Sketch程式及 各種感測器應⽤用。於2017年由世新⼤大學資訊管理學系胡碩誠⽼老師指 導執⾏行，研發成適合智齡聯盟之模組教材，⺫⽬目前經歷過⼀一次⼯工作坊教 學。

第⼀一次教學時間為2017年3⽉月17、18⽇日，由胡碩誠⽼老師指導，於世新 ⼤大學辦理兩天的「智慧輪椅⼯工作坊」，參與⼈人數79⼈人，包含講師1 ⼈人、學員59⼈人、助教14⼈人及⼯工作⼈人員5⼈人。

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Note

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智齡聯盟課程模組系列

物聯網-以智慧輪椅為例 開發教師：胡碩誠 助理教授 (世新⼤大學資訊管理學系) 開發學校：世新⼤大學 原屬課程：智慧聯網 內容編輯：陳佩妤 (世新⼤大學資訊管理學系) 版⾯面設計：楊哲玟 (臺⼤大⼟土⽊木⼯工程學系) 開發時間/版本：106年12⽉月18⽇日 研發初版 107年07⽉月31⽇日 優化版 計畫名稱：智齡聯盟 計畫網站：www.t-edu.tw 計畫主持⼈人：劉佩玲 特聘教授 (臺⼤大智活中⼼心) 共同主持⼈人：⽑毛慧芬 副教授 (臺⼤大職能治療系) 協同主持⼈人：陳育亮 教授 (世新⼤大學資訊管理學系) 指導單位：教育部智慧⽣生活整合性⼈人才培育計畫 執⾏行單位：臺灣⼤大學智慧⽣生活整合與創新研究中⼼心 106臺北市羅斯福路四段⼀一號 聯絡資訊：(02)3366-3366 分機55336 silverstaff@caece.net

本教材內容採⽤用創⽤用CC，「姓名標⽰示-⾮非商業性-相同⽅方式分享」3.0台灣授權條款。

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