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金門地區第 59 屆中小學科學展覽會
作品說明書
科 別:工程學科(一)
組 別:高級中等學校組
作品名稱:「霾」在你身邊
關 鍵 詞:Webduino、PM2.5 偵測器、溫溼度感測器
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壹、 研究動機
行政院環保署於 2012 年 5 月將 PM2.5 列入發布空氣品質標準,近年來整個台灣地區
對於空氣品質議題相當重視,故當 PM2.5 值到達橘色警示時,代表對敏感族群不健康,
要減少戶外活動,且出門最好戴著口罩,以減低它對人體的傷害。尤其在金門地區空氣
品質由以往的良好降為普通,有時甚至下降到橘色警示,是屬於來自大陸的「境外汙染」;
金廈空域是一體的,空氣無法分隔或阻絕;空氣品質日漸惡化,居住環境品質每下愈況,
潛藏著極大的隱憂,如何正確偵測數據並改善是當下刻不容緩之事。
貳、 研究目的
感測器〈Sensor〉是用於偵測環境中所生事件或變化,並將此訊息傳送出至其他電
子裝置,通常由敏感元件和轉換元件組成。我們利用感測器來偵測環境的溫度、濕度及
空氣品質,空氣汙染常常是人不容易直接感受到的,我們過去很多年其實都是在吸廢氣
而不自知,也因此使用偵測器讓我們了解空氣品質的好壞、溫度的高低、濕度的好壞,
並結合了物聯網的原理,把偵測到的數據結合 Google 雲端資料庫,能夠隨時掌握相關資
訊,亦可做出相對應的防範措施,更希望未來能結合手機 APP,隨時監控並取得即時訊
息。
參、 研究設備及器材
一、工具介面說明:
Webduino Blockly 線上編輯工具是 Webduino 所研發出來的圖像化編輯工具,採用
Google Blockly 設計而成,讓一些對於網頁程式語言比較陌生,或者希望快速實現效果
的朋友,可以利用 Webduino Blockly 線上編輯工具極速的實現各式各樣的創意。
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二、控制 Webduino 開發板:
選擇「Wi-fi」就要填入開發板的名字 ( 出廠時每塊開發板都會有個獨一無二的
device 名字 ),同時我們也可以從右上方的「裝置狀態」( 閃電圖案 ),觀看現在開發板
有沒有上線,有上線就會是綠燈,沒有上線就會是紅燈,一定要有上線才能用 Wi-Fi 進
行控制。
三、溫濕度偵測:
溫濕度傳感器是接收外界環境變數最基本的傳感器,透過溫濕度傳感器,可以準確的
偵測溫度與溼度的即時變化,若再搭配後端資料庫,就可以整合成為非常有用的數據收
集應用。
四、蜂鳴器:
蜂鳴器是一個可以產生聲音信號的裝置,使用直流電供電,接通訊號源之後,音訊
信號電流通過電磁線圈,使電磁線圈產生磁場,造成 振動膜片週期性地振動發聲,而
Webduino 更可以藉由 HTML5 Attribute 來填入音符代碼,每個代碼都會對應到一個數
值,這個數值相對應蜂鳴器聲音的頻率,因此藉由純粹的 HTML5 或 javascript 就可以
編輯音樂,透過蜂鳴器發聲。
五、PM2.5 細懸浮微粒偵測器:
細懸浮微粒是在空氣中飄散的極微小的顆粒物質,近年來,許多流行病理學研究已
確立 PM2.5 對於健康造成影響,本篇文章將會介紹,只需要幾個簡單的步驟,Webduino
就能透過 G3 粉塵感測器,偵測周遭的環境空氣品質,也更能為自己的身體和居家生活
多些關心與重視。
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〈註:細懸浮微粒英文名稱 particulate matter,縮寫 PM 也就是常見的 PM2.5,PM2.5 表
示粒徑範圍在 2.5μm ( 微米,百萬分之一公尺 ) 或以下的細懸浮微粒,這些懸浮微粒會經
由鼻、咽、喉進入人體,並經由氣管、支氣管進入人體內部,甚至直接進入血管中,隨著血
液循環影響全身。〉
肆、 研究過程與方法
一、空氣盒子製作流程:
(一)盒子外觀
利用保麗龍組合底座
(二)盒子內部
將感測器放入底部盒子
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(三)造型閩式建築屋頂
製作屋頂
(四) 成品組合
成品組合
二、實驗步驟
(一)成品組裝並移動
將組裝好的空氣盒子拿到戶外實際量測
(二) Webduino Blockly 線上編輯工具
將撰寫好的 Webduino 程式與空氣盒子做結合
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(三)實際測量數據
對著感測器呼氣會使 PM2.5 指數飆高
(四)數據呈現
因吹氣結果發現 PM2.5 與濕度都會一起偏高
(五)移動空氣盒子
在校園的任何一側均可自由移動偵測
(六)雲端數據
數據可即時傳至雲端硬碟,有即時數據可使
用
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三、Webduino 程式:
說明:
(1) 連結 Webduino Fly 開發板與相關感測器。
(2) 設定 PM2.5 懸浮微粒偵測器,每一秒擷取一次並上傳雲端,且連接一蜂鳴器,當
指數超過 60 時使蜂鳴器鳴叫。
(3) 設定溫度及濕度感測器,同時監測溫度與空氣濕度。
(4) 最後擷取所有數據呈現並同時上傳雲端資料庫,每秒自動傳至雲端資料庫作紀錄。
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四、雲端資料數據圖表:
利用所蒐集到的環境數據,繪製成圖表。
(一)不同氣候:
(1)晴天 風向東北;風速 1.6~3.3(m/s)
(2) 陰天 風向東北;風速 1.6~3.3(m/s)
(3)雨天 風向東北;風速 1.6~3.3(m/s)
(4) 溫度與濕度 風向東北;風速 1.6~3.3(m/s)
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(二)不同地點:
(1)金湖鎮
(2) 金寧鄉
(三)不同風向: (1)金湖鎮
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伍、討論
一、遇到的問題:
1. 風向每天都不一樣
解決方法:對不同方向增加一些空氣盒子
2. 網路問題
解決方法:手機吃到飽行動網路或尋求 wifi 資源
3. 空氣盒子材質太過脆弱
解決方法:後來改用木頭材質的空氣盒子
4. 空氣盒子行動電源沒電
解決方法:準備備用行動電源來代替
5. 空氣盒子開關卡榫無法密合
解決方法:用牙籤將卡榫卡緊
二、未來方向:
1. 地形因素:金門地形普遍都差不多沒有太大的高低落差,之後有機會希望座高山、
丘陵、台地、平原、盆地等地形測量。
2. 太陽能板:未來希望有機會能加如何裝太陽能板,使空氣盒子有儲電和充電的功能,
這樣能更有效解決行動電源沒電的問題。
3. 境外汙染:金門的 pm2.5 多半是來自對岸境外汙染,未來想測量對岸的空氣品質是
否與我們的空氣有差別。
4. 灑水除塵:我們看到大陸有一種特殊車輛叫「霧炮車」運用灑水降塵,我們想
測量灑完水後的空氣品質是否真的會變好。
陸、結論
一、在做科展時能夠結合日常生活和一些課堂上學習到的內容,我們使用 webduino 的積
木式來製作,比較簡單易懂也很方便去運用,我們在製作空氣盒子時,有發現一些問
題例如盒子的材質太脆弱或是孔洞沒有對好等等的問題,因為時間比較緊迫就先做了
一個初體模型,能夠把想像的先做個大概,之後再慢慢的設計或改變,我們希望在下
次可以增加一些不同的功能或是一些外觀上的改變,讓外觀剛好配合金門閩南式建
築。
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二、這次的空氣盒子,我們先在校園內測量看看能不能使用,發現有連線上的問題,後
來用其它手機開熱點,就能夠解決,我們離開校園去金門的各個鄉鎮以及一些靠海的
地區來做空氣品質的測量,並與 Google 上的試算表來做連接,可以記錄下各種時間
的空氣品質,我們想了一些能夠解決的方案去改善空氣品質,例如使用大陸的霧炮車
的灑水方式等改善,也可以讓金門的空氣品質更加清淨。
柒、考資料及其他
1. https://applianceinsight.com.tw/blog/post/detector
2. https://tutorials.webduino.io/zh-tw/docs/basic/index.html
3. https://tutorials.webduino.io/zh-tw/docs/cloud/index.html
4. https://tutorials.webduino.io/zh-tw/docs/cloud/sensor/pm25.html
5. https://taqm.epa.gov.tw/pm25/tw/PM25A.aspx
6. https://www.taiwanstat.com/realtime/pm2.5/
7. https://env.healthinfo.tw/air/
8. https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%87%B8%E6%B5%AE%E7%B2%92%E5%AD%90
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