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