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本產品「多功能健康防護耳機（Multi Functional Healthy Earphones）」可說是打破常規耳機的功能，將 原先耳機的應用範圍擴大，不但作為聲音輸出裝置， 還包含了空氣品質偵測、紫外線偵測功能，利用感測 器將當下空氣品質以及紫外線指數經藍牙傳輸至手 機，用來告知當下環境狀況；此外還追加了加速計來 做睡眠偵測功能，用來避免使用者戴著耳機睡著聽音 樂給予耳朵的傷害，為現代及未來有價值之產品。 ᙯᔣෟ：空氣品質偵測、紫外線偵測、睡眠偵測ಥă݈֏
近幾年空汙問題日趨嚴重，根據環保署的資料， 許多流行病理學研究，已證實 PM2.5對健康的危害， 包括早逝、支氣管炎、氣喘、心血管疾病、肺癌等[1]， 台灣人民漸漸意識到空污對健康的嚴重影響；另外紫 外線也會對人體造成傷害，由醫學報告得知，紫外線 傷害會導致光老化現象，例如：皺紋、乾燥、脫屑及 色素斑駁，造成最嚴重的後果即為皮膚癌[1]。本產品 的構想實現後，讓有外出戴耳機聽音樂慢跑習慣的人 知道當下的空氣品質與紫外線等級，假如空氣品質不 佳或紫外線強度過高，手機就會提出警告，我們也裝 設睡眠偵測的功能，避免在睡著的情況下聽音樂，因 為睡著時耳膜會鬆懈，在這樣的狀況下聽歌會損害聽 力。 ဦ˘ ᚙঙ PM2.5ᇾ၆ܑᄃ߿જޙᛉ[2] ဦ˟ γቢඈ৺၆ϩቲ۞๋च[3]෮ăࡁտϫ۞
本作品多功能健康防護耳機的主功能是偵測戶 外環境是否對人體產生危害程度來對使用者提出警 示，可應用於各種在戶外活動，例如：運動、爬山、 健行等，只要在戶外帶著我們的耳機都能幫你偵測出 能否長時間在當下環境中活動，透過偵測結果提供可 在該環境下可活動時間有多長；此外我們還追加睡眠 偵測，避免人在聽音樂睡著的狀態下對耳朵所造成的 傷害，利用手機 APP 偵測到的數據來比對出在某種 環境下活動時間到達多少為止不會對人體造成危 1 亞東技術學院電子工程系 * 通訊作者：林照峰 E-mail：ff019@mail.oit.edu.tw害，最後也可以利用大數據分析來將偵測到的數據傳 到一數據庫，做出在小範圍內的準確環境狀態，因此 這項產品對於現代人注重健康的趨勢是非常有利的。
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我們將單晶片（STM32F103）作為主控制核心[4]， 利用加速計（ADXL345）偵測睡眠、透過空氣品質 感測器（MQ135）、紫外線感測器（GUVA-S12D）檢 測環境狀況，最後將數據透過藍牙傳輸模組傳送到手 機顯示。 ဦˬ ր͞ဦ ˘ă۩ঈݡኳઍീ 藉由 MQ135 來感測使用者所在環境的空氣品 質，在無污染空氣當中 MQ135 的輸出電壓大約在 0.1-0.3V 之間，空氣品質越差電壓值越高，最高輸出 電壓為 3.3V，根據這個特性來估算當下的空氣品質[5]。 ဦα MQ135[6] ˟ăγቢઍീ GUVA-S12D 的輸出電壓會隨著紫外線強度而變 化，紫外線量測範圍為 240nm~370nm，藉由 A/D 轉 換將感測器所採得的類比訊號轉為數位訊號，讀取正 確的電壓值，最後利用式(1)、式(2)來換算對應的紫 外線指數[7]，來得知是否適合外出活動。 ဦ̣ GUVA-S12D[7]illumination intensity = 307 * Vsig (1)
UV Index = illumination intensity / 200 (2)
ဦ̱ GUVA-S12D ΞณീЍᙉቑಛ[7] ˬăჂ্ઍീ 加速計的旋轉軸所指的方向不受外力時，是不會 改變的，基於這個原理，用它來做睡眠偵測，當偵測 出使用者在躺著的時候一定時間內都沒有動作就會 將音樂暫停[8]。 ဦ˛ ADXL345[9] [10] αăᖡͰ็Ꮾ 通訊的部份我們是使用 HC-05 模組，HC-05 是 一款利用 UART 來與單晶片溝通的藍牙模組，透過藍 牙傳輸將量測到數據顯示在手機[11]。
ဦˣ ᖡͰତќϯຍဦ[12] [13] ဦ˝ ፟͘ APP ̬ࢬ
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˘ăహវ߹ဦ ဦȈ ᒖဩઍീహវ߹ဦ ˟ăർវր ဦȈ˘ STM32F103C8T6 ྮဦ[14]Ёă၁រඕڍᄃͧྵ
˘ăSWOT ̶ژ ܑ˘ SWOT ̶ژܑ Strength：優勢 Weakness：劣勢 1.防止人體過度曝曬於 紫外線。 2.防止人體過度吸收塵 埃。 1.需要做好防水措施。 Opportunity：機會 Threa：威脅 1.可將取得資料做成數 據。 2.簡單實用、方便操作。 1.精密的儀器要注意碰 撞。˟ăᄃனѣڇચ̝मҾͧྵܑ ܑ˟ Αਕमளͧྵܑ 傳統耳機 多功能健康防護耳機 音源輸出 音源輸出 健康防護 環境監測警示 睡眠偵測自動斷音 數據分析 ˬă၁រඕڍീྏ 將系統與硬體結構安裝妥當後，針對每項模組功 能測試： 線香持續釋放煙霧且照射陽光，模擬 PM2.5及紫 外線超標的樣子，且使用相同測試 APP 接收各感測 器訊號。模擬人體睡眠時長時間不動的樣子，確認是 否耳機音樂被關閉。 軟體測試： 軟體測試利用相同 APP 測試作為量測依據以避 免訊息傳遞間之錯誤，透過接收資料視窗檢視是否正 確傳出命令，透過傳送功能提供感測器資料至軟體， 軟體須利用此資料計算所依據的資料是否異常。且確 認睡眠後音樂是否會關閉、手機端是否有警示。
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本產品將電子感測技術與耳機結合，環境偵測系 統能夠幫助人民在戶外活動穿戴耳機聽音樂的同 時，偵測出當下環境因素，是否會對人體造成危害； 睡眠偵測系統則是幫助使用者防止穿戴耳機睡著時 所對耳朵造成的傷害。 針對人們一方面追求方便一方面追求健康另一 方面追求娛樂的問題進行探討研究並設計出「環境偵 測與睡眠偵測系統」，一多功能健康防護耳機，包括 紫外線偵測、空氣品質偵測、睡眠偵測、藍牙傳輸、 耳機本體，對於針對本產品做了以下幾點特點分析： ˘ăᒖဩઍീ UV 偵測可以來提醒使用者是否該避免在當下環 境中活動，以防止身體位於長時間的紫外線曝曬而受 傷害；空氣品質偵測，主要是偵測出當下環境中塵埃 粒子指數，同樣提醒使用者避免長時間位於超標塵埃 粒子的環境中活動，以免身體在無形中受到損害。 ဦȈ˟ ۩ѳϯຍဦ[15] ˟ăჂ্ᑭീ 本產品能讓使用者能在安心的狀態下聽音樂，不 用擔心睡著忘記關閉耳機而對耳朵造成損害，當使用 者穿戴耳機聽音樂睡著時將直接切斷音樂，防止人體 耳朵受損，這也是本產品的特點之一。 ˬăˠّ̼ፆү 透過使用本產品的專屬 APP，能夠輕鬆得出可在 當下環境活動的時間，並且也可以對使用者做出警示 的訊息。 αăᅅܮݭ۞րΒ྅ 將本產品系統裝配在耳機上並不會造成耳機重 量大幅度的提升以至於穿戴不方便，更有利用將來產 品化的量產。 本產品還可以加裝太陽能電池，能夠在戶外活動 時順便幫電池充電，以增強續航力；另外對於偵測方 面還有千百種，未來可以用本產品結合更多偵測方 式，可使本產品偵測更加全面，相信可以有更大的用 途，此產品功能也可更加完整，因此本產品未來可塑 性及變化性不容小覷。此產品還可以用來作為一迷你 環境偵測指標，透過與大數據結合，將所有使用者所 得環境數據放置一數據庫，可以做出小範圍但擁有精 確的空氣品質好壞與紫外線指數的環境指標，還可以 透過本產品讓所有使用者擔任環境檢測員，偵測出那 裡有偷排放廢氣的問題。ણ҂͛ᚥ
[1] 紫外線對皮膚的傷害及如何做好防曬－醫學美容中心 及皮膚科 王淑惠主任 https://www.femh.org.tw/epaperadmin/viewarticle.aspx?ID =6262 [2] 只準備口罩夠嗎？面對無形殺手 PM2.5，那些政黨真正 關心空汙議題？ https://buzzorange.com/2015/11/11/air-pollution/ [3] 您必須知道的防曬理由，皮膚的天敵紫外線 https://www.absbeauty.com.tw/news_detail_uva_uvb_uvc. htm [4] 沈紅卫、任沙浦、朱敏杰和楊亦紅，《STM32 单片机应 用与案例实践》（北京：電子工業出版社，2017）。 [5] 【STM32 小案例 05 】STM32 使用 MQ135 检测环境空 气质量 https://blog.csdn.net/teavamc/article/details/77693015 [6] MQ-135 Air Quality Sensor | Warefab Warefabhttp://warefab.com/product/49/ [7] Grove UV Sensor 紫外線感測器 / UV 紫外線傳感器 https://www.taiwaniot.com.tw/product/grove-uv-sensor-% E7%B4%AB%E5%A4%96%E7%B7%9A%E6%84%9F% E6%B8%AC%E5%99%A8-uv-%E7%B4%AB%E5%A4% 96%E7%B7%9A%E5%82%B3%E6%84%9F%E5%99%A 8/ [8] STM32F1 入門教學：讀取 ADXL345 三軸加速度計 【使用 IIC、I2C】 http://lolikitty.pixnet.net/blog/post/165575970-stm32f1-% E5%85%A5%E9%96%80%E6%95%99%E5%AD%B8% EF%BC%9A%E8%AE%80%E5%8F%96-adxl345-%E4% B8%89%E8%BB%B8%E5%8A%A0%E9%80%9F%E5% BA%A6%E8%A8%88%E3%80%90
[9] ADXL345 數位三軸加速度模組 IIC SPI
https://www.playrobot.com/accelerometers/1783-adxl345-module-digital-iic-spi.html [10] Make : Taiwan http://www.makezine.com.tw/894-2/ [11] STM32F1 入門教學：UART 接收 字元(Char) 並判斷 【使用中斷】 http://lolikitty.pixnet.net/blog/post/165900636-stm32f1-% E5%85%A5%E9%96%80%E6%95%99%E5%AD%B8% EF%BC%9Auart-%E6%8E%A5%E6%94%B6-%E5%AD %97%E5%85%83%28char%29-%E4%B8%A6%E5%88% A4%E6%96%B7%E3%80%90 [12] STM32F1 Satish Kapalavayi https://satishk92.wordpress.com/tag/stm32f1/ [13] HC05 Bluetooth Module https://www.robotics.org.za/HC05-MOD [14] STM32F103C8T6-Board 详细原理图 http://www.elecfans.com/soft/33/2018/20180927788307.ht ml [15] 空污來襲！關於 PM2.5 你不得不知的 4 件事！ https://www.gvm.com.tw/article.html?id=37815
