結合無線傳輸技術之可攜式畢保德平台設計
Design of Portable Platform for Peabody Picture Vocabulary Test with Wireless Transmission Technology
詹朝淵 Chao-Yuan Jhan 1, 湯士滄 Shih-Tsang Tang 2, 周偉倪 Willy Chou3,4, 李明杰 Ming-Chieh Li 1, 鄭詠聰 Yung-Tsung Jheng 1,林俊宏 Jiun-Hung Lin 1*
1崑山科技大學電子工程學系 Department of Electronic Engineering, Kun Shan University.
2銘傳大學生物醫學工程學系 Department of Biomedical Engineering, Ming Chuan University
3財團法人奇美醫院復健科 Rehabilitation, Chi Mei Medical Center
4嘉南藥理科技大學休閒保健管理系 Department of Recreation and Health-Care Management, Chia Nan University of Pharmacy and Science
一、 中文摘要
目前國內已經有引進一套畢保德圖畫詞彙測 驗，幼童經由此項測驗可以檢測出是否患有發展 遲緩的症狀，但是對於偏遠地區的孩童來說，當 地學校的資源有限，沒有適當的儀器或工具來檢 測語言發展的狀況，因此本論文開發出一套結合 無線技術傳輸之可攜式畢保德詞彙測驗平台，系 統的特色除了將原本是紙上測驗的畢保德轉成數 位化之外，也結合了網際網路與行動電話通訊，
系統利用無線網路或行動電話將測驗的結果傳到 伺服器端，讓伺服端的醫療機構為受測者做簡易 語言認知的判定，同時該系統未來也可以普及與 落實在各幼兒園與國小機構上。
關鍵詞：畢保德詞彙測驗、發展遲緩、無線網路、
可攜式 Abstract
Peabody Picture Vocabulary Test has been introduced to Taiwan for testing pupils with development delay. Nonetheless, because of restricted resources in schools, there are no suitable devices or tools to test the language development of children in remote areas. This study therefore combined a portable Peabody Picture Vocabulary Test platform with wireless transmission technology, which not only digitalized the paper test of Peabody, but also combined the Internet and mobile phone communications. The system utilized wireless network or mobile phones to transmit the test results to the server for simple language recognition determinations. What is more, it is expected to be universalized and implemented in various kindergartens and elementary schools.
Keywords: Peabody picture vocabulary test, wireless, portable
二、 緣由與目的
每個新生家庭都期望生育健康的孩子，但許 多因素可能會導致幼兒罹患諸多罕見疾病，例 如：語言障礙、智能障礙、發展遲緩等，其中，
發展遲緩的病症在產前是無法從產檢得知的，因 此需要透過後天的檢查才得以檢測出來[1]。
目前國內已有引進一套畢保德圖畫詞彙測 驗，幼童經由此項測驗可以檢測出是否患有智能 障礙或是語言障礙等發展遲緩的症狀。而目前市 面上的畢保德測驗雖然已作本土化的修訂[2]，但 卻使用紙本測驗，往往在測驗時候，消耗了大量 的紙張，因而背棄了環保的理念，因此本實驗室 已在民國 97 年研發出一款「本土化修訂畢保德圖 畫詞彙測驗」的數位化平台，該系統不但節省計 算分數的時間，也減少紙張的浪費，在各方面都 有良好的發展前景[3,4]。
但對於偏遠地區的孩童來說，當地學校的資 源有限，且位處偏遠地區，可能會發生罹患病症 卻沒有適當的資源來檢測及治療的情況產生，因 此我們系統團隊將原本的作品加以改良，開發出 一款結合無線技術傳輸的可攜式畢保德數位平 台，系統的特色除了將畢保德測驗數位化以外，
也結合了網際網路與行動電話通訊，利用無線網 路或行動電話就能將測驗的結果傳到伺服器端，
讓伺服器端立即為受測者檢測是否罹患發展遲緩 或語言障礙的病症，這除了能減少檢測人員的人 事成本以及對地方資源的衝擊之外，也更快速、
更有效率的達到我們檢測的目的，而且系統的外 觀十分輕巧，利於檢測人員攜帶。如果有幸能將 這套系統平台推廣至國內甚至國外，相信對遲緩 兒童的家庭將是一大福音。
三、 系統架構與材料 3.1 感測器原理
3.1.1 藍芽簡介
藍芽(Bluetooth) 簡單講就是一種電信、電腦 的無線傳輸技術。藍芽的運作原理是在 2.45 GHz
的高頻傳輸，該頻段在世界各國都屬於共通的頻 譜，沒有干擾的問題，因此全球通用，除了資料 外，也可以傳送聲音[5]。每個藍芽技術連接裝置 都具有 IEEE.802 標準所制定的 48-bit 地址[6]；
藍芽屬於短距離傳輸，可以一對一或一對多來連 接，其傳輸範圍在 10 公尺之內，若加上頻率放大 器，則傳輸距離可達 100 公尺，藍芽技術不但傳 輸量大，每秒鐘高達 1MB，同時可以設定加密保 護，所使用的跳頻展頻技術，讓頻率在每分鐘可 以變換一千六百次，因此很難截收，也不易受電 磁波干擾，故安全性較高 [7,8,9]。
3.1.2 凌陽 SPCE3200 嵌入式精簡開發板
SPCE3200 是臺灣凌陽科技推出以 S+core7
（凌陽科技自主研發）為內核的 32 位元嵌入式開 發系統，內嵌 12 位 ADC、16 位 DAC；具有 UART、
SPI、I2C、SIO、USB、LCD 等標準硬體控制器介 面。SPCE3200 豐富的硬體資源及多媒體特性使其 獨具特色，由於大部分的功能由硬體完成，所以 實現功能時軟體需要較少的工作；同時凌陽科技 研發的凌陽 32 位集成開發環境 S+core IDE，可在 Window 環境下操作，具有友好的操作介面，支援 標準 C 語言、凌陽 32 位元嵌入式開發系統組合語 言等，集編輯、編程、仿真等功能於一體，使得 SPCE3200 的開發更加容易方便[10]。
3.1.3 USB 模組
目前市面上比較普遍常見的 USB 規格有 USB 2.0、USB 3.0，而 SPCE3200 內的 USB 模組則是 採用 USB 1.1 規格，其模組既可作為 USB 設備
（USBDevice）也可作為 USB 主機（USBHost）
使用。當 SPCE3200 的 USB 模組作為 USB 設備 使用時，可以提供 4 個設備端點，每個端點可分 別設置成控制傳輸、批量傳輸和中斷傳輸等傳輸 方式。對於批量傳輸的方式，其最大封包容量為 64 位元組。SPCE3200 支援 DMA (direct memory access，直接記憶體存取)或非 DMA 的資料發送/
接收，在非 DMA 傳輸方式下，支援 8 位元資料 匯流排寬度的存取；在 DMA 傳輸方式，支援 16 位元資料匯流排寬度的存取[10]。
3.2 系統設計
本系統將採用凌陽 SPCE3200 嵌入式精簡開 發板作為系統的主架構，並利用它本身的多媒體 模組，包含雙通道語音輸出、3.5 吋的 TFT 觸控 LCD ， 以 及 非 同 步 式 串 列 介 面 (Universal Asynchronous Receiver Transmitter，簡稱 UART) 與 USB 傳輸介面，作為我們系統開發的應用層 面。本系統架構如圖 3.1， 主要介面是由開發板 上的顯示器作呈現，並搭配外接的喇叭輸出語 音，測驗時，螢幕上會顯示四張圖片，並發出字 詞的語音，受測者可透過觸碰螢幕來點選與語音 聲相對應的圖，測試結果將利用 UART 傳輸至藍
芽模組，再使用行動電話內建的藍芽功能，擷取 從開發板傳送的結果資料，再選擇利用電子郵件 或是簡訊功能，發送資料給伺服器端的醫護人 員，如圖 3.2，而診斷後的結果再透過相同的兩種 方式，回傳給檢測人員的行動電話，讓受測者能 在測驗過後，在第一時間得知自己是否該去就醫 治療，這也就達到我們遠端診斷的目的了。而系 統還可以利用 USB 隨身碟更新內建的題庫，讓作 品日後需做版本更新時，能有更佳簡便的操作。
圖 3.1、系統方塊圖
圖 3.2、伺服器端介面 3.3 實驗設計
3.3.1 藍芽模組傳輸實驗測試
在一般家用電器中，有些產品的電波頻率與 2.4 GHz 相近，這可能會導致與藍芽模組發生干擾 的問題，為測試其藍芽傳輸的穩定度，我們將實 驗測試環境設定在比較容易受電磁波干擾的實驗 室進行測試，而我們分五次進行測試。本實驗使 用 SPCE3200 開發版的 UART 傳輸 200 筆的資料 給藍芽模組，再由藍芽模組利用無線的方式傳給 行動電話端接收，如圖 3.3。而因 UART 傳輸的資 料位元(data)固定為 8-bit，所以我們將要傳輸的資 料轉成 ASCII 碼後，才傳給行動電話的 LabVIEW 程式作解碼，再將其資料顯示於螢幕上。
圖 3.3、藍芽傳輸實驗架構示意圖 3.3.2 開發板與其他規格的 USB 隨身碟相容實驗 測試
本實驗將測試 SPCE3200 在讀取與寫入不同
規格 USB 隨身碟內的各類檔案情況的相容性及穩 定度，實驗設備採用兩組不同容量大小及規格的 USB 隨身碟，主要分為四個實驗項目，分別為：
USB3.0 與 USB2.0 隨身碟寫入檔案、USB3.0 與 USB2.0 隨身碟讀取文字，而寫入檔案與讀取文字 實驗的部分是同時進行的，其實驗流程為：首先 利用 SPCE3200 在隨身碟建立一個文字檔，並寫 入 180 筆的資料後存檔，再開啟文字檔並讀取內 容，判斷其讀取內容與寫入內容的資料筆數是否 相符，如符合再從螢幕上顯示讀取完畢的提示，
接著再從電腦上觀察隨身碟是否有先前建立的文 字檔以及其內容是否與寫入的資料相符，當實驗 結果都符合我們所設定的實驗目標時，也就達成 實驗的目的了，如圖 3.4。
圖 3.4、USB 隨身碟規格相容實驗架構示意圖 3.3.3 無線網路穩定度實驗測試
本實驗將自行架設一組無線路由器(Wireless Router)，傳輸協定為 802.11g，提供給行動電話及 筆記型電腦連結區域網路，並測試其網路連結與 傳輸之穩定度。行動電話是採用 HTC 系列的，而 筆記型電腦則是採用 MSI 系列的，如圖 3.5 所示 [11]。
圖 3.5、無線網路穩定度實驗架構示意圖 3.3.4 畢保德圖畫詞彙測驗實驗測試
我們請就讀台南市某一家幼稚園的學童為我 們系統做測試，受測者年齡介於 4 到 6 歲之間，
實驗分為兩組各十個人，第一組的年齡是介於 4 到 5 歲之間的兒童，另一組則是 5 到 6 歲之間，
實驗設備為 SPCE3200 一組，每位受測者在測驗 時，都配有操作輔助人員在旁協助，而輔助人員 會將測試結果紀錄於紀錄表內，以提供後續的數 據統計與分析。系統介面如圖 3.6 所示，學童將透 過螢幕上的四張圖片選出一個符合語音字彙的選
項，該畫面是說明發出“升起”語音，然後讓學 生點選出他所認知的答案。
圖 3.6、畢保德圖畫詞彙測驗 四、 結果
4.1 藍芽模組傳輸實驗測試結果
如圖表 4.1，從實驗結果我們可以發現，實驗 室的電器對藍芽模組會有一定的影響，當到達標 準傳輸距離 10 公尺的極限時，是無法接收到資料 的，而距離七公尺的時候穩定度就開始降低了，
再加上人體作為障礙物的話，接收到的筆數整整 lose 掉 112 筆，因此障礙物對傳輸穩定度是有一 定的影響。
表 4.1、藍芽模組實驗測試結果 測試次
數
距離 障礙物 傳送資 料筆數
接收資 料筆數 第一次 30 公分 無 200 200 第二次 3.5 公尺 無 200 200 第三次 7 公尺 無 200 197 第四次 7 公尺 人體 200 88 第五次 10 公尺 無 200 0 4.2 開發板與其他規格的 USB 隨身碟相容實驗測 試結果
如表 4.2 所示，整體實驗結果顯示 SPCE3200 內的 USB 1.1 模組傳輸規格可以與 2.0 甚至是 3.0 規格的隨身碟正常且穩定的存取，呈現出向下相 容的特性，這對未來設備升級後相容性的問題有 一定的幫助，但相容性的問題任誰都無法保證未 來的產品還具有向下相容的特性，因此本實驗目 的是測試目前市面上所普遍使用的設備與本作品 是否存在著相容的問題，但實驗結果證實是可以 相容的。
表 4.2、USB 隨身碟相容性與穩定度實驗測試結果 USB3.0
- 16G
USB2.0 - 8G
傳送資 料筆數
接收資 料筆數 寫入檔案 可 可 180 180 讀取文字 可 可 180 180 4.3 無線網路穩定度實驗測試結果
本實驗依照距離的長短與室內外分別做了測 試，所使用測試的設備為具有 802.11b/g 無線網路
模組的行動電話及筆記型電腦，以及一組無線路 由 器 。 測 試 實 驗 由 行 動 電 話 端 利 用 TCP
（Transmission Control Protocol, 傳輸控制協定）
傳輸資料 200 筆的資料給電腦端，並在電腦端做 接收資料筆數的統計，而行動電話端也會統計訊 號的狀況，我們以訊號格數作為統計的單位，實 驗結果如表 4.3 所示，我們從中可以發現，訊號的 可用性及範圍，取決於訊號通過的物體數量、基 礎結構與物體屬性，室外因空間較大，阻礙物體 較少，實際測試訊號所傳輸的距離可達 80 公尺左 右，而室內因障礙物較多，傳輸距離就較為簡短，
訊號也相對減弱[13]，而表中的 X 表示收不到訊 號。
表 4.3 無線網路穩定度實驗測試結果 距離
(m)
訊號格數 (室外)
訊號格數 (室內)
接收資 料筆數 (室外)
接收資 料筆數 (室內) 10 10 6 200 200 30 8 1 200 200 40 5 X 200 X 80 1 X 200 X 100 X X X X 4.4 畢保德圖畫詞彙測驗實驗測試結果
實驗結果如表 4.4。第一組裡有一位受測者的 分數較其他同年齡低，這可能是當時測驗的時候 過於緊張，導致無法專心接受測驗，不過這只是 初步研判，後續還得進行觀察，若長期都維持同 樣的情況，就得協助就醫治療。第二組的分數就 較為平均，不過有幾位分數偏低的受測者，後續 還是要進行觀察。
表 4.4 畢保德圖畫詞彙測驗實驗測試結果
第一 組 (4-5)
編
號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 平
均 分
數 45 56 33 37 54 43 50 17 26 57 41.8
第二 組 (5-6)
編
號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 平
均 分
數 77 56 92 85 66 81 73 10
3 49 63 74.5
五、討論與結論
從實驗結果得知，系統所使用的各項模組，
都具有一定的穩定度，無線傳輸的部分雖然會因 周圍的環境所影響，但仍保有基本的傳輸的品 質，以至於系統不易被外在因素所干擾，另外，
值得我們慶幸的是，由於目前國內無線網路的普 及，許多地方都支援 WiFi 無線網路，連距離我們 最近的便利超商都有提供這項服務，這對我們系 統更有莫大的效益，而畢保德系統的測驗結果與 參考文獻比較後顯示，分數並無太大的落差，這 也表示系統所提供的測驗是有一定的測試程度，
爾後，我們會再針對各不同家庭背景的對象進行 測驗，例如：外籍家庭、原住民家庭的小孩等，
在各不同環境成長的孩子或許會有不同的結果，
這是值得我們後續探討的部分。
最後，本論文提出的結合無線技術傳輸之可 攜式畢保德平台設計的系統，經過實際的測試實 驗及數據統計以後，不僅符合本國的風俗民情以 及紙上測驗的標準，全程數位化的作業流程，也 節省花費在運算、統計的繁雜作業上，而無線傳 輸之可攜式平台的設計概念，更提供偏遠部落一 項醫療資源，藉此提升了偏遠地區醫療的水平，
而整體的結果，也驗證我們的系統確實可以應用 在教育體系與居家環境使用，因此，本論文已初 步達到目的。
六、參考文獻
[1] 陳郁琍、林映岑、張怡青，“本土化修訂畢保 德圖畫詞彙測驗”， 崑山科技大學，專題研究報 告， 2008 年。
[2]王國慧，“兒童「語言發展遲緩」的界定與教 育”，高醫醫訊月刊，1999 年。
[3]趙乃倬，“淺談兒童認知與語言發展”，愛鄰 復健科診所。
[4] 陸 莉 、 劉 鴻 香 ， “ 畢 保 德 圖 畫 詞 彙 測 驗 (PPVT-R)”， 台北市：心理出版社， 1998 年。
[5] 李吏旻、王志華、賴福仁，“利用藍芽傳輸建 構互動式遊戲”， 崑山科技大學，專題研究報告，
2008。
[6] James Kraemer，“藍芽設計的測試與品質認 證”，Smart Modular Technologies， 2006。
[7] Jeffrey Wojtiuk，“整合射頻設計和專有協調機 制可解決藍芽與 Wi-Fi 共存挑戰”，SiGe 半導體 公司， 2004 年。
[8]盧慶儒，“藍芽技術建構個人無線傳輸網路”，
Digitimes.com， 2006 年。
[9] 邱文全，“藍牙與 WLAN 共存機制演進與未 來展望”，電子工程專輯， 2005。
[10] 凌陽科技，“實驗指導書”，凌陽科技股份 有限公司， 2008。
[11] 維基百科，“IEEE 802.11”。
