教育环境导向之8051线上除错器-国立高雄应用科技大学电子工程系.docVIP

聲納溺水呼救系統 指導老師：楊正宏　 柯柏舟 王嘉勝 李俊德 蔡富攀 競賽類別：通訊組 摘要： ( 水面上固定式浮標 )，接收器把收到的聲音再加以放大，並轉換為無線電波發送到遠端的接收器來顯示狀況 ( 如陸上管制中心或救生員等 )，以達到溺水救援的目的。 關鍵詞：聲納元件、水當質、超音波信號。 前言 有鑑於每年台灣各地頻傳溺水事故，相關單位即在發生事故之危險水域上，做定點式的水域安全巡邏宣導及救生，並樹立危險的警告標誌希望減少從事水域活動而發生溺水之人數。雖然政府相關人員、民間水上救生團體都做最大的努力，但是宣傳的效果卻不是那麼的彰顯，而且救溺所支付的實際成本也不是那麼的經濟，所以在這樣的條件下，水域安全就更要受到優先的重視。 不論水域安全巡邏及宣導，樹立危險警告標誌或從事水域救生工作，基本上都不是解決此問題最根本的辦法，因為每年仍然有那麼多的兒童及青少年發生溺水事故即可見一般。原因是不是兒童及青少年對於水域潛藏的危險沒有充分的了解？或者他們根本不具有水中自救的能力？所以要解決每年頻傳之溺水事故，最好的方法就是落實水域安全了。本製作研究宗旨在改良目前一般戲水場地安全設施、設備之功能缺失；及一般海洋聲納局限於「探測」單方面之應用，並建立一套完整通報系統，讓此系統形成水域安全的「管理員」，可以在溺水意外發生的第一時間內，自動通報訊息發揮救援的能力。 研究目的 據衛生署的青少年死亡統計資料顯示，意外死亡乃佔其死因中的第一位，而意外死亡的原因之中溺水僅次於交通事故排名高居第二位，可見戲水的安全是值得大家加以重視的。有鑑於此，本製作以聲納做為呼叫器，在發生溺水情況時，可以自動或緊急啟動呼救按鈕傳達至地面接收系統，達到即時搶救的功能 聲納的發現與應用、及壓電元件之探討 3-1聲納的發現： 蝙蝠是非常機警的動物，牠們會發出一種高頻的超音波，並以這些超音波的回音來判斷周圍環境和獵物位置。靠著優異的導航系統，牠們能在黑暗中自由的飛翔、捕獵，絕不會撞到牆壁、樹幹，甚至一公釐粗的絲線也有辦法避開。科學家們即是利用蝙蝠「回音定位」的本能，發明了聲納與雷達。 另外，聲納可說是一種「水中聽音器」，利用高靈敏度的水中麥克風，來偵測潛艇在移動時，其引擎與機械運轉所發出的聲音，後來才演進到能主動發出自己的聲音信號，利用反射回來的訊息，得知對方的距離、方向和相對速度。 3-3壓電效應之探討： 壓電效應是一八八○年居理兄弟發現的，他們做了許多實驗，發現電氣石或石英等天然礦石晶體受到壓力時，由於體積變化，在晶體表面會有微小電荷產生。後來他們又發現當晶體置於電場中時也會產生體積上的變化，證明這種現象是可逆的。這個發現開啟了一項新的研究領域，即「壓電效應的探討與應用 」。 因為壓電效應是可逆的，所以把材料因體積變化而產生電壓的效應稱為(正壓電效應)；反之，材料因加入電壓而造成體積變化的效應稱為「逆壓電效應」；而具有壓電效應的材料則統稱為「壓電材料」。其中陶瓷材料因為製造容易、可製成任何形狀、且其特性可隨組成做多樣性的變化優點，目前已經成為壓電元件的主流。 圖3.1正電壓效應:當施力於壓電材料上時，由於材料體積的變化，我們可以在材料的表面量測到有微小的電荷產生。施力的方向相反，所產生電荷極性的方向也相反。 圖3.2逆壓電效應:當施加直流電壓在壓電材料的兩端時，會造成材料形狀的改變，而改變電壓的方向，材料變形的方向也會隨之改變。 圖3.3施加一交流電壓在材料的兩端時，因為電壓是正負交替的形式，由「逆壓電效應」可知材料的伸長與收縮會不斷的交替變化，即產生振動而振動的頻率則和輸入的電壓頻率有關。 研究方法 4.1壓電片的實驗： 利用陶瓷壓電晶片振動原理，把壓電晶片接上兩條引線將其放入水中( 當發聲器 )，引線末端接到音頻信號產生器，並啟動電源，調整信號產生器頻率為1KHZ，輸出電壓為9V峰對峰值(因為考慮使用9V電池)，在另外一端距離約5公分處一樣放入同樣型號壓電晶片( 當集音器 )，引線接到示波器以觀測輸出狀況，結果沒有明顯信號輸出( 僅看到微弱波形 )。調整產生器頻率為5KHZ，把信號強度增加為15V，再觀測波形，一樣沒有明顯信號輸出，最後把頻率調至近100KHZ左右，此時示波器出現令人意外驚喜的畫面，輸出信號強度竟高達2V左右，這時將距離慢慢延長為50 至100 公分，並將產生器強度恢復為原來數值( 9V峰對峰值 )，再度觀察示波器，仍有滿意的輸出 (約數十mv) ，此時記下頻率值與波型大小。由實驗證實提高音波頻率可以順利在水中傳遞。 4.1超音波的輸出與接收量測 圖4.2超音振盪器輸出波形 圖4.3超音波接收端輸出波形 4.2設計構想： 本製作設計原理，即是利用超音波於水中傳