全國中小學科展

工程學科(一)科

寶寶喝奶小幫手

牛奶是嬰兒主要營養來源。喝奶時吸吮奶嘴的動作,對於新生兒是一種口腔肌肉的訓練,更是心理層面的滿足。 嬰兒喝奶時,總會剩下大約30ml,對家長而言除了擔心寶寶營養不夠外,金錢上的浪費更是驚人。以出生一個月的嬰兒為例,每天需喝6~7次奶,每次約120ml。以每天喝6次牛奶。平均一周會喝完一罐奶粉,其中約四分之一是沒喝完倒掉,這樣一個月平均倒掉奶粉成本就超過一千元。 本研究發現,嬰兒吸奶過程中會造成瓶內壓力小於環境壓力。當瓶內液體剩下約原本的1/4時,瓶內、外壓力差會使嬰兒吸吮力道不足以將牛奶吸出。因此大部分嬰兒都會放棄。本研究設計了一個加壓機構,藉由調整瓶內外壓力差,幫助嬰兒順利的喝完牛奶。

銑床六面基準加工類比數位化之研究探討

銑床基礎加工實習,技術層面著重於六面體銑削。如何將六面體相臨兩平面間垂直精度建立,決定了工件後續尺寸控制依據。 實習老師指導我們對銑床主軸中心、虎鉗鉗口固定面、虎鉗底面校正,旨意建立材料置位對應虎鉗夾持角度對合關係;問題是實作上我們無法重現精確達成。依功能性分析發現關鍵在於夾具、工件、軸系三者間無法快速定位校正問題!本研究創新方式是設計增加可重置夾持單元及類比轉數位角度控制單元,以銜接置換維度方式進行定義”固定件位置”,快速獲取重置加工基準面趨近一致於機台軸系方式,有效解決人為校正操作技能不確定性。

別慌「蟑」-IoT結合綠能清理之探究

在台灣這種潮濕的氣候裡,蟑螂是每個家庭頭號公敵,多數人看到牠都會聞之色變,為了解決問題設計一個可讓大眾方便的滅蟑工具,參考市售滅蟑相關產品列出缺點並加以改善。作品利用中間設置誘餌區吸引蟑螂進入,一旦被偵測到再採取高壓電擊,緊接著啟動刷子將牠推入後方回收盒中。清除時拉開回收門就可倒入垃圾筒中清理掉。此外作品供電來自太陽能蓄電及運用IoT物聯網技術,開機、電力不足、電力充飽或已捕獲,行動載具均會收到 LINE通知訊息且同步記錄到Google試算表,還可以透過LINE訊息欄輸入V或C文字,反查捕蟑數與目前電量狀況,作為未來環境除害監控參考。

運用所學打造節能居家

台灣是個四面環海國家,土地面積為3.6萬平方公里,人口約2千3百萬人,2019 年人口成長率為 0.2%,根據內政部資料得知,人口老化指數,由107年1月106.35,到108年2月113.93%,人口結構觀察,高齡者(65歲以上)比率逐年上升,台灣老人占總人口12.83%,逼近 14%高齡社會。 而老年人的食、衣、住、行,更需我們多花一份心思去關心,其中尤以「行」最為我們關切,根據內政部資料統計及新聞報導,台灣失智人口在 2017年底已超過27萬人,65歲以上老人每13名就有一名失智,衛福部的調查顯示表示,2031 年失智人口將增加到 46 萬人,2061 年將超過85萬人,等於未 來 40年內,台灣平均每40分鐘新增1名患者,每天增加38人罹病,此問題乃是我們關切之重要因素。

光學式震動裝置

本研究開發的多軸向光學式震動測量裝置,結合物聯網技術達到監測震動訊號並即時警示的目的,首先確認慣性單擺的光柵繞射光學特性能有效測量出震動訊號,並可在連續震動狀態下,有效且持續記錄震動訊號。其次在震動訊號分析上,以OBSPY程式輸出訊號頻譜圖,並自行開發的Python程式利用增加執行緒的模式,提升影像紀錄取樣率達到符合資料分析所需之奈奎斯特頻率(Nyquist frequency)條件,並進行運算與濾波將數據有效運用。更透過3D列印技術製作出可記錄平面震動與垂直震動訊號的微小化多軸測量裝置,將監測與紀錄震動訊號之數據,透過物聯網傳輸,儲存於雲端資料庫內,同時可即時偵測震動訊號是否超過警示數值,並透過line notify將警示訊息發送出去,達到即時監測與警報的目的。

最後的防線-平交道柵欄預警系統

平交道是我每天上下學的必經之路,而在108年九月六日花蓮中華路平交道發生了一啟死亡事故,事發當時,沒有人按下警鈴錯過了黃金救援時間而發生憾事。這啟事件不禁讓我對平交道的安全性打上了一個問號。所以我們希望運用在我們電子資訊學程中,學習到的程式撰寫技能製作,搭配Arduino uno板製作出一套能夠自動通報的系統,增加通過平交道時的安全性。

照明設備故障自動修護系統

地球自轉一周,需要24小時,因此地球一面處於白天,另一面則是夜晚,從外太空看地球越先進的國家的夜晚,燈火通明點亮整個城市。當愛迪生發明第一個燈泡時,讓世界夜晝變白晝,照明設備的演進,也照亮人類的文明,各式照明設備有相對的使用壽命,當路燈或照明設備故障時,需要專業維修人員或水電師傅進行更換,有時也讓照明設備久久未能即時修護。本作品設計概念,用於路燈或照明設備,路燈發生故障不亮時,系統偵測故障時並進行自動修護,將不亮的燈泡變成會亮的燈泡,達到即時修護的目的。作品以單晶片微電腦為主控制,LED驅動電路、霍爾電流感測器、使用Zigbee建構區域網路、步進馬達控制,結合IOT物聯網概念,設計具有故障自動修護及回報功能系統。

可程式控制轉向電磁砲

飛機起降安全很重要,據統計, 世界上每年大約有1萬多隻各種飛鳥撞在飛機上,現階段預防鳥擊的方法除了最初就需要評估生態環境外避免鳥類棲息或遷移地點,恐嚇是最簡單和最直接的驅趕雀鳥方式。 本實驗採用arduino執行砲口轉向與仰角等可程式控制處理,透過PCB電子電路模組對電容進行充電達發射程序,進一步對發射進行彈道學分析。實驗環境於人煙稀少處做射擊模擬,藉由高速攝影與三位人工觀察判斷實驗數據。 最後模擬規劃金門尚義機場,藉由GOOGLE空照計算機場跑道長度,按比例推算放大實驗設備性能,參考研究歸納的合理射程範圍沿著跑道兩側最適當配置。因彈藥具磁性,發射後可立即出動強磁回收車清理跑道彈藥殘渣,於跑道安全優於其他彈藥驅散成果。

智慧型雲端監控孵蛋裝置

本研究之目的是以智慧型雲端監控孵蛋裝置,以取代目前市面上看到的孵蛋器。市面上孵蛋器大多分為兩種,第一種是當溫度未達到所需的設定值時,就持續通電加熱到達設定值後再斷電,這種控制方法非常簡單,但缺點就是溫度的變動量也隨之變大。第二種則是透過精密溫度控制的設備,來達到我們所要求的溫溼度,這樣的控制方法雖然穩定,缺點則是需要高額的花費。 因此,本次研究的方向是設計穩定且易於控制的孵蛋裝置。此作品運用PID控制理論結合ESP32雙核心,配合利用第一核心進行PID控制、第二核心進行連線狀態的監控以及資料的傳輸,並且運用APP應用程式來操控孵蛋裝置。實驗結果證實,此研究能以精準、誤差小、穩定度高和便利性來達到我們的目的。

低造價 AI 物件識別廚房防災 LINE 簡訊警報系統

傳統火災警報器無法有效預防火災的發生,且不但容易在烹調時誤觸也無法將警訊傳給在外的住戶,本研究結合遠紅外熱傳感陣列與物件識別,並配合蜂鳴器及LINE簡訊開發一款「低造價 AI 物件識別廚房防災 LINE 簡訊警報系統」。運用物件識別,本警報系統不需事先手動標記廚具位置即可自動偵測常用廚具的位置、監視其個別溫度是否超出該物件的警報溫度。本警報系統在操作上對一般民眾較友善,對可移動的廚具具備警報能力,且對於非廚具的範圍也設有警報溫度,亦可防範電線走火等非廚具造成的異常高溫。此外,本警報系統在監測到溫度異常狀況時,會根據現場是否有人而發出警報音或可手動取消的提示音,適度減少民眾在烹調時受到的干擾。