本作品命名為「下一代安全衣」，其原因是它將顛覆傳統的安全反光背心，本作品利用鑲嵌在衣服上的發光二極體（light emitting diode；LED），產生主動的發光及閃爍效果，使得在馬路上或工廠等地點都可以明顯清楚地看到穿有「下一代安全衣」的人。該作品衣服內含有輕型的鋰離子電池裝置，可提供單晶片和所有不同顏色發光二極體所需要之電力，單晶片則負責控制發光二極體的點亮工作，並同時監測鋰離子電池之電壓、儲電容量等性能。

傳統的安全反光背心是用高反光度之反光材料所製成，穿上反光衣能讓您在天氣惡劣或光線差的情況下如同兩盞燈來工作，俾提醒車輛駕駛人或其他同向車道的人員，進而避免發生傷亡的事件。

傳統的安全反光衣在國外常用於緊急救難事件，例如在高速公路上當汽車發生故障時，駕駛員可穿著安全衣下車查看或修理。它也是一些汽車公司送給買車人的贈品，希望買車人一路平安。在我們日常生活的各種活動中，特別是與交通相關的活動中，安全反光衣扮演著重要的警示標誌及保障生命安全的角色。

由於傳統的反光背心是利用被動的方式將外界的光線反射進入人眼，換言之如果沒有外在光線的情況下，將看不見穿上反光背心的人。因此，本作品提出了一個新的構想，利用發光二極體的發光方式，可主動提醒遠處的駕駛人以注意到前方穿著「下一代安全衣」的人。由於此方法有別於傳統被動反光的方式，因此將本作品定義為「下一代的安全衣」。

本作品係採用可嵌鑲在衣服內之輕型、可充電之鋰離子電池，以提供所有發光二極體及相關控制電路之所需電力，本作品並利用單晶片控制器，以控制發光二極體之發光變化模式。本作品的基本操作條件可分成一般模式、騎士模式、車隊模式等三種：（1）在一般模式下，單晶片可直接控制發光二極體發生不同的閃爍模式；（2）在騎士模式下，除包含一般模式之操作條件外，還可搭配機車的方向燈開關，利用無線遙控的方式，遙控穿在騎士身上的安全衣，使得安全衣上的發光二極體可依據機車方向燈的方向同步做發光指示；（3）車隊模式是結合了前述的一般模式和騎士模式，但以騎士模式為優先考量，此功能有利於一群人集合後騎機車出遊。因此機車騎士或自行車騎士可以利用本作品來提高在路上行駛的安全。

本作品之功能及特色

本作品之主要特色，具有以下數種重要的功能：

本作品之工作原理

在本作品中含有一個在衣服外面的充電器，可直接對衣服內的鋰離子電池進行充電，以便提供電力給衣服上的單晶片和發光二極體使用。該充電器是使用現成的整合電路，以建構出一個可以採用交流單相、110V、60Hz之一般家用插座做為輸入。

本作品使用單晶片中所內建的類比到數位轉換器（analog-to-digital converter；ADC）以監測鋰離子電池之電壓，當電池電壓過低時，則安全衣不工作，此時單晶片點亮Bat. Low之發光二極體告知使用者此時電池之電力已經不足。此時使用者可以直接更換另一組新充滿電能的鋰離子電池，或是直接使用外接的交流或直流電源進行鋰離子電池之充電。

本作品設計了三種基本操作模式，使用者可以通過按鈕切換不同的使用模式，此三種操作模式分別簡單敘述如下︰

本作品之硬體結構

本作品分成三種電路來完成，分別是︰發光二極體之控制電路、鋰離子電池充電器電路和無線射頻發射器電路等三種。此三個主電路之示意圖分別如圖一至圖三所示。

如圖一所示為發光二極體之控制電路示意圖，該電路由一顆具有48支接腳之A/D型微控制器完成所有的控制。發光二極體指示器（LED_Indicators）是一個由八顆發光二極體所組成的顯示器，在不同的按鍵動作下，該指示器的發光二極體顯示代表著不同的涵義，在本文中將會進一步說明。

如圖一左上方所示，為本作品利用兩顆3.7V、1900mAh的鋰離子電池串聯在一起，以提供下一代安全衣上所需的唯一電源。該電源透過一顆低壓差調整器（LDO）降壓成5V輸出，俾提供單晶片和無線射頻接收模組（RF receiver）等裝置之所需電源。升壓式直流對直流轉換器（DC-to-DC boost converter）負責將鋰離子電池電壓升壓至13V（Vboost），以做為源極驅動晶片的電源。

本作品使用A/D型微控制器，藉著控制八個三態D型正反器（tri-state D-type flip-flops）晶片，以致能源極驅動晶片，俾控制安全衣上的發光二極體之亮滅。

《圖一　本作品發光二極體控制電路之示意圖》

A/D型微控制器透過內建的類比到數位轉換器量測鋰離子電池電壓（VLi），當鋰離子電池電壓低於7.2V時，則低電量發光二極體（LED_BatLow）將被點亮，提醒使用者需要更換電池或直接對電池進行充電。電池測試按鈕（SW_BatTest）則是做為測試鋰離子電池之蓄電量使用。當按下電池測試按鈕時，鋰離子電池之電量將顯示於發光二極體指示器上。

使用者可以按下模式選擇按鈕（SW_Mode）來切換不同的工作模式，包含一般模式、騎士模式和車隊模式等三種。使用者可以通過發光二極體指示器得知目前安全衣的工作模式。閃爍型式按鈕（SW_FlashType）則用以切換多達100種在安全衣上的發光二極體閃爍型式。發光二極體指示器也會透過二進制表示法，以顯示該安全衣上發光二極體的閃爍型式。

系統開啟/關閉按鈕（SW_Power）可控制系統的開啟和關閉。當系統開啟時，振動開關（Vibration Detector）會偵測衣服是否靜止不動維持五分鐘，若在五分鐘內振動開關的接點狀態都沒有變化時則關閉系統，若在五分鐘內振動開關有振動發生時則重置計時器。LED_Power發光二級體則做為系統開啟/關閉的指示燈。

圖二所示為鋰離子電池充電器之示意圖，該圖中係利用一個轉接器（adapter）將交流單相、110V、60Hz之一般插座電源轉換成為10V之直流電源，提供鋰離子電池充電控制器（Li-Ion Battery Charger）對鋰離子電池進行充電使用。該鋰離子電池充電控制器控制2顆串聯的鋰離子電池同時進行充電，並藉由LED_STAT1和LED_STAT2兩顆發光二極體顯示目前該鋰離子電池之充電狀態。

《圖二　本作品之鋰離子電池充電器示意圖（以交流單相、110V、60Hz之一般家用插座電源做為輸入）》

如圖三所示為本作品無線射頻發射模組（RF Transmitter）之示意圖，其功能是即時偵測機車的左、右方向燈按鈕和煞車器的狀態，通過無線射頻電路發射無線電波到發光二極體控制電路中之無線射頻接收模組，使A/D型微控制器得知目前機車上不同開關的狀態，並控制安全衣上發光二極體的亮滅。圖三中的位址設定開關（Sw_TrAddress）則是設定無線射頻發射模組的位址，此位址必須搭配發光二極體控制電路中的無線射頻接收模組的位址設定開關，當兩者的位址完全一致時，才可達成遙控傳輸資料的重要功能。

《圖三　本作品之無線射頻發射器示意圖》

硬體架構照片

本作品下一代安全衣上所嵌入不同發光二極體的配置位置如圖四所示。在圖四之中間為煞車燈，左右兩旁分別為方向指示燈，每一條發光二極體皆可分別獨立控制，以點亮紅、藍、綠等三種不同顏色做發光。本作品下一代安全衣之主控電路板如圖五所示。

《圖四　本作品下一代安全衣上嵌入不同發光二極體的配置位置》

《圖五　本作品之主控制電路板》

本作品之單晶片程式流程圖

如圖六所示為本作品之單晶片主程式流程圖。在該主程式中先定義程式中需要使用的變數和旗標（flags），接著初始化輸入/輸出介面（I/O）和變數。在設定單晶片內部的周邊模組部份，包含了計時器0、計時器1和類比到數位轉換器模組等三部份。接著，該程式不斷地判斷機車上的不同按鈕是否有被按下，若有則設定相關的旗標，以便讓接下來的程式利用旗標的方式判斷哪個按鈕被按下。

若是電池測試按鈕被按下則啟動類比到數位轉換器，以量測鋰離子電池電壓（VLi）並呼叫鋰離子電池電量顯示副程式（Disp_BatCap），以顯示電池電壓在發光二極體指示器上。在類比到數位轉換器之中斷副程式內不斷的判斷鋰離子電池電壓（VLi）是否低於7.2V，若是則設定旗標Flag_LowBat。

《圖六　本作品單晶片之主程式流程圖》

若模式選擇按鈕被按下，則改變變數Mode，以便切換到下一個操作模式，接著呼叫Disp_Mode副程式以顯示目前的操作模式。

若系統開啟/關閉按鈕被按下，則將旗標Flag_PowerOn反轉。若Flag_PowerOn＝0則關閉系統。在每次類比到數位轉換器中斷副程式內判斷VLi是否低於7.2V，如果是則設定旗標Flag_LowBat。一旦旗標設定則關閉系統，並點亮LED_BatLow之發光二極體。

在預訂的五分鐘時間內，偵測振動開關的接點狀態是否有變化，若有則重置計數器，否則表示衣服是靜止不動的，則自動關閉系統。茲將本作品單晶片中各副程式之功能簡要說明如下︰

《圖七　本作品鋰離子電池電量顯示（Disp_BatCap）副程式之流程圖》

(4) void Disp_Mode（int8 data）︰引數data代表目前的Mode（工作模式），並點亮發光二極體指示器持續5秒鐘，俾讓使用者了解目前的工作模式。

(5) void Disp_FlashType（int8 data）︰引數data代表目前的FlashType（閃爍型式），並以二進制方式點亮發光二極體指示器持續5秒鐘，俾讓使用者知道目前發光二極體的閃爍型式。

(6) void Chk_RF_Decoder（void）︰檢測RF接收器的VT腳之輸出為1時，表示機車上的按鈕是在押下的狀態，並依據接收器的data輸出設定相關的旗標（Flag_Left/Right/Stop/Double）。如圖八所示為本作品檢查射頻解碼器輸出（Chk_RF_Decoder）副程式之流程圖。

(7) void Disp_OnClothes（uint8 type, uint8 data）︰引數type代表衣服上的發光二極體要以何種型式點亮，引入數data代表要讀取矩陣裡面的某一筆資料。

本作品衣服上的發光二極體閃爍型式，係利用建表的方式完成，一種發光二極體閃爍之型式對應一個矩陣，單晶片程式則根據type數值讀取相應的矩陣，並根據變數data之順序讀取矩陣中的資料筆數。

《圖八　本作品檢查射頻解碼器輸出（Chk_RF_Decoder）副程式之流程圖》

---本文為第四屆盛群盃一般控制組A-11創意競賽作品，並利用盛群單晶片HT46R24做為控制器；作者余國威為國立成功大學電機研究所電力組二年級研究生、王醴為國立成功大學電機系教授---

＜參考資料：

[1] 鍾啟仁編著，『HT46xx微控制器理論與實務寶典』，全華科技圖書，民國95年。

[2] 李文昌編著，『HT46系列微控制器理論與實習C語言版』，宏友圖書，民國95年。

[3] 蔡輝榮．董勝源編著，『HT46系列單晶片微電腦與C語言入門實習』，宏友圖書，民國96年。

技術報告

[1] Holtek, 『HT46R24/HT46C24 A/D Type 8-Bit MCU』, March 2006.

[2] Holtek, 『HT73XX Low Power Consumption LDO』, January 2006.

[3] Holtek, 『HT12A/HT12E 212 Series of Encoders』, January 2003.

[4] Holtek, 『HT12D/HT12F 212 Series of Decoders』, November 2002.＞

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