實務專題報告書

健康帶著走穿戴式裝置

指 導 老 師林振漢教授

專題製作學生 四技電四乙

陳敬元 BD101080

洪浚升 BD101072

中華民國 一百零四 年 十二 月 三十 日

修 平 科 技 大 學 電 機 工 程 系

DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING

HSIUPING UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

1

修 平 科 技 大 學

電機工程系 HSIU-PING UNIVERSITY OF SCIENCE

AND TECHNOLOGY

DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING

指導老師林振漢

專題製作學生陳敬元洪浚升

製作日期104 年 12 月 30 日

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目錄 摘要helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip1

研究動機與研究問題helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip2

文獻回顧與探討helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3

1穿戴式裝置 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3

1-1穿戴式科技的定義helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3

1-2穿戴式裝置小故事分享helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5

1-3海量資料分析helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6

2低功耗藍牙(BLE)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7

2-1藍牙40有什麼特色helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7

2-2藍牙40簡介helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7

2-3 BLE技術與模組晶片helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip9

2-4藍牙40技術通訊協定細節helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip10

3六軸慣性姿態感測helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

3-1加速度感測器 詳細helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip13

3-2加速度感測器 分類helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip13

3-3電容式加速度感測器helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip14

4三軸加速度感測器helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip14

4-1加速度感測器 加速度感測器的工作原理helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip14

4-2加速度計的檢測機制 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16

4-3加速度感測器 -加速度感測器的性能參數helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16

4-4加速度計和陀螺儀應用helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip19

5CC2530晶片helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip20

6六軸運動感測器MPU-6050helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip23

7研究方法及步驟helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

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7-1穿戴式裝置helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

7-2智慧型手機或行動裝置helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

7-3生理訊號量測helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

7-4「個人雲端健康管理」helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip26

8Visual Basic 介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip27

8-1由VB衍生的語言helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip27

8-2語言特性helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip28

8-3術語helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29

9XAMPP介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

9-1什麼是XAMPPhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

9-2XAMPP 簡介helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip32

10Drupal介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34

10-1功能helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35

10-1-1靈活的內容管理helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

10-1-2無障礙設計helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

10-1-3圖片與檔案helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

10-1-4自動化程式碼測試helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

10-1-5改進資料庫支援helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

10-1-6擴展性helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

11XAMPP安裝教學helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

11-1輸入下列網址helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

11-2啟動程式進行安裝helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

11-3安裝完成啟動介面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

11-4設定MYSQL密碼helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

12Drupal 7安裝教學helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

13Drupal 7中文化設定教學 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip53

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14Drupal 7 安裝模組教學helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip57

15本計畫執行步驟helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip63

15-1資料搜集與研讀helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip63

15-2硬體電路設計製作helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip63

15-3晶片韌體程式helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip63

15-4運動訊號分析與辨識helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip63

15-5StampPlothelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip64

16運動量偵測與記錄測試helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip65

17手機App程式helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip66

17-1App Inventor 背景介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip67

18建置「雲端健康管理系統」helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip69

19進度表helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip70

19-1預期結果helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip70

19-2需要指導教授指導內容helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip71

20參考資料helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip72

21附錄helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip74

21-1指導老師介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip74

21-2團隊介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip75

21-3歷年成績helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip77

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圖目錄

圖一 智慧型穿戴式裝置分類圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

圖二 穿戴式裝置示意圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5

圖三 海量資料與穿戴式裝置關係示意圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6

圖四 藍芽 40 模組helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8

圖四之一 藍芽 40 核心架構圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip11

圖五 藍芽 40 行動裝置helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

圖六 三軸模組helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

圖七 加速度感測器數學公式helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip15

圖八 加速度檢測機制數學公式helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16

圖九 陀螺儀模組架構helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

圖十 加速度變化的速率數學公式helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip19

圖十一 CC2530 晶片架構圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip21

圖十二 IAR 程式開發介面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip22

圖十三 IAR 程式開發介面-2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip22

圖十四 穿戴式裝置設計構helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip23

圖十五 六軸運動感測器 MPU-6050 架構圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

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圖十六 六軸運動感測器 MPU-6050 方塊圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

圖十七 BM79BLEDKMC2 架構和實體圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip9

圖十八 生理訊號擷取穿戴式裝置身體配戴分佈圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

圖十九 系統架構圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip26

圖二十 Visual Bace 設計介面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 30

圖二十一 VisualBace 設計完成介面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 30

圖二十二 XAMPP 使用介面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 31

圖二十三 Drupal 頁面基本介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34

圖二十四 XAMPP 安裝路徑helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

圖二十五 操作介面設定教學helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 39

圖二十六 進入 MySQL密碼設定頁面 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

圖二十七 進行 MySQL 密碼設定helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

圖二十八 進行新密碼輸入helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip41

圖二十九 新增一個 Drupal的資料庫helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

圖三十 新增資料庫的權限helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip43

圖三十一 新增完的權限會顯示在[權限]欄位裡helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip43

圖三十二 下載主程式的頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

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圖三十三 設定 Drupal的路徑檔案helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip45

圖三十四 設定 Drupal的路徑檔-2helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip46

圖三十五 將設定檔移至伺服器根目錄下helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip46

圖三十六 進入 Drupal的安裝畫面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip47

圖三十七 進行 Drupal語言選擇helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip48

圖三十八 進行設定 Drupal 帳號密碼helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip49

圖三十九 進行網頁的基本設定helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

圖四十 進行網頁的基本設定-1helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip51

圖四十一 Drupal 基本設定完成頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip51

圖四十二 Drupal 啟用畫面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip52

圖四十三 中文模組下載頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip53

圖四十四 選擇模組開啟頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip54

圖四十五 中文模組包安裝頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip55

圖四十六 Drupal 中文化設定helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip56

圖四十七 相關模組遺失頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip57

圖四十八 下載新模組頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip58

圖四十九 下載 Drupal新模組的下載頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip59

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圖五十 Drupal 新模組安裝頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip59

圖五十一 新模組開啟頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

圖五十二 模組啟動頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

圖五十三 選擇模組下載頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip61

圖五十四 模組安裝頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip61

圖五十五 新模組開啟頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip62

圖五十六 模組啟動頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip62

圖五十七 StamPlot 活動量分析圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip64

圖五十八 程式啟動頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip64

圖五十九 運動特徵值helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip65

圖六十 手機 APP 成品畫面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip66

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip69

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研究計畫內容

1摘要

近來穿戴式裝置引起熱烈的風潮與話題健康管理更是

智慧穿戴式裝置應用注目的焦點 尤其是健康運動管理相

關的應用更是科技界爭相研發的熱門產品但目前類似的穿

戴裝置大多固定穿戴在身體的單一位置做簡單運動感

測無法真正掌握姿勢動作的正確性運動效果將會大打

折扣本計畫將使用嵌入式晶片結合 BLE 短程無線傳輸技

術智慧型手機 APP 程式開發研製一款低成本低耗電量

的運動與健康管理用之穿戴式裝置裝置內建六軸運動感測元

件提供使用者配戴在身體不同部位偵測使用者的活動狀態

並以智慧型手機透過 BLE 無線傳輸做為穿戴式裝置的人機

介面提供裝置的功能設定資料顯示及雲端監控本裝置在

運動與健康管理的應用上可結合使用者自訂個人的運動處方

與雲端健康管理系統透過智慧型手機定時提醒使用者運動

時間運動份量記錄運動狀態運動量與運動時間上傳雲

端健康管理系統運動方案與記錄結合心跳血壓體重hellip等

生理量測資料可用來檢視這套運動處方的成效做為進一

步調整或改善的依據提供人們更方便有效的健康運動自主管

理工具本作品具備的創新特色功能有(1)多個裝置可同時

配戴在身體不同部位配合加速度計 六軸運動感測元件和

溫濕度感測元件能更精準偵測身體動作與姿勢(2) 結合

手機與藍牙 40 的多點連線的特性同時分析與記錄使用者的

運動狀況搭配合溫度濕度壓力同時記錄使用者的運

動環境(3)針對不同型態的運動可使用學習功能記錄與

分析標準運動姿勢做為比對使用者運動姿勢正確性可

以更精確掌握運動對健康的成效(4)搭配「雲端健康管理系

統」為使用者量身訂做運動處方透過手機定時提醒使用

者運動時間運動份量運動記錄與生理訊號量測的資料分

析可檢視運動處方成效做為進一步調整或改善的依據提

供人們更精準有效的健康運動自主管理工具

關鍵字 穿戴式裝置嵌入式晶片BLE 無線傳輸健康管理

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修 平 科 技 大 學

電機工程系 HSIU-PING UNIVERSITY OF SCIENCE

AND TECHNOLOGY

DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING

指導老師林振漢

專題製作學生陳敬元洪浚升

製作日期104 年 12 月 30 日

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目錄 摘要helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip1

研究動機與研究問題helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip2

文獻回顧與探討helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3

1穿戴式裝置 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3

1-1穿戴式科技的定義helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3

1-2穿戴式裝置小故事分享helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5

1-3海量資料分析helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6

2低功耗藍牙(BLE)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7

2-1藍牙40有什麼特色helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7

2-2藍牙40簡介helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7

2-3 BLE技術與模組晶片helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip9

2-4藍牙40技術通訊協定細節helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip10

3六軸慣性姿態感測helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

3-1加速度感測器 詳細helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip13

3-2加速度感測器 分類helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip13

3-3電容式加速度感測器helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip14

4三軸加速度感測器helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip14

4-1加速度感測器 加速度感測器的工作原理helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip14

4-2加速度計的檢測機制 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16

4-3加速度感測器 -加速度感測器的性能參數helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16

4-4加速度計和陀螺儀應用helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip19

5CC2530晶片helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip20

6六軸運動感測器MPU-6050helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip23

7研究方法及步驟helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

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7-1穿戴式裝置helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

7-2智慧型手機或行動裝置helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

7-3生理訊號量測helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

7-4「個人雲端健康管理」helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip26

8Visual Basic 介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip27

8-1由VB衍生的語言helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip27

8-2語言特性helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip28

8-3術語helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29

9XAMPP介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

9-1什麼是XAMPPhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

9-2XAMPP 簡介helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip32

10Drupal介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34

10-1功能helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35

10-1-1靈活的內容管理helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

10-1-2無障礙設計helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

10-1-3圖片與檔案helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

10-1-4自動化程式碼測試helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

10-1-5改進資料庫支援helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

10-1-6擴展性helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

11XAMPP安裝教學helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

11-1輸入下列網址helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

11-2啟動程式進行安裝helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

11-3安裝完成啟動介面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

11-4設定MYSQL密碼helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

12Drupal 7安裝教學helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

13Drupal 7中文化設定教學 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip53

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14Drupal 7 安裝模組教學helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip57

15本計畫執行步驟helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip63

15-1資料搜集與研讀helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip63

15-2硬體電路設計製作helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip63

15-3晶片韌體程式helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip63

15-4運動訊號分析與辨識helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip63

15-5StampPlothelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip64

16運動量偵測與記錄測試helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip65

17手機App程式helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip66

17-1App Inventor 背景介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip67

18建置「雲端健康管理系統」helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip69

19進度表helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip70

19-1預期結果helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip70

19-2需要指導教授指導內容helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip71

20參考資料helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip72

21附錄helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip74

21-1指導老師介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip74

21-2團隊介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip75

21-3歷年成績helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip77

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圖目錄

圖一 智慧型穿戴式裝置分類圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

圖二 穿戴式裝置示意圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5

圖三 海量資料與穿戴式裝置關係示意圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6

圖四 藍芽 40 模組helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8

圖四之一 藍芽 40 核心架構圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip11

圖五 藍芽 40 行動裝置helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

圖六 三軸模組helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

圖七 加速度感測器數學公式helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip15

圖八 加速度檢測機制數學公式helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16

圖九 陀螺儀模組架構helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

圖十 加速度變化的速率數學公式helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip19

圖十一 CC2530 晶片架構圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip21

圖十二 IAR 程式開發介面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip22

圖十三 IAR 程式開發介面-2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip22

圖十四 穿戴式裝置設計構helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip23

圖十五 六軸運動感測器 MPU-6050 架構圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

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圖十六 六軸運動感測器 MPU-6050 方塊圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

圖十七 BM79BLEDKMC2 架構和實體圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip9

圖十八 生理訊號擷取穿戴式裝置身體配戴分佈圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

圖十九 系統架構圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip26

圖二十 Visual Bace 設計介面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 30

圖二十一 VisualBace 設計完成介面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 30

圖二十二 XAMPP 使用介面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 31

圖二十三 Drupal 頁面基本介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34

圖二十四 XAMPP 安裝路徑helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

圖二十五 操作介面設定教學helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 39

圖二十六 進入 MySQL密碼設定頁面 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

圖二十七 進行 MySQL 密碼設定helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

圖二十八 進行新密碼輸入helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip41

圖二十九 新增一個 Drupal的資料庫helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

圖三十 新增資料庫的權限helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip43

圖三十一 新增完的權限會顯示在[權限]欄位裡helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip43

圖三十二 下載主程式的頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

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圖三十三 設定 Drupal的路徑檔案helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip45

圖三十四 設定 Drupal的路徑檔-2helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip46

圖三十五 將設定檔移至伺服器根目錄下helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip46

圖三十六 進入 Drupal的安裝畫面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip47

圖三十七 進行 Drupal語言選擇helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip48

圖三十八 進行設定 Drupal 帳號密碼helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip49

圖三十九 進行網頁的基本設定helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

圖四十 進行網頁的基本設定-1helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip51

圖四十一 Drupal 基本設定完成頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip51

圖四十二 Drupal 啟用畫面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip52

圖四十三 中文模組下載頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip53

圖四十四 選擇模組開啟頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip54

圖四十五 中文模組包安裝頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip55

圖四十六 Drupal 中文化設定helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip56

圖四十七 相關模組遺失頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip57

圖四十八 下載新模組頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip58

圖四十九 下載 Drupal新模組的下載頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip59

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圖五十 Drupal 新模組安裝頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip59

圖五十一 新模組開啟頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

圖五十二 模組啟動頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

圖五十三 選擇模組下載頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip61

圖五十四 模組安裝頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip61

圖五十五 新模組開啟頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip62

圖五十六 模組啟動頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip62

圖五十七 StamPlot 活動量分析圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip64

圖五十八 程式啟動頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip64

圖五十九 運動特徵值helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip65

圖六十 手機 APP 成品畫面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip66

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip69

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研究計畫內容

1摘要

近來穿戴式裝置引起熱烈的風潮與話題健康管理更是

智慧穿戴式裝置應用注目的焦點 尤其是健康運動管理相

關的應用更是科技界爭相研發的熱門產品但目前類似的穿

戴裝置大多固定穿戴在身體的單一位置做簡單運動感

測無法真正掌握姿勢動作的正確性運動效果將會大打

折扣本計畫將使用嵌入式晶片結合 BLE 短程無線傳輸技

術智慧型手機 APP 程式開發研製一款低成本低耗電量

的運動與健康管理用之穿戴式裝置裝置內建六軸運動感測元

件提供使用者配戴在身體不同部位偵測使用者的活動狀態

並以智慧型手機透過 BLE 無線傳輸做為穿戴式裝置的人機

介面提供裝置的功能設定資料顯示及雲端監控本裝置在

運動與健康管理的應用上可結合使用者自訂個人的運動處方

與雲端健康管理系統透過智慧型手機定時提醒使用者運動

時間運動份量記錄運動狀態運動量與運動時間上傳雲

端健康管理系統運動方案與記錄結合心跳血壓體重hellip等

生理量測資料可用來檢視這套運動處方的成效做為進一

步調整或改善的依據提供人們更方便有效的健康運動自主管

理工具本作品具備的創新特色功能有(1)多個裝置可同時

配戴在身體不同部位配合加速度計 六軸運動感測元件和

溫濕度感測元件能更精準偵測身體動作與姿勢(2) 結合

手機與藍牙 40 的多點連線的特性同時分析與記錄使用者的

運動狀況搭配合溫度濕度壓力同時記錄使用者的運

動環境(3)針對不同型態的運動可使用學習功能記錄與

分析標準運動姿勢做為比對使用者運動姿勢正確性可

以更精確掌握運動對健康的成效(4)搭配「雲端健康管理系

統」為使用者量身訂做運動處方透過手機定時提醒使用

者運動時間運動份量運動記錄與生理訊號量測的資料分

析可檢視運動處方成效做為進一步調整或改善的依據提

供人們更精準有效的健康運動自主管理工具

關鍵字 穿戴式裝置嵌入式晶片BLE 無線傳輸健康管理

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目錄 摘要helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip1

研究動機與研究問題helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip2

文獻回顧與探討helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3

1穿戴式裝置 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3

1-1穿戴式科技的定義helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip3

1-2穿戴式裝置小故事分享helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5

1-3海量資料分析helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6

2低功耗藍牙(BLE)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7

2-1藍牙40有什麼特色helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7

2-2藍牙40簡介helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7

2-3 BLE技術與模組晶片helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip9

2-4藍牙40技術通訊協定細節helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip10

3六軸慣性姿態感測helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

3-1加速度感測器 詳細helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip13

3-2加速度感測器 分類helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip13

3-3電容式加速度感測器helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip14

4三軸加速度感測器helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip14

4-1加速度感測器 加速度感測器的工作原理helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip14

4-2加速度計的檢測機制 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16

4-3加速度感測器 -加速度感測器的性能參數helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16

4-4加速度計和陀螺儀應用helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip19

5CC2530晶片helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip20

6六軸運動感測器MPU-6050helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip23

7研究方法及步驟helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

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7-1穿戴式裝置helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

7-2智慧型手機或行動裝置helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

7-3生理訊號量測helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

7-4「個人雲端健康管理」helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip26

8Visual Basic 介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip27

8-1由VB衍生的語言helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip27

8-2語言特性helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip28

8-3術語helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29

9XAMPP介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

9-1什麼是XAMPPhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

9-2XAMPP 簡介helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip32

10Drupal介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34

10-1功能helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35

10-1-1靈活的內容管理helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

10-1-2無障礙設計helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

10-1-3圖片與檔案helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

10-1-4自動化程式碼測試helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

10-1-5改進資料庫支援helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

10-1-6擴展性helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

11XAMPP安裝教學helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

11-1輸入下列網址helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

11-2啟動程式進行安裝helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

11-3安裝完成啟動介面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

11-4設定MYSQL密碼helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

12Drupal 7安裝教學helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

13Drupal 7中文化設定教學 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip53

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14Drupal 7 安裝模組教學helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip57

15本計畫執行步驟helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip63

15-1資料搜集與研讀helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip63

15-2硬體電路設計製作helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip63

15-3晶片韌體程式helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip63

15-4運動訊號分析與辨識helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip63

15-5StampPlothelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip64

16運動量偵測與記錄測試helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip65

17手機App程式helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip66

17-1App Inventor 背景介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip67

18建置「雲端健康管理系統」helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip69

19進度表helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip70

19-1預期結果helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip70

19-2需要指導教授指導內容helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip71

20參考資料helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip72

21附錄helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip74

21-1指導老師介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip74

21-2團隊介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip75

21-3歷年成績helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip77

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圖目錄

圖一 智慧型穿戴式裝置分類圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

圖二 穿戴式裝置示意圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5

圖三 海量資料與穿戴式裝置關係示意圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6

圖四 藍芽 40 模組helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8

圖四之一 藍芽 40 核心架構圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip11

圖五 藍芽 40 行動裝置helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

圖六 三軸模組helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

圖七 加速度感測器數學公式helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip15

圖八 加速度檢測機制數學公式helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16

圖九 陀螺儀模組架構helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

圖十 加速度變化的速率數學公式helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip19

圖十一 CC2530 晶片架構圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip21

圖十二 IAR 程式開發介面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip22

圖十三 IAR 程式開發介面-2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip22

圖十四 穿戴式裝置設計構helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip23

圖十五 六軸運動感測器 MPU-6050 架構圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

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圖十六 六軸運動感測器 MPU-6050 方塊圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

圖十七 BM79BLEDKMC2 架構和實體圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip9

圖十八 生理訊號擷取穿戴式裝置身體配戴分佈圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

圖十九 系統架構圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip26

圖二十 Visual Bace 設計介面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 30

圖二十一 VisualBace 設計完成介面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 30

圖二十二 XAMPP 使用介面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 31

圖二十三 Drupal 頁面基本介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34

圖二十四 XAMPP 安裝路徑helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

圖二十五 操作介面設定教學helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 39

圖二十六 進入 MySQL密碼設定頁面 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

圖二十七 進行 MySQL 密碼設定helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

圖二十八 進行新密碼輸入helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip41

圖二十九 新增一個 Drupal的資料庫helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

圖三十 新增資料庫的權限helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip43

圖三十一 新增完的權限會顯示在[權限]欄位裡helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip43

圖三十二 下載主程式的頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

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圖三十三 設定 Drupal的路徑檔案helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip45

圖三十四 設定 Drupal的路徑檔-2helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip46

圖三十五 將設定檔移至伺服器根目錄下helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip46

圖三十六 進入 Drupal的安裝畫面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip47

圖三十七 進行 Drupal語言選擇helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip48

圖三十八 進行設定 Drupal 帳號密碼helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip49

圖三十九 進行網頁的基本設定helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

圖四十 進行網頁的基本設定-1helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip51

圖四十一 Drupal 基本設定完成頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip51

圖四十二 Drupal 啟用畫面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip52

圖四十三 中文模組下載頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip53

圖四十四 選擇模組開啟頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip54

圖四十五 中文模組包安裝頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip55

圖四十六 Drupal 中文化設定helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip56

圖四十七 相關模組遺失頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip57

圖四十八 下載新模組頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip58

圖四十九 下載 Drupal新模組的下載頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip59

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圖五十 Drupal 新模組安裝頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip59

圖五十一 新模組開啟頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

圖五十二 模組啟動頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

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圖五十四 模組安裝頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip61

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圖五十七 StamPlot 活動量分析圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip64

圖五十八 程式啟動頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip64

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圖六十 手機 APP 成品畫面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip66

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip69

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研究計畫內容

1摘要

近來穿戴式裝置引起熱烈的風潮與話題健康管理更是

智慧穿戴式裝置應用注目的焦點 尤其是健康運動管理相

關的應用更是科技界爭相研發的熱門產品但目前類似的穿

戴裝置大多固定穿戴在身體的單一位置做簡單運動感

測無法真正掌握姿勢動作的正確性運動效果將會大打

折扣本計畫將使用嵌入式晶片結合 BLE 短程無線傳輸技

術智慧型手機 APP 程式開發研製一款低成本低耗電量

的運動與健康管理用之穿戴式裝置裝置內建六軸運動感測元

件提供使用者配戴在身體不同部位偵測使用者的活動狀態

並以智慧型手機透過 BLE 無線傳輸做為穿戴式裝置的人機

介面提供裝置的功能設定資料顯示及雲端監控本裝置在

運動與健康管理的應用上可結合使用者自訂個人的運動處方

與雲端健康管理系統透過智慧型手機定時提醒使用者運動

時間運動份量記錄運動狀態運動量與運動時間上傳雲

端健康管理系統運動方案與記錄結合心跳血壓體重hellip等

生理量測資料可用來檢視這套運動處方的成效做為進一

步調整或改善的依據提供人們更方便有效的健康運動自主管

理工具本作品具備的創新特色功能有(1)多個裝置可同時

配戴在身體不同部位配合加速度計 六軸運動感測元件和

溫濕度感測元件能更精準偵測身體動作與姿勢(2) 結合

手機與藍牙 40 的多點連線的特性同時分析與記錄使用者的

運動狀況搭配合溫度濕度壓力同時記錄使用者的運

動環境(3)針對不同型態的運動可使用學習功能記錄與

分析標準運動姿勢做為比對使用者運動姿勢正確性可

以更精確掌握運動對健康的成效(4)搭配「雲端健康管理系

統」為使用者量身訂做運動處方透過手機定時提醒使用

者運動時間運動份量運動記錄與生理訊號量測的資料分

析可檢視運動處方成效做為進一步調整或改善的依據提

供人們更精準有效的健康運動自主管理工具

關鍵字 穿戴式裝置嵌入式晶片BLE 無線傳輸健康管理

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7-1穿戴式裝置helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

7-2智慧型手機或行動裝置helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

7-3生理訊號量測helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

7-4「個人雲端健康管理」helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip26

8Visual Basic 介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip27

8-1由VB衍生的語言helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip27

8-2語言特性helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip28

8-3術語helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip29

9XAMPP介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

9-1什麼是XAMPPhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip31

9-2XAMPP 簡介helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip32

10Drupal介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34

10-1功能helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip35

10-1-1靈活的內容管理helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

10-1-2無障礙設計helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

10-1-3圖片與檔案helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

10-1-4自動化程式碼測試helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

10-1-5改進資料庫支援helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

10-1-6擴展性helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip36

11XAMPP安裝教學helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

11-1輸入下列網址helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

11-2啟動程式進行安裝helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

11-3安裝完成啟動介面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip39

11-4設定MYSQL密碼helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

12Drupal 7安裝教學helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

13Drupal 7中文化設定教學 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip53

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14Drupal 7 安裝模組教學helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip57

15本計畫執行步驟helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip63

15-1資料搜集與研讀helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip63

15-2硬體電路設計製作helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip63

15-3晶片韌體程式helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip63

15-4運動訊號分析與辨識helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip63

15-5StampPlothelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip64

16運動量偵測與記錄測試helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip65

17手機App程式helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip66

17-1App Inventor 背景介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip67

18建置「雲端健康管理系統」helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip69

19進度表helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip70

19-1預期結果helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip70

19-2需要指導教授指導內容helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip71

20參考資料helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip72

21附錄helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip74

21-1指導老師介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip74

21-2團隊介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip75

21-3歷年成績helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip77

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圖目錄

圖一 智慧型穿戴式裝置分類圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

圖二 穿戴式裝置示意圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5

圖三 海量資料與穿戴式裝置關係示意圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6

圖四 藍芽 40 模組helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8

圖四之一 藍芽 40 核心架構圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip11

圖五 藍芽 40 行動裝置helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

圖六 三軸模組helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

圖七 加速度感測器數學公式helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip15

圖八 加速度檢測機制數學公式helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16

圖九 陀螺儀模組架構helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

圖十 加速度變化的速率數學公式helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip19

圖十一 CC2530 晶片架構圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip21

圖十二 IAR 程式開發介面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip22

圖十三 IAR 程式開發介面-2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip22

圖十四 穿戴式裝置設計構helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip23

圖十五 六軸運動感測器 MPU-6050 架構圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

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圖十六 六軸運動感測器 MPU-6050 方塊圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

圖十七 BM79BLEDKMC2 架構和實體圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip9

圖十八 生理訊號擷取穿戴式裝置身體配戴分佈圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

圖十九 系統架構圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip26

圖二十 Visual Bace 設計介面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 30

圖二十一 VisualBace 設計完成介面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 30

圖二十二 XAMPP 使用介面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 31

圖二十三 Drupal 頁面基本介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34

圖二十四 XAMPP 安裝路徑helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

圖二十五 操作介面設定教學helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 39

圖二十六 進入 MySQL密碼設定頁面 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

圖二十七 進行 MySQL 密碼設定helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

圖二十八 進行新密碼輸入helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip41

圖二十九 新增一個 Drupal的資料庫helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

圖三十 新增資料庫的權限helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip43

圖三十一 新增完的權限會顯示在[權限]欄位裡helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip43

圖三十二 下載主程式的頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

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圖三十三 設定 Drupal的路徑檔案helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip45

圖三十四 設定 Drupal的路徑檔-2helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip46

圖三十五 將設定檔移至伺服器根目錄下helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip46

圖三十六 進入 Drupal的安裝畫面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip47

圖三十七 進行 Drupal語言選擇helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip48

圖三十八 進行設定 Drupal 帳號密碼helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip49

圖三十九 進行網頁的基本設定helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

圖四十 進行網頁的基本設定-1helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip51

圖四十一 Drupal 基本設定完成頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip51

圖四十二 Drupal 啟用畫面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip52

圖四十三 中文模組下載頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip53

圖四十四 選擇模組開啟頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip54

圖四十五 中文模組包安裝頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip55

圖四十六 Drupal 中文化設定helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip56

圖四十七 相關模組遺失頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip57

圖四十八 下載新模組頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip58

圖四十九 下載 Drupal新模組的下載頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip59

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圖五十 Drupal 新模組安裝頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip59

圖五十一 新模組開啟頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

圖五十二 模組啟動頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

圖五十三 選擇模組下載頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip61

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圖五十五 新模組開啟頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip62

圖五十六 模組啟動頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip62

圖五十七 StamPlot 活動量分析圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip64

圖五十八 程式啟動頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip64

圖五十九 運動特徵值helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip65

圖六十 手機 APP 成品畫面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip66

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip69

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研究計畫內容

1摘要

近來穿戴式裝置引起熱烈的風潮與話題健康管理更是

智慧穿戴式裝置應用注目的焦點 尤其是健康運動管理相

關的應用更是科技界爭相研發的熱門產品但目前類似的穿

戴裝置大多固定穿戴在身體的單一位置做簡單運動感

測無法真正掌握姿勢動作的正確性運動效果將會大打

折扣本計畫將使用嵌入式晶片結合 BLE 短程無線傳輸技

術智慧型手機 APP 程式開發研製一款低成本低耗電量

的運動與健康管理用之穿戴式裝置裝置內建六軸運動感測元

件提供使用者配戴在身體不同部位偵測使用者的活動狀態

並以智慧型手機透過 BLE 無線傳輸做為穿戴式裝置的人機

介面提供裝置的功能設定資料顯示及雲端監控本裝置在

運動與健康管理的應用上可結合使用者自訂個人的運動處方

與雲端健康管理系統透過智慧型手機定時提醒使用者運動

時間運動份量記錄運動狀態運動量與運動時間上傳雲

端健康管理系統運動方案與記錄結合心跳血壓體重hellip等

生理量測資料可用來檢視這套運動處方的成效做為進一

步調整或改善的依據提供人們更方便有效的健康運動自主管

理工具本作品具備的創新特色功能有(1)多個裝置可同時

配戴在身體不同部位配合加速度計 六軸運動感測元件和

溫濕度感測元件能更精準偵測身體動作與姿勢(2) 結合

手機與藍牙 40 的多點連線的特性同時分析與記錄使用者的

運動狀況搭配合溫度濕度壓力同時記錄使用者的運

動環境(3)針對不同型態的運動可使用學習功能記錄與

分析標準運動姿勢做為比對使用者運動姿勢正確性可

以更精確掌握運動對健康的成效(4)搭配「雲端健康管理系

統」為使用者量身訂做運動處方透過手機定時提醒使用

者運動時間運動份量運動記錄與生理訊號量測的資料分

析可檢視運動處方成效做為進一步調整或改善的依據提

供人們更精準有效的健康運動自主管理工具

關鍵字 穿戴式裝置嵌入式晶片BLE 無線傳輸健康管理

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14Drupal 7 安裝模組教學helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip57

15本計畫執行步驟helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip63

15-1資料搜集與研讀helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip63

15-2硬體電路設計製作helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip63

15-3晶片韌體程式helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip63

15-4運動訊號分析與辨識helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip63

15-5StampPlothelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip64

16運動量偵測與記錄測試helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip65

17手機App程式helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip66

17-1App Inventor 背景介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip67

18建置「雲端健康管理系統」helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip69

19進度表helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip70

19-1預期結果helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip70

19-2需要指導教授指導內容helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip71

20參考資料helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip72

21附錄helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip74

21-1指導老師介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip74

21-2團隊介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip75

21-3歷年成績helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip77

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圖目錄

圖一 智慧型穿戴式裝置分類圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

圖二 穿戴式裝置示意圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5

圖三 海量資料與穿戴式裝置關係示意圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6

圖四 藍芽 40 模組helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8

圖四之一 藍芽 40 核心架構圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip11

圖五 藍芽 40 行動裝置helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

圖六 三軸模組helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

圖七 加速度感測器數學公式helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip15

圖八 加速度檢測機制數學公式helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16

圖九 陀螺儀模組架構helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

圖十 加速度變化的速率數學公式helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip19

圖十一 CC2530 晶片架構圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip21

圖十二 IAR 程式開發介面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip22

圖十三 IAR 程式開發介面-2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip22

圖十四 穿戴式裝置設計構helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip23

圖十五 六軸運動感測器 MPU-6050 架構圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

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圖十六 六軸運動感測器 MPU-6050 方塊圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

圖十七 BM79BLEDKMC2 架構和實體圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip9

圖十八 生理訊號擷取穿戴式裝置身體配戴分佈圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

圖十九 系統架構圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip26

圖二十 Visual Bace 設計介面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 30

圖二十一 VisualBace 設計完成介面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 30

圖二十二 XAMPP 使用介面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 31

圖二十三 Drupal 頁面基本介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34

圖二十四 XAMPP 安裝路徑helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

圖二十五 操作介面設定教學helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 39

圖二十六 進入 MySQL密碼設定頁面 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

圖二十七 進行 MySQL 密碼設定helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

圖二十八 進行新密碼輸入helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip41

圖二十九 新增一個 Drupal的資料庫helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

圖三十 新增資料庫的權限helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip43

圖三十一 新增完的權限會顯示在[權限]欄位裡helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip43

圖三十二 下載主程式的頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

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圖三十三 設定 Drupal的路徑檔案helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip45

圖三十四 設定 Drupal的路徑檔-2helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip46

圖三十五 將設定檔移至伺服器根目錄下helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip46

圖三十六 進入 Drupal的安裝畫面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip47

圖三十七 進行 Drupal語言選擇helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip48

圖三十八 進行設定 Drupal 帳號密碼helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip49

圖三十九 進行網頁的基本設定helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

圖四十 進行網頁的基本設定-1helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip51

圖四十一 Drupal 基本設定完成頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip51

圖四十二 Drupal 啟用畫面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip52

圖四十三 中文模組下載頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip53

圖四十四 選擇模組開啟頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip54

圖四十五 中文模組包安裝頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip55

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圖四十七 相關模組遺失頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip57

圖四十八 下載新模組頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip58

圖四十九 下載 Drupal新模組的下載頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip59

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圖五十 Drupal 新模組安裝頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip59

圖五十一 新模組開啟頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

圖五十二 模組啟動頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

圖五十三 選擇模組下載頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip61

圖五十四 模組安裝頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip61

圖五十五 新模組開啟頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip62

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圖五十七 StamPlot 活動量分析圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip64

圖五十八 程式啟動頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip64

圖五十九 運動特徵值helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip65

圖六十 手機 APP 成品畫面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip66

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip69

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研究計畫內容

1摘要

近來穿戴式裝置引起熱烈的風潮與話題健康管理更是

智慧穿戴式裝置應用注目的焦點 尤其是健康運動管理相

關的應用更是科技界爭相研發的熱門產品但目前類似的穿

戴裝置大多固定穿戴在身體的單一位置做簡單運動感

測無法真正掌握姿勢動作的正確性運動效果將會大打

折扣本計畫將使用嵌入式晶片結合 BLE 短程無線傳輸技

術智慧型手機 APP 程式開發研製一款低成本低耗電量

的運動與健康管理用之穿戴式裝置裝置內建六軸運動感測元

件提供使用者配戴在身體不同部位偵測使用者的活動狀態

並以智慧型手機透過 BLE 無線傳輸做為穿戴式裝置的人機

介面提供裝置的功能設定資料顯示及雲端監控本裝置在

運動與健康管理的應用上可結合使用者自訂個人的運動處方

與雲端健康管理系統透過智慧型手機定時提醒使用者運動

時間運動份量記錄運動狀態運動量與運動時間上傳雲

端健康管理系統運動方案與記錄結合心跳血壓體重hellip等

生理量測資料可用來檢視這套運動處方的成效做為進一

步調整或改善的依據提供人們更方便有效的健康運動自主管

理工具本作品具備的創新特色功能有(1)多個裝置可同時

配戴在身體不同部位配合加速度計 六軸運動感測元件和

溫濕度感測元件能更精準偵測身體動作與姿勢(2) 結合

手機與藍牙 40 的多點連線的特性同時分析與記錄使用者的

運動狀況搭配合溫度濕度壓力同時記錄使用者的運

動環境(3)針對不同型態的運動可使用學習功能記錄與

分析標準運動姿勢做為比對使用者運動姿勢正確性可

以更精確掌握運動對健康的成效(4)搭配「雲端健康管理系

統」為使用者量身訂做運動處方透過手機定時提醒使用

者運動時間運動份量運動記錄與生理訊號量測的資料分

析可檢視運動處方成效做為進一步調整或改善的依據提

供人們更精準有效的健康運動自主管理工具

關鍵字 穿戴式裝置嵌入式晶片BLE 無線傳輸健康管理

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圖目錄

圖一 智慧型穿戴式裝置分類圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4

圖二 穿戴式裝置示意圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5

圖三 海量資料與穿戴式裝置關係示意圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6

圖四 藍芽 40 模組helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8

圖四之一 藍芽 40 核心架構圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip11

圖五 藍芽 40 行動裝置helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

圖六 三軸模組helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12

圖七 加速度感測器數學公式helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip15

圖八 加速度檢測機制數學公式helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16

圖九 陀螺儀模組架構helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip18

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圖十二 IAR 程式開發介面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip22

圖十三 IAR 程式開發介面-2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip22

圖十四 穿戴式裝置設計構helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip23

圖十五 六軸運動感測器 MPU-6050 架構圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

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圖十六 六軸運動感測器 MPU-6050 方塊圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

圖十七 BM79BLEDKMC2 架構和實體圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip9

圖十八 生理訊號擷取穿戴式裝置身體配戴分佈圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip25

圖十九 系統架構圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip26

圖二十 Visual Bace 設計介面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 30

圖二十一 VisualBace 設計完成介面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 30

圖二十二 XAMPP 使用介面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 31

圖二十三 Drupal 頁面基本介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34

圖二十四 XAMPP 安裝路徑helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

圖二十五 操作介面設定教學helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 39

圖二十六 進入 MySQL密碼設定頁面 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

圖二十七 進行 MySQL 密碼設定helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

圖二十八 進行新密碼輸入helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip41

圖二十九 新增一個 Drupal的資料庫helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

圖三十 新增資料庫的權限helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip43

圖三十一 新增完的權限會顯示在[權限]欄位裡helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip43

圖三十二 下載主程式的頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

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圖三十三 設定 Drupal的路徑檔案helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip45

圖三十四 設定 Drupal的路徑檔-2helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip46

圖三十五 將設定檔移至伺服器根目錄下helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip46

圖三十六 進入 Drupal的安裝畫面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip47

圖三十七 進行 Drupal語言選擇helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip48

圖三十八 進行設定 Drupal 帳號密碼helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip49

圖三十九 進行網頁的基本設定helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

圖四十 進行網頁的基本設定-1helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip51

圖四十一 Drupal 基本設定完成頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip51

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圖四十三 中文模組下載頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip53

圖四十四 選擇模組開啟頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip54

圖四十五 中文模組包安裝頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip55

圖四十六 Drupal 中文化設定helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip56

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圖四十八 下載新模組頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip58

圖四十九 下載 Drupal新模組的下載頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip59

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圖五十 Drupal 新模組安裝頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip59

圖五十一 新模組開啟頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

圖五十二 模組啟動頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

圖五十三 選擇模組下載頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip61

圖五十四 模組安裝頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip61

圖五十五 新模組開啟頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip62

圖五十六 模組啟動頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip62

圖五十七 StamPlot 活動量分析圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip64

圖五十八 程式啟動頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip64

圖五十九 運動特徵值helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip65

圖六十 手機 APP 成品畫面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip66

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip69

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研究計畫內容

1摘要

近來穿戴式裝置引起熱烈的風潮與話題健康管理更是

智慧穿戴式裝置應用注目的焦點 尤其是健康運動管理相

關的應用更是科技界爭相研發的熱門產品但目前類似的穿

戴裝置大多固定穿戴在身體的單一位置做簡單運動感

測無法真正掌握姿勢動作的正確性運動效果將會大打

折扣本計畫將使用嵌入式晶片結合 BLE 短程無線傳輸技

術智慧型手機 APP 程式開發研製一款低成本低耗電量

的運動與健康管理用之穿戴式裝置裝置內建六軸運動感測元

件提供使用者配戴在身體不同部位偵測使用者的活動狀態

並以智慧型手機透過 BLE 無線傳輸做為穿戴式裝置的人機

介面提供裝置的功能設定資料顯示及雲端監控本裝置在

運動與健康管理的應用上可結合使用者自訂個人的運動處方

與雲端健康管理系統透過智慧型手機定時提醒使用者運動

時間運動份量記錄運動狀態運動量與運動時間上傳雲

端健康管理系統運動方案與記錄結合心跳血壓體重hellip等

生理量測資料可用來檢視這套運動處方的成效做為進一

步調整或改善的依據提供人們更方便有效的健康運動自主管

理工具本作品具備的創新特色功能有(1)多個裝置可同時

配戴在身體不同部位配合加速度計 六軸運動感測元件和

溫濕度感測元件能更精準偵測身體動作與姿勢(2) 結合

手機與藍牙 40 的多點連線的特性同時分析與記錄使用者的

運動狀況搭配合溫度濕度壓力同時記錄使用者的運

動環境(3)針對不同型態的運動可使用學習功能記錄與

分析標準運動姿勢做為比對使用者運動姿勢正確性可

以更精確掌握運動對健康的成效(4)搭配「雲端健康管理系

統」為使用者量身訂做運動處方透過手機定時提醒使用

者運動時間運動份量運動記錄與生理訊號量測的資料分

析可檢視運動處方成效做為進一步調整或改善的依據提

供人們更精準有效的健康運動自主管理工具

關鍵字 穿戴式裝置嵌入式晶片BLE 無線傳輸健康管理

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圖十六 六軸運動感測器 MPU-6050 方塊圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip24

圖十七 BM79BLEDKMC2 架構和實體圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip9

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圖十九 系統架構圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip26

圖二十 Visual Bace 設計介面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 30

圖二十一 VisualBace 設計完成介面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 30

圖二十二 XAMPP 使用介面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 31

圖二十三 Drupal 頁面基本介紹helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip34

圖二十四 XAMPP 安裝路徑helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip38

圖二十五 操作介面設定教學helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 39

圖二十六 進入 MySQL密碼設定頁面 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

圖二十七 進行 MySQL 密碼設定helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip40

圖二十八 進行新密碼輸入helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip41

圖二十九 新增一個 Drupal的資料庫helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip42

圖三十 新增資料庫的權限helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip43

圖三十一 新增完的權限會顯示在[權限]欄位裡helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip43

圖三十二 下載主程式的頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip44

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圖三十四 設定 Drupal的路徑檔-2helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip46

圖三十五 將設定檔移至伺服器根目錄下helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip46

圖三十六 進入 Drupal的安裝畫面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip47

圖三十七 進行 Drupal語言選擇helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip48

圖三十八 進行設定 Drupal 帳號密碼helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip49

圖三十九 進行網頁的基本設定helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

圖四十 進行網頁的基本設定-1helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip51

圖四十一 Drupal 基本設定完成頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip51

圖四十二 Drupal 啟用畫面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip52

圖四十三 中文模組下載頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip53

圖四十四 選擇模組開啟頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip54

圖四十五 中文模組包安裝頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip55

圖四十六 Drupal 中文化設定helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip56

圖四十七 相關模組遺失頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip57

圖四十八 下載新模組頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip58

圖四十九 下載 Drupal新模組的下載頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip59

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圖五十 Drupal 新模組安裝頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip59

圖五十一 新模組開啟頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

圖五十二 模組啟動頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

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圖五十七 StamPlot 活動量分析圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip64

圖五十八 程式啟動頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip64

圖五十九 運動特徵值helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip65

圖六十 手機 APP 成品畫面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip66

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip69

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研究計畫內容

1摘要

近來穿戴式裝置引起熱烈的風潮與話題健康管理更是

智慧穿戴式裝置應用注目的焦點 尤其是健康運動管理相

關的應用更是科技界爭相研發的熱門產品但目前類似的穿

戴裝置大多固定穿戴在身體的單一位置做簡單運動感

測無法真正掌握姿勢動作的正確性運動效果將會大打

折扣本計畫將使用嵌入式晶片結合 BLE 短程無線傳輸技

術智慧型手機 APP 程式開發研製一款低成本低耗電量

的運動與健康管理用之穿戴式裝置裝置內建六軸運動感測元

件提供使用者配戴在身體不同部位偵測使用者的活動狀態

並以智慧型手機透過 BLE 無線傳輸做為穿戴式裝置的人機

介面提供裝置的功能設定資料顯示及雲端監控本裝置在

運動與健康管理的應用上可結合使用者自訂個人的運動處方

與雲端健康管理系統透過智慧型手機定時提醒使用者運動

時間運動份量記錄運動狀態運動量與運動時間上傳雲

端健康管理系統運動方案與記錄結合心跳血壓體重hellip等

生理量測資料可用來檢視這套運動處方的成效做為進一

步調整或改善的依據提供人們更方便有效的健康運動自主管

理工具本作品具備的創新特色功能有(1)多個裝置可同時

配戴在身體不同部位配合加速度計 六軸運動感測元件和

溫濕度感測元件能更精準偵測身體動作與姿勢(2) 結合

手機與藍牙 40 的多點連線的特性同時分析與記錄使用者的

運動狀況搭配合溫度濕度壓力同時記錄使用者的運

動環境(3)針對不同型態的運動可使用學習功能記錄與

分析標準運動姿勢做為比對使用者運動姿勢正確性可

以更精確掌握運動對健康的成效(4)搭配「雲端健康管理系

統」為使用者量身訂做運動處方透過手機定時提醒使用

者運動時間運動份量運動記錄與生理訊號量測的資料分

析可檢視運動處方成效做為進一步調整或改善的依據提

供人們更精準有效的健康運動自主管理工具

關鍵字 穿戴式裝置嵌入式晶片BLE 無線傳輸健康管理

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圖三十三 設定 Drupal的路徑檔案helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip45

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圖三十五 將設定檔移至伺服器根目錄下helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip46

圖三十六 進入 Drupal的安裝畫面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip47

圖三十七 進行 Drupal語言選擇helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip48

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圖三十九 進行網頁的基本設定helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip50

圖四十 進行網頁的基本設定-1helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip51

圖四十一 Drupal 基本設定完成頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip51

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圖四十三 中文模組下載頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip53

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圖四十六 Drupal 中文化設定helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip56

圖四十七 相關模組遺失頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip57

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圖五十 Drupal 新模組安裝頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip59

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圖五十七 StamPlot 活動量分析圖helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip64

圖五十八 程式啟動頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip64

圖五十九 運動特徵值helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip65

圖六十 手機 APP 成品畫面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip66

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip69

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研究計畫內容

1摘要

近來穿戴式裝置引起熱烈的風潮與話題健康管理更是

智慧穿戴式裝置應用注目的焦點 尤其是健康運動管理相

關的應用更是科技界爭相研發的熱門產品但目前類似的穿

戴裝置大多固定穿戴在身體的單一位置做簡單運動感

測無法真正掌握姿勢動作的正確性運動效果將會大打

折扣本計畫將使用嵌入式晶片結合 BLE 短程無線傳輸技

術智慧型手機 APP 程式開發研製一款低成本低耗電量

的運動與健康管理用之穿戴式裝置裝置內建六軸運動感測元

件提供使用者配戴在身體不同部位偵測使用者的活動狀態

並以智慧型手機透過 BLE 無線傳輸做為穿戴式裝置的人機

介面提供裝置的功能設定資料顯示及雲端監控本裝置在

運動與健康管理的應用上可結合使用者自訂個人的運動處方

與雲端健康管理系統透過智慧型手機定時提醒使用者運動

時間運動份量記錄運動狀態運動量與運動時間上傳雲

端健康管理系統運動方案與記錄結合心跳血壓體重hellip等

生理量測資料可用來檢視這套運動處方的成效做為進一

步調整或改善的依據提供人們更方便有效的健康運動自主管

理工具本作品具備的創新特色功能有(1)多個裝置可同時

配戴在身體不同部位配合加速度計 六軸運動感測元件和

溫濕度感測元件能更精準偵測身體動作與姿勢(2) 結合

手機與藍牙 40 的多點連線的特性同時分析與記錄使用者的

運動狀況搭配合溫度濕度壓力同時記錄使用者的運

動環境(3)針對不同型態的運動可使用學習功能記錄與

分析標準運動姿勢做為比對使用者運動姿勢正確性可

以更精確掌握運動對健康的成效(4)搭配「雲端健康管理系

統」為使用者量身訂做運動處方透過手機定時提醒使用

者運動時間運動份量運動記錄與生理訊號量測的資料分

析可檢視運動處方成效做為進一步調整或改善的依據提

供人們更精準有效的健康運動自主管理工具

關鍵字 穿戴式裝置嵌入式晶片BLE 無線傳輸健康管理

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圖五十 Drupal 新模組安裝頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip59

圖五十一 新模組開啟頁面helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip60

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研究計畫內容

1摘要

近來穿戴式裝置引起熱烈的風潮與話題健康管理更是

智慧穿戴式裝置應用注目的焦點 尤其是健康運動管理相

關的應用更是科技界爭相研發的熱門產品但目前類似的穿

戴裝置大多固定穿戴在身體的單一位置做簡單運動感

測無法真正掌握姿勢動作的正確性運動效果將會大打

折扣本計畫將使用嵌入式晶片結合 BLE 短程無線傳輸技

術智慧型手機 APP 程式開發研製一款低成本低耗電量

的運動與健康管理用之穿戴式裝置裝置內建六軸運動感測元

件提供使用者配戴在身體不同部位偵測使用者的活動狀態

並以智慧型手機透過 BLE 無線傳輸做為穿戴式裝置的人機

介面提供裝置的功能設定資料顯示及雲端監控本裝置在

運動與健康管理的應用上可結合使用者自訂個人的運動處方

與雲端健康管理系統透過智慧型手機定時提醒使用者運動

時間運動份量記錄運動狀態運動量與運動時間上傳雲

端健康管理系統運動方案與記錄結合心跳血壓體重hellip等

生理量測資料可用來檢視這套運動處方的成效做為進一

步調整或改善的依據提供人們更方便有效的健康運動自主管

理工具本作品具備的創新特色功能有(1)多個裝置可同時

配戴在身體不同部位配合加速度計 六軸運動感測元件和

溫濕度感測元件能更精準偵測身體動作與姿勢(2) 結合

手機與藍牙 40 的多點連線的特性同時分析與記錄使用者的

運動狀況搭配合溫度濕度壓力同時記錄使用者的運

動環境(3)針對不同型態的運動可使用學習功能記錄與

分析標準運動姿勢做為比對使用者運動姿勢正確性可

以更精確掌握運動對健康的成效(4)搭配「雲端健康管理系

統」為使用者量身訂做運動處方透過手機定時提醒使用

者運動時間運動份量運動記錄與生理訊號量測的資料分

析可檢視運動處方成效做為進一步調整或改善的依據提

供人們更精準有效的健康運動自主管理工具

關鍵字 穿戴式裝置嵌入式晶片BLE 無線傳輸健康管理

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研究計畫內容

1摘要

近來穿戴式裝置引起熱烈的風潮與話題健康管理更是

智慧穿戴式裝置應用注目的焦點 尤其是健康運動管理相

關的應用更是科技界爭相研發的熱門產品但目前類似的穿

戴裝置大多固定穿戴在身體的單一位置做簡單運動感

測無法真正掌握姿勢動作的正確性運動效果將會大打

折扣本計畫將使用嵌入式晶片結合 BLE 短程無線傳輸技

術智慧型手機 APP 程式開發研製一款低成本低耗電量

的運動與健康管理用之穿戴式裝置裝置內建六軸運動感測元

件提供使用者配戴在身體不同部位偵測使用者的活動狀態

並以智慧型手機透過 BLE 無線傳輸做為穿戴式裝置的人機

介面提供裝置的功能設定資料顯示及雲端監控本裝置在

運動與健康管理的應用上可結合使用者自訂個人的運動處方

與雲端健康管理系統透過智慧型手機定時提醒使用者運動

時間運動份量記錄運動狀態運動量與運動時間上傳雲

端健康管理系統運動方案與記錄結合心跳血壓體重hellip等

生理量測資料可用來檢視這套運動處方的成效做為進一

步調整或改善的依據提供人們更方便有效的健康運動自主管

理工具本作品具備的創新特色功能有(1)多個裝置可同時

配戴在身體不同部位配合加速度計 六軸運動感測元件和

溫濕度感測元件能更精準偵測身體動作與姿勢(2) 結合

手機與藍牙 40 的多點連線的特性同時分析與記錄使用者的

運動狀況搭配合溫度濕度壓力同時記錄使用者的運

動環境(3)針對不同型態的運動可使用學習功能記錄與

分析標準運動姿勢做為比對使用者運動姿勢正確性可

以更精確掌握運動對健康的成效(4)搭配「雲端健康管理系

統」為使用者量身訂做運動處方透過手機定時提醒使用

者運動時間運動份量運動記錄與生理訊號量測的資料分

析可檢視運動處方成效做為進一步調整或改善的依據提

供人們更精準有效的健康運動自主管理工具

關鍵字 穿戴式裝置嵌入式晶片BLE 無線傳輸健康管理

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1-2研究動機與研究問題

近來穿戴式裝置引起熱烈的風潮與話題在應用領域上

運動健身及醫療照護發展較早是目前智慧穿戴式裝置市場上

的主流穿戴式裝置使用運動感測元件與藍牙通訊偵測使用者

的活動狀態以簡單輕巧省電近距離無線傳輸結合目

前最熱門的手持式裝置不僅使行動應用更加多元化也創

造穿戴式裝置市場與相關產業鏈的新興商機智慧手機應用

現今炙手可熱門的「小米手環」就是一個典型代表商品緊跟

而來的社會發展與人們生活水平的普遍提升各個國家人民對健

康的重視與關心健康產業將成為 21 世紀引導全球經濟發展和社

會進步的重要產業運動對身體健康有很大的好處尤其是養成

規律運動的習慣規律運動可加強心肺耐力降低疾病的機率

增強肌力及肌耐力提昇身體免疫力有效的控制體重降低憂

慮與焦慮感失眠hellip等簡而言之即『掌握健康的第一步從規

律運動開始』

規劃一套適合自己的運動處方透過「運動與健康管理系統」

確實掌握運動狀況運動強度與運動量是否適量運動姿勢是否

正確性是確保運動對健康成效的重要關鍵因此如何正確有效

的偵測與記錄到使用者運動者的運動狀態運動量與運動時間

最關鍵的技術就是研發一套可配戴身體不同部位偵測使用者的

活動狀態的穿戴式裝置無線通訊技術在穿戴式裝置上扮演關

鍵角色由於配戴在人體身上體積輕薄短小省電都是產品

設計主要的考量因素因此不能做太複雜的功能與運算其運

作模式不外乎蒐集或儲存資訊之後再傳輸至手機或其他裝置

進行分析運算在資訊傳輸上各家業者多半選擇低功耗的短

距無線傳輸技術其中包括 RF 無線(ZigBee 網路)與藍芽最新

技術-低耗電的新標準 BLE (Bluetooth Low Energy-藍牙低功

耗)專家認為若站在「與行動裝置互連」的角度來看藍

芽勝出機率似乎比較高因其擁有手機作業系統廠原生支持的

優勢只要採行 BLE 傳輸技術的智慧穿戴式裝置都能與行動裝

置互相傳輸資訊穿戴式裝置蒐集的資料亦可進一步傳送至

智慧型手機或雲端設備讓應用範圍更為寬闊未來將大幅成

長指日可待

11

1-3文獻回顧與探討

1-3-1穿戴式裝置

在健康照護監測科技發展中穿戴式裝置將扮演重要角色自

Google 推出智慧眼鏡SONY三星等推出智慧手錶等引爆穿戴

式裝置的話題與風潮一般說法是具有以下 5 大功能者即可

歸類為穿戴式裝置(1)能穿戴在使用者身上(2)具備一個運算

處理核心(3)可以執行各種功能的軟體系統(4)具備有線無

線連接網路或其他裝置的能力(5)具備不同目的的感應器在應

用領域上運動健身及醫療照護發展較早是目前智慧穿戴式裝

置市場上的主流未來穿戴式裝置結合目前最熱門的手持式裝

置不僅使行動應用更加多元化也創造穿戴式裝置市場與相關

產業鏈的新興商機

1-3-2穿戴式科技的定義

「穿戴式科技」顧名思義就是應用現有的科技開發出微型輕便

化的裝置使其可以穿戴 在人的身上以擷取如生理資訊等的相

關資訊然後經由有線或無線通訊的方式把資料傳遞到雲端運

算雲端再把結果反饋到個人行動裝置上讓使用者可以得到所

需要的資訊目前智慧型穿戴式裝置的發展相當多元主要可分

成 2 大類一般消費者使用與特定產 業應用其中促成智慧型

穿戴式裝置發展的核心元素包含 半導體技術成熟化這技術

是多重感測器整合晶片的封裝技術不但有效縮小了智慧型 穿

戴裝置所採用晶片的尺寸更保留或提升了晶片的運算能力 低

耗能傳輸技術如 Bluetooth low energy這技術能有效降低

通訊時的功率消耗使智 慧型裝置可以採用較小容量（體積）

的電池也有效降低了裝置的體積 能源擷取技術的發展穿

戴式裝置的設計目標是希望使用者在量測相關生理資訊時不

會感覺到它的存在因此裝置必須盡可能微小化輕量化然而

電池的尺寸可說是輕薄化 路上的絆腳石因此除了降低晶片與

通訊傳輸的功耗以外發展出能從環境中擷取能源的技 術勢

必成為下一世代智慧型穿戴式裝置的核心技術

12

圖一 智慧型穿戴式裝置分類圖

由上圖分析可知穿戴式裝置的類型可 從一般穿戴樣式到貼黏

樣式系統架構可從單純訊號擷取分析到完整後端雲端服務應

用更可從單純的運動記錄到較為複雜的行動醫療解析或是軍用

生化檢測

13

1-3-3穿戴式裝置小故事分享

今天是周六對已忙碌一周的上班族 阿明而言周末正是在家調養生

息的日子 昨晚睡前阿明特地戴上了智慧手環（一個 可以記錄睡眠狀

態並在最適當的時間叫 醒使用者的裝置）因此昨晚他睡得特別香

甜今天他的老婆要和同學聚餐阿明必 須幫忙照顧家中的一對兒女

兒子剛滿 3 歲女兒才 6 個月大出門前老婆特別 叮嚀阿明要記得

陪兒子到公園運動也要 留意女兒的尿布疹不要讓小寶貝的屁屁 再

惡化了 老婆出門沒多久兒子就吵著要阿明 帶他去附近的公園玩耍

阿明從容地幫小女兒換上智慧型尿布（可以隨時偵測寶寶 是否尿尿或便

便並把資訊以無線方式即 使傳送到阿明手機上的 APP）同時幫兒子

穿上體感衣（可以即時監測生理資訊如 體溫血氧心跳與量測環境

資訊如溫 度溼度並把資訊傳送到阿明手機上的 APP）阿明優閒地

推著娃娃車帶著沉睡 中的小女兒和兒子一起去公園 酷夏的炎熱讓

阿明滿身大汗阿明的智 慧眼鏡偵測到目前室外環境溫度過高紫外 線

指數也超標相對溼度更是高到讓人很不 舒服的地步因此他把兒子帶

往樹下玩耍以 免中暑這時手機中的智慧尿布 APP 傳來 訊息通知小

女兒已經尿了因此阿明馬上 幫她換新尿布並檢查尿布疹的情況 另

一方面兒子體感衣的異常資訊也 經由藍牙傳輸到阿明的手機告知正

在玩耍的兒子體溫已經上升到 378 度APP 綜合環境與生理資訊 皮

膚溫度出汗量脈搏並結合雲端運算後顯示這是中熱 衰竭的前兆

並向阿明建議處置的方法

14

圖二 穿戴式裝置示意圖

1-3-4海量資料分析 在匯聚更多的資料後藉由建制分析統計演算法 平台服

務 商能在海量資料中找出更全方位且高價值的服務

在巨大的洪流來臨之前 您是否會為公司提前買一張可以安

全登上諾 亞方舟的船票當各家手機大廠半導體供 應商甚至

傳統產業都深刻感受到營業額無法 增長毛利率卻逐年下修

時買張可搭上諾 亞方舟的票似乎是一個讓公司躲過這場浩

劫並生存至下一世代的機會而這艘諾亞方 舟正是最近常被

廣泛討論的「海量資料分 析」 在高度資訊爆炸的時代更精

確地說應該是在每秒裡我們都不斷 地留下（累積）數位足

跡依據 IBM 的統 計全世界每天建立 25 百萬兆位元組的

資 料數量之多光是過去兩年新建立的資料 量就占當今世界

總量的 90 這些資料來 源相當廣泛舉凡蒐集環境或氣候

資訊的感 應器社交媒體網站的貼文數位圖片與影 像採購

交易紀錄行動電話 GPS 訊號等 這類的資料就是所謂的海量

資料 討論至此不知讀者是否已經看出端 倪了呢 這將會

是一張巨幅的拼圖海量資料 分析所有的穿戴式裝置都是其

中一塊不 可或缺的拼圖它承擔著最前端的（生理 與環境）資

料擷取請留意這些資料並無 法直接使用而必須先規範分

類整理 與驗證後才能成為有用的資料在匯聚 更多的資料

後藉由建制分析統計演算 法平台服務商方能在海量資料

中找（撈） 出更全方位且高價值的服務因此迎接這以海量

資料分析為核心的 「穿戴新紀元」吧

圖三 海量資料與穿戴式裝置關係示意圖

15

2低功耗藍牙(BLE)

無線通訊技術在穿戴式裝置上扮演關鍵角色由於配戴

在人體身上體積輕薄短小省電都是產品設計主要的考

量因素因此不能做太複雜的功能與運算其運作模式不

外乎蒐集或儲存資訊之後再傳輸至手機或其他裝置進行

分析運算在資訊傳輸上各家業者多半選擇低功耗的短

距無線傳輸技術其中包括藍芽最新技術-低耗電的新標準

BLE (Bluetooth Low Energy)專家認為若站在「與行

動裝置互連」的角度來看藍芽勝出機率似乎比較高因

其擁有手機作業系統廠原生支持的優勢只要採行 BLE 傳

輸技術的智慧穿戴式裝置都能與行動裝置互相傳輸資訊

穿戴式裝置蒐集的資料亦可進一步傳送至智慧型手機或

雲端設備讓應用範圍更為寬闊未來將大幅成長指日

可待

2-1藍牙 40 有什麼特色

bull 一項低功耗無線通信技術的國際標準

bull 採用藍牙 40 技術的設備可以使用鈕釦電池供電並與其

它藍牙設備連接

bull 與傳統藍牙和無線網絡相比功耗更低連接速度更快

bull 與 ZigBee 的技術相比協議棧更簡單抗干擾性能更好

bull 與其他 24GHz 的私有技術相比通用性和互通性更好

2-2藍牙 40 簡介

bull 藍牙 (Bluetooth)是一種無線個人區域網(WPAN)最初

由易利信(Ericsson)於 1994 年提出後來由藍牙技術聯盟

訂定技術標準據說為了強調此技術及應用尚在萌芽階段

的意義故將 Bluetooth中文譯名為較文雅的「藍芽 」

並在台灣進行商業的註冊在 2006 年藍牙技術聯盟組織

已將全球中文譯名統一改採直譯為「藍牙 」

16

bull 藍牙 40 最重要的特性是省電科技極低的執行和待機功

耗可以使一粒鈕釦電池連續工作數年之久此外低成本

和跨廠商互操作性3 毫秒連線超低延遲100 米以上超長

距離通訊AES-128 加密等諸多特色可以應用於計步器

心律監視器智能儀表感測網路物聯網等眾多領域

大大擴展藍牙技術的應用範圍 藍牙 40 依舊向下兼容

包含經典藍牙技術規範和最高速度24Mbps的藍牙高速技術

規範三種技術規範可單獨使用也可同時運行

圖四 藍芽 40 模組

可以同時支援基本速率及藍芽低功耗的裝置稱為雙模

(dual-mode)裝置基本上手機及桌上型電腦的藍芽系

統都為雙模裝置如果只支援藍芽低功耗的裝置稱為單

模(single-mode)裝置單模裝置一般都會使用在有電

池使用壽命考量的裝置上例如使用 CR2032 鈕釦電池

(coin cell battery)的設備

17

2-3 BLE 技術與模組晶片

藍牙技術聯盟最新推出主打低功耗 40 版本目前已有

相關產品上市是一項低功耗無線通信技術的國際標準在

藍牙 40 規格中有效傳輸距離可明顯提升至最高約 60 公

尺製造商可以自行根據產品屬性調整其射頻範圍讓藍牙

傳輸的應用範圍有效拉大

BLE 優點包括與傳統藍牙和無線網路相比功耗更低

連接速度更快與 ZigBee 技術相比通訊協定更簡單抗

干擾性能更好

與其他 24GHz 的私有技術相比通用性和互通性更好

BM79BLEDKMC2 是創傑科技公司(ISSC)專為 BLE 藍牙標準設

計藍牙模組可透過 UART 介面與微控制器連接功能與外

觀如下圖

圖十七 BM79BLEDKMC2 架構和實體圖

18

2-4藍牙 40 技術通訊協定細節

bull 速度支持1Mbps 數據傳輸率下的超短數據包最少

8個位元最多27個所有連接都使用藍牙21 加入

的減速呼吸模式(sniff subrating)來達到超低工作

循環

bull 跳頻使用所有藍牙規範版本通用的自適應跳頻最

大程度地減少和其他24GHzISM 頻段無線技術的串

擾

bull 主控制更加智能可以休眠更長時間只在需要執

行動作的時候才喚醒

bull 延遲最短可在3 毫秒內完成連接設置並開始傳輸數

據

bull 範圍提高調變功率最大範圍可超過100 米

bull 健壯性所有數據包都使用24-bitCRC 校驗確保最

大程度抵禦干擾

bull 安全使用AES-128 CCM 加密算法進行數據包加密和

認證

bull 拓撲每個數據包的每次接收都使用32 位尋址理

論上可連接數十億設備針對一對一連接優化並支

持星形拓撲的一對多連接使用快速連接和斷開數

據可以再網狀拓撲內轉移而無需維持複雜的網狀網

絡

19

圖四之一 藍芽 40 核心架構圖

Bluetooth 40技術的核心架構可以參考上圖方塊圖所

示其中圖中左半部為傳統的標準藍牙技術 BREDR架

構而圖中右半部則是在此版本中新增加的低耗電單工

(Bluetooth Low Energy BLE)架構不過最為特別就

是圖中間部分的 Dual-Mode雙工架構我們可以輕易看

出該雙工架構就是將 BREDR架構以及 BLE單工架構一

起結合施行的模式在此雙工模式下系統會根據當時的

環境隨時切換使用不同的傳輸方式因此理論上可以達

到系統優化以及節省耗電量的目的此雙工模式的架構

等於是將不同的藍牙技術相互結合(例如 v21+EDR或是

v30高速藍牙)用戶或是裝置可以自由切換運行高速

傳輸模式或是低耗電的運作方式因此單工的低耗電模

式就適合應用在需要長時間連接但是不會時常傳輸數

據的裝置上而一般在 PC及手機等不同裝置間的數據

傳輸則是較適合使用雙工模式來做運行簡單來說新的

BTv40技術除了可以讓傳統標準藍牙技術高速藍牙技

術以及低耗電藍牙技術單獨運行之外更能夠彼此共同

運用而達到三位一體的操作模式

20

圖五 藍芽 40 行動裝置

3六軸慣性姿態感測

慣性姿態量測系統主要是由直線加速度計

(Accelerometer)與旋轉陀螺儀(Gyroscope)等慣性感

測元件所構成可量測身體活動的姿態三軸加速度計

是由一組三個橫樑所構成的一種機械結構中間橫樑是

可移動的 而兩側橫樑則是固定住當系統產生加速

度時便可利用中間移動式的橫樑和兩側固定式橫樑的

位移差計算出重力加速度值三軸加速度感測器則是在

晶片上採用三個互相垂直的電容測量器以測得沿三度

空間 XYZ 軸所產生的加速度

圖六 三軸模組

21

3-1加速度感測器 -詳細

並把一維或二維納米材料連接成測量電橋所述的信號處理電路

包括整流穩壓電路載波振蕩器測量電橋和交流載波放大器

加速度(力)信號作用在質量塊上使膜片發生應變利用膜片上

的納米材料測出應變利用全橋檢測方法將材料應變轉化為電

信號再通過一系列的信號處理過程從而得到被測加速度信號

的數值根據本發明的這種微型膜片式加速度感測器具有很高的

靈敏度並可進行批量生產

加速度感測器是一種能夠測量加速力的電子設備加速力就是

當物體在加速過程中作用在物體上的力就好比地球引力也就

是重力加速力可以是個常量比如 g也可以是變數

加速度計有兩種一種是角加速度計是由陀螺儀（角速度感測

器）的改進的另一種就是線加速度計

通過測量由於重力引起的加速度你可以計算出設備相對於水平

面的傾斜角度通過分析動態加速度你可以分析出設備移動的

方式

3-2加速度感測器 -分類

壓電式加速度感測器壓電式加速度感測器又稱壓電加速度

計它也屬於慣性式感測器壓電式加速度感測器的原理是利用

壓電陶瓷或石英晶體的壓電效應在加速度計受振時質量塊加

在壓電元件上的力也隨之變化當被測振動頻率遠低於加速度計

的固有頻率時則力的變化與被測加速度成正比

壓阻式加速度感測器基於世界領先的 MEMS 硅微加工技術壓阻

式加速度感測器具有體積小低功耗等特點易於集成在各種模

擬和數字電路中廣泛應用於汽車碰撞實驗測試儀器設備振

動監測等領域加速度感測器網為客戶提供壓阻式加速度感測器

壓阻加速度計各品牌的型號參數原理價格接線圖等信

息

22

3-3電容式加速度感測器 電容式加速度感測器是基於電容原理的極距變化型的電容感

測器電容式加速度感測器電容式加速度計是對比較通用的加

速度感測器在某些領域無可替代如安全氣囊手機移動設備

等電容式加速度感測器電容式加速度計採用了微機電系統

（MEMS）工藝在大量生產時變得經濟從而保證了較低的成本

伺服式加速度感測器伺服式加速度感測器是一種閉環測試系

統具有動態性 能好動態範圍大和線性度好等特點其工作

原理感測器的振動系統由 m-k」系統組成與一般加速度計

相同但質量 m 上還接著一個電磁線圈當基座上有 加速度輸

入時質量塊偏離平衡位置該位移大小由位移感測器檢測出

來經伺服放大器 放大後轉換為電流輸出該電流流過電磁線

圈在永久磁鐵的磁場中產生電磁恢復力力圖使質量塊保持在

儀錶殼體中原來的平衡位置上所以伺服加速度感測器在閉環狀

態下工作由於有反饋作用增強了抗干擾的能力提高測量精

度擴大了測量範圍伺服加速度測量技術廣泛地應用於慣性導

航和慣性制導系統中在高精度的振動測量和標定中也有應用

4三軸加速度感測器 目前的三軸加速度感測器三軸加速度計大多採用壓阻式壓電

式和電容式工作原理產生的加速度正比於電阻電壓和電容的

變化通過相應的放大和濾波電路進行採集這個和普通的加速

度感測器是基於同樣的一個原理三軸加速度感測器具有體積小

和重量（gm）輕特點可以測量空間加速度能夠全面準確反映

物體的運動性質在航空航天機器人汽車和醫學等領域得到

廣泛的應用加速度感測器網為客戶提供各品牌三軸加速度感測

器三軸加速度計的型號參數原理價格接線圖等信息

4-1加速度感測器 加速度感測器的工作原理

線加速度計的原理是慣性原理也就是力的平衡A(加度)=F(慣

性力)M(質量) 我們只需要測量 F 就可以了怎麼測量 F用電

磁力去平衡這個力就可以了就可以得到 F 對應於電流的關

係只需要用實驗去標定這個比例係數就行了當然中間的信號

傳輸放大濾波就是電路的事了多數加速度感測器是根據壓

電效應的原理來工作的

23

所謂的壓電效應就是 對於不存在對稱中心的異極晶體加在晶

體上的外力除了使晶體發生形變以外還將改變晶體的極化狀

態在晶體內部建立電場這種由於機械力作用使介質發生極化

的現象稱為正壓電效應

一般加速度感測器就是利用了其內部的由於加速度造成的晶體

變形這個特性由於這個變形會產生電壓只要計算出產生電壓

和所施加的加速度之間的關係就可以將加速度轉化成電壓輸

出當然還有很多其它方法來製作加速度感測器比如壓阻技

術電容效應熱氣泡效應光效應但是其最基本的原理都是

由於加速度產生某個介質產生變形通過測量其變形量並用相關

電路轉化成電壓輸出每種技術都有各自的機會和問題

壓阻式加速度感測器由於在汽車工業中的廣泛應用而發展最

快加速度感測器主要用於汽車安全氣囊防抱死系統牽引控

制系統等安全性能方面

根據牛頓第二定律物體加速度(ms2)與受到的合力(N)成正

比與其質量(kg)成反比而加速度方向與合力相同

圖七 加速度感測器數學公式

值得注意的是加速度計的作用力檢測機制擷取了作用力產生的

加速度所以加速度計實際測量的是力而不是加速度加速度

計是藉由檢測施加在其中一個軸向的作用力來間接測量加速度

加速度計也是一種包括孔空腔彈簧和通道等以微型製造加工

的機電裝置加速度計採用多層晶圓製程以物體重心相對於固

定電極的位移來測量加速力

24

4-2加速度計的檢測機制 加速度計常見的檢測方法是電容檢測而加速度與物體運動產生

的電容變化有關(如圖 2)這種檢測技術的優點是精準度高穩

定度高功耗低結構簡單以及不容易受雜訊及溫度波動的影

響由於彈簧與以 IC 內的空氣作為阻尼器電容式加速度計的

頻寬只有幾百赫茲

圖八 加速度檢測機制數學公式

ε0=自由空間的介電常數

εr=電極板之間的材料的介電常數

A=電極板之間的重疊面積

D=電極板之間的距離

4-3加速度感測器 -加速度感測器的性能參數

模擬輸出 vs 數字輸出

這個是最先需要考慮的這個取決於你系統中和加速度感測器

之間的介面一般模擬輸出的電壓和加速度是成比例的比如

25V 對應 0g 的加速度26V 對應於 05g 的加速度數字輸出

一般使用脈寬調製（PWM）信號 如果你使用的微控制器只

有數字輸入比如 BASIC Stamp那你就只能選擇數字輸出的加

速度感測器了但是問題是你必須佔用額外的一個時鐘單元用來

處理 PWM 信號同時對處理器也是一個不小的負擔如果你使用

的微控制器有模擬輸入口比如 PICAVROOPIC你可以非常簡

單的使用模擬介面的加速度感測器所需要的就是在程序里加入

一句類似acceleration=read_adc()的指令而且處理此指令

的速度只要幾微秒

25

測量軸數量

對於多數項目來說兩軸的加速度感測器已經能滿足多數應用

了對於某些特殊的應用比如 UAVROV 控制三軸的加速度

感測器可能會適合一點

最大測量值

如果你只要測量機器人相對於地面的傾角那一個plusmn15g 加速

度感測器就足夠了但是如果你需要測量機器人的動態性能plusmn

2g 也應該足夠了要是你的機器人會有比如突然啟動或者停止

的情況出現那你需要一個plusmn5g 的感測器

靈敏度

一般來說越靈敏越好越靈敏的感測器對一定範圍內的加速

度變化更敏感輸出電壓的變化也越大這樣就比較容易測量

從而獲得更精確的測量值

帶寬

這裡的帶寬實際上指的是刷新率也就是說每秒鐘感測器會

產生多少次讀數對於一般只要測量傾角的應用50HZ 的帶寬

應該足夠了但是對於需要進行動態性能比如振動你會需要

一個具有上百 HZ 帶寬的感測器

電阻緩存機制

對於有些微控制器來說要進行 AD 轉化其連接的感測器阻

值必須小於 10kΩ比如加速度感測器的阻值為 32kΩ在 PIC

和 AVR 控制板上無法正常工作所以建議在購買感測器前仔細

閱讀控制器手冊確保感測器能夠正常工作

陀螺儀為慣性感測元件可量測物體旋轉時的角速度或角位

移它的基本構造是將一個繞固定軸旋轉的轉輪(spinning

wheel)架設於兩個正交(orthogonal) 架撐的可動平衡環

(gimbals) 上當陀螺儀轉子以極高速度旋轉時 就產生了慣

性這慣性使得陀螺轉子的旋轉軸保持在空間指向一個固定的

方向 同時反抗任何改變轉子軸向的力量當物體旋轉時陀

螺儀為維持原有的慣性會在該旋轉軸產生與角速度等比例的扭

力微機電技術製作之微型陀螺儀以高頻振動元件取代轉動件

26

在介紹 MEMS 應用之前必須先理解加速度計與陀螺儀之間的

不同加速度計是沿一個或多個軸測量線性加速度(單位為

mVg)陀螺儀則是測量角速度(單位為 mVdegs)

我們可建構不同的感測器諧振感測器的內部架構透過彈簧連

接至基板與諧振運動成 90 度角(如圖 9)我們能藉由檢測內

部架構和基板之間安裝的電極電容來測量柯氏加速度

圖九 陀螺儀模組架構

27

4-4加速度計和陀螺儀應用 加速度計長久以來被廣泛應用於汽車領域用於檢測汽車碰撞

或是否在正確的時間開啟氣囊在行動裝置領域的應用也很普

遍例如照相模式在「肖像」和「風景」之間切換輕觸切換至

下首歌曲設備放在口袋時依然能通過衣服輕拍防震拍攝以及

光學穩像機制

加速度是速度的變化速率

圖十 加速度變化的速率數學公式

28

4使用晶片感測與通訊元件以下針對穿戴式裝置使用的晶片

感測元件與無線傳輸模組的工作原理做進一步的介紹

5CC2530 晶片

本作品使用以 CC2530 晶片為核心搭配智慧型手機 APP 程式開

發雲端健康管理製作運動與健康管理用之穿戴式裝置作品系

統架構如圖 1具備的特色功能有

1多個裝置可同時配戴在身體不同部位如頭部手臂手腕

腰部大腿小腿配合加速度計 六軸運動感測元件

能更精準偵測身體動作與姿勢

2結合手機與藍牙 40 的多點連線的特性同時分析與記錄使

用者的運動狀況搭配合溫度濕度壓力同時記錄使

用者的運動環境

3針對不同型態的運動使用學習功能記錄與分析標準運

動姿勢做為比對使用者運動姿勢正確性可以更精確掌

握運動對健康的成效具學習功能的演算法當使用者

利用手機設定學習模式時可以先請專家做標準示範動

作晶片韌體程式會記錄運動感測資料並做取樣分析

找出標準動作的運動特徵值當離開學習模式時同一時間

偵測不同部位的運動量與運動姿勢正確性

4本裝置在運動與健康管理的應用上可結合使用者自訂個人

的運動處方與雲端健康管理系統搭配「雲端健康管理系

統」為使用者量身訂做運動處方透過手機定時提醒使

用者運動時間運動份量運動記錄與生理訊號量測的資料

分析可檢視運動處方成效做為進一步調整或改善的依

據提供人們更精準有效的健康運動自主管理工具

29

1-3文獻回顧與探討

1-3-1穿戴式裝置

在健康照護監測科技發展中穿戴式裝置將扮演重要角色自

Google 推出智慧眼鏡SONY三星等推出智慧手錶等引爆穿戴

式裝置的話題與風潮一般說法是具有以下 5 大功能者即可

歸類為穿戴式裝置(1)能穿戴在使用者身上(2)具備一個運算

處理核心(3)可以執行各種功能的軟體系統(4)具備有線無

線連接網路或其他裝置的能力(5)具備不同目的的感應器在應

用領域上運動健身及醫療照護發展較早是目前智慧穿戴式裝

置市場上的主流未來穿戴式裝置結合目前最熱門的手持式裝

置不僅使行動應用更加多元化也創造穿戴式裝置市場與相關

產業鏈的新興商機

1-3-2穿戴式科技的定義

「穿戴式科技」顧名思義就是應用現有的科技開發出微型輕便

化的裝置使其可以穿戴 在人的身上以擷取如生理資訊等的相

關資訊然後經由有線或無線通訊的方式把資料傳遞到雲端運

算雲端再把結果反饋到個人行動裝置上讓使用者可以得到所

需要的資訊目前智慧型穿戴式裝置的發展相當多元主要可分

成 2 大類一般消費者使用與特定產 業應用其中促成智慧型

穿戴式裝置發展的核心元素包含 半導體技術成熟化這技術

是多重感測器整合晶片的封裝技術不但有效縮小了智慧型 穿

戴裝置所採用晶片的尺寸更保留或提升了晶片的運算能力 低

耗能傳輸技術如 Bluetooth low energy這技術能有效降低

通訊時的功率消耗使智 慧型裝置可以採用較小容量（體積）

的電池也有效降低了裝置的體積 能源擷取技術的發展穿

戴式裝置的設計目標是希望使用者在量測相關生理資訊時不

會感覺到它的存在因此裝置必須盡可能微小化輕量化然而

電池的尺寸可說是輕薄化 路上的絆腳石因此除了降低晶片與

通訊傳輸的功耗以外發展出能從環境中擷取能源的技 術勢

必成為下一世代智慧型穿戴式裝置的核心技術

12

圖一 智慧型穿戴式裝置分類圖

由上圖分析可知穿戴式裝置的類型可 從一般穿戴樣式到貼黏

樣式系統架構可從單純訊號擷取分析到完整後端雲端服務應

用更可從單純的運動記錄到較為複雜的行動醫療解析或是軍用

生化檢測

13

1-3-3穿戴式裝置小故事分享

今天是周六對已忙碌一周的上班族 阿明而言周末正是在家調養生

息的日子 昨晚睡前阿明特地戴上了智慧手環（一個 可以記錄睡眠狀

態並在最適當的時間叫 醒使用者的裝置）因此昨晚他睡得特別香

甜今天他的老婆要和同學聚餐阿明必 須幫忙照顧家中的一對兒女

兒子剛滿 3 歲女兒才 6 個月大出門前老婆特別 叮嚀阿明要記得

陪兒子到公園運動也要 留意女兒的尿布疹不要讓小寶貝的屁屁 再

惡化了 老婆出門沒多久兒子就吵著要阿明 帶他去附近的公園玩耍

阿明從容地幫小女兒換上智慧型尿布（可以隨時偵測寶寶 是否尿尿或便

便並把資訊以無線方式即 使傳送到阿明手機上的 APP）同時幫兒子

穿上體感衣（可以即時監測生理資訊如 體溫血氧心跳與量測環境

資訊如溫 度溼度並把資訊傳送到阿明手機上的 APP）阿明優閒地

推著娃娃車帶著沉睡 中的小女兒和兒子一起去公園 酷夏的炎熱讓

阿明滿身大汗阿明的智 慧眼鏡偵測到目前室外環境溫度過高紫外 線

指數也超標相對溼度更是高到讓人很不 舒服的地步因此他把兒子帶

往樹下玩耍以 免中暑這時手機中的智慧尿布 APP 傳來 訊息通知小

女兒已經尿了因此阿明馬上 幫她換新尿布並檢查尿布疹的情況 另

一方面兒子體感衣的異常資訊也 經由藍牙傳輸到阿明的手機告知正

在玩耍的兒子體溫已經上升到 378 度APP 綜合環境與生理資訊 皮

膚溫度出汗量脈搏並結合雲端運算後顯示這是中熱 衰竭的前兆

並向阿明建議處置的方法

14

圖二 穿戴式裝置示意圖

1-3-4海量資料分析 在匯聚更多的資料後藉由建制分析統計演算法 平台服

務 商能在海量資料中找出更全方位且高價值的服務

在巨大的洪流來臨之前 您是否會為公司提前買一張可以安

全登上諾 亞方舟的船票當各家手機大廠半導體供 應商甚至

傳統產業都深刻感受到營業額無法 增長毛利率卻逐年下修

時買張可搭上諾 亞方舟的票似乎是一個讓公司躲過這場浩

劫並生存至下一世代的機會而這艘諾亞方 舟正是最近常被

廣泛討論的「海量資料分 析」 在高度資訊爆炸的時代更精

確地說應該是在每秒裡我們都不斷 地留下（累積）數位足

跡依據 IBM 的統 計全世界每天建立 25 百萬兆位元組的

資 料數量之多光是過去兩年新建立的資料 量就占當今世界

總量的 90 這些資料來 源相當廣泛舉凡蒐集環境或氣候

資訊的感 應器社交媒體網站的貼文數位圖片與影 像採購

交易紀錄行動電話 GPS 訊號等 這類的資料就是所謂的海量

資料 討論至此不知讀者是否已經看出端 倪了呢 這將會

是一張巨幅的拼圖海量資料 分析所有的穿戴式裝置都是其

中一塊不 可或缺的拼圖它承擔著最前端的（生理 與環境）資

料擷取請留意這些資料並無 法直接使用而必須先規範分

類整理 與驗證後才能成為有用的資料在匯聚 更多的資料

後藉由建制分析統計演算 法平台服務商方能在海量資料

中找（撈） 出更全方位且高價值的服務因此迎接這以海量

資料分析為核心的 「穿戴新紀元」吧

圖三 海量資料與穿戴式裝置關係示意圖

15

2低功耗藍牙(BLE)

無線通訊技術在穿戴式裝置上扮演關鍵角色由於配戴

在人體身上體積輕薄短小省電都是產品設計主要的考

量因素因此不能做太複雜的功能與運算其運作模式不

外乎蒐集或儲存資訊之後再傳輸至手機或其他裝置進行

分析運算在資訊傳輸上各家業者多半選擇低功耗的短

距無線傳輸技術其中包括藍芽最新技術-低耗電的新標準

BLE (Bluetooth Low Energy)專家認為若站在「與行

動裝置互連」的角度來看藍芽勝出機率似乎比較高因

其擁有手機作業系統廠原生支持的優勢只要採行 BLE 傳

輸技術的智慧穿戴式裝置都能與行動裝置互相傳輸資訊

穿戴式裝置蒐集的資料亦可進一步傳送至智慧型手機或

雲端設備讓應用範圍更為寬闊未來將大幅成長指日

可待

2-1藍牙 40 有什麼特色

bull 一項低功耗無線通信技術的國際標準

bull 採用藍牙 40 技術的設備可以使用鈕釦電池供電並與其

它藍牙設備連接

bull 與傳統藍牙和無線網絡相比功耗更低連接速度更快

bull 與 ZigBee 的技術相比協議棧更簡單抗干擾性能更好

bull 與其他 24GHz 的私有技術相比通用性和互通性更好

2-2藍牙 40 簡介

bull 藍牙 (Bluetooth)是一種無線個人區域網(WPAN)最初

由易利信(Ericsson)於 1994 年提出後來由藍牙技術聯盟

訂定技術標準據說為了強調此技術及應用尚在萌芽階段

的意義故將 Bluetooth中文譯名為較文雅的「藍芽 」

並在台灣進行商業的註冊在 2006 年藍牙技術聯盟組織

已將全球中文譯名統一改採直譯為「藍牙 」

16

bull 藍牙 40 最重要的特性是省電科技極低的執行和待機功

耗可以使一粒鈕釦電池連續工作數年之久此外低成本

和跨廠商互操作性3 毫秒連線超低延遲100 米以上超長

距離通訊AES-128 加密等諸多特色可以應用於計步器

心律監視器智能儀表感測網路物聯網等眾多領域

大大擴展藍牙技術的應用範圍 藍牙 40 依舊向下兼容

包含經典藍牙技術規範和最高速度24Mbps的藍牙高速技術

規範三種技術規範可單獨使用也可同時運行

圖四 藍芽 40 模組

可以同時支援基本速率及藍芽低功耗的裝置稱為雙模

(dual-mode)裝置基本上手機及桌上型電腦的藍芽系

統都為雙模裝置如果只支援藍芽低功耗的裝置稱為單

模(single-mode)裝置單模裝置一般都會使用在有電

池使用壽命考量的裝置上例如使用 CR2032 鈕釦電池

(coin cell battery)的設備

17

2-3 BLE 技術與模組晶片

藍牙技術聯盟最新推出主打低功耗 40 版本目前已有

相關產品上市是一項低功耗無線通信技術的國際標準在

藍牙 40 規格中有效傳輸距離可明顯提升至最高約 60 公

尺製造商可以自行根據產品屬性調整其射頻範圍讓藍牙

傳輸的應用範圍有效拉大

BLE 優點包括與傳統藍牙和無線網路相比功耗更低

連接速度更快與 ZigBee 技術相比通訊協定更簡單抗

干擾性能更好

與其他 24GHz 的私有技術相比通用性和互通性更好

BM79BLEDKMC2 是創傑科技公司(ISSC)專為 BLE 藍牙標準設

計藍牙模組可透過 UART 介面與微控制器連接功能與外

觀如下圖

圖十七 BM79BLEDKMC2 架構和實體圖

18

2-4藍牙 40 技術通訊協定細節

bull 速度支持1Mbps 數據傳輸率下的超短數據包最少

8個位元最多27個所有連接都使用藍牙21 加入

的減速呼吸模式(sniff subrating)來達到超低工作

循環

bull 跳頻使用所有藍牙規範版本通用的自適應跳頻最

大程度地減少和其他24GHzISM 頻段無線技術的串

擾

bull 主控制更加智能可以休眠更長時間只在需要執

行動作的時候才喚醒

bull 延遲最短可在3 毫秒內完成連接設置並開始傳輸數

據

bull 範圍提高調變功率最大範圍可超過100 米

bull 健壯性所有數據包都使用24-bitCRC 校驗確保最

大程度抵禦干擾

bull 安全使用AES-128 CCM 加密算法進行數據包加密和

認證

bull 拓撲每個數據包的每次接收都使用32 位尋址理

論上可連接數十億設備針對一對一連接優化並支

持星形拓撲的一對多連接使用快速連接和斷開數

據可以再網狀拓撲內轉移而無需維持複雜的網狀網

絡

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圖四之一 藍芽 40 核心架構圖

Bluetooth 40技術的核心架構可以參考上圖方塊圖所

示其中圖中左半部為傳統的標準藍牙技術 BREDR架

構而圖中右半部則是在此版本中新增加的低耗電單工

(Bluetooth Low Energy BLE)架構不過最為特別就

是圖中間部分的 Dual-Mode雙工架構我們可以輕易看

出該雙工架構就是將 BREDR架構以及 BLE單工架構一

起結合施行的模式在此雙工模式下系統會根據當時的

環境隨時切換使用不同的傳輸方式因此理論上可以達

到系統優化以及節省耗電量的目的此雙工模式的架構

等於是將不同的藍牙技術相互結合(例如 v21+EDR或是

v30高速藍牙)用戶或是裝置可以自由切換運行高速

傳輸模式或是低耗電的運作方式因此單工的低耗電模

式就適合應用在需要長時間連接但是不會時常傳輸數

據的裝置上而一般在 PC及手機等不同裝置間的數據

傳輸則是較適合使用雙工模式來做運行簡單來說新的

BTv40技術除了可以讓傳統標準藍牙技術高速藍牙技

術以及低耗電藍牙技術單獨運行之外更能夠彼此共同

運用而達到三位一體的操作模式

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圖五 藍芽 40 行動裝置

3六軸慣性姿態感測

慣性姿態量測系統主要是由直線加速度計

(Accelerometer)與旋轉陀螺儀(Gyroscope)等慣性感

測元件所構成可量測身體活動的姿態三軸加速度計

是由一組三個橫樑所構成的一種機械結構中間橫樑是

可移動的 而兩側橫樑則是固定住當系統產生加速

度時便可利用中間移動式的橫樑和兩側固定式橫樑的

位移差計算出重力加速度值三軸加速度感測器則是在

晶片上採用三個互相垂直的電容測量器以測得沿三度

空間 XYZ 軸所產生的加速度

圖六 三軸模組

21

3-1加速度感測器 -詳細

並把一維或二維納米材料連接成測量電橋所述的信號處理電路

包括整流穩壓電路載波振蕩器測量電橋和交流載波放大器

加速度(力)信號作用在質量塊上使膜片發生應變利用膜片上

的納米材料測出應變利用全橋檢測方法將材料應變轉化為電

信號再通過一系列的信號處理過程從而得到被測加速度信號

的數值根據本發明的這種微型膜片式加速度感測器具有很高的

靈敏度並可進行批量生產

加速度感測器是一種能夠測量加速力的電子設備加速力就是

當物體在加速過程中作用在物體上的力就好比地球引力也就

是重力加速力可以是個常量比如 g也可以是變數

加速度計有兩種一種是角加速度計是由陀螺儀（角速度感測

器）的改進的另一種就是線加速度計

通過測量由於重力引起的加速度你可以計算出設備相對於水平

面的傾斜角度通過分析動態加速度你可以分析出設備移動的

方式

3-2加速度感測器 -分類

壓電式加速度感測器壓電式加速度感測器又稱壓電加速度

計它也屬於慣性式感測器壓電式加速度感測器的原理是利用

壓電陶瓷或石英晶體的壓電效應在加速度計受振時質量塊加

在壓電元件上的力也隨之變化當被測振動頻率遠低於加速度計

的固有頻率時則力的變化與被測加速度成正比

壓阻式加速度感測器基於世界領先的 MEMS 硅微加工技術壓阻

式加速度感測器具有體積小低功耗等特點易於集成在各種模

擬和數字電路中廣泛應用於汽車碰撞實驗測試儀器設備振

動監測等領域加速度感測器網為客戶提供壓阻式加速度感測器

壓阻加速度計各品牌的型號參數原理價格接線圖等信

息

22

3-3電容式加速度感測器 電容式加速度感測器是基於電容原理的極距變化型的電容感

測器電容式加速度感測器電容式加速度計是對比較通用的加

速度感測器在某些領域無可替代如安全氣囊手機移動設備

等電容式加速度感測器電容式加速度計採用了微機電系統

（MEMS）工藝在大量生產時變得經濟從而保證了較低的成本

伺服式加速度感測器伺服式加速度感測器是一種閉環測試系

統具有動態性 能好動態範圍大和線性度好等特點其工作

原理感測器的振動系統由 m-k」系統組成與一般加速度計

相同但質量 m 上還接著一個電磁線圈當基座上有 加速度輸

入時質量塊偏離平衡位置該位移大小由位移感測器檢測出

來經伺服放大器 放大後轉換為電流輸出該電流流過電磁線

圈在永久磁鐵的磁場中產生電磁恢復力力圖使質量塊保持在

儀錶殼體中原來的平衡位置上所以伺服加速度感測器在閉環狀

態下工作由於有反饋作用增強了抗干擾的能力提高測量精

度擴大了測量範圍伺服加速度測量技術廣泛地應用於慣性導

航和慣性制導系統中在高精度的振動測量和標定中也有應用

4三軸加速度感測器 目前的三軸加速度感測器三軸加速度計大多採用壓阻式壓電

式和電容式工作原理產生的加速度正比於電阻電壓和電容的

變化通過相應的放大和濾波電路進行採集這個和普通的加速

度感測器是基於同樣的一個原理三軸加速度感測器具有體積小

和重量（gm）輕特點可以測量空間加速度能夠全面準確反映

物體的運動性質在航空航天機器人汽車和醫學等領域得到

廣泛的應用加速度感測器網為客戶提供各品牌三軸加速度感測

器三軸加速度計的型號參數原理價格接線圖等信息

4-1加速度感測器 加速度感測器的工作原理

線加速度計的原理是慣性原理也就是力的平衡A(加度)=F(慣

性力)M(質量) 我們只需要測量 F 就可以了怎麼測量 F用電

磁力去平衡這個力就可以了就可以得到 F 對應於電流的關

係只需要用實驗去標定這個比例係數就行了當然中間的信號

傳輸放大濾波就是電路的事了多數加速度感測器是根據壓

電效應的原理來工作的

23

所謂的壓電效應就是 對於不存在對稱中心的異極晶體加在晶

體上的外力除了使晶體發生形變以外還將改變晶體的極化狀

態在晶體內部建立電場這種由於機械力作用使介質發生極化

的現象稱為正壓電效應

一般加速度感測器就是利用了其內部的由於加速度造成的晶體

變形這個特性由於這個變形會產生電壓只要計算出產生電壓

和所施加的加速度之間的關係就可以將加速度轉化成電壓輸

出當然還有很多其它方法來製作加速度感測器比如壓阻技

術電容效應熱氣泡效應光效應但是其最基本的原理都是

由於加速度產生某個介質產生變形通過測量其變形量並用相關

電路轉化成電壓輸出每種技術都有各自的機會和問題

壓阻式加速度感測器由於在汽車工業中的廣泛應用而發展最

快加速度感測器主要用於汽車安全氣囊防抱死系統牽引控

制系統等安全性能方面

根據牛頓第二定律物體加速度(ms2)與受到的合力(N)成正

比與其質量(kg)成反比而加速度方向與合力相同

圖七 加速度感測器數學公式

值得注意的是加速度計的作用力檢測機制擷取了作用力產生的

加速度所以加速度計實際測量的是力而不是加速度加速度

計是藉由檢測施加在其中一個軸向的作用力來間接測量加速度

加速度計也是一種包括孔空腔彈簧和通道等以微型製造加工

的機電裝置加速度計採用多層晶圓製程以物體重心相對於固

定電極的位移來測量加速力

24

4-2加速度計的檢測機制 加速度計常見的檢測方法是電容檢測而加速度與物體運動產生

的電容變化有關(如圖 2)這種檢測技術的優點是精準度高穩

定度高功耗低結構簡單以及不容易受雜訊及溫度波動的影

響由於彈簧與以 IC 內的空氣作為阻尼器電容式加速度計的

頻寬只有幾百赫茲

圖八 加速度檢測機制數學公式

ε0=自由空間的介電常數

εr=電極板之間的材料的介電常數

A=電極板之間的重疊面積

D=電極板之間的距離

4-3加速度感測器 -加速度感測器的性能參數

模擬輸出 vs 數字輸出

這個是最先需要考慮的這個取決於你系統中和加速度感測器

之間的介面一般模擬輸出的電壓和加速度是成比例的比如

25V 對應 0g 的加速度26V 對應於 05g 的加速度數字輸出

一般使用脈寬調製（PWM）信號 如果你使用的微控制器只

有數字輸入比如 BASIC Stamp那你就只能選擇數字輸出的加

速度感測器了但是問題是你必須佔用額外的一個時鐘單元用來

處理 PWM 信號同時對處理器也是一個不小的負擔如果你使用

的微控制器有模擬輸入口比如 PICAVROOPIC你可以非常簡

單的使用模擬介面的加速度感測器所需要的就是在程序里加入

一句類似acceleration=read_adc()的指令而且處理此指令

的速度只要幾微秒

25

測量軸數量

對於多數項目來說兩軸的加速度感測器已經能滿足多數應用

了對於某些特殊的應用比如 UAVROV 控制三軸的加速度

感測器可能會適合一點

最大測量值

如果你只要測量機器人相對於地面的傾角那一個plusmn15g 加速

度感測器就足夠了但是如果你需要測量機器人的動態性能plusmn

2g 也應該足夠了要是你的機器人會有比如突然啟動或者停止

的情況出現那你需要一個plusmn5g 的感測器

靈敏度

一般來說越靈敏越好越靈敏的感測器對一定範圍內的加速

度變化更敏感輸出電壓的變化也越大這樣就比較容易測量

從而獲得更精確的測量值

帶寬

這裡的帶寬實際上指的是刷新率也就是說每秒鐘感測器會

產生多少次讀數對於一般只要測量傾角的應用50HZ 的帶寬

應該足夠了但是對於需要進行動態性能比如振動你會需要

一個具有上百 HZ 帶寬的感測器

電阻緩存機制

對於有些微控制器來說要進行 AD 轉化其連接的感測器阻

值必須小於 10kΩ比如加速度感測器的阻值為 32kΩ在 PIC

和 AVR 控制板上無法正常工作所以建議在購買感測器前仔細

閱讀控制器手冊確保感測器能夠正常工作

陀螺儀為慣性感測元件可量測物體旋轉時的角速度或角位

移它的基本構造是將一個繞固定軸旋轉的轉輪(spinning

wheel)架設於兩個正交(orthogonal) 架撐的可動平衡環

(gimbals) 上當陀螺儀轉子以極高速度旋轉時 就產生了慣

性這慣性使得陀螺轉子的旋轉軸保持在空間指向一個固定的

方向 同時反抗任何改變轉子軸向的力量當物體旋轉時陀

螺儀為維持原有的慣性會在該旋轉軸產生與角速度等比例的扭

力微機電技術製作之微型陀螺儀以高頻振動元件取代轉動件

26

在介紹 MEMS 應用之前必須先理解加速度計與陀螺儀之間的

不同加速度計是沿一個或多個軸測量線性加速度(單位為

mVg)陀螺儀則是測量角速度(單位為 mVdegs)

我們可建構不同的感測器諧振感測器的內部架構透過彈簧連

接至基板與諧振運動成 90 度角(如圖 9)我們能藉由檢測內

部架構和基板之間安裝的電極電容來測量柯氏加速度

圖九 陀螺儀模組架構

27

4-4加速度計和陀螺儀應用 加速度計長久以來被廣泛應用於汽車領域用於檢測汽車碰撞

或是否在正確的時間開啟氣囊在行動裝置領域的應用也很普

遍例如照相模式在「肖像」和「風景」之間切換輕觸切換至

下首歌曲設備放在口袋時依然能通過衣服輕拍防震拍攝以及

光學穩像機制

加速度是速度的變化速率

圖十 加速度變化的速率數學公式

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4使用晶片感測與通訊元件以下針對穿戴式裝置使用的晶片

感測元件與無線傳輸模組的工作原理做進一步的介紹

5CC2530 晶片

本作品使用以 CC2530 晶片為核心搭配智慧型手機 APP 程式開

發雲端健康管理製作運動與健康管理用之穿戴式裝置作品系

統架構如圖 1具備的特色功能有

1多個裝置可同時配戴在身體不同部位如頭部手臂手腕

腰部大腿小腿配合加速度計 六軸運動感測元件

能更精準偵測身體動作與姿勢

2結合手機與藍牙 40 的多點連線的特性同時分析與記錄使

用者的運動狀況搭配合溫度濕度壓力同時記錄使

用者的運動環境

3針對不同型態的運動使用學習功能記錄與分析標準運

動姿勢做為比對使用者運動姿勢正確性可以更精確掌

握運動對健康的成效具學習功能的演算法當使用者

利用手機設定學習模式時可以先請專家做標準示範動

作晶片韌體程式會記錄運動感測資料並做取樣分析

找出標準動作的運動特徵值當離開學習模式時同一時間

偵測不同部位的運動量與運動姿勢正確性

4本裝置在運動與健康管理的應用上可結合使用者自訂個人

的運動處方與雲端健康管理系統搭配「雲端健康管理系

統」為使用者量身訂做運動處方透過手機定時提醒使

用者運動時間運動份量運動記錄與生理訊號量測的資料

分析可檢視運動處方成效做為進一步調整或改善的依

據提供人們更精準有效的健康運動自主管理工具

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圖一 智慧型穿戴式裝置分類圖

由上圖分析可知穿戴式裝置的類型可 從一般穿戴樣式到貼黏

樣式系統架構可從單純訊號擷取分析到完整後端雲端服務應

用更可從單純的運動記錄到較為複雜的行動醫療解析或是軍用

生化檢測

13

1-3-3穿戴式裝置小故事分享

今天是周六對已忙碌一周的上班族 阿明而言周末正是在家調養生

息的日子 昨晚睡前阿明特地戴上了智慧手環（一個 可以記錄睡眠狀

態並在最適當的時間叫 醒使用者的裝置）因此昨晚他睡得特別香

甜今天他的老婆要和同學聚餐阿明必 須幫忙照顧家中的一對兒女

兒子剛滿 3 歲女兒才 6 個月大出門前老婆特別 叮嚀阿明要記得

陪兒子到公園運動也要 留意女兒的尿布疹不要讓小寶貝的屁屁 再

惡化了 老婆出門沒多久兒子就吵著要阿明 帶他去附近的公園玩耍

阿明從容地幫小女兒換上智慧型尿布（可以隨時偵測寶寶 是否尿尿或便

便並把資訊以無線方式即 使傳送到阿明手機上的 APP）同時幫兒子

穿上體感衣（可以即時監測生理資訊如 體溫血氧心跳與量測環境

資訊如溫 度溼度並把資訊傳送到阿明手機上的 APP）阿明優閒地

推著娃娃車帶著沉睡 中的小女兒和兒子一起去公園 酷夏的炎熱讓

阿明滿身大汗阿明的智 慧眼鏡偵測到目前室外環境溫度過高紫外 線

指數也超標相對溼度更是高到讓人很不 舒服的地步因此他把兒子帶

往樹下玩耍以 免中暑這時手機中的智慧尿布 APP 傳來 訊息通知小

女兒已經尿了因此阿明馬上 幫她換新尿布並檢查尿布疹的情況 另

一方面兒子體感衣的異常資訊也 經由藍牙傳輸到阿明的手機告知正

在玩耍的兒子體溫已經上升到 378 度APP 綜合環境與生理資訊 皮

膚溫度出汗量脈搏並結合雲端運算後顯示這是中熱 衰竭的前兆

並向阿明建議處置的方法

14

圖二 穿戴式裝置示意圖

1-3-4海量資料分析 在匯聚更多的資料後藉由建制分析統計演算法 平台服

務 商能在海量資料中找出更全方位且高價值的服務

在巨大的洪流來臨之前 您是否會為公司提前買一張可以安

全登上諾 亞方舟的船票當各家手機大廠半導體供 應商甚至

傳統產業都深刻感受到營業額無法 增長毛利率卻逐年下修

時買張可搭上諾 亞方舟的票似乎是一個讓公司躲過這場浩

劫並生存至下一世代的機會而這艘諾亞方 舟正是最近常被

廣泛討論的「海量資料分 析」 在高度資訊爆炸的時代更精

確地說應該是在每秒裡我們都不斷 地留下（累積）數位足

跡依據 IBM 的統 計全世界每天建立 25 百萬兆位元組的

資 料數量之多光是過去兩年新建立的資料 量就占當今世界

總量的 90 這些資料來 源相當廣泛舉凡蒐集環境或氣候

資訊的感 應器社交媒體網站的貼文數位圖片與影 像採購

交易紀錄行動電話 GPS 訊號等 這類的資料就是所謂的海量

資料 討論至此不知讀者是否已經看出端 倪了呢 這將會

是一張巨幅的拼圖海量資料 分析所有的穿戴式裝置都是其

中一塊不 可或缺的拼圖它承擔著最前端的（生理 與環境）資

料擷取請留意這些資料並無 法直接使用而必須先規範分

類整理 與驗證後才能成為有用的資料在匯聚 更多的資料

後藉由建制分析統計演算 法平台服務商方能在海量資料

中找（撈） 出更全方位且高價值的服務因此迎接這以海量

資料分析為核心的 「穿戴新紀元」吧

圖三 海量資料與穿戴式裝置關係示意圖

15

2低功耗藍牙(BLE)

無線通訊技術在穿戴式裝置上扮演關鍵角色由於配戴

在人體身上體積輕薄短小省電都是產品設計主要的考

量因素因此不能做太複雜的功能與運算其運作模式不

外乎蒐集或儲存資訊之後再傳輸至手機或其他裝置進行

分析運算在資訊傳輸上各家業者多半選擇低功耗的短

距無線傳輸技術其中包括藍芽最新技術-低耗電的新標準

BLE (Bluetooth Low Energy)專家認為若站在「與行

動裝置互連」的角度來看藍芽勝出機率似乎比較高因

其擁有手機作業系統廠原生支持的優勢只要採行 BLE 傳

輸技術的智慧穿戴式裝置都能與行動裝置互相傳輸資訊

穿戴式裝置蒐集的資料亦可進一步傳送至智慧型手機或

雲端設備讓應用範圍更為寬闊未來將大幅成長指日

可待

2-1藍牙 40 有什麼特色

bull 一項低功耗無線通信技術的國際標準

bull 採用藍牙 40 技術的設備可以使用鈕釦電池供電並與其

它藍牙設備連接

bull 與傳統藍牙和無線網絡相比功耗更低連接速度更快

bull 與 ZigBee 的技術相比協議棧更簡單抗干擾性能更好

bull 與其他 24GHz 的私有技術相比通用性和互通性更好

2-2藍牙 40 簡介

bull 藍牙 (Bluetooth)是一種無線個人區域網(WPAN)最初

由易利信(Ericsson)於 1994 年提出後來由藍牙技術聯盟

訂定技術標準據說為了強調此技術及應用尚在萌芽階段

的意義故將 Bluetooth中文譯名為較文雅的「藍芽 」

並在台灣進行商業的註冊在 2006 年藍牙技術聯盟組織

已將全球中文譯名統一改採直譯為「藍牙 」

16

bull 藍牙 40 最重要的特性是省電科技極低的執行和待機功

耗可以使一粒鈕釦電池連續工作數年之久此外低成本

和跨廠商互操作性3 毫秒連線超低延遲100 米以上超長

距離通訊AES-128 加密等諸多特色可以應用於計步器

心律監視器智能儀表感測網路物聯網等眾多領域

大大擴展藍牙技術的應用範圍 藍牙 40 依舊向下兼容

包含經典藍牙技術規範和最高速度24Mbps的藍牙高速技術

規範三種技術規範可單獨使用也可同時運行

圖四 藍芽 40 模組

可以同時支援基本速率及藍芽低功耗的裝置稱為雙模

(dual-mode)裝置基本上手機及桌上型電腦的藍芽系

統都為雙模裝置如果只支援藍芽低功耗的裝置稱為單

模(single-mode)裝置單模裝置一般都會使用在有電

池使用壽命考量的裝置上例如使用 CR2032 鈕釦電池

(coin cell battery)的設備

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2-3 BLE 技術與模組晶片

藍牙技術聯盟最新推出主打低功耗 40 版本目前已有

相關產品上市是一項低功耗無線通信技術的國際標準在

藍牙 40 規格中有效傳輸距離可明顯提升至最高約 60 公

尺製造商可以自行根據產品屬性調整其射頻範圍讓藍牙

傳輸的應用範圍有效拉大

BLE 優點包括與傳統藍牙和無線網路相比功耗更低

連接速度更快與 ZigBee 技術相比通訊協定更簡單抗

干擾性能更好

與其他 24GHz 的私有技術相比通用性和互通性更好

BM79BLEDKMC2 是創傑科技公司(ISSC)專為 BLE 藍牙標準設

計藍牙模組可透過 UART 介面與微控制器連接功能與外

觀如下圖

圖十七 BM79BLEDKMC2 架構和實體圖

18

2-4藍牙 40 技術通訊協定細節

bull 速度支持1Mbps 數據傳輸率下的超短數據包最少

8個位元最多27個所有連接都使用藍牙21 加入

的減速呼吸模式(sniff subrating)來達到超低工作

循環

bull 跳頻使用所有藍牙規範版本通用的自適應跳頻最

大程度地減少和其他24GHzISM 頻段無線技術的串

擾

bull 主控制更加智能可以休眠更長時間只在需要執

行動作的時候才喚醒

bull 延遲最短可在3 毫秒內完成連接設置並開始傳輸數

據

bull 範圍提高調變功率最大範圍可超過100 米

bull 健壯性所有數據包都使用24-bitCRC 校驗確保最

大程度抵禦干擾

bull 安全使用AES-128 CCM 加密算法進行數據包加密和

認證

bull 拓撲每個數據包的每次接收都使用32 位尋址理

論上可連接數十億設備針對一對一連接優化並支

持星形拓撲的一對多連接使用快速連接和斷開數

據可以再網狀拓撲內轉移而無需維持複雜的網狀網

絡

19

圖四之一 藍芽 40 核心架構圖

Bluetooth 40技術的核心架構可以參考上圖方塊圖所

示其中圖中左半部為傳統的標準藍牙技術 BREDR架

構而圖中右半部則是在此版本中新增加的低耗電單工

(Bluetooth Low Energy BLE)架構不過最為特別就

是圖中間部分的 Dual-Mode雙工架構我們可以輕易看

出該雙工架構就是將 BREDR架構以及 BLE單工架構一

起結合施行的模式在此雙工模式下系統會根據當時的

環境隨時切換使用不同的傳輸方式因此理論上可以達

到系統優化以及節省耗電量的目的此雙工模式的架構

等於是將不同的藍牙技術相互結合(例如 v21+EDR或是

v30高速藍牙)用戶或是裝置可以自由切換運行高速

傳輸模式或是低耗電的運作方式因此單工的低耗電模

式就適合應用在需要長時間連接但是不會時常傳輸數

據的裝置上而一般在 PC及手機等不同裝置間的數據

傳輸則是較適合使用雙工模式來做運行簡單來說新的

BTv40技術除了可以讓傳統標準藍牙技術高速藍牙技

術以及低耗電藍牙技術單獨運行之外更能夠彼此共同

運用而達到三位一體的操作模式

20

圖五 藍芽 40 行動裝置

3六軸慣性姿態感測

慣性姿態量測系統主要是由直線加速度計

(Accelerometer)與旋轉陀螺儀(Gyroscope)等慣性感

測元件所構成可量測身體活動的姿態三軸加速度計

是由一組三個橫樑所構成的一種機械結構中間橫樑是

可移動的 而兩側橫樑則是固定住當系統產生加速

度時便可利用中間移動式的橫樑和兩側固定式橫樑的

位移差計算出重力加速度值三軸加速度感測器則是在

晶片上採用三個互相垂直的電容測量器以測得沿三度

空間 XYZ 軸所產生的加速度

圖六 三軸模組

21

3-1加速度感測器 -詳細

並把一維或二維納米材料連接成測量電橋所述的信號處理電路

包括整流穩壓電路載波振蕩器測量電橋和交流載波放大器

加速度(力)信號作用在質量塊上使膜片發生應變利用膜片上

的納米材料測出應變利用全橋檢測方法將材料應變轉化為電

信號再通過一系列的信號處理過程從而得到被測加速度信號

的數值根據本發明的這種微型膜片式加速度感測器具有很高的

靈敏度並可進行批量生產

加速度感測器是一種能夠測量加速力的電子設備加速力就是

當物體在加速過程中作用在物體上的力就好比地球引力也就

是重力加速力可以是個常量比如 g也可以是變數

加速度計有兩種一種是角加速度計是由陀螺儀（角速度感測

器）的改進的另一種就是線加速度計

通過測量由於重力引起的加速度你可以計算出設備相對於水平

面的傾斜角度通過分析動態加速度你可以分析出設備移動的

方式

3-2加速度感測器 -分類

壓電式加速度感測器壓電式加速度感測器又稱壓電加速度

計它也屬於慣性式感測器壓電式加速度感測器的原理是利用

壓電陶瓷或石英晶體的壓電效應在加速度計受振時質量塊加

在壓電元件上的力也隨之變化當被測振動頻率遠低於加速度計

的固有頻率時則力的變化與被測加速度成正比

壓阻式加速度感測器基於世界領先的 MEMS 硅微加工技術壓阻

式加速度感測器具有體積小低功耗等特點易於集成在各種模

擬和數字電路中廣泛應用於汽車碰撞實驗測試儀器設備振

動監測等領域加速度感測器網為客戶提供壓阻式加速度感測器

壓阻加速度計各品牌的型號參數原理價格接線圖等信

息

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3-3電容式加速度感測器 電容式加速度感測器是基於電容原理的極距變化型的電容感

測器電容式加速度感測器電容式加速度計是對比較通用的加

速度感測器在某些領域無可替代如安全氣囊手機移動設備

等電容式加速度感測器電容式加速度計採用了微機電系統

（MEMS）工藝在大量生產時變得經濟從而保證了較低的成本

伺服式加速度感測器伺服式加速度感測器是一種閉環測試系

統具有動態性 能好動態範圍大和線性度好等特點其工作

原理感測器的振動系統由 m-k」系統組成與一般加速度計

相同但質量 m 上還接著一個電磁線圈當基座上有 加速度輸

入時質量塊偏離平衡位置該位移大小由位移感測器檢測出

來經伺服放大器 放大後轉換為電流輸出該電流流過電磁線

圈在永久磁鐵的磁場中產生電磁恢復力力圖使質量塊保持在

儀錶殼體中原來的平衡位置上所以伺服加速度感測器在閉環狀

態下工作由於有反饋作用增強了抗干擾的能力提高測量精

度擴大了測量範圍伺服加速度測量技術廣泛地應用於慣性導

航和慣性制導系統中在高精度的振動測量和標定中也有應用

4三軸加速度感測器 目前的三軸加速度感測器三軸加速度計大多採用壓阻式壓電

式和電容式工作原理產生的加速度正比於電阻電壓和電容的

變化通過相應的放大和濾波電路進行採集這個和普通的加速

度感測器是基於同樣的一個原理三軸加速度感測器具有體積小

和重量（gm）輕特點可以測量空間加速度能夠全面準確反映

物體的運動性質在航空航天機器人汽車和醫學等領域得到

廣泛的應用加速度感測器網為客戶提供各品牌三軸加速度感測

器三軸加速度計的型號參數原理價格接線圖等信息

4-1加速度感測器 加速度感測器的工作原理

線加速度計的原理是慣性原理也就是力的平衡A(加度)=F(慣

性力)M(質量) 我們只需要測量 F 就可以了怎麼測量 F用電

磁力去平衡這個力就可以了就可以得到 F 對應於電流的關

係只需要用實驗去標定這個比例係數就行了當然中間的信號

傳輸放大濾波就是電路的事了多數加速度感測器是根據壓

電效應的原理來工作的

23

所謂的壓電效應就是 對於不存在對稱中心的異極晶體加在晶

體上的外力除了使晶體發生形變以外還將改變晶體的極化狀

態在晶體內部建立電場這種由於機械力作用使介質發生極化

的現象稱為正壓電效應

一般加速度感測器就是利用了其內部的由於加速度造成的晶體

變形這個特性由於這個變形會產生電壓只要計算出產生電壓

和所施加的加速度之間的關係就可以將加速度轉化成電壓輸

出當然還有很多其它方法來製作加速度感測器比如壓阻技

術電容效應熱氣泡效應光效應但是其最基本的原理都是

由於加速度產生某個介質產生變形通過測量其變形量並用相關

電路轉化成電壓輸出每種技術都有各自的機會和問題

壓阻式加速度感測器由於在汽車工業中的廣泛應用而發展最

快加速度感測器主要用於汽車安全氣囊防抱死系統牽引控

制系統等安全性能方面

根據牛頓第二定律物體加速度(ms2)與受到的合力(N)成正

比與其質量(kg)成反比而加速度方向與合力相同

圖七 加速度感測器數學公式

值得注意的是加速度計的作用力檢測機制擷取了作用力產生的

加速度所以加速度計實際測量的是力而不是加速度加速度

計是藉由檢測施加在其中一個軸向的作用力來間接測量加速度

加速度計也是一種包括孔空腔彈簧和通道等以微型製造加工

的機電裝置加速度計採用多層晶圓製程以物體重心相對於固

定電極的位移來測量加速力

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4-2加速度計的檢測機制 加速度計常見的檢測方法是電容檢測而加速度與物體運動產生

的電容變化有關(如圖 2)這種檢測技術的優點是精準度高穩

定度高功耗低結構簡單以及不容易受雜訊及溫度波動的影

響由於彈簧與以 IC 內的空氣作為阻尼器電容式加速度計的

頻寬只有幾百赫茲

圖八 加速度檢測機制數學公式

ε0=自由空間的介電常數

εr=電極板之間的材料的介電常數

A=電極板之間的重疊面積

D=電極板之間的距離

4-3加速度感測器 -加速度感測器的性能參數

模擬輸出 vs 數字輸出

這個是最先需要考慮的這個取決於你系統中和加速度感測器

之間的介面一般模擬輸出的電壓和加速度是成比例的比如

25V 對應 0g 的加速度26V 對應於 05g 的加速度數字輸出

一般使用脈寬調製（PWM）信號 如果你使用的微控制器只

有數字輸入比如 BASIC Stamp那你就只能選擇數字輸出的加

速度感測器了但是問題是你必須佔用額外的一個時鐘單元用來

處理 PWM 信號同時對處理器也是一個不小的負擔如果你使用

的微控制器有模擬輸入口比如 PICAVROOPIC你可以非常簡

單的使用模擬介面的加速度感測器所需要的就是在程序里加入

一句類似acceleration=read_adc()的指令而且處理此指令

的速度只要幾微秒

25

測量軸數量

對於多數項目來說兩軸的加速度感測器已經能滿足多數應用

了對於某些特殊的應用比如 UAVROV 控制三軸的加速度

感測器可能會適合一點

最大測量值

如果你只要測量機器人相對於地面的傾角那一個plusmn15g 加速

度感測器就足夠了但是如果你需要測量機器人的動態性能plusmn

2g 也應該足夠了要是你的機器人會有比如突然啟動或者停止

的情況出現那你需要一個plusmn5g 的感測器

靈敏度

一般來說越靈敏越好越靈敏的感測器對一定範圍內的加速

度變化更敏感輸出電壓的變化也越大這樣就比較容易測量

從而獲得更精確的測量值

帶寬

這裡的帶寬實際上指的是刷新率也就是說每秒鐘感測器會

產生多少次讀數對於一般只要測量傾角的應用50HZ 的帶寬

應該足夠了但是對於需要進行動態性能比如振動你會需要

一個具有上百 HZ 帶寬的感測器

電阻緩存機制

對於有些微控制器來說要進行 AD 轉化其連接的感測器阻

值必須小於 10kΩ比如加速度感測器的阻值為 32kΩ在 PIC

和 AVR 控制板上無法正常工作所以建議在購買感測器前仔細

閱讀控制器手冊確保感測器能夠正常工作

陀螺儀為慣性感測元件可量測物體旋轉時的角速度或角位

移它的基本構造是將一個繞固定軸旋轉的轉輪(spinning

wheel)架設於兩個正交(orthogonal) 架撐的可動平衡環

(gimbals) 上當陀螺儀轉子以極高速度旋轉時 就產生了慣

性這慣性使得陀螺轉子的旋轉軸保持在空間指向一個固定的

方向 同時反抗任何改變轉子軸向的力量當物體旋轉時陀

螺儀為維持原有的慣性會在該旋轉軸產生與角速度等比例的扭

力微機電技術製作之微型陀螺儀以高頻振動元件取代轉動件

26

在介紹 MEMS 應用之前必須先理解加速度計與陀螺儀之間的

不同加速度計是沿一個或多個軸測量線性加速度(單位為

mVg)陀螺儀則是測量角速度(單位為 mVdegs)

我們可建構不同的感測器諧振感測器的內部架構透過彈簧連

接至基板與諧振運動成 90 度角(如圖 9)我們能藉由檢測內

部架構和基板之間安裝的電極電容來測量柯氏加速度

圖九 陀螺儀模組架構

27

4-4加速度計和陀螺儀應用 加速度計長久以來被廣泛應用於汽車領域用於檢測汽車碰撞

或是否在正確的時間開啟氣囊在行動裝置領域的應用也很普

遍例如照相模式在「肖像」和「風景」之間切換輕觸切換至

下首歌曲設備放在口袋時依然能通過衣服輕拍防震拍攝以及

光學穩像機制

加速度是速度的變化速率

圖十 加速度變化的速率數學公式

28

4使用晶片感測與通訊元件以下針對穿戴式裝置使用的晶片

感測元件與無線傳輸模組的工作原理做進一步的介紹

5CC2530 晶片

本作品使用以 CC2530 晶片為核心搭配智慧型手機 APP 程式開

發雲端健康管理製作運動與健康管理用之穿戴式裝置作品系

統架構如圖 1具備的特色功能有

1多個裝置可同時配戴在身體不同部位如頭部手臂手腕

腰部大腿小腿配合加速度計 六軸運動感測元件

能更精準偵測身體動作與姿勢

2結合手機與藍牙 40 的多點連線的特性同時分析與記錄使

用者的運動狀況搭配合溫度濕度壓力同時記錄使

用者的運動環境

3針對不同型態的運動使用學習功能記錄與分析標準運

動姿勢做為比對使用者運動姿勢正確性可以更精確掌

握運動對健康的成效具學習功能的演算法當使用者

利用手機設定學習模式時可以先請專家做標準示範動

作晶片韌體程式會記錄運動感測資料並做取樣分析

找出標準動作的運動特徵值當離開學習模式時同一時間

偵測不同部位的運動量與運動姿勢正確性

4本裝置在運動與健康管理的應用上可結合使用者自訂個人

的運動處方與雲端健康管理系統搭配「雲端健康管理系

統」為使用者量身訂做運動處方透過手機定時提醒使

用者運動時間運動份量運動記錄與生理訊號量測的資料

分析可檢視運動處方成效做為進一步調整或改善的依

據提供人們更精準有效的健康運動自主管理工具

29

1-3-3穿戴式裝置小故事分享

今天是周六對已忙碌一周的上班族 阿明而言周末正是在家調養生

息的日子 昨晚睡前阿明特地戴上了智慧手環（一個 可以記錄睡眠狀

態並在最適當的時間叫 醒使用者的裝置）因此昨晚他睡得特別香

甜今天他的老婆要和同學聚餐阿明必 須幫忙照顧家中的一對兒女

兒子剛滿 3 歲女兒才 6 個月大出門前老婆特別 叮嚀阿明要記得

陪兒子到公園運動也要 留意女兒的尿布疹不要讓小寶貝的屁屁 再

惡化了 老婆出門沒多久兒子就吵著要阿明 帶他去附近的公園玩耍

阿明從容地幫小女兒換上智慧型尿布（可以隨時偵測寶寶 是否尿尿或便

便並把資訊以無線方式即 使傳送到阿明手機上的 APP）同時幫兒子

穿上體感衣（可以即時監測生理資訊如 體溫血氧心跳與量測環境

資訊如溫 度溼度並把資訊傳送到阿明手機上的 APP）阿明優閒地

推著娃娃車帶著沉睡 中的小女兒和兒子一起去公園 酷夏的炎熱讓

阿明滿身大汗阿明的智 慧眼鏡偵測到目前室外環境溫度過高紫外 線

指數也超標相對溼度更是高到讓人很不 舒服的地步因此他把兒子帶

往樹下玩耍以 免中暑這時手機中的智慧尿布 APP 傳來 訊息通知小

女兒已經尿了因此阿明馬上 幫她換新尿布並檢查尿布疹的情況 另

一方面兒子體感衣的異常資訊也 經由藍牙傳輸到阿明的手機告知正

在玩耍的兒子體溫已經上升到 378 度APP 綜合環境與生理資訊 皮

膚溫度出汗量脈搏並結合雲端運算後顯示這是中熱 衰竭的前兆

並向阿明建議處置的方法

14

圖二 穿戴式裝置示意圖

1-3-4海量資料分析 在匯聚更多的資料後藉由建制分析統計演算法 平台服

務 商能在海量資料中找出更全方位且高價值的服務

在巨大的洪流來臨之前 您是否會為公司提前買一張可以安

全登上諾 亞方舟的船票當各家手機大廠半導體供 應商甚至

傳統產業都深刻感受到營業額無法 增長毛利率卻逐年下修

時買張可搭上諾 亞方舟的票似乎是一個讓公司躲過這場浩

劫並生存至下一世代的機會而這艘諾亞方 舟正是最近常被

廣泛討論的「海量資料分 析」 在高度資訊爆炸的時代更精

確地說應該是在每秒裡我們都不斷 地留下（累積）數位足

跡依據 IBM 的統 計全世界每天建立 25 百萬兆位元組的

資 料數量之多光是過去兩年新建立的資料 量就占當今世界

總量的 90 這些資料來 源相當廣泛舉凡蒐集環境或氣候

資訊的感 應器社交媒體網站的貼文數位圖片與影 像採購

交易紀錄行動電話 GPS 訊號等 這類的資料就是所謂的海量

資料 討論至此不知讀者是否已經看出端 倪了呢 這將會

是一張巨幅的拼圖海量資料 分析所有的穿戴式裝置都是其

中一塊不 可或缺的拼圖它承擔著最前端的（生理 與環境）資

料擷取請留意這些資料並無 法直接使用而必須先規範分

類整理 與驗證後才能成為有用的資料在匯聚 更多的資料

後藉由建制分析統計演算 法平台服務商方能在海量資料

中找（撈） 出更全方位且高價值的服務因此迎接這以海量

資料分析為核心的 「穿戴新紀元」吧

圖三 海量資料與穿戴式裝置關係示意圖

15

2低功耗藍牙(BLE)

無線通訊技術在穿戴式裝置上扮演關鍵角色由於配戴

在人體身上體積輕薄短小省電都是產品設計主要的考

量因素因此不能做太複雜的功能與運算其運作模式不

外乎蒐集或儲存資訊之後再傳輸至手機或其他裝置進行

分析運算在資訊傳輸上各家業者多半選擇低功耗的短

距無線傳輸技術其中包括藍芽最新技術-低耗電的新標準

BLE (Bluetooth Low Energy)專家認為若站在「與行

動裝置互連」的角度來看藍芽勝出機率似乎比較高因

其擁有手機作業系統廠原生支持的優勢只要採行 BLE 傳

輸技術的智慧穿戴式裝置都能與行動裝置互相傳輸資訊

穿戴式裝置蒐集的資料亦可進一步傳送至智慧型手機或

雲端設備讓應用範圍更為寬闊未來將大幅成長指日

可待

2-1藍牙 40 有什麼特色

bull 一項低功耗無線通信技術的國際標準

bull 採用藍牙 40 技術的設備可以使用鈕釦電池供電並與其

它藍牙設備連接

bull 與傳統藍牙和無線網絡相比功耗更低連接速度更快

bull 與 ZigBee 的技術相比協議棧更簡單抗干擾性能更好

bull 與其他 24GHz 的私有技術相比通用性和互通性更好

2-2藍牙 40 簡介

bull 藍牙 (Bluetooth)是一種無線個人區域網(WPAN)最初

由易利信(Ericsson)於 1994 年提出後來由藍牙技術聯盟

訂定技術標準據說為了強調此技術及應用尚在萌芽階段

的意義故將 Bluetooth中文譯名為較文雅的「藍芽 」

並在台灣進行商業的註冊在 2006 年藍牙技術聯盟組織

已將全球中文譯名統一改採直譯為「藍牙 」

16

bull 藍牙 40 最重要的特性是省電科技極低的執行和待機功

耗可以使一粒鈕釦電池連續工作數年之久此外低成本

和跨廠商互操作性3 毫秒連線超低延遲100 米以上超長

距離通訊AES-128 加密等諸多特色可以應用於計步器

心律監視器智能儀表感測網路物聯網等眾多領域

大大擴展藍牙技術的應用範圍 藍牙 40 依舊向下兼容

包含經典藍牙技術規範和最高速度24Mbps的藍牙高速技術

規範三種技術規範可單獨使用也可同時運行

圖四 藍芽 40 模組

可以同時支援基本速率及藍芽低功耗的裝置稱為雙模

(dual-mode)裝置基本上手機及桌上型電腦的藍芽系

統都為雙模裝置如果只支援藍芽低功耗的裝置稱為單

模(single-mode)裝置單模裝置一般都會使用在有電

池使用壽命考量的裝置上例如使用 CR2032 鈕釦電池

(coin cell battery)的設備

17

2-3 BLE 技術與模組晶片

藍牙技術聯盟最新推出主打低功耗 40 版本目前已有

相關產品上市是一項低功耗無線通信技術的國際標準在

藍牙 40 規格中有效傳輸距離可明顯提升至最高約 60 公

尺製造商可以自行根據產品屬性調整其射頻範圍讓藍牙

傳輸的應用範圍有效拉大

BLE 優點包括與傳統藍牙和無線網路相比功耗更低

連接速度更快與 ZigBee 技術相比通訊協定更簡單抗

干擾性能更好

與其他 24GHz 的私有技術相比通用性和互通性更好

BM79BLEDKMC2 是創傑科技公司(ISSC)專為 BLE 藍牙標準設

計藍牙模組可透過 UART 介面與微控制器連接功能與外

觀如下圖

圖十七 BM79BLEDKMC2 架構和實體圖

18

2-4藍牙 40 技術通訊協定細節

bull 速度支持1Mbps 數據傳輸率下的超短數據包最少

8個位元最多27個所有連接都使用藍牙21 加入

的減速呼吸模式(sniff subrating)來達到超低工作

循環

bull 跳頻使用所有藍牙規範版本通用的自適應跳頻最

大程度地減少和其他24GHzISM 頻段無線技術的串

擾

bull 主控制更加智能可以休眠更長時間只在需要執

行動作的時候才喚醒

bull 延遲最短可在3 毫秒內完成連接設置並開始傳輸數

據

bull 範圍提高調變功率最大範圍可超過100 米

bull 健壯性所有數據包都使用24-bitCRC 校驗確保最

大程度抵禦干擾

bull 安全使用AES-128 CCM 加密算法進行數據包加密和

認證

bull 拓撲每個數據包的每次接收都使用32 位尋址理

論上可連接數十億設備針對一對一連接優化並支

持星形拓撲的一對多連接使用快速連接和斷開數

據可以再網狀拓撲內轉移而無需維持複雜的網狀網

絡

19

圖四之一 藍芽 40 核心架構圖

Bluetooth 40技術的核心架構可以參考上圖方塊圖所

示其中圖中左半部為傳統的標準藍牙技術 BREDR架

構而圖中右半部則是在此版本中新增加的低耗電單工

(Bluetooth Low Energy BLE)架構不過最為特別就

是圖中間部分的 Dual-Mode雙工架構我們可以輕易看

出該雙工架構就是將 BREDR架構以及 BLE單工架構一

起結合施行的模式在此雙工模式下系統會根據當時的

環境隨時切換使用不同的傳輸方式因此理論上可以達

到系統優化以及節省耗電量的目的此雙工模式的架構

等於是將不同的藍牙技術相互結合(例如 v21+EDR或是

v30高速藍牙)用戶或是裝置可以自由切換運行高速

傳輸模式或是低耗電的運作方式因此單工的低耗電模

式就適合應用在需要長時間連接但是不會時常傳輸數

據的裝置上而一般在 PC及手機等不同裝置間的數據

傳輸則是較適合使用雙工模式來做運行簡單來說新的

BTv40技術除了可以讓傳統標準藍牙技術高速藍牙技

術以及低耗電藍牙技術單獨運行之外更能夠彼此共同

運用而達到三位一體的操作模式

20

圖五 藍芽 40 行動裝置

3六軸慣性姿態感測

慣性姿態量測系統主要是由直線加速度計

(Accelerometer)與旋轉陀螺儀(Gyroscope)等慣性感

測元件所構成可量測身體活動的姿態三軸加速度計

是由一組三個橫樑所構成的一種機械結構中間橫樑是

可移動的 而兩側橫樑則是固定住當系統產生加速

度時便可利用中間移動式的橫樑和兩側固定式橫樑的

位移差計算出重力加速度值三軸加速度感測器則是在

晶片上採用三個互相垂直的電容測量器以測得沿三度

空間 XYZ 軸所產生的加速度

圖六 三軸模組

21

3-1加速度感測器 -詳細

並把一維或二維納米材料連接成測量電橋所述的信號處理電路

包括整流穩壓電路載波振蕩器測量電橋和交流載波放大器

加速度(力)信號作用在質量塊上使膜片發生應變利用膜片上

的納米材料測出應變利用全橋檢測方法將材料應變轉化為電

信號再通過一系列的信號處理過程從而得到被測加速度信號

的數值根據本發明的這種微型膜片式加速度感測器具有很高的

靈敏度並可進行批量生產

加速度感測器是一種能夠測量加速力的電子設備加速力就是

當物體在加速過程中作用在物體上的力就好比地球引力也就

是重力加速力可以是個常量比如 g也可以是變數

加速度計有兩種一種是角加速度計是由陀螺儀（角速度感測

器）的改進的另一種就是線加速度計

通過測量由於重力引起的加速度你可以計算出設備相對於水平

面的傾斜角度通過分析動態加速度你可以分析出設備移動的

方式

3-2加速度感測器 -分類

壓電式加速度感測器壓電式加速度感測器又稱壓電加速度

計它也屬於慣性式感測器壓電式加速度感測器的原理是利用

壓電陶瓷或石英晶體的壓電效應在加速度計受振時質量塊加

在壓電元件上的力也隨之變化當被測振動頻率遠低於加速度計

的固有頻率時則力的變化與被測加速度成正比

壓阻式加速度感測器基於世界領先的 MEMS 硅微加工技術壓阻

式加速度感測器具有體積小低功耗等特點易於集成在各種模

擬和數字電路中廣泛應用於汽車碰撞實驗測試儀器設備振

動監測等領域加速度感測器網為客戶提供壓阻式加速度感測器

壓阻加速度計各品牌的型號參數原理價格接線圖等信

息

22

3-3電容式加速度感測器 電容式加速度感測器是基於電容原理的極距變化型的電容感

測器電容式加速度感測器電容式加速度計是對比較通用的加

速度感測器在某些領域無可替代如安全氣囊手機移動設備

等電容式加速度感測器電容式加速度計採用了微機電系統

（MEMS）工藝在大量生產時變得經濟從而保證了較低的成本

伺服式加速度感測器伺服式加速度感測器是一種閉環測試系

統具有動態性 能好動態範圍大和線性度好等特點其工作

原理感測器的振動系統由 m-k」系統組成與一般加速度計

相同但質量 m 上還接著一個電磁線圈當基座上有 加速度輸

入時質量塊偏離平衡位置該位移大小由位移感測器檢測出

來經伺服放大器 放大後轉換為電流輸出該電流流過電磁線

圈在永久磁鐵的磁場中產生電磁恢復力力圖使質量塊保持在

儀錶殼體中原來的平衡位置上所以伺服加速度感測器在閉環狀

態下工作由於有反饋作用增強了抗干擾的能力提高測量精

度擴大了測量範圍伺服加速度測量技術廣泛地應用於慣性導

航和慣性制導系統中在高精度的振動測量和標定中也有應用

4三軸加速度感測器 目前的三軸加速度感測器三軸加速度計大多採用壓阻式壓電

式和電容式工作原理產生的加速度正比於電阻電壓和電容的

變化通過相應的放大和濾波電路進行採集這個和普通的加速

度感測器是基於同樣的一個原理三軸加速度感測器具有體積小

和重量（gm）輕特點可以測量空間加速度能夠全面準確反映

物體的運動性質在航空航天機器人汽車和醫學等領域得到

廣泛的應用加速度感測器網為客戶提供各品牌三軸加速度感測

器三軸加速度計的型號參數原理價格接線圖等信息

4-1加速度感測器 加速度感測器的工作原理

線加速度計的原理是慣性原理也就是力的平衡A(加度)=F(慣

性力)M(質量) 我們只需要測量 F 就可以了怎麼測量 F用電

磁力去平衡這個力就可以了就可以得到 F 對應於電流的關

係只需要用實驗去標定這個比例係數就行了當然中間的信號

傳輸放大濾波就是電路的事了多數加速度感測器是根據壓

電效應的原理來工作的

23

所謂的壓電效應就是 對於不存在對稱中心的異極晶體加在晶

體上的外力除了使晶體發生形變以外還將改變晶體的極化狀

態在晶體內部建立電場這種由於機械力作用使介質發生極化

的現象稱為正壓電效應

一般加速度感測器就是利用了其內部的由於加速度造成的晶體

變形這個特性由於這個變形會產生電壓只要計算出產生電壓

和所施加的加速度之間的關係就可以將加速度轉化成電壓輸

出當然還有很多其它方法來製作加速度感測器比如壓阻技

術電容效應熱氣泡效應光效應但是其最基本的原理都是

由於加速度產生某個介質產生變形通過測量其變形量並用相關

電路轉化成電壓輸出每種技術都有各自的機會和問題

壓阻式加速度感測器由於在汽車工業中的廣泛應用而發展最

快加速度感測器主要用於汽車安全氣囊防抱死系統牽引控

制系統等安全性能方面

根據牛頓第二定律物體加速度(ms2)與受到的合力(N)成正

比與其質量(kg)成反比而加速度方向與合力相同

圖七 加速度感測器數學公式

值得注意的是加速度計的作用力檢測機制擷取了作用力產生的

加速度所以加速度計實際測量的是力而不是加速度加速度

計是藉由檢測施加在其中一個軸向的作用力來間接測量加速度

加速度計也是一種包括孔空腔彈簧和通道等以微型製造加工

的機電裝置加速度計採用多層晶圓製程以物體重心相對於固

定電極的位移來測量加速力

24

4-2加速度計的檢測機制 加速度計常見的檢測方法是電容檢測而加速度與物體運動產生

的電容變化有關(如圖 2)這種檢測技術的優點是精準度高穩

定度高功耗低結構簡單以及不容易受雜訊及溫度波動的影

響由於彈簧與以 IC 內的空氣作為阻尼器電容式加速度計的

頻寬只有幾百赫茲

圖八 加速度檢測機制數學公式

ε0=自由空間的介電常數

εr=電極板之間的材料的介電常數

A=電極板之間的重疊面積

D=電極板之間的距離

4-3加速度感測器 -加速度感測器的性能參數

模擬輸出 vs 數字輸出

這個是最先需要考慮的這個取決於你系統中和加速度感測器

之間的介面一般模擬輸出的電壓和加速度是成比例的比如

25V 對應 0g 的加速度26V 對應於 05g 的加速度數字輸出

一般使用脈寬調製（PWM）信號 如果你使用的微控制器只

有數字輸入比如 BASIC Stamp那你就只能選擇數字輸出的加

速度感測器了但是問題是你必須佔用額外的一個時鐘單元用來

處理 PWM 信號同時對處理器也是一個不小的負擔如果你使用

的微控制器有模擬輸入口比如 PICAVROOPIC你可以非常簡

單的使用模擬介面的加速度感測器所需要的就是在程序里加入

一句類似acceleration=read_adc()的指令而且處理此指令

的速度只要幾微秒

25

測量軸數量

對於多數項目來說兩軸的加速度感測器已經能滿足多數應用

了對於某些特殊的應用比如 UAVROV 控制三軸的加速度

感測器可能會適合一點

最大測量值

如果你只要測量機器人相對於地面的傾角那一個plusmn15g 加速

度感測器就足夠了但是如果你需要測量機器人的動態性能plusmn

2g 也應該足夠了要是你的機器人會有比如突然啟動或者停止

的情況出現那你需要一個plusmn5g 的感測器

靈敏度

一般來說越靈敏越好越靈敏的感測器對一定範圍內的加速

度變化更敏感輸出電壓的變化也越大這樣就比較容易測量

從而獲得更精確的測量值

帶寬

這裡的帶寬實際上指的是刷新率也就是說每秒鐘感測器會

產生多少次讀數對於一般只要測量傾角的應用50HZ 的帶寬

應該足夠了但是對於需要進行動態性能比如振動你會需要

一個具有上百 HZ 帶寬的感測器

電阻緩存機制

對於有些微控制器來說要進行 AD 轉化其連接的感測器阻

值必須小於 10kΩ比如加速度感測器的阻值為 32kΩ在 PIC

和 AVR 控制板上無法正常工作所以建議在購買感測器前仔細

閱讀控制器手冊確保感測器能夠正常工作

陀螺儀為慣性感測元件可量測物體旋轉時的角速度或角位

移它的基本構造是將一個繞固定軸旋轉的轉輪(spinning

wheel)架設於兩個正交(orthogonal) 架撐的可動平衡環

(gimbals) 上當陀螺儀轉子以極高速度旋轉時 就產生了慣

性這慣性使得陀螺轉子的旋轉軸保持在空間指向一個固定的

方向 同時反抗任何改變轉子軸向的力量當物體旋轉時陀

螺儀為維持原有的慣性會在該旋轉軸產生與角速度等比例的扭

力微機電技術製作之微型陀螺儀以高頻振動元件取代轉動件

26

在介紹 MEMS 應用之前必須先理解加速度計與陀螺儀之間的

不同加速度計是沿一個或多個軸測量線性加速度(單位為

mVg)陀螺儀則是測量角速度(單位為 mVdegs)

我們可建構不同的感測器諧振感測器的內部架構透過彈簧連

接至基板與諧振運動成 90 度角(如圖 9)我們能藉由檢測內

部架構和基板之間安裝的電極電容來測量柯氏加速度

圖九 陀螺儀模組架構

27

4-4加速度計和陀螺儀應用 加速度計長久以來被廣泛應用於汽車領域用於檢測汽車碰撞

或是否在正確的時間開啟氣囊在行動裝置領域的應用也很普

遍例如照相模式在「肖像」和「風景」之間切換輕觸切換至

下首歌曲設備放在口袋時依然能通過衣服輕拍防震拍攝以及

光學穩像機制

加速度是速度的變化速率

圖十 加速度變化的速率數學公式

28

4使用晶片感測與通訊元件以下針對穿戴式裝置使用的晶片

感測元件與無線傳輸模組的工作原理做進一步的介紹

5CC2530 晶片

本作品使用以 CC2530 晶片為核心搭配智慧型手機 APP 程式開

發雲端健康管理製作運動與健康管理用之穿戴式裝置作品系

統架構如圖 1具備的特色功能有

1多個裝置可同時配戴在身體不同部位如頭部手臂手腕

腰部大腿小腿配合加速度計 六軸運動感測元件

能更精準偵測身體動作與姿勢

2結合手機與藍牙 40 的多點連線的特性同時分析與記錄使

用者的運動狀況搭配合溫度濕度壓力同時記錄使

用者的運動環境

3針對不同型態的運動使用學習功能記錄與分析標準運

動姿勢做為比對使用者運動姿勢正確性可以更精確掌

握運動對健康的成效具學習功能的演算法當使用者

利用手機設定學習模式時可以先請專家做標準示範動

作晶片韌體程式會記錄運動感測資料並做取樣分析

找出標準動作的運動特徵值當離開學習模式時同一時間

偵測不同部位的運動量與運動姿勢正確性

4本裝置在運動與健康管理的應用上可結合使用者自訂個人

的運動處方與雲端健康管理系統搭配「雲端健康管理系

統」為使用者量身訂做運動處方透過手機定時提醒使

用者運動時間運動份量運動記錄與生理訊號量測的資料

分析可檢視運動處方成效做為進一步調整或改善的依

據提供人們更精準有效的健康運動自主管理工具

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圖二 穿戴式裝置示意圖

1-3-4海量資料分析 在匯聚更多的資料後藉由建制分析統計演算法 平台服

務 商能在海量資料中找出更全方位且高價值的服務

在巨大的洪流來臨之前 您是否會為公司提前買一張可以安

全登上諾 亞方舟的船票當各家手機大廠半導體供 應商甚至

傳統產業都深刻感受到營業額無法 增長毛利率卻逐年下修

時買張可搭上諾 亞方舟的票似乎是一個讓公司躲過這場浩

劫並生存至下一世代的機會而這艘諾亞方 舟正是最近常被

廣泛討論的「海量資料分 析」 在高度資訊爆炸的時代更精

確地說應該是在每秒裡我們都不斷 地留下（累積）數位足

跡依據 IBM 的統 計全世界每天建立 25 百萬兆位元組的

資 料數量之多光是過去兩年新建立的資料 量就占當今世界

總量的 90 這些資料來 源相當廣泛舉凡蒐集環境或氣候

資訊的感 應器社交媒體網站的貼文數位圖片與影 像採購

交易紀錄行動電話 GPS 訊號等 這類的資料就是所謂的海量

資料 討論至此不知讀者是否已經看出端 倪了呢 這將會

是一張巨幅的拼圖海量資料 分析所有的穿戴式裝置都是其

中一塊不 可或缺的拼圖它承擔著最前端的（生理 與環境）資

料擷取請留意這些資料並無 法直接使用而必須先規範分

類整理 與驗證後才能成為有用的資料在匯聚 更多的資料

後藉由建制分析統計演算 法平台服務商方能在海量資料

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圖三 海量資料與穿戴式裝置關係示意圖

15

2低功耗藍牙(BLE)

無線通訊技術在穿戴式裝置上扮演關鍵角色由於配戴

在人體身上體積輕薄短小省電都是產品設計主要的考

量因素因此不能做太複雜的功能與運算其運作模式不

外乎蒐集或儲存資訊之後再傳輸至手機或其他裝置進行

分析運算在資訊傳輸上各家業者多半選擇低功耗的短

距無線傳輸技術其中包括藍芽最新技術-低耗電的新標準

BLE (Bluetooth Low Energy)專家認為若站在「與行

動裝置互連」的角度來看藍芽勝出機率似乎比較高因

其擁有手機作業系統廠原生支持的優勢只要採行 BLE 傳

輸技術的智慧穿戴式裝置都能與行動裝置互相傳輸資訊

穿戴式裝置蒐集的資料亦可進一步傳送至智慧型手機或

雲端設備讓應用範圍更為寬闊未來將大幅成長指日

可待

2-1藍牙 40 有什麼特色

bull 一項低功耗無線通信技術的國際標準

bull 採用藍牙 40 技術的設備可以使用鈕釦電池供電並與其

它藍牙設備連接

bull 與傳統藍牙和無線網絡相比功耗更低連接速度更快

bull 與 ZigBee 的技術相比協議棧更簡單抗干擾性能更好

bull 與其他 24GHz 的私有技術相比通用性和互通性更好

2-2藍牙 40 簡介

bull 藍牙 (Bluetooth)是一種無線個人區域網(WPAN)最初

由易利信(Ericsson)於 1994 年提出後來由藍牙技術聯盟

訂定技術標準據說為了強調此技術及應用尚在萌芽階段

的意義故將 Bluetooth中文譯名為較文雅的「藍芽 」

並在台灣進行商業的註冊在 2006 年藍牙技術聯盟組織

已將全球中文譯名統一改採直譯為「藍牙 」

16

bull 藍牙 40 最重要的特性是省電科技極低的執行和待機功

耗可以使一粒鈕釦電池連續工作數年之久此外低成本

和跨廠商互操作性3 毫秒連線超低延遲100 米以上超長

距離通訊AES-128 加密等諸多特色可以應用於計步器

心律監視器智能儀表感測網路物聯網等眾多領域

大大擴展藍牙技術的應用範圍 藍牙 40 依舊向下兼容

包含經典藍牙技術規範和最高速度24Mbps的藍牙高速技術

規範三種技術規範可單獨使用也可同時運行

圖四 藍芽 40 模組

可以同時支援基本速率及藍芽低功耗的裝置稱為雙模

(dual-mode)裝置基本上手機及桌上型電腦的藍芽系

統都為雙模裝置如果只支援藍芽低功耗的裝置稱為單

模(single-mode)裝置單模裝置一般都會使用在有電

池使用壽命考量的裝置上例如使用 CR2032 鈕釦電池

(coin cell battery)的設備

17

2-3 BLE 技術與模組晶片

藍牙技術聯盟最新推出主打低功耗 40 版本目前已有

相關產品上市是一項低功耗無線通信技術的國際標準在

藍牙 40 規格中有效傳輸距離可明顯提升至最高約 60 公

尺製造商可以自行根據產品屬性調整其射頻範圍讓藍牙

傳輸的應用範圍有效拉大

BLE 優點包括與傳統藍牙和無線網路相比功耗更低

連接速度更快與 ZigBee 技術相比通訊協定更簡單抗

干擾性能更好

與其他 24GHz 的私有技術相比通用性和互通性更好

BM79BLEDKMC2 是創傑科技公司(ISSC)專為 BLE 藍牙標準設

計藍牙模組可透過 UART 介面與微控制器連接功能與外

觀如下圖

圖十七 BM79BLEDKMC2 架構和實體圖

18

2-4藍牙 40 技術通訊協定細節

bull 速度支持1Mbps 數據傳輸率下的超短數據包最少

8個位元最多27個所有連接都使用藍牙21 加入

的減速呼吸模式(sniff subrating)來達到超低工作

循環

bull 跳頻使用所有藍牙規範版本通用的自適應跳頻最

大程度地減少和其他24GHzISM 頻段無線技術的串

擾

bull 主控制更加智能可以休眠更長時間只在需要執

行動作的時候才喚醒

bull 延遲最短可在3 毫秒內完成連接設置並開始傳輸數

據

bull 範圍提高調變功率最大範圍可超過100 米

bull 健壯性所有數據包都使用24-bitCRC 校驗確保最

大程度抵禦干擾

bull 安全使用AES-128 CCM 加密算法進行數據包加密和

認證

bull 拓撲每個數據包的每次接收都使用32 位尋址理

論上可連接數十億設備針對一對一連接優化並支

持星形拓撲的一對多連接使用快速連接和斷開數

據可以再網狀拓撲內轉移而無需維持複雜的網狀網

絡

19

圖四之一 藍芽 40 核心架構圖

Bluetooth 40技術的核心架構可以參考上圖方塊圖所

示其中圖中左半部為傳統的標準藍牙技術 BREDR架

構而圖中右半部則是在此版本中新增加的低耗電單工

(Bluetooth Low Energy BLE)架構不過最為特別就

是圖中間部分的 Dual-Mode雙工架構我們可以輕易看

出該雙工架構就是將 BREDR架構以及 BLE單工架構一

起結合施行的模式在此雙工模式下系統會根據當時的

環境隨時切換使用不同的傳輸方式因此理論上可以達

到系統優化以及節省耗電量的目的此雙工模式的架構

等於是將不同的藍牙技術相互結合(例如 v21+EDR或是

v30高速藍牙)用戶或是裝置可以自由切換運行高速

傳輸模式或是低耗電的運作方式因此單工的低耗電模

式就適合應用在需要長時間連接但是不會時常傳輸數

據的裝置上而一般在 PC及手機等不同裝置間的數據

傳輸則是較適合使用雙工模式來做運行簡單來說新的

BTv40技術除了可以讓傳統標準藍牙技術高速藍牙技

術以及低耗電藍牙技術單獨運行之外更能夠彼此共同

運用而達到三位一體的操作模式

20

圖五 藍芽 40 行動裝置

3六軸慣性姿態感測

慣性姿態量測系統主要是由直線加速度計

(Accelerometer)與旋轉陀螺儀(Gyroscope)等慣性感

測元件所構成可量測身體活動的姿態三軸加速度計

是由一組三個橫樑所構成的一種機械結構中間橫樑是

可移動的 而兩側橫樑則是固定住當系統產生加速

度時便可利用中間移動式的橫樑和兩側固定式橫樑的

位移差計算出重力加速度值三軸加速度感測器則是在

晶片上採用三個互相垂直的電容測量器以測得沿三度

空間 XYZ 軸所產生的加速度

圖六 三軸模組

21

3-1加速度感測器 -詳細

並把一維或二維納米材料連接成測量電橋所述的信號處理電路

包括整流穩壓電路載波振蕩器測量電橋和交流載波放大器

加速度(力)信號作用在質量塊上使膜片發生應變利用膜片上

的納米材料測出應變利用全橋檢測方法將材料應變轉化為電

信號再通過一系列的信號處理過程從而得到被測加速度信號

的數值根據本發明的這種微型膜片式加速度感測器具有很高的

靈敏度並可進行批量生產

加速度感測器是一種能夠測量加速力的電子設備加速力就是

當物體在加速過程中作用在物體上的力就好比地球引力也就

是重力加速力可以是個常量比如 g也可以是變數

加速度計有兩種一種是角加速度計是由陀螺儀（角速度感測

器）的改進的另一種就是線加速度計

通過測量由於重力引起的加速度你可以計算出設備相對於水平

面的傾斜角度通過分析動態加速度你可以分析出設備移動的

方式

3-2加速度感測器 -分類

壓電式加速度感測器壓電式加速度感測器又稱壓電加速度

計它也屬於慣性式感測器壓電式加速度感測器的原理是利用

壓電陶瓷或石英晶體的壓電效應在加速度計受振時質量塊加

在壓電元件上的力也隨之變化當被測振動頻率遠低於加速度計

的固有頻率時則力的變化與被測加速度成正比

壓阻式加速度感測器基於世界領先的 MEMS 硅微加工技術壓阻

式加速度感測器具有體積小低功耗等特點易於集成在各種模

擬和數字電路中廣泛應用於汽車碰撞實驗測試儀器設備振

動監測等領域加速度感測器網為客戶提供壓阻式加速度感測器

壓阻加速度計各品牌的型號參數原理價格接線圖等信

息

22

3-3電容式加速度感測器 電容式加速度感測器是基於電容原理的極距變化型的電容感

測器電容式加速度感測器電容式加速度計是對比較通用的加

速度感測器在某些領域無可替代如安全氣囊手機移動設備

等電容式加速度感測器電容式加速度計採用了微機電系統

（MEMS）工藝在大量生產時變得經濟從而保證了較低的成本

伺服式加速度感測器伺服式加速度感測器是一種閉環測試系

統具有動態性 能好動態範圍大和線性度好等特點其工作

原理感測器的振動系統由 m-k」系統組成與一般加速度計

相同但質量 m 上還接著一個電磁線圈當基座上有 加速度輸

入時質量塊偏離平衡位置該位移大小由位移感測器檢測出

來經伺服放大器 放大後轉換為電流輸出該電流流過電磁線

圈在永久磁鐵的磁場中產生電磁恢復力力圖使質量塊保持在

儀錶殼體中原來的平衡位置上所以伺服加速度感測器在閉環狀

態下工作由於有反饋作用增強了抗干擾的能力提高測量精

度擴大了測量範圍伺服加速度測量技術廣泛地應用於慣性導

航和慣性制導系統中在高精度的振動測量和標定中也有應用

4三軸加速度感測器 目前的三軸加速度感測器三軸加速度計大多採用壓阻式壓電

式和電容式工作原理產生的加速度正比於電阻電壓和電容的

變化通過相應的放大和濾波電路進行採集這個和普通的加速

度感測器是基於同樣的一個原理三軸加速度感測器具有體積小

和重量（gm）輕特點可以測量空間加速度能夠全面準確反映

物體的運動性質在航空航天機器人汽車和醫學等領域得到

廣泛的應用加速度感測器網為客戶提供各品牌三軸加速度感測

器三軸加速度計的型號參數原理價格接線圖等信息

4-1加速度感測器 加速度感測器的工作原理

線加速度計的原理是慣性原理也就是力的平衡A(加度)=F(慣

性力)M(質量) 我們只需要測量 F 就可以了怎麼測量 F用電

磁力去平衡這個力就可以了就可以得到 F 對應於電流的關

係只需要用實驗去標定這個比例係數就行了當然中間的信號

傳輸放大濾波就是電路的事了多數加速度感測器是根據壓

電效應的原理來工作的

23

所謂的壓電效應就是 對於不存在對稱中心的異極晶體加在晶

體上的外力除了使晶體發生形變以外還將改變晶體的極化狀

態在晶體內部建立電場這種由於機械力作用使介質發生極化

的現象稱為正壓電效應

一般加速度感測器就是利用了其內部的由於加速度造成的晶體

變形這個特性由於這個變形會產生電壓只要計算出產生電壓

和所施加的加速度之間的關係就可以將加速度轉化成電壓輸

出當然還有很多其它方法來製作加速度感測器比如壓阻技

術電容效應熱氣泡效應光效應但是其最基本的原理都是

由於加速度產生某個介質產生變形通過測量其變形量並用相關

電路轉化成電壓輸出每種技術都有各自的機會和問題

壓阻式加速度感測器由於在汽車工業中的廣泛應用而發展最

快加速度感測器主要用於汽車安全氣囊防抱死系統牽引控

制系統等安全性能方面

根據牛頓第二定律物體加速度(ms2)與受到的合力(N)成正

比與其質量(kg)成反比而加速度方向與合力相同

圖七 加速度感測器數學公式

值得注意的是加速度計的作用力檢測機制擷取了作用力產生的

加速度所以加速度計實際測量的是力而不是加速度加速度

計是藉由檢測施加在其中一個軸向的作用力來間接測量加速度

加速度計也是一種包括孔空腔彈簧和通道等以微型製造加工

的機電裝置加速度計採用多層晶圓製程以物體重心相對於固

定電極的位移來測量加速力

24

4-2加速度計的檢測機制 加速度計常見的檢測方法是電容檢測而加速度與物體運動產生

的電容變化有關(如圖 2)這種檢測技術的優點是精準度高穩

定度高功耗低結構簡單以及不容易受雜訊及溫度波動的影

響由於彈簧與以 IC 內的空氣作為阻尼器電容式加速度計的

頻寬只有幾百赫茲

圖八 加速度檢測機制數學公式

ε0=自由空間的介電常數

εr=電極板之間的材料的介電常數

A=電極板之間的重疊面積

D=電極板之間的距離

4-3加速度感測器 -加速度感測器的性能參數

模擬輸出 vs 數字輸出

這個是最先需要考慮的這個取決於你系統中和加速度感測器

之間的介面一般模擬輸出的電壓和加速度是成比例的比如

25V 對應 0g 的加速度26V 對應於 05g 的加速度數字輸出

一般使用脈寬調製（PWM）信號 如果你使用的微控制器只

有數字輸入比如 BASIC Stamp那你就只能選擇數字輸出的加

速度感測器了但是問題是你必須佔用額外的一個時鐘單元用來

處理 PWM 信號同時對處理器也是一個不小的負擔如果你使用

的微控制器有模擬輸入口比如 PICAVROOPIC你可以非常簡

單的使用模擬介面的加速度感測器所需要的就是在程序里加入

一句類似acceleration=read_adc()的指令而且處理此指令

的速度只要幾微秒

25

測量軸數量

對於多數項目來說兩軸的加速度感測器已經能滿足多數應用

了對於某些特殊的應用比如 UAVROV 控制三軸的加速度

感測器可能會適合一點

最大測量值

如果你只要測量機器人相對於地面的傾角那一個plusmn15g 加速

度感測器就足夠了但是如果你需要測量機器人的動態性能plusmn

2g 也應該足夠了要是你的機器人會有比如突然啟動或者停止

的情況出現那你需要一個plusmn5g 的感測器

靈敏度

一般來說越靈敏越好越靈敏的感測器對一定範圍內的加速

度變化更敏感輸出電壓的變化也越大這樣就比較容易測量

從而獲得更精確的測量值

帶寬

這裡的帶寬實際上指的是刷新率也就是說每秒鐘感測器會

產生多少次讀數對於一般只要測量傾角的應用50HZ 的帶寬

應該足夠了但是對於需要進行動態性能比如振動你會需要

一個具有上百 HZ 帶寬的感測器

電阻緩存機制

對於有些微控制器來說要進行 AD 轉化其連接的感測器阻

值必須小於 10kΩ比如加速度感測器的阻值為 32kΩ在 PIC

和 AVR 控制板上無法正常工作所以建議在購買感測器前仔細

閱讀控制器手冊確保感測器能夠正常工作

陀螺儀為慣性感測元件可量測物體旋轉時的角速度或角位

移它的基本構造是將一個繞固定軸旋轉的轉輪(spinning

wheel)架設於兩個正交(orthogonal) 架撐的可動平衡環

(gimbals) 上當陀螺儀轉子以極高速度旋轉時 就產生了慣

性這慣性使得陀螺轉子的旋轉軸保持在空間指向一個固定的

方向 同時反抗任何改變轉子軸向的力量當物體旋轉時陀

螺儀為維持原有的慣性會在該旋轉軸產生與角速度等比例的扭

力微機電技術製作之微型陀螺儀以高頻振動元件取代轉動件

26

在介紹 MEMS 應用之前必須先理解加速度計與陀螺儀之間的

不同加速度計是沿一個或多個軸測量線性加速度(單位為

mVg)陀螺儀則是測量角速度(單位為 mVdegs)

我們可建構不同的感測器諧振感測器的內部架構透過彈簧連

接至基板與諧振運動成 90 度角(如圖 9)我們能藉由檢測內

部架構和基板之間安裝的電極電容來測量柯氏加速度

圖九 陀螺儀模組架構

27

4-4加速度計和陀螺儀應用 加速度計長久以來被廣泛應用於汽車領域用於檢測汽車碰撞

或是否在正確的時間開啟氣囊在行動裝置領域的應用也很普

遍例如照相模式在「肖像」和「風景」之間切換輕觸切換至

下首歌曲設備放在口袋時依然能通過衣服輕拍防震拍攝以及

光學穩像機制

加速度是速度的變化速率

圖十 加速度變化的速率數學公式

28

4使用晶片感測與通訊元件以下針對穿戴式裝置使用的晶片

感測元件與無線傳輸模組的工作原理做進一步的介紹

5CC2530 晶片

本作品使用以 CC2530 晶片為核心搭配智慧型手機 APP 程式開

發雲端健康管理製作運動與健康管理用之穿戴式裝置作品系

統架構如圖 1具備的特色功能有

1多個裝置可同時配戴在身體不同部位如頭部手臂手腕

腰部大腿小腿配合加速度計 六軸運動感測元件

能更精準偵測身體動作與姿勢

2結合手機與藍牙 40 的多點連線的特性同時分析與記錄使

用者的運動狀況搭配合溫度濕度壓力同時記錄使

用者的運動環境

3針對不同型態的運動使用學習功能記錄與分析標準運

動姿勢做為比對使用者運動姿勢正確性可以更精確掌

握運動對健康的成效具學習功能的演算法當使用者

利用手機設定學習模式時可以先請專家做標準示範動

作晶片韌體程式會記錄運動感測資料並做取樣分析

找出標準動作的運動特徵值當離開學習模式時同一時間

偵測不同部位的運動量與運動姿勢正確性

4本裝置在運動與健康管理的應用上可結合使用者自訂個人

的運動處方與雲端健康管理系統搭配「雲端健康管理系

統」為使用者量身訂做運動處方透過手機定時提醒使

用者運動時間運動份量運動記錄與生理訊號量測的資料

分析可檢視運動處方成效做為進一步調整或改善的依

據提供人們更精準有效的健康運動自主管理工具

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2低功耗藍牙(BLE)

無線通訊技術在穿戴式裝置上扮演關鍵角色由於配戴

在人體身上體積輕薄短小省電都是產品設計主要的考

量因素因此不能做太複雜的功能與運算其運作模式不

外乎蒐集或儲存資訊之後再傳輸至手機或其他裝置進行

分析運算在資訊傳輸上各家業者多半選擇低功耗的短

距無線傳輸技術其中包括藍芽最新技術-低耗電的新標準

BLE (Bluetooth Low Energy)專家認為若站在「與行

動裝置互連」的角度來看藍芽勝出機率似乎比較高因

其擁有手機作業系統廠原生支持的優勢只要採行 BLE 傳

輸技術的智慧穿戴式裝置都能與行動裝置互相傳輸資訊

穿戴式裝置蒐集的資料亦可進一步傳送至智慧型手機或

雲端設備讓應用範圍更為寬闊未來將大幅成長指日

可待

2-1藍牙 40 有什麼特色

bull 一項低功耗無線通信技術的國際標準

bull 採用藍牙 40 技術的設備可以使用鈕釦電池供電並與其

它藍牙設備連接

bull 與傳統藍牙和無線網絡相比功耗更低連接速度更快

bull 與 ZigBee 的技術相比協議棧更簡單抗干擾性能更好

bull 與其他 24GHz 的私有技術相比通用性和互通性更好

2-2藍牙 40 簡介

bull 藍牙 (Bluetooth)是一種無線個人區域網(WPAN)最初

由易利信(Ericsson)於 1994 年提出後來由藍牙技術聯盟

訂定技術標準據說為了強調此技術及應用尚在萌芽階段

的意義故將 Bluetooth中文譯名為較文雅的「藍芽 」

並在台灣進行商業的註冊在 2006 年藍牙技術聯盟組織

已將全球中文譯名統一改採直譯為「藍牙 」

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bull 藍牙 40 最重要的特性是省電科技極低的執行和待機功

耗可以使一粒鈕釦電池連續工作數年之久此外低成本

和跨廠商互操作性3 毫秒連線超低延遲100 米以上超長

距離通訊AES-128 加密等諸多特色可以應用於計步器

心律監視器智能儀表感測網路物聯網等眾多領域

大大擴展藍牙技術的應用範圍 藍牙 40 依舊向下兼容

包含經典藍牙技術規範和最高速度24Mbps的藍牙高速技術

規範三種技術規範可單獨使用也可同時運行

圖四 藍芽 40 模組

可以同時支援基本速率及藍芽低功耗的裝置稱為雙模

(dual-mode)裝置基本上手機及桌上型電腦的藍芽系

統都為雙模裝置如果只支援藍芽低功耗的裝置稱為單

模(single-mode)裝置單模裝置一般都會使用在有電

池使用壽命考量的裝置上例如使用 CR2032 鈕釦電池

(coin cell battery)的設備

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2-3 BLE 技術與模組晶片

藍牙技術聯盟最新推出主打低功耗 40 版本目前已有

相關產品上市是一項低功耗無線通信技術的國際標準在

藍牙 40 規格中有效傳輸距離可明顯提升至最高約 60 公

尺製造商可以自行根據產品屬性調整其射頻範圍讓藍牙

傳輸的應用範圍有效拉大

BLE 優點包括與傳統藍牙和無線網路相比功耗更低

連接速度更快與 ZigBee 技術相比通訊協定更簡單抗

干擾性能更好

與其他 24GHz 的私有技術相比通用性和互通性更好

BM79BLEDKMC2 是創傑科技公司(ISSC)專為 BLE 藍牙標準設

計藍牙模組可透過 UART 介面與微控制器連接功能與外

觀如下圖

圖十七 BM79BLEDKMC2 架構和實體圖

18

2-4藍牙 40 技術通訊協定細節

bull 速度支持1Mbps 數據傳輸率下的超短數據包最少

8個位元最多27個所有連接都使用藍牙21 加入

的減速呼吸模式(sniff subrating)來達到超低工作

循環

bull 跳頻使用所有藍牙規範版本通用的自適應跳頻最

大程度地減少和其他24GHzISM 頻段無線技術的串

擾

bull 主控制更加智能可以休眠更長時間只在需要執

行動作的時候才喚醒

bull 延遲最短可在3 毫秒內完成連接設置並開始傳輸數

據

bull 範圍提高調變功率最大範圍可超過100 米

bull 健壯性所有數據包都使用24-bitCRC 校驗確保最

大程度抵禦干擾

bull 安全使用AES-128 CCM 加密算法進行數據包加密和

認證

bull 拓撲每個數據包的每次接收都使用32 位尋址理

論上可連接數十億設備針對一對一連接優化並支

持星形拓撲的一對多連接使用快速連接和斷開數

據可以再網狀拓撲內轉移而無需維持複雜的網狀網

絡

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圖四之一 藍芽 40 核心架構圖

Bluetooth 40技術的核心架構可以參考上圖方塊圖所

示其中圖中左半部為傳統的標準藍牙技術 BREDR架

構而圖中右半部則是在此版本中新增加的低耗電單工

(Bluetooth Low Energy BLE)架構不過最為特別就

是圖中間部分的 Dual-Mode雙工架構我們可以輕易看

出該雙工架構就是將 BREDR架構以及 BLE單工架構一

起結合施行的模式在此雙工模式下系統會根據當時的

環境隨時切換使用不同的傳輸方式因此理論上可以達

到系統優化以及節省耗電量的目的此雙工模式的架構

等於是將不同的藍牙技術相互結合(例如 v21+EDR或是

v30高速藍牙)用戶或是裝置可以自由切換運行高速

傳輸模式或是低耗電的運作方式因此單工的低耗電模

式就適合應用在需要長時間連接但是不會時常傳輸數

據的裝置上而一般在 PC及手機等不同裝置間的數據

傳輸則是較適合使用雙工模式來做運行簡單來說新的

BTv40技術除了可以讓傳統標準藍牙技術高速藍牙技

術以及低耗電藍牙技術單獨運行之外更能夠彼此共同

運用而達到三位一體的操作模式

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圖五 藍芽 40 行動裝置

3六軸慣性姿態感測

慣性姿態量測系統主要是由直線加速度計

(Accelerometer)與旋轉陀螺儀(Gyroscope)等慣性感

測元件所構成可量測身體活動的姿態三軸加速度計

是由一組三個橫樑所構成的一種機械結構中間橫樑是

可移動的 而兩側橫樑則是固定住當系統產生加速

度時便可利用中間移動式的橫樑和兩側固定式橫樑的

位移差計算出重力加速度值三軸加速度感測器則是在

晶片上採用三個互相垂直的電容測量器以測得沿三度

空間 XYZ 軸所產生的加速度

圖六 三軸模組

21

3-1加速度感測器 -詳細

並把一維或二維納米材料連接成測量電橋所述的信號處理電路

包括整流穩壓電路載波振蕩器測量電橋和交流載波放大器

加速度(力)信號作用在質量塊上使膜片發生應變利用膜片上

的納米材料測出應變利用全橋檢測方法將材料應變轉化為電

信號再通過一系列的信號處理過程從而得到被測加速度信號

的數值根據本發明的這種微型膜片式加速度感測器具有很高的

靈敏度並可進行批量生產

加速度感測器是一種能夠測量加速力的電子設備加速力就是

當物體在加速過程中作用在物體上的力就好比地球引力也就

是重力加速力可以是個常量比如 g也可以是變數

加速度計有兩種一種是角加速度計是由陀螺儀（角速度感測

器）的改進的另一種就是線加速度計

通過測量由於重力引起的加速度你可以計算出設備相對於水平

面的傾斜角度通過分析動態加速度你可以分析出設備移動的

方式

3-2加速度感測器 -分類

壓電式加速度感測器壓電式加速度感測器又稱壓電加速度

計它也屬於慣性式感測器壓電式加速度感測器的原理是利用

壓電陶瓷或石英晶體的壓電效應在加速度計受振時質量塊加

在壓電元件上的力也隨之變化當被測振動頻率遠低於加速度計

的固有頻率時則力的變化與被測加速度成正比

壓阻式加速度感測器基於世界領先的 MEMS 硅微加工技術壓阻

式加速度感測器具有體積小低功耗等特點易於集成在各種模

擬和數字電路中廣泛應用於汽車碰撞實驗測試儀器設備振

動監測等領域加速度感測器網為客戶提供壓阻式加速度感測器

壓阻加速度計各品牌的型號參數原理價格接線圖等信

息

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3-3電容式加速度感測器 電容式加速度感測器是基於電容原理的極距變化型的電容感

測器電容式加速度感測器電容式加速度計是對比較通用的加

速度感測器在某些領域無可替代如安全氣囊手機移動設備

等電容式加速度感測器電容式加速度計採用了微機電系統

（MEMS）工藝在大量生產時變得經濟從而保證了較低的成本

伺服式加速度感測器伺服式加速度感測器是一種閉環測試系

統具有動態性 能好動態範圍大和線性度好等特點其工作

原理感測器的振動系統由 m-k」系統組成與一般加速度計

相同但質量 m 上還接著一個電磁線圈當基座上有 加速度輸

入時質量塊偏離平衡位置該位移大小由位移感測器檢測出

來經伺服放大器 放大後轉換為電流輸出該電流流過電磁線

圈在永久磁鐵的磁場中產生電磁恢復力力圖使質量塊保持在

儀錶殼體中原來的平衡位置上所以伺服加速度感測器在閉環狀

態下工作由於有反饋作用增強了抗干擾的能力提高測量精

度擴大了測量範圍伺服加速度測量技術廣泛地應用於慣性導

航和慣性制導系統中在高精度的振動測量和標定中也有應用

4三軸加速度感測器 目前的三軸加速度感測器三軸加速度計大多採用壓阻式壓電

式和電容式工作原理產生的加速度正比於電阻電壓和電容的

變化通過相應的放大和濾波電路進行採集這個和普通的加速

度感測器是基於同樣的一個原理三軸加速度感測器具有體積小

和重量（gm）輕特點可以測量空間加速度能夠全面準確反映

物體的運動性質在航空航天機器人汽車和醫學等領域得到

廣泛的應用加速度感測器網為客戶提供各品牌三軸加速度感測

器三軸加速度計的型號參數原理價格接線圖等信息

4-1加速度感測器 加速度感測器的工作原理

線加速度計的原理是慣性原理也就是力的平衡A(加度)=F(慣

性力)M(質量) 我們只需要測量 F 就可以了怎麼測量 F用電

磁力去平衡這個力就可以了就可以得到 F 對應於電流的關

係只需要用實驗去標定這個比例係數就行了當然中間的信號

傳輸放大濾波就是電路的事了多數加速度感測器是根據壓

電效應的原理來工作的

23

所謂的壓電效應就是 對於不存在對稱中心的異極晶體加在晶

體上的外力除了使晶體發生形變以外還將改變晶體的極化狀

態在晶體內部建立電場這種由於機械力作用使介質發生極化

的現象稱為正壓電效應

一般加速度感測器就是利用了其內部的由於加速度造成的晶體

變形這個特性由於這個變形會產生電壓只要計算出產生電壓

和所施加的加速度之間的關係就可以將加速度轉化成電壓輸

出當然還有很多其它方法來製作加速度感測器比如壓阻技

術電容效應熱氣泡效應光效應但是其最基本的原理都是

由於加速度產生某個介質產生變形通過測量其變形量並用相關

電路轉化成電壓輸出每種技術都有各自的機會和問題

壓阻式加速度感測器由於在汽車工業中的廣泛應用而發展最

快加速度感測器主要用於汽車安全氣囊防抱死系統牽引控

制系統等安全性能方面

根據牛頓第二定律物體加速度(ms2)與受到的合力(N)成正

比與其質量(kg)成反比而加速度方向與合力相同

圖七 加速度感測器數學公式

值得注意的是加速度計的作用力檢測機制擷取了作用力產生的

加速度所以加速度計實際測量的是力而不是加速度加速度

計是藉由檢測施加在其中一個軸向的作用力來間接測量加速度

加速度計也是一種包括孔空腔彈簧和通道等以微型製造加工

的機電裝置加速度計採用多層晶圓製程以物體重心相對於固

定電極的位移來測量加速力

24

4-2加速度計的檢測機制 加速度計常見的檢測方法是電容檢測而加速度與物體運動產生

的電容變化有關(如圖 2)這種檢測技術的優點是精準度高穩

定度高功耗低結構簡單以及不容易受雜訊及溫度波動的影

響由於彈簧與以 IC 內的空氣作為阻尼器電容式加速度計的

頻寬只有幾百赫茲

圖八 加速度檢測機制數學公式

ε0=自由空間的介電常數

εr=電極板之間的材料的介電常數

A=電極板之間的重疊面積

D=電極板之間的距離

4-3加速度感測器 -加速度感測器的性能參數

模擬輸出 vs 數字輸出

這個是最先需要考慮的這個取決於你系統中和加速度感測器

之間的介面一般模擬輸出的電壓和加速度是成比例的比如

25V 對應 0g 的加速度26V 對應於 05g 的加速度數字輸出

一般使用脈寬調製（PWM）信號 如果你使用的微控制器只

有數字輸入比如 BASIC Stamp那你就只能選擇數字輸出的加

速度感測器了但是問題是你必須佔用額外的一個時鐘單元用來

處理 PWM 信號同時對處理器也是一個不小的負擔如果你使用

的微控制器有模擬輸入口比如 PICAVROOPIC你可以非常簡

單的使用模擬介面的加速度感測器所需要的就是在程序里加入

一句類似acceleration=read_adc()的指令而且處理此指令

的速度只要幾微秒

25

測量軸數量

對於多數項目來說兩軸的加速度感測器已經能滿足多數應用

了對於某些特殊的應用比如 UAVROV 控制三軸的加速度

感測器可能會適合一點

最大測量值

如果你只要測量機器人相對於地面的傾角那一個plusmn15g 加速

度感測器就足夠了但是如果你需要測量機器人的動態性能plusmn

2g 也應該足夠了要是你的機器人會有比如突然啟動或者停止

的情況出現那你需要一個plusmn5g 的感測器

靈敏度

一般來說越靈敏越好越靈敏的感測器對一定範圍內的加速

度變化更敏感輸出電壓的變化也越大這樣就比較容易測量

從而獲得更精確的測量值

帶寬

這裡的帶寬實際上指的是刷新率也就是說每秒鐘感測器會

產生多少次讀數對於一般只要測量傾角的應用50HZ 的帶寬

應該足夠了但是對於需要進行動態性能比如振動你會需要

一個具有上百 HZ 帶寬的感測器

電阻緩存機制

對於有些微控制器來說要進行 AD 轉化其連接的感測器阻

值必須小於 10kΩ比如加速度感測器的阻值為 32kΩ在 PIC

和 AVR 控制板上無法正常工作所以建議在購買感測器前仔細

閱讀控制器手冊確保感測器能夠正常工作

陀螺儀為慣性感測元件可量測物體旋轉時的角速度或角位

移它的基本構造是將一個繞固定軸旋轉的轉輪(spinning

wheel)架設於兩個正交(orthogonal) 架撐的可動平衡環

(gimbals) 上當陀螺儀轉子以極高速度旋轉時 就產生了慣

性這慣性使得陀螺轉子的旋轉軸保持在空間指向一個固定的

方向 同時反抗任何改變轉子軸向的力量當物體旋轉時陀

螺儀為維持原有的慣性會在該旋轉軸產生與角速度等比例的扭

力微機電技術製作之微型陀螺儀以高頻振動元件取代轉動件

26

在介紹 MEMS 應用之前必須先理解加速度計與陀螺儀之間的

不同加速度計是沿一個或多個軸測量線性加速度(單位為

mVg)陀螺儀則是測量角速度(單位為 mVdegs)

我們可建構不同的感測器諧振感測器的內部架構透過彈簧連

接至基板與諧振運動成 90 度角(如圖 9)我們能藉由檢測內

部架構和基板之間安裝的電極電容來測量柯氏加速度

圖九 陀螺儀模組架構

27

4-4加速度計和陀螺儀應用 加速度計長久以來被廣泛應用於汽車領域用於檢測汽車碰撞

或是否在正確的時間開啟氣囊在行動裝置領域的應用也很普

遍例如照相模式在「肖像」和「風景」之間切換輕觸切換至

下首歌曲設備放在口袋時依然能通過衣服輕拍防震拍攝以及

光學穩像機制

加速度是速度的變化速率

圖十 加速度變化的速率數學公式

28

4使用晶片感測與通訊元件以下針對穿戴式裝置使用的晶片

感測元件與無線傳輸模組的工作原理做進一步的介紹

5CC2530 晶片

本作品使用以 CC2530 晶片為核心搭配智慧型手機 APP 程式開

發雲端健康管理製作運動與健康管理用之穿戴式裝置作品系

統架構如圖 1具備的特色功能有

1多個裝置可同時配戴在身體不同部位如頭部手臂手腕

腰部大腿小腿配合加速度計 六軸運動感測元件

能更精準偵測身體動作與姿勢

2結合手機與藍牙 40 的多點連線的特性同時分析與記錄使

用者的運動狀況搭配合溫度濕度壓力同時記錄使

用者的運動環境

3針對不同型態的運動使用學習功能記錄與分析標準運

動姿勢做為比對使用者運動姿勢正確性可以更精確掌

握運動對健康的成效具學習功能的演算法當使用者

利用手機設定學習模式時可以先請專家做標準示範動

作晶片韌體程式會記錄運動感測資料並做取樣分析

找出標準動作的運動特徵值當離開學習模式時同一時間

偵測不同部位的運動量與運動姿勢正確性

4本裝置在運動與健康管理的應用上可結合使用者自訂個人

的運動處方與雲端健康管理系統搭配「雲端健康管理系

統」為使用者量身訂做運動處方透過手機定時提醒使

用者運動時間運動份量運動記錄與生理訊號量測的資料

分析可檢視運動處方成效做為進一步調整或改善的依

據提供人們更精準有效的健康運動自主管理工具

29

bull 藍牙 40 最重要的特性是省電科技極低的執行和待機功

耗可以使一粒鈕釦電池連續工作數年之久此外低成本

和跨廠商互操作性3 毫秒連線超低延遲100 米以上超長

距離通訊AES-128 加密等諸多特色可以應用於計步器

心律監視器智能儀表感測網路物聯網等眾多領域

大大擴展藍牙技術的應用範圍 藍牙 40 依舊向下兼容

包含經典藍牙技術規範和最高速度24Mbps的藍牙高速技術

規範三種技術規範可單獨使用也可同時運行

圖四 藍芽 40 模組

可以同時支援基本速率及藍芽低功耗的裝置稱為雙模

(dual-mode)裝置基本上手機及桌上型電腦的藍芽系

統都為雙模裝置如果只支援藍芽低功耗的裝置稱為單

模(single-mode)裝置單模裝置一般都會使用在有電

池使用壽命考量的裝置上例如使用 CR2032 鈕釦電池

(coin cell battery)的設備

17

2-3 BLE 技術與模組晶片

藍牙技術聯盟最新推出主打低功耗 40 版本目前已有

相關產品上市是一項低功耗無線通信技術的國際標準在

藍牙 40 規格中有效傳輸距離可明顯提升至最高約 60 公

尺製造商可以自行根據產品屬性調整其射頻範圍讓藍牙

傳輸的應用範圍有效拉大

BLE 優點包括與傳統藍牙和無線網路相比功耗更低

連接速度更快與 ZigBee 技術相比通訊協定更簡單抗

干擾性能更好

與其他 24GHz 的私有技術相比通用性和互通性更好

BM79BLEDKMC2 是創傑科技公司(ISSC)專為 BLE 藍牙標準設

計藍牙模組可透過 UART 介面與微控制器連接功能與外

觀如下圖

圖十七 BM79BLEDKMC2 架構和實體圖

18

2-4藍牙 40 技術通訊協定細節

bull 速度支持1Mbps 數據傳輸率下的超短數據包最少

8個位元最多27個所有連接都使用藍牙21 加入

的減速呼吸模式(sniff subrating)來達到超低工作

循環

bull 跳頻使用所有藍牙規範版本通用的自適應跳頻最

大程度地減少和其他24GHzISM 頻段無線技術的串

擾

bull 主控制更加智能可以休眠更長時間只在需要執

行動作的時候才喚醒

bull 延遲最短可在3 毫秒內完成連接設置並開始傳輸數

據

bull 範圍提高調變功率最大範圍可超過100 米

bull 健壯性所有數據包都使用24-bitCRC 校驗確保最

大程度抵禦干擾

bull 安全使用AES-128 CCM 加密算法進行數據包加密和

認證

bull 拓撲每個數據包的每次接收都使用32 位尋址理

論上可連接數十億設備針對一對一連接優化並支

持星形拓撲的一對多連接使用快速連接和斷開數

據可以再網狀拓撲內轉移而無需維持複雜的網狀網

絡

19

圖四之一 藍芽 40 核心架構圖

Bluetooth 40技術的核心架構可以參考上圖方塊圖所

示其中圖中左半部為傳統的標準藍牙技術 BREDR架

構而圖中右半部則是在此版本中新增加的低耗電單工

(Bluetooth Low Energy BLE)架構不過最為特別就

是圖中間部分的 Dual-Mode雙工架構我們可以輕易看

出該雙工架構就是將 BREDR架構以及 BLE單工架構一

起結合施行的模式在此雙工模式下系統會根據當時的

環境隨時切換使用不同的傳輸方式因此理論上可以達

到系統優化以及節省耗電量的目的此雙工模式的架構

等於是將不同的藍牙技術相互結合(例如 v21+EDR或是

v30高速藍牙)用戶或是裝置可以自由切換運行高速

傳輸模式或是低耗電的運作方式因此單工的低耗電模

式就適合應用在需要長時間連接但是不會時常傳輸數

據的裝置上而一般在 PC及手機等不同裝置間的數據

傳輸則是較適合使用雙工模式來做運行簡單來說新的

BTv40技術除了可以讓傳統標準藍牙技術高速藍牙技

術以及低耗電藍牙技術單獨運行之外更能夠彼此共同

運用而達到三位一體的操作模式

20

圖五 藍芽 40 行動裝置

3六軸慣性姿態感測

慣性姿態量測系統主要是由直線加速度計

(Accelerometer)與旋轉陀螺儀(Gyroscope)等慣性感

測元件所構成可量測身體活動的姿態三軸加速度計

是由一組三個橫樑所構成的一種機械結構中間橫樑是

可移動的 而兩側橫樑則是固定住當系統產生加速

度時便可利用中間移動式的橫樑和兩側固定式橫樑的

位移差計算出重力加速度值三軸加速度感測器則是在

晶片上採用三個互相垂直的電容測量器以測得沿三度

空間 XYZ 軸所產生的加速度

圖六 三軸模組

21

3-1加速度感測器 -詳細

並把一維或二維納米材料連接成測量電橋所述的信號處理電路

包括整流穩壓電路載波振蕩器測量電橋和交流載波放大器

加速度(力)信號作用在質量塊上使膜片發生應變利用膜片上

的納米材料測出應變利用全橋檢測方法將材料應變轉化為電

信號再通過一系列的信號處理過程從而得到被測加速度信號

的數值根據本發明的這種微型膜片式加速度感測器具有很高的

靈敏度並可進行批量生產

加速度感測器是一種能夠測量加速力的電子設備加速力就是

當物體在加速過程中作用在物體上的力就好比地球引力也就

是重力加速力可以是個常量比如 g也可以是變數

加速度計有兩種一種是角加速度計是由陀螺儀（角速度感測

器）的改進的另一種就是線加速度計

通過測量由於重力引起的加速度你可以計算出設備相對於水平

面的傾斜角度通過分析動態加速度你可以分析出設備移動的

方式

3-2加速度感測器 -分類

壓電式加速度感測器壓電式加速度感測器又稱壓電加速度

計它也屬於慣性式感測器壓電式加速度感測器的原理是利用

壓電陶瓷或石英晶體的壓電效應在加速度計受振時質量塊加

在壓電元件上的力也隨之變化當被測振動頻率遠低於加速度計

的固有頻率時則力的變化與被測加速度成正比

壓阻式加速度感測器基於世界領先的 MEMS 硅微加工技術壓阻

式加速度感測器具有體積小低功耗等特點易於集成在各種模

擬和數字電路中廣泛應用於汽車碰撞實驗測試儀器設備振

動監測等領域加速度感測器網為客戶提供壓阻式加速度感測器

壓阻加速度計各品牌的型號參數原理價格接線圖等信

息

22

3-3電容式加速度感測器 電容式加速度感測器是基於電容原理的極距變化型的電容感

測器電容式加速度感測器電容式加速度計是對比較通用的加

速度感測器在某些領域無可替代如安全氣囊手機移動設備

等電容式加速度感測器電容式加速度計採用了微機電系統

（MEMS）工藝在大量生產時變得經濟從而保證了較低的成本

伺服式加速度感測器伺服式加速度感測器是一種閉環測試系

統具有動態性 能好動態範圍大和線性度好等特點其工作

原理感測器的振動系統由 m-k」系統組成與一般加速度計

相同但質量 m 上還接著一個電磁線圈當基座上有 加速度輸

入時質量塊偏離平衡位置該位移大小由位移感測器檢測出

來經伺服放大器 放大後轉換為電流輸出該電流流過電磁線

圈在永久磁鐵的磁場中產生電磁恢復力力圖使質量塊保持在

儀錶殼體中原來的平衡位置上所以伺服加速度感測器在閉環狀

態下工作由於有反饋作用增強了抗干擾的能力提高測量精

度擴大了測量範圍伺服加速度測量技術廣泛地應用於慣性導

航和慣性制導系統中在高精度的振動測量和標定中也有應用

4三軸加速度感測器 目前的三軸加速度感測器三軸加速度計大多採用壓阻式壓電

式和電容式工作原理產生的加速度正比於電阻電壓和電容的

變化通過相應的放大和濾波電路進行採集這個和普通的加速

度感測器是基於同樣的一個原理三軸加速度感測器具有體積小

和重量（gm）輕特點可以測量空間加速度能夠全面準確反映

物體的運動性質在航空航天機器人汽車和醫學等領域得到

廣泛的應用加速度感測器網為客戶提供各品牌三軸加速度感測

器三軸加速度計的型號參數原理價格接線圖等信息

4-1加速度感測器 加速度感測器的工作原理

線加速度計的原理是慣性原理也就是力的平衡A(加度)=F(慣

性力)M(質量) 我們只需要測量 F 就可以了怎麼測量 F用電

磁力去平衡這個力就可以了就可以得到 F 對應於電流的關

係只需要用實驗去標定這個比例係數就行了當然中間的信號

傳輸放大濾波就是電路的事了多數加速度感測器是根據壓

電效應的原理來工作的

23

所謂的壓電效應就是 對於不存在對稱中心的異極晶體加在晶

體上的外力除了使晶體發生形變以外還將改變晶體的極化狀

態在晶體內部建立電場這種由於機械力作用使介質發生極化

的現象稱為正壓電效應

一般加速度感測器就是利用了其內部的由於加速度造成的晶體

變形這個特性由於這個變形會產生電壓只要計算出產生電壓

和所施加的加速度之間的關係就可以將加速度轉化成電壓輸

出當然還有很多其它方法來製作加速度感測器比如壓阻技

術電容效應熱氣泡效應光效應但是其最基本的原理都是

由於加速度產生某個介質產生變形通過測量其變形量並用相關

電路轉化成電壓輸出每種技術都有各自的機會和問題

壓阻式加速度感測器由於在汽車工業中的廣泛應用而發展最

快加速度感測器主要用於汽車安全氣囊防抱死系統牽引控

制系統等安全性能方面

根據牛頓第二定律物體加速度(ms2)與受到的合力(N)成正

比與其質量(kg)成反比而加速度方向與合力相同

圖七 加速度感測器數學公式

值得注意的是加速度計的作用力檢測機制擷取了作用力產生的

加速度所以加速度計實際測量的是力而不是加速度加速度

計是藉由檢測施加在其中一個軸向的作用力來間接測量加速度

加速度計也是一種包括孔空腔彈簧和通道等以微型製造加工

的機電裝置加速度計採用多層晶圓製程以物體重心相對於固

定電極的位移來測量加速力

24

4-2加速度計的檢測機制 加速度計常見的檢測方法是電容檢測而加速度與物體運動產生

的電容變化有關(如圖 2)這種檢測技術的優點是精準度高穩

定度高功耗低結構簡單以及不容易受雜訊及溫度波動的影

響由於彈簧與以 IC 內的空氣作為阻尼器電容式加速度計的

頻寬只有幾百赫茲

圖八 加速度檢測機制數學公式

ε0=自由空間的介電常數

εr=電極板之間的材料的介電常數

A=電極板之間的重疊面積

D=電極板之間的距離

4-3加速度感測器 -加速度感測器的性能參數

模擬輸出 vs 數字輸出

這個是最先需要考慮的這個取決於你系統中和加速度感測器

之間的介面一般模擬輸出的電壓和加速度是成比例的比如

25V 對應 0g 的加速度26V 對應於 05g 的加速度數字輸出

一般使用脈寬調製（PWM）信號 如果你使用的微控制器只

有數字輸入比如 BASIC Stamp那你就只能選擇數字輸出的加

速度感測器了但是問題是你必須佔用額外的一個時鐘單元用來

處理 PWM 信號同時對處理器也是一個不小的負擔如果你使用

的微控制器有模擬輸入口比如 PICAVROOPIC你可以非常簡

單的使用模擬介面的加速度感測器所需要的就是在程序里加入

一句類似acceleration=read_adc()的指令而且處理此指令

的速度只要幾微秒

25

測量軸數量

對於多數項目來說兩軸的加速度感測器已經能滿足多數應用

了對於某些特殊的應用比如 UAVROV 控制三軸的加速度

感測器可能會適合一點

最大測量值

如果你只要測量機器人相對於地面的傾角那一個plusmn15g 加速

度感測器就足夠了但是如果你需要測量機器人的動態性能plusmn

2g 也應該足夠了要是你的機器人會有比如突然啟動或者停止

的情況出現那你需要一個plusmn5g 的感測器

靈敏度

一般來說越靈敏越好越靈敏的感測器對一定範圍內的加速

度變化更敏感輸出電壓的變化也越大這樣就比較容易測量

從而獲得更精確的測量值

帶寬

這裡的帶寬實際上指的是刷新率也就是說每秒鐘感測器會

產生多少次讀數對於一般只要測量傾角的應用50HZ 的帶寬

應該足夠了但是對於需要進行動態性能比如振動你會需要

一個具有上百 HZ 帶寬的感測器

電阻緩存機制

對於有些微控制器來說要進行 AD 轉化其連接的感測器阻

值必須小於 10kΩ比如加速度感測器的阻值為 32kΩ在 PIC

和 AVR 控制板上無法正常工作所以建議在購買感測器前仔細

閱讀控制器手冊確保感測器能夠正常工作

陀螺儀為慣性感測元件可量測物體旋轉時的角速度或角位

移它的基本構造是將一個繞固定軸旋轉的轉輪(spinning

wheel)架設於兩個正交(orthogonal) 架撐的可動平衡環

(gimbals) 上當陀螺儀轉子以極高速度旋轉時 就產生了慣

性這慣性使得陀螺轉子的旋轉軸保持在空間指向一個固定的

方向 同時反抗任何改變轉子軸向的力量當物體旋轉時陀

螺儀為維持原有的慣性會在該旋轉軸產生與角速度等比例的扭

力微機電技術製作之微型陀螺儀以高頻振動元件取代轉動件

26

在介紹 MEMS 應用之前必須先理解加速度計與陀螺儀之間的

不同加速度計是沿一個或多個軸測量線性加速度(單位為

mVg)陀螺儀則是測量角速度(單位為 mVdegs)

我們可建構不同的感測器諧振感測器的內部架構透過彈簧連

接至基板與諧振運動成 90 度角(如圖 9)我們能藉由檢測內

部架構和基板之間安裝的電極電容來測量柯氏加速度

圖九 陀螺儀模組架構

27

4-4加速度計和陀螺儀應用 加速度計長久以來被廣泛應用於汽車領域用於檢測汽車碰撞

或是否在正確的時間開啟氣囊在行動裝置領域的應用也很普

遍例如照相模式在「肖像」和「風景」之間切換輕觸切換至

下首歌曲設備放在口袋時依然能通過衣服輕拍防震拍攝以及

光學穩像機制

加速度是速度的變化速率

圖十 加速度變化的速率數學公式

28

4使用晶片感測與通訊元件以下針對穿戴式裝置使用的晶片

感測元件與無線傳輸模組的工作原理做進一步的介紹

5CC2530 晶片

本作品使用以 CC2530 晶片為核心搭配智慧型手機 APP 程式開

發雲端健康管理製作運動與健康管理用之穿戴式裝置作品系

統架構如圖 1具備的特色功能有

1多個裝置可同時配戴在身體不同部位如頭部手臂手腕

腰部大腿小腿配合加速度計 六軸運動感測元件

能更精準偵測身體動作與姿勢

2結合手機與藍牙 40 的多點連線的特性同時分析與記錄使

用者的運動狀況搭配合溫度濕度壓力同時記錄使

用者的運動環境

3針對不同型態的運動使用學習功能記錄與分析標準運

動姿勢做為比對使用者運動姿勢正確性可以更精確掌

握運動對健康的成效具學習功能的演算法當使用者

利用手機設定學習模式時可以先請專家做標準示範動

作晶片韌體程式會記錄運動感測資料並做取樣分析

找出標準動作的運動特徵值當離開學習模式時同一時間

偵測不同部位的運動量與運動姿勢正確性

4本裝置在運動與健康管理的應用上可結合使用者自訂個人

的運動處方與雲端健康管理系統搭配「雲端健康管理系

統」為使用者量身訂做運動處方透過手機定時提醒使

用者運動時間運動份量運動記錄與生理訊號量測的資料

分析可檢視運動處方成效做為進一步調整或改善的依

據提供人們更精準有效的健康運動自主管理工具

29

2-3 BLE 技術與模組晶片

藍牙技術聯盟最新推出主打低功耗 40 版本目前已有

相關產品上市是一項低功耗無線通信技術的國際標準在

藍牙 40 規格中有效傳輸距離可明顯提升至最高約 60 公

尺製造商可以自行根據產品屬性調整其射頻範圍讓藍牙

傳輸的應用範圍有效拉大

BLE 優點包括與傳統藍牙和無線網路相比功耗更低

連接速度更快與 ZigBee 技術相比通訊協定更簡單抗

干擾性能更好

與其他 24GHz 的私有技術相比通用性和互通性更好

BM79BLEDKMC2 是創傑科技公司(ISSC)專為 BLE 藍牙標準設

計藍牙模組可透過 UART 介面與微控制器連接功能與外

觀如下圖

圖十七 BM79BLEDKMC2 架構和實體圖

18

2-4藍牙 40 技術通訊協定細節

bull 速度支持1Mbps 數據傳輸率下的超短數據包最少

8個位元最多27個所有連接都使用藍牙21 加入

的減速呼吸模式(sniff subrating)來達到超低工作

循環

bull 跳頻使用所有藍牙規範版本通用的自適應跳頻最

大程度地減少和其他24GHzISM 頻段無線技術的串

擾

bull 主控制更加智能可以休眠更長時間只在需要執

行動作的時候才喚醒

bull 延遲最短可在3 毫秒內完成連接設置並開始傳輸數

據

bull 範圍提高調變功率最大範圍可超過100 米

bull 健壯性所有數據包都使用24-bitCRC 校驗確保最

大程度抵禦干擾

bull 安全使用AES-128 CCM 加密算法進行數據包加密和

認證

bull 拓撲每個數據包的每次接收都使用32 位尋址理

論上可連接數十億設備針對一對一連接優化並支

持星形拓撲的一對多連接使用快速連接和斷開數

據可以再網狀拓撲內轉移而無需維持複雜的網狀網

絡

19

圖四之一 藍芽 40 核心架構圖

Bluetooth 40技術的核心架構可以參考上圖方塊圖所

示其中圖中左半部為傳統的標準藍牙技術 BREDR架

構而圖中右半部則是在此版本中新增加的低耗電單工

(Bluetooth Low Energy BLE)架構不過最為特別就

是圖中間部分的 Dual-Mode雙工架構我們可以輕易看

出該雙工架構就是將 BREDR架構以及 BLE單工架構一

起結合施行的模式在此雙工模式下系統會根據當時的

環境隨時切換使用不同的傳輸方式因此理論上可以達

到系統優化以及節省耗電量的目的此雙工模式的架構

等於是將不同的藍牙技術相互結合(例如 v21+EDR或是

v30高速藍牙)用戶或是裝置可以自由切換運行高速

傳輸模式或是低耗電的運作方式因此單工的低耗電模

式就適合應用在需要長時間連接但是不會時常傳輸數

據的裝置上而一般在 PC及手機等不同裝置間的數據

傳輸則是較適合使用雙工模式來做運行簡單來說新的

BTv40技術除了可以讓傳統標準藍牙技術高速藍牙技

術以及低耗電藍牙技術單獨運行之外更能夠彼此共同

運用而達到三位一體的操作模式

20

圖五 藍芽 40 行動裝置

3六軸慣性姿態感測

慣性姿態量測系統主要是由直線加速度計

(Accelerometer)與旋轉陀螺儀(Gyroscope)等慣性感

測元件所構成可量測身體活動的姿態三軸加速度計

是由一組三個橫樑所構成的一種機械結構中間橫樑是

可移動的 而兩側橫樑則是固定住當系統產生加速

度時便可利用中間移動式的橫樑和兩側固定式橫樑的

位移差計算出重力加速度值三軸加速度感測器則是在

晶片上採用三個互相垂直的電容測量器以測得沿三度

空間 XYZ 軸所產生的加速度

圖六 三軸模組

21

3-1加速度感測器 -詳細

並把一維或二維納米材料連接成測量電橋所述的信號處理電路

包括整流穩壓電路載波振蕩器測量電橋和交流載波放大器

加速度(力)信號作用在質量塊上使膜片發生應變利用膜片上

的納米材料測出應變利用全橋檢測方法將材料應變轉化為電

信號再通過一系列的信號處理過程從而得到被測加速度信號

的數值根據本發明的這種微型膜片式加速度感測器具有很高的

靈敏度並可進行批量生產

加速度感測器是一種能夠測量加速力的電子設備加速力就是

當物體在加速過程中作用在物體上的力就好比地球引力也就

是重力加速力可以是個常量比如 g也可以是變數

加速度計有兩種一種是角加速度計是由陀螺儀（角速度感測

器）的改進的另一種就是線加速度計

通過測量由於重力引起的加速度你可以計算出設備相對於水平

面的傾斜角度通過分析動態加速度你可以分析出設備移動的

方式

3-2加速度感測器 -分類

壓電式加速度感測器壓電式加速度感測器又稱壓電加速度

計它也屬於慣性式感測器壓電式加速度感測器的原理是利用

壓電陶瓷或石英晶體的壓電效應在加速度計受振時質量塊加

在壓電元件上的力也隨之變化當被測振動頻率遠低於加速度計

的固有頻率時則力的變化與被測加速度成正比

壓阻式加速度感測器基於世界領先的 MEMS 硅微加工技術壓阻

式加速度感測器具有體積小低功耗等特點易於集成在各種模

擬和數字電路中廣泛應用於汽車碰撞實驗測試儀器設備振

動監測等領域加速度感測器網為客戶提供壓阻式加速度感測器

壓阻加速度計各品牌的型號參數原理價格接線圖等信

息

22

3-3電容式加速度感測器 電容式加速度感測器是基於電容原理的極距變化型的電容感

測器電容式加速度感測器電容式加速度計是對比較通用的加

速度感測器在某些領域無可替代如安全氣囊手機移動設備

等電容式加速度感測器電容式加速度計採用了微機電系統

（MEMS）工藝在大量生產時變得經濟從而保證了較低的成本

伺服式加速度感測器伺服式加速度感測器是一種閉環測試系

統具有動態性 能好動態範圍大和線性度好等特點其工作

原理感測器的振動系統由 m-k」系統組成與一般加速度計

相同但質量 m 上還接著一個電磁線圈當基座上有 加速度輸

入時質量塊偏離平衡位置該位移大小由位移感測器檢測出

來經伺服放大器 放大後轉換為電流輸出該電流流過電磁線

圈在永久磁鐵的磁場中產生電磁恢復力力圖使質量塊保持在

儀錶殼體中原來的平衡位置上所以伺服加速度感測器在閉環狀

態下工作由於有反饋作用增強了抗干擾的能力提高測量精

度擴大了測量範圍伺服加速度測量技術廣泛地應用於慣性導

航和慣性制導系統中在高精度的振動測量和標定中也有應用

4三軸加速度感測器 目前的三軸加速度感測器三軸加速度計大多採用壓阻式壓電

式和電容式工作原理產生的加速度正比於電阻電壓和電容的

變化通過相應的放大和濾波電路進行採集這個和普通的加速

度感測器是基於同樣的一個原理三軸加速度感測器具有體積小

和重量（gm）輕特點可以測量空間加速度能夠全面準確反映

物體的運動性質在航空航天機器人汽車和醫學等領域得到

廣泛的應用加速度感測器網為客戶提供各品牌三軸加速度感測

器三軸加速度計的型號參數原理價格接線圖等信息

4-1加速度感測器 加速度感測器的工作原理

線加速度計的原理是慣性原理也就是力的平衡A(加度)=F(慣

性力)M(質量) 我們只需要測量 F 就可以了怎麼測量 F用電

磁力去平衡這個力就可以了就可以得到 F 對應於電流的關

係只需要用實驗去標定這個比例係數就行了當然中間的信號

傳輸放大濾波就是電路的事了多數加速度感測器是根據壓

電效應的原理來工作的

23

所謂的壓電效應就是 對於不存在對稱中心的異極晶體加在晶

體上的外力除了使晶體發生形變以外還將改變晶體的極化狀

態在晶體內部建立電場這種由於機械力作用使介質發生極化

的現象稱為正壓電效應

一般加速度感測器就是利用了其內部的由於加速度造成的晶體

變形這個特性由於這個變形會產生電壓只要計算出產生電壓

和所施加的加速度之間的關係就可以將加速度轉化成電壓輸

出當然還有很多其它方法來製作加速度感測器比如壓阻技

術電容效應熱氣泡效應光效應但是其最基本的原理都是

由於加速度產生某個介質產生變形通過測量其變形量並用相關

電路轉化成電壓輸出每種技術都有各自的機會和問題

壓阻式加速度感測器由於在汽車工業中的廣泛應用而發展最

快加速度感測器主要用於汽車安全氣囊防抱死系統牽引控

制系統等安全性能方面

根據牛頓第二定律物體加速度(ms2)與受到的合力(N)成正

比與其質量(kg)成反比而加速度方向與合力相同

圖七 加速度感測器數學公式

值得注意的是加速度計的作用力檢測機制擷取了作用力產生的

加速度所以加速度計實際測量的是力而不是加速度加速度

計是藉由檢測施加在其中一個軸向的作用力來間接測量加速度

加速度計也是一種包括孔空腔彈簧和通道等以微型製造加工

的機電裝置加速度計採用多層晶圓製程以物體重心相對於固

定電極的位移來測量加速力

24

4-2加速度計的檢測機制 加速度計常見的檢測方法是電容檢測而加速度與物體運動產生

的電容變化有關(如圖 2)這種檢測技術的優點是精準度高穩

定度高功耗低結構簡單以及不容易受雜訊及溫度波動的影

響由於彈簧與以 IC 內的空氣作為阻尼器電容式加速度計的

頻寬只有幾百赫茲

圖八 加速度檢測機制數學公式

ε0=自由空間的介電常數

εr=電極板之間的材料的介電常數

A=電極板之間的重疊面積

D=電極板之間的距離

4-3加速度感測器 -加速度感測器的性能參數

模擬輸出 vs 數字輸出

這個是最先需要考慮的這個取決於你系統中和加速度感測器

之間的介面一般模擬輸出的電壓和加速度是成比例的比如

25V 對應 0g 的加速度26V 對應於 05g 的加速度數字輸出

一般使用脈寬調製（PWM）信號 如果你使用的微控制器只

有數字輸入比如 BASIC Stamp那你就只能選擇數字輸出的加

速度感測器了但是問題是你必須佔用額外的一個時鐘單元用來

處理 PWM 信號同時對處理器也是一個不小的負擔如果你使用

的微控制器有模擬輸入口比如 PICAVROOPIC你可以非常簡

單的使用模擬介面的加速度感測器所需要的就是在程序里加入

一句類似acceleration=read_adc()的指令而且處理此指令

的速度只要幾微秒

25

測量軸數量

對於多數項目來說兩軸的加速度感測器已經能滿足多數應用

了對於某些特殊的應用比如 UAVROV 控制三軸的加速度

感測器可能會適合一點

最大測量值

如果你只要測量機器人相對於地面的傾角那一個plusmn15g 加速

度感測器就足夠了但是如果你需要測量機器人的動態性能plusmn

2g 也應該足夠了要是你的機器人會有比如突然啟動或者停止

的情況出現那你需要一個plusmn5g 的感測器

靈敏度

一般來說越靈敏越好越靈敏的感測器對一定範圍內的加速

度變化更敏感輸出電壓的變化也越大這樣就比較容易測量

從而獲得更精確的測量值

帶寬

這裡的帶寬實際上指的是刷新率也就是說每秒鐘感測器會

產生多少次讀數對於一般只要測量傾角的應用50HZ 的帶寬

應該足夠了但是對於需要進行動態性能比如振動你會需要

一個具有上百 HZ 帶寬的感測器

電阻緩存機制

對於有些微控制器來說要進行 AD 轉化其連接的感測器阻

值必須小於 10kΩ比如加速度感測器的阻值為 32kΩ在 PIC

和 AVR 控制板上無法正常工作所以建議在購買感測器前仔細

閱讀控制器手冊確保感測器能夠正常工作

陀螺儀為慣性感測元件可量測物體旋轉時的角速度或角位

移它的基本構造是將一個繞固定軸旋轉的轉輪(spinning

wheel)架設於兩個正交(orthogonal) 架撐的可動平衡環

(gimbals) 上當陀螺儀轉子以極高速度旋轉時 就產生了慣

性這慣性使得陀螺轉子的旋轉軸保持在空間指向一個固定的

方向 同時反抗任何改變轉子軸向的力量當物體旋轉時陀

螺儀為維持原有的慣性會在該旋轉軸產生與角速度等比例的扭

力微機電技術製作之微型陀螺儀以高頻振動元件取代轉動件

26

在介紹 MEMS 應用之前必須先理解加速度計與陀螺儀之間的

不同加速度計是沿一個或多個軸測量線性加速度(單位為

mVg)陀螺儀則是測量角速度(單位為 mVdegs)

我們可建構不同的感測器諧振感測器的內部架構透過彈簧連

接至基板與諧振運動成 90 度角(如圖 9)我們能藉由檢測內

部架構和基板之間安裝的電極電容來測量柯氏加速度

圖九 陀螺儀模組架構

27

4-4加速度計和陀螺儀應用 加速度計長久以來被廣泛應用於汽車領域用於檢測汽車碰撞

或是否在正確的時間開啟氣囊在行動裝置領域的應用也很普

遍例如照相模式在「肖像」和「風景」之間切換輕觸切換至

下首歌曲設備放在口袋時依然能通過衣服輕拍防震拍攝以及

光學穩像機制

加速度是速度的變化速率

圖十 加速度變化的速率數學公式

28

4使用晶片感測與通訊元件以下針對穿戴式裝置使用的晶片

感測元件與無線傳輸模組的工作原理做進一步的介紹

5CC2530 晶片

本作品使用以 CC2530 晶片為核心搭配智慧型手機 APP 程式開

發雲端健康管理製作運動與健康管理用之穿戴式裝置作品系

統架構如圖 1具備的特色功能有

1多個裝置可同時配戴在身體不同部位如頭部手臂手腕

腰部大腿小腿配合加速度計 六軸運動感測元件

能更精準偵測身體動作與姿勢

2結合手機與藍牙 40 的多點連線的特性同時分析與記錄使

用者的運動狀況搭配合溫度濕度壓力同時記錄使

用者的運動環境

3針對不同型態的運動使用學習功能記錄與分析標準運

動姿勢做為比對使用者運動姿勢正確性可以更精確掌

握運動對健康的成效具學習功能的演算法當使用者

利用手機設定學習模式時可以先請專家做標準示範動

作晶片韌體程式會記錄運動感測資料並做取樣分析

找出標準動作的運動特徵值當離開學習模式時同一時間

偵測不同部位的運動量與運動姿勢正確性

4本裝置在運動與健康管理的應用上可結合使用者自訂個人

的運動處方與雲端健康管理系統搭配「雲端健康管理系

統」為使用者量身訂做運動處方透過手機定時提醒使

用者運動時間運動份量運動記錄與生理訊號量測的資料

分析可檢視運動處方成效做為進一步調整或改善的依

據提供人們更精準有效的健康運動自主管理工具

29

2-4藍牙 40 技術通訊協定細節

bull 速度支持1Mbps 數據傳輸率下的超短數據包最少

8個位元最多27個所有連接都使用藍牙21 加入

的減速呼吸模式(sniff subrating)來達到超低工作

循環

bull 跳頻使用所有藍牙規範版本通用的自適應跳頻最

大程度地減少和其他24GHzISM 頻段無線技術的串

擾

bull 主控制更加智能可以休眠更長時間只在需要執

行動作的時候才喚醒

bull 延遲最短可在3 毫秒內完成連接設置並開始傳輸數

據

bull 範圍提高調變功率最大範圍可超過100 米

bull 健壯性所有數據包都使用24-bitCRC 校驗確保最

大程度抵禦干擾

bull 安全使用AES-128 CCM 加密算法進行數據包加密和

認證

bull 拓撲每個數據包的每次接收都使用32 位尋址理

論上可連接數十億設備針對一對一連接優化並支

持星形拓撲的一對多連接使用快速連接和斷開數

據可以再網狀拓撲內轉移而無需維持複雜的網狀網

絡

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圖四之一 藍芽 40 核心架構圖

Bluetooth 40技術的核心架構可以參考上圖方塊圖所

示其中圖中左半部為傳統的標準藍牙技術 BREDR架

構而圖中右半部則是在此版本中新增加的低耗電單工

(Bluetooth Low Energy BLE)架構不過最為特別就

是圖中間部分的 Dual-Mode雙工架構我們可以輕易看

出該雙工架構就是將 BREDR架構以及 BLE單工架構一

起結合施行的模式在此雙工模式下系統會根據當時的

環境隨時切換使用不同的傳輸方式因此理論上可以達

到系統優化以及節省耗電量的目的此雙工模式的架構

等於是將不同的藍牙技術相互結合(例如 v21+EDR或是

v30高速藍牙)用戶或是裝置可以自由切換運行高速

傳輸模式或是低耗電的運作方式因此單工的低耗電模

式就適合應用在需要長時間連接但是不會時常傳輸數

據的裝置上而一般在 PC及手機等不同裝置間的數據

傳輸則是較適合使用雙工模式來做運行簡單來說新的

BTv40技術除了可以讓傳統標準藍牙技術高速藍牙技

術以及低耗電藍牙技術單獨運行之外更能夠彼此共同

運用而達到三位一體的操作模式

20

圖五 藍芽 40 行動裝置

3六軸慣性姿態感測

慣性姿態量測系統主要是由直線加速度計

(Accelerometer)與旋轉陀螺儀(Gyroscope)等慣性感

測元件所構成可量測身體活動的姿態三軸加速度計

是由一組三個橫樑所構成的一種機械結構中間橫樑是

可移動的 而兩側橫樑則是固定住當系統產生加速

度時便可利用中間移動式的橫樑和兩側固定式橫樑的

位移差計算出重力加速度值三軸加速度感測器則是在

晶片上採用三個互相垂直的電容測量器以測得沿三度

空間 XYZ 軸所產生的加速度

圖六 三軸模組

21

3-1加速度感測器 -詳細

並把一維或二維納米材料連接成測量電橋所述的信號處理電路

包括整流穩壓電路載波振蕩器測量電橋和交流載波放大器

加速度(力)信號作用在質量塊上使膜片發生應變利用膜片上

的納米材料測出應變利用全橋檢測方法將材料應變轉化為電

信號再通過一系列的信號處理過程從而得到被測加速度信號

的數值根據本發明的這種微型膜片式加速度感測器具有很高的

靈敏度並可進行批量生產

加速度感測器是一種能夠測量加速力的電子設備加速力就是

當物體在加速過程中作用在物體上的力就好比地球引力也就

是重力加速力可以是個常量比如 g也可以是變數

加速度計有兩種一種是角加速度計是由陀螺儀（角速度感測

器）的改進的另一種就是線加速度計

通過測量由於重力引起的加速度你可以計算出設備相對於水平

面的傾斜角度通過分析動態加速度你可以分析出設備移動的

方式

3-2加速度感測器 -分類

壓電式加速度感測器壓電式加速度感測器又稱壓電加速度

計它也屬於慣性式感測器壓電式加速度感測器的原理是利用

壓電陶瓷或石英晶體的壓電效應在加速度計受振時質量塊加

在壓電元件上的力也隨之變化當被測振動頻率遠低於加速度計

的固有頻率時則力的變化與被測加速度成正比

壓阻式加速度感測器基於世界領先的 MEMS 硅微加工技術壓阻

式加速度感測器具有體積小低功耗等特點易於集成在各種模

擬和數字電路中廣泛應用於汽車碰撞實驗測試儀器設備振

動監測等領域加速度感測器網為客戶提供壓阻式加速度感測器

壓阻加速度計各品牌的型號參數原理價格接線圖等信

息

22

3-3電容式加速度感測器 電容式加速度感測器是基於電容原理的極距變化型的電容感

測器電容式加速度感測器電容式加速度計是對比較通用的加

速度感測器在某些領域無可替代如安全氣囊手機移動設備

等電容式加速度感測器電容式加速度計採用了微機電系統

（MEMS）工藝在大量生產時變得經濟從而保證了較低的成本

伺服式加速度感測器伺服式加速度感測器是一種閉環測試系

統具有動態性 能好動態範圍大和線性度好等特點其工作

原理感測器的振動系統由 m-k」系統組成與一般加速度計

相同但質量 m 上還接著一個電磁線圈當基座上有 加速度輸

入時質量塊偏離平衡位置該位移大小由位移感測器檢測出

來經伺服放大器 放大後轉換為電流輸出該電流流過電磁線

圈在永久磁鐵的磁場中產生電磁恢復力力圖使質量塊保持在

儀錶殼體中原來的平衡位置上所以伺服加速度感測器在閉環狀

態下工作由於有反饋作用增強了抗干擾的能力提高測量精

度擴大了測量範圍伺服加速度測量技術廣泛地應用於慣性導

航和慣性制導系統中在高精度的振動測量和標定中也有應用

4三軸加速度感測器 目前的三軸加速度感測器三軸加速度計大多採用壓阻式壓電

式和電容式工作原理產生的加速度正比於電阻電壓和電容的

變化通過相應的放大和濾波電路進行採集這個和普通的加速

度感測器是基於同樣的一個原理三軸加速度感測器具有體積小

和重量（gm）輕特點可以測量空間加速度能夠全面準確反映

物體的運動性質在航空航天機器人汽車和醫學等領域得到

廣泛的應用加速度感測器網為客戶提供各品牌三軸加速度感測

器三軸加速度計的型號參數原理價格接線圖等信息

4-1加速度感測器 加速度感測器的工作原理

線加速度計的原理是慣性原理也就是力的平衡A(加度)=F(慣

性力)M(質量) 我們只需要測量 F 就可以了怎麼測量 F用電

磁力去平衡這個力就可以了就可以得到 F 對應於電流的關

係只需要用實驗去標定這個比例係數就行了當然中間的信號

傳輸放大濾波就是電路的事了多數加速度感測器是根據壓

電效應的原理來工作的

23

所謂的壓電效應就是 對於不存在對稱中心的異極晶體加在晶

體上的外力除了使晶體發生形變以外還將改變晶體的極化狀

態在晶體內部建立電場這種由於機械力作用使介質發生極化

的現象稱為正壓電效應

一般加速度感測器就是利用了其內部的由於加速度造成的晶體

變形這個特性由於這個變形會產生電壓只要計算出產生電壓

和所施加的加速度之間的關係就可以將加速度轉化成電壓輸

出當然還有很多其它方法來製作加速度感測器比如壓阻技

術電容效應熱氣泡效應光效應但是其最基本的原理都是

由於加速度產生某個介質產生變形通過測量其變形量並用相關

電路轉化成電壓輸出每種技術都有各自的機會和問題

壓阻式加速度感測器由於在汽車工業中的廣泛應用而發展最

快加速度感測器主要用於汽車安全氣囊防抱死系統牽引控

制系統等安全性能方面

根據牛頓第二定律物體加速度(ms2)與受到的合力(N)成正

比與其質量(kg)成反比而加速度方向與合力相同

圖七 加速度感測器數學公式

值得注意的是加速度計的作用力檢測機制擷取了作用力產生的

加速度所以加速度計實際測量的是力而不是加速度加速度

計是藉由檢測施加在其中一個軸向的作用力來間接測量加速度

加速度計也是一種包括孔空腔彈簧和通道等以微型製造加工

的機電裝置加速度計採用多層晶圓製程以物體重心相對於固

定電極的位移來測量加速力

24

4-2加速度計的檢測機制 加速度計常見的檢測方法是電容檢測而加速度與物體運動產生

的電容變化有關(如圖 2)這種檢測技術的優點是精準度高穩

定度高功耗低結構簡單以及不容易受雜訊及溫度波動的影

響由於彈簧與以 IC 內的空氣作為阻尼器電容式加速度計的

頻寬只有幾百赫茲

圖八 加速度檢測機制數學公式

ε0=自由空間的介電常數

εr=電極板之間的材料的介電常數

A=電極板之間的重疊面積

D=電極板之間的距離

4-3加速度感測器 -加速度感測器的性能參數

模擬輸出 vs 數字輸出

這個是最先需要考慮的這個取決於你系統中和加速度感測器

之間的介面一般模擬輸出的電壓和加速度是成比例的比如

25V 對應 0g 的加速度26V 對應於 05g 的加速度數字輸出

一般使用脈寬調製（PWM）信號 如果你使用的微控制器只

有數字輸入比如 BASIC Stamp那你就只能選擇數字輸出的加

速度感測器了但是問題是你必須佔用額外的一個時鐘單元用來

處理 PWM 信號同時對處理器也是一個不小的負擔如果你使用

的微控制器有模擬輸入口比如 PICAVROOPIC你可以非常簡

單的使用模擬介面的加速度感測器所需要的就是在程序里加入

一句類似acceleration=read_adc()的指令而且處理此指令

的速度只要幾微秒

25

測量軸數量

對於多數項目來說兩軸的加速度感測器已經能滿足多數應用

了對於某些特殊的應用比如 UAVROV 控制三軸的加速度

感測器可能會適合一點

最大測量值

如果你只要測量機器人相對於地面的傾角那一個plusmn15g 加速

度感測器就足夠了但是如果你需要測量機器人的動態性能plusmn

2g 也應該足夠了要是你的機器人會有比如突然啟動或者停止

的情況出現那你需要一個plusmn5g 的感測器

靈敏度

一般來說越靈敏越好越靈敏的感測器對一定範圍內的加速

度變化更敏感輸出電壓的變化也越大這樣就比較容易測量

從而獲得更精確的測量值

帶寬

這裡的帶寬實際上指的是刷新率也就是說每秒鐘感測器會

產生多少次讀數對於一般只要測量傾角的應用50HZ 的帶寬

應該足夠了但是對於需要進行動態性能比如振動你會需要

一個具有上百 HZ 帶寬的感測器

電阻緩存機制

對於有些微控制器來說要進行 AD 轉化其連接的感測器阻

值必須小於 10kΩ比如加速度感測器的阻值為 32kΩ在 PIC

和 AVR 控制板上無法正常工作所以建議在購買感測器前仔細

閱讀控制器手冊確保感測器能夠正常工作

陀螺儀為慣性感測元件可量測物體旋轉時的角速度或角位

移它的基本構造是將一個繞固定軸旋轉的轉輪(spinning

wheel)架設於兩個正交(orthogonal) 架撐的可動平衡環

(gimbals) 上當陀螺儀轉子以極高速度旋轉時 就產生了慣

性這慣性使得陀螺轉子的旋轉軸保持在空間指向一個固定的

方向 同時反抗任何改變轉子軸向的力量當物體旋轉時陀

螺儀為維持原有的慣性會在該旋轉軸產生與角速度等比例的扭

力微機電技術製作之微型陀螺儀以高頻振動元件取代轉動件

26

在介紹 MEMS 應用之前必須先理解加速度計與陀螺儀之間的

不同加速度計是沿一個或多個軸測量線性加速度(單位為

mVg)陀螺儀則是測量角速度(單位為 mVdegs)

我們可建構不同的感測器諧振感測器的內部架構透過彈簧連

接至基板與諧振運動成 90 度角(如圖 9)我們能藉由檢測內

部架構和基板之間安裝的電極電容來測量柯氏加速度

圖九 陀螺儀模組架構

27

4-4加速度計和陀螺儀應用 加速度計長久以來被廣泛應用於汽車領域用於檢測汽車碰撞

或是否在正確的時間開啟氣囊在行動裝置領域的應用也很普

遍例如照相模式在「肖像」和「風景」之間切換輕觸切換至

下首歌曲設備放在口袋時依然能通過衣服輕拍防震拍攝以及

光學穩像機制

加速度是速度的變化速率

圖十 加速度變化的速率數學公式

28

4使用晶片感測與通訊元件以下針對穿戴式裝置使用的晶片

感測元件與無線傳輸模組的工作原理做進一步的介紹

5CC2530 晶片

本作品使用以 CC2530 晶片為核心搭配智慧型手機 APP 程式開

發雲端健康管理製作運動與健康管理用之穿戴式裝置作品系

統架構如圖 1具備的特色功能有

1多個裝置可同時配戴在身體不同部位如頭部手臂手腕

腰部大腿小腿配合加速度計 六軸運動感測元件

能更精準偵測身體動作與姿勢

2結合手機與藍牙 40 的多點連線的特性同時分析與記錄使

用者的運動狀況搭配合溫度濕度壓力同時記錄使

用者的運動環境

3針對不同型態的運動使用學習功能記錄與分析標準運

動姿勢做為比對使用者運動姿勢正確性可以更精確掌

握運動對健康的成效具學習功能的演算法當使用者

利用手機設定學習模式時可以先請專家做標準示範動

作晶片韌體程式會記錄運動感測資料並做取樣分析

找出標準動作的運動特徵值當離開學習模式時同一時間

偵測不同部位的運動量與運動姿勢正確性

4本裝置在運動與健康管理的應用上可結合使用者自訂個人

的運動處方與雲端健康管理系統搭配「雲端健康管理系

統」為使用者量身訂做運動處方透過手機定時提醒使

用者運動時間運動份量運動記錄與生理訊號量測的資料

分析可檢視運動處方成效做為進一步調整或改善的依

據提供人們更精準有效的健康運動自主管理工具

29

圖四之一 藍芽 40 核心架構圖

Bluetooth 40技術的核心架構可以參考上圖方塊圖所

示其中圖中左半部為傳統的標準藍牙技術 BREDR架

構而圖中右半部則是在此版本中新增加的低耗電單工

(Bluetooth Low Energy BLE)架構不過最為特別就

是圖中間部分的 Dual-Mode雙工架構我們可以輕易看

出該雙工架構就是將 BREDR架構以及 BLE單工架構一

起結合施行的模式在此雙工模式下系統會根據當時的

環境隨時切換使用不同的傳輸方式因此理論上可以達

到系統優化以及節省耗電量的目的此雙工模式的架構

等於是將不同的藍牙技術相互結合(例如 v21+EDR或是

v30高速藍牙)用戶或是裝置可以自由切換運行高速

傳輸模式或是低耗電的運作方式因此單工的低耗電模

式就適合應用在需要長時間連接但是不會時常傳輸數

據的裝置上而一般在 PC及手機等不同裝置間的數據

傳輸則是較適合使用雙工模式來做運行簡單來說新的

BTv40技術除了可以讓傳統標準藍牙技術高速藍牙技

術以及低耗電藍牙技術單獨運行之外更能夠彼此共同

運用而達到三位一體的操作模式

20

圖五 藍芽 40 行動裝置

3六軸慣性姿態感測

慣性姿態量測系統主要是由直線加速度計

(Accelerometer)與旋轉陀螺儀(Gyroscope)等慣性感

測元件所構成可量測身體活動的姿態三軸加速度計

是由一組三個橫樑所構成的一種機械結構中間橫樑是

可移動的 而兩側橫樑則是固定住當系統產生加速

度時便可利用中間移動式的橫樑和兩側固定式橫樑的

位移差計算出重力加速度值三軸加速度感測器則是在

晶片上採用三個互相垂直的電容測量器以測得沿三度

空間 XYZ 軸所產生的加速度

圖六 三軸模組

21

3-1加速度感測器 -詳細

並把一維或二維納米材料連接成測量電橋所述的信號處理電路

包括整流穩壓電路載波振蕩器測量電橋和交流載波放大器

加速度(力)信號作用在質量塊上使膜片發生應變利用膜片上

的納米材料測出應變利用全橋檢測方法將材料應變轉化為電

信號再通過一系列的信號處理過程從而得到被測加速度信號

的數值根據本發明的這種微型膜片式加速度感測器具有很高的

靈敏度並可進行批量生產

加速度感測器是一種能夠測量加速力的電子設備加速力就是

當物體在加速過程中作用在物體上的力就好比地球引力也就

是重力加速力可以是個常量比如 g也可以是變數

加速度計有兩種一種是角加速度計是由陀螺儀（角速度感測

器）的改進的另一種就是線加速度計

通過測量由於重力引起的加速度你可以計算出設備相對於水平

面的傾斜角度通過分析動態加速度你可以分析出設備移動的

方式

3-2加速度感測器 -分類

壓電式加速度感測器壓電式加速度感測器又稱壓電加速度

計它也屬於慣性式感測器壓電式加速度感測器的原理是利用

壓電陶瓷或石英晶體的壓電效應在加速度計受振時質量塊加

在壓電元件上的力也隨之變化當被測振動頻率遠低於加速度計

的固有頻率時則力的變化與被測加速度成正比

壓阻式加速度感測器基於世界領先的 MEMS 硅微加工技術壓阻

式加速度感測器具有體積小低功耗等特點易於集成在各種模

擬和數字電路中廣泛應用於汽車碰撞實驗測試儀器設備振

動監測等領域加速度感測器網為客戶提供壓阻式加速度感測器

壓阻加速度計各品牌的型號參數原理價格接線圖等信

息

22

3-3電容式加速度感測器 電容式加速度感測器是基於電容原理的極距變化型的電容感

測器電容式加速度感測器電容式加速度計是對比較通用的加

速度感測器在某些領域無可替代如安全氣囊手機移動設備

等電容式加速度感測器電容式加速度計採用了微機電系統

（MEMS）工藝在大量生產時變得經濟從而保證了較低的成本

伺服式加速度感測器伺服式加速度感測器是一種閉環測試系

統具有動態性 能好動態範圍大和線性度好等特點其工作

原理感測器的振動系統由 m-k」系統組成與一般加速度計

相同但質量 m 上還接著一個電磁線圈當基座上有 加速度輸

入時質量塊偏離平衡位置該位移大小由位移感測器檢測出

來經伺服放大器 放大後轉換為電流輸出該電流流過電磁線

圈在永久磁鐵的磁場中產生電磁恢復力力圖使質量塊保持在

儀錶殼體中原來的平衡位置上所以伺服加速度感測器在閉環狀

態下工作由於有反饋作用增強了抗干擾的能力提高測量精

度擴大了測量範圍伺服加速度測量技術廣泛地應用於慣性導

航和慣性制導系統中在高精度的振動測量和標定中也有應用

4三軸加速度感測器 目前的三軸加速度感測器三軸加速度計大多採用壓阻式壓電

式和電容式工作原理產生的加速度正比於電阻電壓和電容的

變化通過相應的放大和濾波電路進行採集這個和普通的加速

度感測器是基於同樣的一個原理三軸加速度感測器具有體積小

和重量（gm）輕特點可以測量空間加速度能夠全面準確反映

物體的運動性質在航空航天機器人汽車和醫學等領域得到

廣泛的應用加速度感測器網為客戶提供各品牌三軸加速度感測

器三軸加速度計的型號參數原理價格接線圖等信息

4-1加速度感測器 加速度感測器的工作原理

線加速度計的原理是慣性原理也就是力的平衡A(加度)=F(慣

性力)M(質量) 我們只需要測量 F 就可以了怎麼測量 F用電

磁力去平衡這個力就可以了就可以得到 F 對應於電流的關

係只需要用實驗去標定這個比例係數就行了當然中間的信號

傳輸放大濾波就是電路的事了多數加速度感測器是根據壓

電效應的原理來工作的

23

所謂的壓電效應就是 對於不存在對稱中心的異極晶體加在晶

體上的外力除了使晶體發生形變以外還將改變晶體的極化狀

態在晶體內部建立電場這種由於機械力作用使介質發生極化

的現象稱為正壓電效應

一般加速度感測器就是利用了其內部的由於加速度造成的晶體

變形這個特性由於這個變形會產生電壓只要計算出產生電壓

和所施加的加速度之間的關係就可以將加速度轉化成電壓輸

出當然還有很多其它方法來製作加速度感測器比如壓阻技

術電容效應熱氣泡效應光效應但是其最基本的原理都是

由於加速度產生某個介質產生變形通過測量其變形量並用相關

電路轉化成電壓輸出每種技術都有各自的機會和問題

壓阻式加速度感測器由於在汽車工業中的廣泛應用而發展最

快加速度感測器主要用於汽車安全氣囊防抱死系統牽引控

制系統等安全性能方面

根據牛頓第二定律物體加速度(ms2)與受到的合力(N)成正

比與其質量(kg)成反比而加速度方向與合力相同

圖七 加速度感測器數學公式

值得注意的是加速度計的作用力檢測機制擷取了作用力產生的

加速度所以加速度計實際測量的是力而不是加速度加速度

計是藉由檢測施加在其中一個軸向的作用力來間接測量加速度

加速度計也是一種包括孔空腔彈簧和通道等以微型製造加工

的機電裝置加速度計採用多層晶圓製程以物體重心相對於固

定電極的位移來測量加速力

24

4-2加速度計的檢測機制 加速度計常見的檢測方法是電容檢測而加速度與物體運動產生

的電容變化有關(如圖 2)這種檢測技術的優點是精準度高穩

定度高功耗低結構簡單以及不容易受雜訊及溫度波動的影

響由於彈簧與以 IC 內的空氣作為阻尼器電容式加速度計的

頻寬只有幾百赫茲

圖八 加速度檢測機制數學公式

ε0=自由空間的介電常數

εr=電極板之間的材料的介電常數

A=電極板之間的重疊面積

D=電極板之間的距離

4-3加速度感測器 -加速度感測器的性能參數

模擬輸出 vs 數字輸出

這個是最先需要考慮的這個取決於你系統中和加速度感測器

之間的介面一般模擬輸出的電壓和加速度是成比例的比如

25V 對應 0g 的加速度26V 對應於 05g 的加速度數字輸出

一般使用脈寬調製（PWM）信號 如果你使用的微控制器只

有數字輸入比如 BASIC Stamp那你就只能選擇數字輸出的加

速度感測器了但是問題是你必須佔用額外的一個時鐘單元用來

處理 PWM 信號同時對處理器也是一個不小的負擔如果你使用

的微控制器有模擬輸入口比如 PICAVROOPIC你可以非常簡

單的使用模擬介面的加速度感測器所需要的就是在程序里加入

一句類似acceleration=read_adc()的指令而且處理此指令

的速度只要幾微秒

25

測量軸數量

對於多數項目來說兩軸的加速度感測器已經能滿足多數應用

了對於某些特殊的應用比如 UAVROV 控制三軸的加速度

感測器可能會適合一點

最大測量值

如果你只要測量機器人相對於地面的傾角那一個plusmn15g 加速

度感測器就足夠了但是如果你需要測量機器人的動態性能plusmn

2g 也應該足夠了要是你的機器人會有比如突然啟動或者停止

的情況出現那你需要一個plusmn5g 的感測器

靈敏度

一般來說越靈敏越好越靈敏的感測器對一定範圍內的加速

度變化更敏感輸出電壓的變化也越大這樣就比較容易測量

從而獲得更精確的測量值

帶寬

這裡的帶寬實際上指的是刷新率也就是說每秒鐘感測器會

產生多少次讀數對於一般只要測量傾角的應用50HZ 的帶寬

應該足夠了但是對於需要進行動態性能比如振動你會需要

一個具有上百 HZ 帶寬的感測器

電阻緩存機制

對於有些微控制器來說要進行 AD 轉化其連接的感測器阻

值必須小於 10kΩ比如加速度感測器的阻值為 32kΩ在 PIC

和 AVR 控制板上無法正常工作所以建議在購買感測器前仔細

閱讀控制器手冊確保感測器能夠正常工作

陀螺儀為慣性感測元件可量測物體旋轉時的角速度或角位

移它的基本構造是將一個繞固定軸旋轉的轉輪(spinning

wheel)架設於兩個正交(orthogonal) 架撐的可動平衡環

(gimbals) 上當陀螺儀轉子以極高速度旋轉時 就產生了慣

性這慣性使得陀螺轉子的旋轉軸保持在空間指向一個固定的

方向 同時反抗任何改變轉子軸向的力量當物體旋轉時陀

螺儀為維持原有的慣性會在該旋轉軸產生與角速度等比例的扭

力微機電技術製作之微型陀螺儀以高頻振動元件取代轉動件

26

在介紹 MEMS 應用之前必須先理解加速度計與陀螺儀之間的

不同加速度計是沿一個或多個軸測量線性加速度(單位為

mVg)陀螺儀則是測量角速度(單位為 mVdegs)

我們可建構不同的感測器諧振感測器的內部架構透過彈簧連

接至基板與諧振運動成 90 度角(如圖 9)我們能藉由檢測內

部架構和基板之間安裝的電極電容來測量柯氏加速度

圖九 陀螺儀模組架構

27

4-4加速度計和陀螺儀應用 加速度計長久以來被廣泛應用於汽車領域用於檢測汽車碰撞

或是否在正確的時間開啟氣囊在行動裝置領域的應用也很普

遍例如照相模式在「肖像」和「風景」之間切換輕觸切換至

下首歌曲設備放在口袋時依然能通過衣服輕拍防震拍攝以及

光學穩像機制

加速度是速度的變化速率

圖十 加速度變化的速率數學公式

28

4使用晶片感測與通訊元件以下針對穿戴式裝置使用的晶片

感測元件與無線傳輸模組的工作原理做進一步的介紹

5CC2530 晶片

本作品使用以 CC2530 晶片為核心搭配智慧型手機 APP 程式開

發雲端健康管理製作運動與健康管理用之穿戴式裝置作品系

統架構如圖 1具備的特色功能有

1多個裝置可同時配戴在身體不同部位如頭部手臂手腕

腰部大腿小腿配合加速度計 六軸運動感測元件

能更精準偵測身體動作與姿勢

2結合手機與藍牙 40 的多點連線的特性同時分析與記錄使

用者的運動狀況搭配合溫度濕度壓力同時記錄使

用者的運動環境

3針對不同型態的運動使用學習功能記錄與分析標準運

動姿勢做為比對使用者運動姿勢正確性可以更精確掌

握運動對健康的成效具學習功能的演算法當使用者

利用手機設定學習模式時可以先請專家做標準示範動

作晶片韌體程式會記錄運動感測資料並做取樣分析

找出標準動作的運動特徵值當離開學習模式時同一時間

偵測不同部位的運動量與運動姿勢正確性

4本裝置在運動與健康管理的應用上可結合使用者自訂個人

的運動處方與雲端健康管理系統搭配「雲端健康管理系

統」為使用者量身訂做運動處方透過手機定時提醒使

用者運動時間運動份量運動記錄與生理訊號量測的資料

分析可檢視運動處方成效做為進一步調整或改善的依

據提供人們更精準有效的健康運動自主管理工具

29

圖五 藍芽 40 行動裝置

3六軸慣性姿態感測

慣性姿態量測系統主要是由直線加速度計

(Accelerometer)與旋轉陀螺儀(Gyroscope)等慣性感

測元件所構成可量測身體活動的姿態三軸加速度計

是由一組三個橫樑所構成的一種機械結構中間橫樑是

可移動的 而兩側橫樑則是固定住當系統產生加速

度時便可利用中間移動式的橫樑和兩側固定式橫樑的

位移差計算出重力加速度值三軸加速度感測器則是在

晶片上採用三個互相垂直的電容測量器以測得沿三度

空間 XYZ 軸所產生的加速度

圖六 三軸模組

21

3-1加速度感測器 -詳細

並把一維或二維納米材料連接成測量電橋所述的信號處理電路

包括整流穩壓電路載波振蕩器測量電橋和交流載波放大器

加速度(力)信號作用在質量塊上使膜片發生應變利用膜片上

的納米材料測出應變利用全橋檢測方法將材料應變轉化為電

信號再通過一系列的信號處理過程從而得到被測加速度信號

的數值根據本發明的這種微型膜片式加速度感測器具有很高的

靈敏度並可進行批量生產

加速度感測器是一種能夠測量加速力的電子設備加速力就是

當物體在加速過程中作用在物體上的力就好比地球引力也就

是重力加速力可以是個常量比如 g也可以是變數

加速度計有兩種一種是角加速度計是由陀螺儀（角速度感測

器）的改進的另一種就是線加速度計

通過測量由於重力引起的加速度你可以計算出設備相對於水平

面的傾斜角度通過分析動態加速度你可以分析出設備移動的

方式

3-2加速度感測器 -分類

壓電式加速度感測器壓電式加速度感測器又稱壓電加速度

計它也屬於慣性式感測器壓電式加速度感測器的原理是利用

壓電陶瓷或石英晶體的壓電效應在加速度計受振時質量塊加

在壓電元件上的力也隨之變化當被測振動頻率遠低於加速度計

的固有頻率時則力的變化與被測加速度成正比

壓阻式加速度感測器基於世界領先的 MEMS 硅微加工技術壓阻

式加速度感測器具有體積小低功耗等特點易於集成在各種模

擬和數字電路中廣泛應用於汽車碰撞實驗測試儀器設備振

動監測等領域加速度感測器網為客戶提供壓阻式加速度感測器

壓阻加速度計各品牌的型號參數原理價格接線圖等信

息

22

3-3電容式加速度感測器 電容式加速度感測器是基於電容原理的極距變化型的電容感

測器電容式加速度感測器電容式加速度計是對比較通用的加

速度感測器在某些領域無可替代如安全氣囊手機移動設備

等電容式加速度感測器電容式加速度計採用了微機電系統

（MEMS）工藝在大量生產時變得經濟從而保證了較低的成本

伺服式加速度感測器伺服式加速度感測器是一種閉環測試系

統具有動態性 能好動態範圍大和線性度好等特點其工作

原理感測器的振動系統由 m-k」系統組成與一般加速度計

相同但質量 m 上還接著一個電磁線圈當基座上有 加速度輸

入時質量塊偏離平衡位置該位移大小由位移感測器檢測出

來經伺服放大器 放大後轉換為電流輸出該電流流過電磁線

圈在永久磁鐵的磁場中產生電磁恢復力力圖使質量塊保持在

儀錶殼體中原來的平衡位置上所以伺服加速度感測器在閉環狀

態下工作由於有反饋作用增強了抗干擾的能力提高測量精

度擴大了測量範圍伺服加速度測量技術廣泛地應用於慣性導

航和慣性制導系統中在高精度的振動測量和標定中也有應用

4三軸加速度感測器 目前的三軸加速度感測器三軸加速度計大多採用壓阻式壓電

式和電容式工作原理產生的加速度正比於電阻電壓和電容的

變化通過相應的放大和濾波電路進行採集這個和普通的加速

度感測器是基於同樣的一個原理三軸加速度感測器具有體積小

和重量（gm）輕特點可以測量空間加速度能夠全面準確反映

物體的運動性質在航空航天機器人汽車和醫學等領域得到

廣泛的應用加速度感測器網為客戶提供各品牌三軸加速度感測

器三軸加速度計的型號參數原理價格接線圖等信息

4-1加速度感測器 加速度感測器的工作原理

線加速度計的原理是慣性原理也就是力的平衡A(加度)=F(慣

性力)M(質量) 我們只需要測量 F 就可以了怎麼測量 F用電

磁力去平衡這個力就可以了就可以得到 F 對應於電流的關

係只需要用實驗去標定這個比例係數就行了當然中間的信號

傳輸放大濾波就是電路的事了多數加速度感測器是根據壓

電效應的原理來工作的

23

所謂的壓電效應就是 對於不存在對稱中心的異極晶體加在晶

體上的外力除了使晶體發生形變以外還將改變晶體的極化狀

態在晶體內部建立電場這種由於機械力作用使介質發生極化

的現象稱為正壓電效應

一般加速度感測器就是利用了其內部的由於加速度造成的晶體

變形這個特性由於這個變形會產生電壓只要計算出產生電壓

和所施加的加速度之間的關係就可以將加速度轉化成電壓輸

出當然還有很多其它方法來製作加速度感測器比如壓阻技

術電容效應熱氣泡效應光效應但是其最基本的原理都是

由於加速度產生某個介質產生變形通過測量其變形量並用相關

電路轉化成電壓輸出每種技術都有各自的機會和問題

壓阻式加速度感測器由於在汽車工業中的廣泛應用而發展最

快加速度感測器主要用於汽車安全氣囊防抱死系統牽引控

制系統等安全性能方面

根據牛頓第二定律物體加速度(ms2)與受到的合力(N)成正

比與其質量(kg)成反比而加速度方向與合力相同

圖七 加速度感測器數學公式

值得注意的是加速度計的作用力檢測機制擷取了作用力產生的

加速度所以加速度計實際測量的是力而不是加速度加速度

計是藉由檢測施加在其中一個軸向的作用力來間接測量加速度

加速度計也是一種包括孔空腔彈簧和通道等以微型製造加工

的機電裝置加速度計採用多層晶圓製程以物體重心相對於固

定電極的位移來測量加速力

24

4-2加速度計的檢測機制 加速度計常見的檢測方法是電容檢測而加速度與物體運動產生

的電容變化有關(如圖 2)這種檢測技術的優點是精準度高穩

定度高功耗低結構簡單以及不容易受雜訊及溫度波動的影

響由於彈簧與以 IC 內的空氣作為阻尼器電容式加速度計的

頻寬只有幾百赫茲

圖八 加速度檢測機制數學公式

ε0=自由空間的介電常數

εr=電極板之間的材料的介電常數

A=電極板之間的重疊面積

D=電極板之間的距離

4-3加速度感測器 -加速度感測器的性能參數

模擬輸出 vs 數字輸出

這個是最先需要考慮的這個取決於你系統中和加速度感測器

之間的介面一般模擬輸出的電壓和加速度是成比例的比如

25V 對應 0g 的加速度26V 對應於 05g 的加速度數字輸出

一般使用脈寬調製（PWM）信號 如果你使用的微控制器只

有數字輸入比如 BASIC Stamp那你就只能選擇數字輸出的加

速度感測器了但是問題是你必須佔用額外的一個時鐘單元用來

處理 PWM 信號同時對處理器也是一個不小的負擔如果你使用

的微控制器有模擬輸入口比如 PICAVROOPIC你可以非常簡

單的使用模擬介面的加速度感測器所需要的就是在程序里加入

一句類似acceleration=read_adc()的指令而且處理此指令

的速度只要幾微秒

25

測量軸數量

對於多數項目來說兩軸的加速度感測器已經能滿足多數應用

了對於某些特殊的應用比如 UAVROV 控制三軸的加速度

感測器可能會適合一點

最大測量值

如果你只要測量機器人相對於地面的傾角那一個plusmn15g 加速

度感測器就足夠了但是如果你需要測量機器人的動態性能plusmn

2g 也應該足夠了要是你的機器人會有比如突然啟動或者停止

的情況出現那你需要一個plusmn5g 的感測器

靈敏度

一般來說越靈敏越好越靈敏的感測器對一定範圍內的加速

度變化更敏感輸出電壓的變化也越大這樣就比較容易測量

從而獲得更精確的測量值

帶寬

這裡的帶寬實際上指的是刷新率也就是說每秒鐘感測器會

產生多少次讀數對於一般只要測量傾角的應用50HZ 的帶寬

應該足夠了但是對於需要進行動態性能比如振動你會需要

一個具有上百 HZ 帶寬的感測器

電阻緩存機制

對於有些微控制器來說要進行 AD 轉化其連接的感測器阻

值必須小於 10kΩ比如加速度感測器的阻值為 32kΩ在 PIC

和 AVR 控制板上無法正常工作所以建議在購買感測器前仔細

閱讀控制器手冊確保感測器能夠正常工作

陀螺儀為慣性感測元件可量測物體旋轉時的角速度或角位

移它的基本構造是將一個繞固定軸旋轉的轉輪(spinning

wheel)架設於兩個正交(orthogonal) 架撐的可動平衡環

(gimbals) 上當陀螺儀轉子以極高速度旋轉時 就產生了慣

性這慣性使得陀螺轉子的旋轉軸保持在空間指向一個固定的

方向 同時反抗任何改變轉子軸向的力量當物體旋轉時陀

螺儀為維持原有的慣性會在該旋轉軸產生與角速度等比例的扭

力微機電技術製作之微型陀螺儀以高頻振動元件取代轉動件

26

在介紹 MEMS 應用之前必須先理解加速度計與陀螺儀之間的

不同加速度計是沿一個或多個軸測量線性加速度(單位為

mVg)陀螺儀則是測量角速度(單位為 mVdegs)

我們可建構不同的感測器諧振感測器的內部架構透過彈簧連

接至基板與諧振運動成 90 度角(如圖 9)我們能藉由檢測內

部架構和基板之間安裝的電極電容來測量柯氏加速度

圖九 陀螺儀模組架構

27

4-4加速度計和陀螺儀應用 加速度計長久以來被廣泛應用於汽車領域用於檢測汽車碰撞

或是否在正確的時間開啟氣囊在行動裝置領域的應用也很普

遍例如照相模式在「肖像」和「風景」之間切換輕觸切換至

下首歌曲設備放在口袋時依然能通過衣服輕拍防震拍攝以及

光學穩像機制

加速度是速度的變化速率

圖十 加速度變化的速率數學公式

28

4使用晶片感測與通訊元件以下針對穿戴式裝置使用的晶片

感測元件與無線傳輸模組的工作原理做進一步的介紹

5CC2530 晶片

本作品使用以 CC2530 晶片為核心搭配智慧型手機 APP 程式開

發雲端健康管理製作運動與健康管理用之穿戴式裝置作品系

統架構如圖 1具備的特色功能有

1多個裝置可同時配戴在身體不同部位如頭部手臂手腕

腰部大腿小腿配合加速度計 六軸運動感測元件

能更精準偵測身體動作與姿勢

2結合手機與藍牙 40 的多點連線的特性同時分析與記錄使

用者的運動狀況搭配合溫度濕度壓力同時記錄使

用者的運動環境

3針對不同型態的運動使用學習功能記錄與分析標準運

動姿勢做為比對使用者運動姿勢正確性可以更精確掌

握運動對健康的成效具學習功能的演算法當使用者

利用手機設定學習模式時可以先請專家做標準示範動

作晶片韌體程式會記錄運動感測資料並做取樣分析

找出標準動作的運動特徵值當離開學習模式時同一時間

偵測不同部位的運動量與運動姿勢正確性

4本裝置在運動與健康管理的應用上可結合使用者自訂個人

的運動處方與雲端健康管理系統搭配「雲端健康管理系

統」為使用者量身訂做運動處方透過手機定時提醒使

用者運動時間運動份量運動記錄與生理訊號量測的資料

分析可檢視運動處方成效做為進一步調整或改善的依

據提供人們更精準有效的健康運動自主管理工具

29

3-1加速度感測器 -詳細

並把一維或二維納米材料連接成測量電橋所述的信號處理電路

包括整流穩壓電路載波振蕩器測量電橋和交流載波放大器

加速度(力)信號作用在質量塊上使膜片發生應變利用膜片上

的納米材料測出應變利用全橋檢測方法將材料應變轉化為電

信號再通過一系列的信號處理過程從而得到被測加速度信號

的數值根據本發明的這種微型膜片式加速度感測器具有很高的

靈敏度並可進行批量生產

加速度感測器是一種能夠測量加速力的電子設備加速力就是

當物體在加速過程中作用在物體上的力就好比地球引力也就

是重力加速力可以是個常量比如 g也可以是變數

加速度計有兩種一種是角加速度計是由陀螺儀（角速度感測

器）的改進的另一種就是線加速度計

通過測量由於重力引起的加速度你可以計算出設備相對於水平

面的傾斜角度通過分析動態加速度你可以分析出設備移動的

方式

3-2加速度感測器 -分類

壓電式加速度感測器壓電式加速度感測器又稱壓電加速度

計它也屬於慣性式感測器壓電式加速度感測器的原理是利用

壓電陶瓷或石英晶體的壓電效應在加速度計受振時質量塊加

在壓電元件上的力也隨之變化當被測振動頻率遠低於加速度計

的固有頻率時則力的變化與被測加速度成正比

壓阻式加速度感測器基於世界領先的 MEMS 硅微加工技術壓阻

式加速度感測器具有體積小低功耗等特點易於集成在各種模

擬和數字電路中廣泛應用於汽車碰撞實驗測試儀器設備振

動監測等領域加速度感測器網為客戶提供壓阻式加速度感測器

壓阻加速度計各品牌的型號參數原理價格接線圖等信

息

22

3-3電容式加速度感測器 電容式加速度感測器是基於電容原理的極距變化型的電容感

測器電容式加速度感測器電容式加速度計是對比較通用的加

速度感測器在某些領域無可替代如安全氣囊手機移動設備

等電容式加速度感測器電容式加速度計採用了微機電系統

（MEMS）工藝在大量生產時變得經濟從而保證了較低的成本

伺服式加速度感測器伺服式加速度感測器是一種閉環測試系

統具有動態性 能好動態範圍大和線性度好等特點其工作

原理感測器的振動系統由 m-k」系統組成與一般加速度計

相同但質量 m 上還接著一個電磁線圈當基座上有 加速度輸

入時質量塊偏離平衡位置該位移大小由位移感測器檢測出

來經伺服放大器 放大後轉換為電流輸出該電流流過電磁線

圈在永久磁鐵的磁場中產生電磁恢復力力圖使質量塊保持在

儀錶殼體中原來的平衡位置上所以伺服加速度感測器在閉環狀

態下工作由於有反饋作用增強了抗干擾的能力提高測量精

度擴大了測量範圍伺服加速度測量技術廣泛地應用於慣性導

航和慣性制導系統中在高精度的振動測量和標定中也有應用

4三軸加速度感測器 目前的三軸加速度感測器三軸加速度計大多採用壓阻式壓電

式和電容式工作原理產生的加速度正比於電阻電壓和電容的

變化通過相應的放大和濾波電路進行採集這個和普通的加速

度感測器是基於同樣的一個原理三軸加速度感測器具有體積小

和重量（gm）輕特點可以測量空間加速度能夠全面準確反映

物體的運動性質在航空航天機器人汽車和醫學等領域得到

廣泛的應用加速度感測器網為客戶提供各品牌三軸加速度感測

器三軸加速度計的型號參數原理價格接線圖等信息

4-1加速度感測器 加速度感測器的工作原理

線加速度計的原理是慣性原理也就是力的平衡A(加度)=F(慣

性力)M(質量) 我們只需要測量 F 就可以了怎麼測量 F用電

磁力去平衡這個力就可以了就可以得到 F 對應於電流的關

係只需要用實驗去標定這個比例係數就行了當然中間的信號

傳輸放大濾波就是電路的事了多數加速度感測器是根據壓

電效應的原理來工作的

23

所謂的壓電效應就是 對於不存在對稱中心的異極晶體加在晶

體上的外力除了使晶體發生形變以外還將改變晶體的極化狀

態在晶體內部建立電場這種由於機械力作用使介質發生極化

的現象稱為正壓電效應

一般加速度感測器就是利用了其內部的由於加速度造成的晶體

變形這個特性由於這個變形會產生電壓只要計算出產生電壓

和所施加的加速度之間的關係就可以將加速度轉化成電壓輸

出當然還有很多其它方法來製作加速度感測器比如壓阻技

術電容效應熱氣泡效應光效應但是其最基本的原理都是

由於加速度產生某個介質產生變形通過測量其變形量並用相關

電路轉化成電壓輸出每種技術都有各自的機會和問題

壓阻式加速度感測器由於在汽車工業中的廣泛應用而發展最

快加速度感測器主要用於汽車安全氣囊防抱死系統牽引控

制系統等安全性能方面

根據牛頓第二定律物體加速度(ms2)與受到的合力(N)成正

比與其質量(kg)成反比而加速度方向與合力相同

圖七 加速度感測器數學公式

值得注意的是加速度計的作用力檢測機制擷取了作用力產生的

加速度所以加速度計實際測量的是力而不是加速度加速度

計是藉由檢測施加在其中一個軸向的作用力來間接測量加速度

加速度計也是一種包括孔空腔彈簧和通道等以微型製造加工

的機電裝置加速度計採用多層晶圓製程以物體重心相對於固

定電極的位移來測量加速力

24

4-2加速度計的檢測機制 加速度計常見的檢測方法是電容檢測而加速度與物體運動產生

的電容變化有關(如圖 2)這種檢測技術的優點是精準度高穩

定度高功耗低結構簡單以及不容易受雜訊及溫度波動的影

響由於彈簧與以 IC 內的空氣作為阻尼器電容式加速度計的

頻寬只有幾百赫茲

圖八 加速度檢測機制數學公式

ε0=自由空間的介電常數

εr=電極板之間的材料的介電常數

A=電極板之間的重疊面積

D=電極板之間的距離

4-3加速度感測器 -加速度感測器的性能參數

模擬輸出 vs 數字輸出

這個是最先需要考慮的這個取決於你系統中和加速度感測器

之間的介面一般模擬輸出的電壓和加速度是成比例的比如

25V 對應 0g 的加速度26V 對應於 05g 的加速度數字輸出

一般使用脈寬調製（PWM）信號 如果你使用的微控制器只

有數字輸入比如 BASIC Stamp那你就只能選擇數字輸出的加

速度感測器了但是問題是你必須佔用額外的一個時鐘單元用來

處理 PWM 信號同時對處理器也是一個不小的負擔如果你使用

的微控制器有模擬輸入口比如 PICAVROOPIC你可以非常簡

單的使用模擬介面的加速度感測器所需要的就是在程序里加入

一句類似acceleration=read_adc()的指令而且處理此指令

的速度只要幾微秒

25

測量軸數量

對於多數項目來說兩軸的加速度感測器已經能滿足多數應用

了對於某些特殊的應用比如 UAVROV 控制三軸的加速度

感測器可能會適合一點

最大測量值

如果你只要測量機器人相對於地面的傾角那一個plusmn15g 加速

度感測器就足夠了但是如果你需要測量機器人的動態性能plusmn

2g 也應該足夠了要是你的機器人會有比如突然啟動或者停止

的情況出現那你需要一個plusmn5g 的感測器

靈敏度

一般來說越靈敏越好越靈敏的感測器對一定範圍內的加速

度變化更敏感輸出電壓的變化也越大這樣就比較容易測量

從而獲得更精確的測量值

帶寬

這裡的帶寬實際上指的是刷新率也就是說每秒鐘感測器會

產生多少次讀數對於一般只要測量傾角的應用50HZ 的帶寬

應該足夠了但是對於需要進行動態性能比如振動你會需要

一個具有上百 HZ 帶寬的感測器

電阻緩存機制

對於有些微控制器來說要進行 AD 轉化其連接的感測器阻

值必須小於 10kΩ比如加速度感測器的阻值為 32kΩ在 PIC

和 AVR 控制板上無法正常工作所以建議在購買感測器前仔細

閱讀控制器手冊確保感測器能夠正常工作

陀螺儀為慣性感測元件可量測物體旋轉時的角速度或角位

移它的基本構造是將一個繞固定軸旋轉的轉輪(spinning

wheel)架設於兩個正交(orthogonal) 架撐的可動平衡環

(gimbals) 上當陀螺儀轉子以極高速度旋轉時 就產生了慣

性這慣性使得陀螺轉子的旋轉軸保持在空間指向一個固定的

方向 同時反抗任何改變轉子軸向的力量當物體旋轉時陀

螺儀為維持原有的慣性會在該旋轉軸產生與角速度等比例的扭

力微機電技術製作之微型陀螺儀以高頻振動元件取代轉動件

26

在介紹 MEMS 應用之前必須先理解加速度計與陀螺儀之間的

不同加速度計是沿一個或多個軸測量線性加速度(單位為

mVg)陀螺儀則是測量角速度(單位為 mVdegs)

我們可建構不同的感測器諧振感測器的內部架構透過彈簧連

接至基板與諧振運動成 90 度角(如圖 9)我們能藉由檢測內

部架構和基板之間安裝的電極電容來測量柯氏加速度

圖九 陀螺儀模組架構

27

4-4加速度計和陀螺儀應用 加速度計長久以來被廣泛應用於汽車領域用於檢測汽車碰撞

或是否在正確的時間開啟氣囊在行動裝置領域的應用也很普

遍例如照相模式在「肖像」和「風景」之間切換輕觸切換至

下首歌曲設備放在口袋時依然能通過衣服輕拍防震拍攝以及

光學穩像機制

加速度是速度的變化速率

圖十 加速度變化的速率數學公式

28

4使用晶片感測與通訊元件以下針對穿戴式裝置使用的晶片

感測元件與無線傳輸模組的工作原理做進一步的介紹

5CC2530 晶片

本作品使用以 CC2530 晶片為核心搭配智慧型手機 APP 程式開

發雲端健康管理製作運動與健康管理用之穿戴式裝置作品系

統架構如圖 1具備的特色功能有

1多個裝置可同時配戴在身體不同部位如頭部手臂手腕

腰部大腿小腿配合加速度計 六軸運動感測元件

能更精準偵測身體動作與姿勢

2結合手機與藍牙 40 的多點連線的特性同時分析與記錄使

用者的運動狀況搭配合溫度濕度壓力同時記錄使

用者的運動環境

3針對不同型態的運動使用學習功能記錄與分析標準運

動姿勢做為比對使用者運動姿勢正確性可以更精確掌

握運動對健康的成效具學習功能的演算法當使用者

利用手機設定學習模式時可以先請專家做標準示範動

作晶片韌體程式會記錄運動感測資料並做取樣分析

找出標準動作的運動特徵值當離開學習模式時同一時間

偵測不同部位的運動量與運動姿勢正確性

4本裝置在運動與健康管理的應用上可結合使用者自訂個人

的運動處方與雲端健康管理系統搭配「雲端健康管理系

統」為使用者量身訂做運動處方透過手機定時提醒使

用者運動時間運動份量運動記錄與生理訊號量測的資料

分析可檢視運動處方成效做為進一步調整或改善的依

據提供人們更精準有效的健康運動自主管理工具

29

3-3電容式加速度感測器 電容式加速度感測器是基於電容原理的極距變化型的電容感

測器電容式加速度感測器電容式加速度計是對比較通用的加

速度感測器在某些領域無可替代如安全氣囊手機移動設備

等電容式加速度感測器電容式加速度計採用了微機電系統

（MEMS）工藝在大量生產時變得經濟從而保證了較低的成本

伺服式加速度感測器伺服式加速度感測器是一種閉環測試系

統具有動態性 能好動態範圍大和線性度好等特點其工作

原理感測器的振動系統由 m-k」系統組成與一般加速度計

相同但質量 m 上還接著一個電磁線圈當基座上有 加速度輸

入時質量塊偏離平衡位置該位移大小由位移感測器檢測出

來經伺服放大器 放大後轉換為電流輸出該電流流過電磁線

圈在永久磁鐵的磁場中產生電磁恢復力力圖使質量塊保持在

儀錶殼體中原來的平衡位置上所以伺服加速度感測器在閉環狀

態下工作由於有反饋作用增強了抗干擾的能力提高測量精

度擴大了測量範圍伺服加速度測量技術廣泛地應用於慣性導

航和慣性制導系統中在高精度的振動測量和標定中也有應用

4三軸加速度感測器 目前的三軸加速度感測器三軸加速度計大多採用壓阻式壓電

式和電容式工作原理產生的加速度正比於電阻電壓和電容的

變化通過相應的放大和濾波電路進行採集這個和普通的加速

度感測器是基於同樣的一個原理三軸加速度感測器具有體積小

和重量（gm）輕特點可以測量空間加速度能夠全面準確反映

物體的運動性質在航空航天機器人汽車和醫學等領域得到

廣泛的應用加速度感測器網為客戶提供各品牌三軸加速度感測

器三軸加速度計的型號參數原理價格接線圖等信息

4-1加速度感測器 加速度感測器的工作原理

線加速度計的原理是慣性原理也就是力的平衡A(加度)=F(慣

性力)M(質量) 我們只需要測量 F 就可以了怎麼測量 F用電

磁力去平衡這個力就可以了就可以得到 F 對應於電流的關

係只需要用實驗去標定這個比例係數就行了當然中間的信號

傳輸放大濾波就是電路的事了多數加速度感測器是根據壓

電效應的原理來工作的

23

所謂的壓電效應就是 對於不存在對稱中心的異極晶體加在晶

體上的外力除了使晶體發生形變以外還將改變晶體的極化狀

態在晶體內部建立電場這種由於機械力作用使介質發生極化

的現象稱為正壓電效應

一般加速度感測器就是利用了其內部的由於加速度造成的晶體

變形這個特性由於這個變形會產生電壓只要計算出產生電壓

和所施加的加速度之間的關係就可以將加速度轉化成電壓輸

出當然還有很多其它方法來製作加速度感測器比如壓阻技

術電容效應熱氣泡效應光效應但是其最基本的原理都是

由於加速度產生某個介質產生變形通過測量其變形量並用相關

電路轉化成電壓輸出每種技術都有各自的機會和問題

壓阻式加速度感測器由於在汽車工業中的廣泛應用而發展最

快加速度感測器主要用於汽車安全氣囊防抱死系統牽引控

制系統等安全性能方面

根據牛頓第二定律物體加速度(ms2)與受到的合力(N)成正

比與其質量(kg)成反比而加速度方向與合力相同

圖七 加速度感測器數學公式

值得注意的是加速度計的作用力檢測機制擷取了作用力產生的

加速度所以加速度計實際測量的是力而不是加速度加速度

計是藉由檢測施加在其中一個軸向的作用力來間接測量加速度

加速度計也是一種包括孔空腔彈簧和通道等以微型製造加工

的機電裝置加速度計採用多層晶圓製程以物體重心相對於固

定電極的位移來測量加速力

24

4-2加速度計的檢測機制 加速度計常見的檢測方法是電容檢測而加速度與物體運動產生

的電容變化有關(如圖 2)這種檢測技術的優點是精準度高穩

定度高功耗低結構簡單以及不容易受雜訊及溫度波動的影

響由於彈簧與以 IC 內的空氣作為阻尼器電容式加速度計的

頻寬只有幾百赫茲

圖八 加速度檢測機制數學公式

ε0=自由空間的介電常數

εr=電極板之間的材料的介電常數

A=電極板之間的重疊面積

D=電極板之間的距離

4-3加速度感測器 -加速度感測器的性能參數

模擬輸出 vs 數字輸出

這個是最先需要考慮的這個取決於你系統中和加速度感測器

之間的介面一般模擬輸出的電壓和加速度是成比例的比如

25V 對應 0g 的加速度26V 對應於 05g 的加速度數字輸出

一般使用脈寬調製（PWM）信號 如果你使用的微控制器只

有數字輸入比如 BASIC Stamp那你就只能選擇數字輸出的加

速度感測器了但是問題是你必須佔用額外的一個時鐘單元用來

處理 PWM 信號同時對處理器也是一個不小的負擔如果你使用

的微控制器有模擬輸入口比如 PICAVROOPIC你可以非常簡

單的使用模擬介面的加速度感測器所需要的就是在程序里加入

一句類似acceleration=read_adc()的指令而且處理此指令

的速度只要幾微秒

25

測量軸數量

對於多數項目來說兩軸的加速度感測器已經能滿足多數應用

了對於某些特殊的應用比如 UAVROV 控制三軸的加速度

感測器可能會適合一點

最大測量值

如果你只要測量機器人相對於地面的傾角那一個plusmn15g 加速

度感測器就足夠了但是如果你需要測量機器人的動態性能plusmn

2g 也應該足夠了要是你的機器人會有比如突然啟動或者停止

的情況出現那你需要一個plusmn5g 的感測器

靈敏度

一般來說越靈敏越好越靈敏的感測器對一定範圍內的加速

度變化更敏感輸出電壓的變化也越大這樣就比較容易測量

從而獲得更精確的測量值

帶寬

這裡的帶寬實際上指的是刷新率也就是說每秒鐘感測器會

產生多少次讀數對於一般只要測量傾角的應用50HZ 的帶寬

應該足夠了但是對於需要進行動態性能比如振動你會需要

一個具有上百 HZ 帶寬的感測器

電阻緩存機制

對於有些微控制器來說要進行 AD 轉化其連接的感測器阻

值必須小於 10kΩ比如加速度感測器的阻值為 32kΩ在 PIC

和 AVR 控制板上無法正常工作所以建議在購買感測器前仔細

閱讀控制器手冊確保感測器能夠正常工作

陀螺儀為慣性感測元件可量測物體旋轉時的角速度或角位

移它的基本構造是將一個繞固定軸旋轉的轉輪(spinning

wheel)架設於兩個正交(orthogonal) 架撐的可動平衡環

(gimbals) 上當陀螺儀轉子以極高速度旋轉時 就產生了慣

性這慣性使得陀螺轉子的旋轉軸保持在空間指向一個固定的

方向 同時反抗任何改變轉子軸向的力量當物體旋轉時陀

螺儀為維持原有的慣性會在該旋轉軸產生與角速度等比例的扭

力微機電技術製作之微型陀螺儀以高頻振動元件取代轉動件

26

在介紹 MEMS 應用之前必須先理解加速度計與陀螺儀之間的

不同加速度計是沿一個或多個軸測量線性加速度(單位為

mVg)陀螺儀則是測量角速度(單位為 mVdegs)

我們可建構不同的感測器諧振感測器的內部架構透過彈簧連

接至基板與諧振運動成 90 度角(如圖 9)我們能藉由檢測內

部架構和基板之間安裝的電極電容來測量柯氏加速度

圖九 陀螺儀模組架構

27

4-4加速度計和陀螺儀應用 加速度計長久以來被廣泛應用於汽車領域用於檢測汽車碰撞

或是否在正確的時間開啟氣囊在行動裝置領域的應用也很普

遍例如照相模式在「肖像」和「風景」之間切換輕觸切換至

下首歌曲設備放在口袋時依然能通過衣服輕拍防震拍攝以及

光學穩像機制

加速度是速度的變化速率

圖十 加速度變化的速率數學公式

28

4使用晶片感測與通訊元件以下針對穿戴式裝置使用的晶片

感測元件與無線傳輸模組的工作原理做進一步的介紹

5CC2530 晶片

本作品使用以 CC2530 晶片為核心搭配智慧型手機 APP 程式開

發雲端健康管理製作運動與健康管理用之穿戴式裝置作品系

統架構如圖 1具備的特色功能有

1多個裝置可同時配戴在身體不同部位如頭部手臂手腕

腰部大腿小腿配合加速度計 六軸運動感測元件

能更精準偵測身體動作與姿勢

2結合手機與藍牙 40 的多點連線的特性同時分析與記錄使

用者的運動狀況搭配合溫度濕度壓力同時記錄使

用者的運動環境

3針對不同型態的運動使用學習功能記錄與分析標準運

動姿勢做為比對使用者運動姿勢正確性可以更精確掌

握運動對健康的成效具學習功能的演算法當使用者

利用手機設定學習模式時可以先請專家做標準示範動

作晶片韌體程式會記錄運動感測資料並做取樣分析

找出標準動作的運動特徵值當離開學習模式時同一時間

偵測不同部位的運動量與運動姿勢正確性

4本裝置在運動與健康管理的應用上可結合使用者自訂個人

的運動處方與雲端健康管理系統搭配「雲端健康管理系

統」為使用者量身訂做運動處方透過手機定時提醒使

用者運動時間運動份量運動記錄與生理訊號量測的資料

分析可檢視運動處方成效做為進一步調整或改善的依

據提供人們更精準有效的健康運動自主管理工具

29

所謂的壓電效應就是 對於不存在對稱中心的異極晶體加在晶

體上的外力除了使晶體發生形變以外還將改變晶體的極化狀

態在晶體內部建立電場這種由於機械力作用使介質發生極化

的現象稱為正壓電效應

一般加速度感測器就是利用了其內部的由於加速度造成的晶體

變形這個特性由於這個變形會產生電壓只要計算出產生電壓

和所施加的加速度之間的關係就可以將加速度轉化成電壓輸

出當然還有很多其它方法來製作加速度感測器比如壓阻技

術電容效應熱氣泡效應光效應但是其最基本的原理都是

由於加速度產生某個介質產生變形通過測量其變形量並用相關

電路轉化成電壓輸出每種技術都有各自的機會和問題

壓阻式加速度感測器由於在汽車工業中的廣泛應用而發展最

快加速度感測器主要用於汽車安全氣囊防抱死系統牽引控

制系統等安全性能方面

根據牛頓第二定律物體加速度(ms2)與受到的合力(N)成正

比與其質量(kg)成反比而加速度方向與合力相同

圖七 加速度感測器數學公式

值得注意的是加速度計的作用力檢測機制擷取了作用力產生的

加速度所以加速度計實際測量的是力而不是加速度加速度

計是藉由檢測施加在其中一個軸向的作用力來間接測量加速度

加速度計也是一種包括孔空腔彈簧和通道等以微型製造加工

的機電裝置加速度計採用多層晶圓製程以物體重心相對於固

定電極的位移來測量加速力

24

4-2加速度計的檢測機制 加速度計常見的檢測方法是電容檢測而加速度與物體運動產生

的電容變化有關(如圖 2)這種檢測技術的優點是精準度高穩

定度高功耗低結構簡單以及不容易受雜訊及溫度波動的影

響由於彈簧與以 IC 內的空氣作為阻尼器電容式加速度計的

頻寬只有幾百赫茲

圖八 加速度檢測機制數學公式

ε0=自由空間的介電常數

εr=電極板之間的材料的介電常數

A=電極板之間的重疊面積

D=電極板之間的距離

4-3加速度感測器 -加速度感測器的性能參數

模擬輸出 vs 數字輸出

這個是最先需要考慮的這個取決於你系統中和加速度感測器

之間的介面一般模擬輸出的電壓和加速度是成比例的比如

25V 對應 0g 的加速度26V 對應於 05g 的加速度數字輸出

一般使用脈寬調製（PWM）信號 如果你使用的微控制器只

有數字輸入比如 BASIC Stamp那你就只能選擇數字輸出的加

速度感測器了但是問題是你必須佔用額外的一個時鐘單元用來

處理 PWM 信號同時對處理器也是一個不小的負擔如果你使用

的微控制器有模擬輸入口比如 PICAVROOPIC你可以非常簡

單的使用模擬介面的加速度感測器所需要的就是在程序里加入

一句類似acceleration=read_adc()的指令而且處理此指令

的速度只要幾微秒

25

測量軸數量

對於多數項目來說兩軸的加速度感測器已經能滿足多數應用

了對於某些特殊的應用比如 UAVROV 控制三軸的加速度

感測器可能會適合一點

最大測量值

如果你只要測量機器人相對於地面的傾角那一個plusmn15g 加速

度感測器就足夠了但是如果你需要測量機器人的動態性能plusmn

2g 也應該足夠了要是你的機器人會有比如突然啟動或者停止

的情況出現那你需要一個plusmn5g 的感測器

靈敏度

一般來說越靈敏越好越靈敏的感測器對一定範圍內的加速

度變化更敏感輸出電壓的變化也越大這樣就比較容易測量

從而獲得更精確的測量值

帶寬

這裡的帶寬實際上指的是刷新率也就是說每秒鐘感測器會

產生多少次讀數對於一般只要測量傾角的應用50HZ 的帶寬

應該足夠了但是對於需要進行動態性能比如振動你會需要

一個具有上百 HZ 帶寬的感測器

電阻緩存機制

對於有些微控制器來說要進行 AD 轉化其連接的感測器阻

值必須小於 10kΩ比如加速度感測器的阻值為 32kΩ在 PIC

和 AVR 控制板上無法正常工作所以建議在購買感測器前仔細

閱讀控制器手冊確保感測器能夠正常工作

陀螺儀為慣性感測元件可量測物體旋轉時的角速度或角位

移它的基本構造是將一個繞固定軸旋轉的轉輪(spinning

wheel)架設於兩個正交(orthogonal) 架撐的可動平衡環

(gimbals) 上當陀螺儀轉子以極高速度旋轉時 就產生了慣

性這慣性使得陀螺轉子的旋轉軸保持在空間指向一個固定的

方向 同時反抗任何改變轉子軸向的力量當物體旋轉時陀

螺儀為維持原有的慣性會在該旋轉軸產生與角速度等比例的扭

力微機電技術製作之微型陀螺儀以高頻振動元件取代轉動件

26

在介紹 MEMS 應用之前必須先理解加速度計與陀螺儀之間的

不同加速度計是沿一個或多個軸測量線性加速度(單位為

mVg)陀螺儀則是測量角速度(單位為 mVdegs)

我們可建構不同的感測器諧振感測器的內部架構透過彈簧連

接至基板與諧振運動成 90 度角(如圖 9)我們能藉由檢測內

部架構和基板之間安裝的電極電容來測量柯氏加速度

圖九 陀螺儀模組架構

27

4-4加速度計和陀螺儀應用 加速度計長久以來被廣泛應用於汽車領域用於檢測汽車碰撞

或是否在正確的時間開啟氣囊在行動裝置領域的應用也很普

遍例如照相模式在「肖像」和「風景」之間切換輕觸切換至

下首歌曲設備放在口袋時依然能通過衣服輕拍防震拍攝以及

光學穩像機制

加速度是速度的變化速率

圖十 加速度變化的速率數學公式

28

4使用晶片感測與通訊元件以下針對穿戴式裝置使用的晶片

感測元件與無線傳輸模組的工作原理做進一步的介紹

5CC2530 晶片

本作品使用以 CC2530 晶片為核心搭配智慧型手機 APP 程式開

發雲端健康管理製作運動與健康管理用之穿戴式裝置作品系

統架構如圖 1具備的特色功能有

1多個裝置可同時配戴在身體不同部位如頭部手臂手腕

腰部大腿小腿配合加速度計 六軸運動感測元件

能更精準偵測身體動作與姿勢

2結合手機與藍牙 40 的多點連線的特性同時分析與記錄使

用者的運動狀況搭配合溫度濕度壓力同時記錄使

用者的運動環境

3針對不同型態的運動使用學習功能記錄與分析標準運

動姿勢做為比對使用者運動姿勢正確性可以更精確掌

握運動對健康的成效具學習功能的演算法當使用者

利用手機設定學習模式時可以先請專家做標準示範動

作晶片韌體程式會記錄運動感測資料並做取樣分析

找出標準動作的運動特徵值當離開學習模式時同一時間

偵測不同部位的運動量與運動姿勢正確性

4本裝置在運動與健康管理的應用上可結合使用者自訂個人

的運動處方與雲端健康管理系統搭配「雲端健康管理系

統」為使用者量身訂做運動處方透過手機定時提醒使

用者運動時間運動份量運動記錄與生理訊號量測的資料

分析可檢視運動處方成效做為進一步調整或改善的依

據提供人們更精準有效的健康運動自主管理工具

29

4-2加速度計的檢測機制 加速度計常見的檢測方法是電容檢測而加速度與物體運動產生

的電容變化有關(如圖 2)這種檢測技術的優點是精準度高穩

定度高功耗低結構簡單以及不容易受雜訊及溫度波動的影

響由於彈簧與以 IC 內的空氣作為阻尼器電容式加速度計的

頻寬只有幾百赫茲

圖八 加速度檢測機制數學公式

ε0=自由空間的介電常數

εr=電極板之間的材料的介電常數

A=電極板之間的重疊面積

D=電極板之間的距離

4-3加速度感測器 -加速度感測器的性能參數

模擬輸出 vs 數字輸出

這個是最先需要考慮的這個取決於你系統中和加速度感測器

之間的介面一般模擬輸出的電壓和加速度是成比例的比如

25V 對應 0g 的加速度26V 對應於 05g 的加速度數字輸出

一般使用脈寬調製（PWM）信號 如果你使用的微控制器只

有數字輸入比如 BASIC Stamp那你就只能選擇數字輸出的加

速度感測器了但是問題是你必須佔用額外的一個時鐘單元用來

處理 PWM 信號同時對處理器也是一個不小的負擔如果你使用

的微控制器有模擬輸入口比如 PICAVROOPIC你可以非常簡

單的使用模擬介面的加速度感測器所需要的就是在程序里加入

一句類似acceleration=read_adc()的指令而且處理此指令

的速度只要幾微秒

25

測量軸數量

對於多數項目來說兩軸的加速度感測器已經能滿足多數應用

了對於某些特殊的應用比如 UAVROV 控制三軸的加速度

感測器可能會適合一點

最大測量值

如果你只要測量機器人相對於地面的傾角那一個plusmn15g 加速

度感測器就足夠了但是如果你需要測量機器人的動態性能plusmn

2g 也應該足夠了要是你的機器人會有比如突然啟動或者停止

的情況出現那你需要一個plusmn5g 的感測器

靈敏度

一般來說越靈敏越好越靈敏的感測器對一定範圍內的加速

度變化更敏感輸出電壓的變化也越大這樣就比較容易測量

從而獲得更精確的測量值

帶寬

這裡的帶寬實際上指的是刷新率也就是說每秒鐘感測器會

產生多少次讀數對於一般只要測量傾角的應用50HZ 的帶寬

應該足夠了但是對於需要進行動態性能比如振動你會需要

一個具有上百 HZ 帶寬的感測器

電阻緩存機制

對於有些微控制器來說要進行 AD 轉化其連接的感測器阻

值必須小於 10kΩ比如加速度感測器的阻值為 32kΩ在 PIC

和 AVR 控制板上無法正常工作所以建議在購買感測器前仔細

閱讀控制器手冊確保感測器能夠正常工作

陀螺儀為慣性感測元件可量測物體旋轉時的角速度或角位

移它的基本構造是將一個繞固定軸旋轉的轉輪(spinning

wheel)架設於兩個正交(orthogonal) 架撐的可動平衡環

(gimbals) 上當陀螺儀轉子以極高速度旋轉時 就產生了慣

性這慣性使得陀螺轉子的旋轉軸保持在空間指向一個固定的

方向 同時反抗任何改變轉子軸向的力量當物體旋轉時陀

螺儀為維持原有的慣性會在該旋轉軸產生與角速度等比例的扭

力微機電技術製作之微型陀螺儀以高頻振動元件取代轉動件

26

在介紹 MEMS 應用之前必須先理解加速度計與陀螺儀之間的

不同加速度計是沿一個或多個軸測量線性加速度(單位為

mVg)陀螺儀則是測量角速度(單位為 mVdegs)

我們可建構不同的感測器諧振感測器的內部架構透過彈簧連

接至基板與諧振運動成 90 度角(如圖 9)我們能藉由檢測內

部架構和基板之間安裝的電極電容來測量柯氏加速度

圖九 陀螺儀模組架構

27

4-4加速度計和陀螺儀應用 加速度計長久以來被廣泛應用於汽車領域用於檢測汽車碰撞

或是否在正確的時間開啟氣囊在行動裝置領域的應用也很普

遍例如照相模式在「肖像」和「風景」之間切換輕觸切換至

下首歌曲設備放在口袋時依然能通過衣服輕拍防震拍攝以及

光學穩像機制

加速度是速度的變化速率

圖十 加速度變化的速率數學公式

28

4使用晶片感測與通訊元件以下針對穿戴式裝置使用的晶片

感測元件與無線傳輸模組的工作原理做進一步的介紹

5CC2530 晶片

本作品使用以 CC2530 晶片為核心搭配智慧型手機 APP 程式開

發雲端健康管理製作運動與健康管理用之穿戴式裝置作品系

統架構如圖 1具備的特色功能有

1多個裝置可同時配戴在身體不同部位如頭部手臂手腕

腰部大腿小腿配合加速度計 六軸運動感測元件

能更精準偵測身體動作與姿勢

2結合手機與藍牙 40 的多點連線的特性同時分析與記錄使

用者的運動狀況搭配合溫度濕度壓力同時記錄使

用者的運動環境

3針對不同型態的運動使用學習功能記錄與分析標準運

動姿勢做為比對使用者運動姿勢正確性可以更精確掌

握運動對健康的成效具學習功能的演算法當使用者

利用手機設定學習模式時可以先請專家做標準示範動

作晶片韌體程式會記錄運動感測資料並做取樣分析

找出標準動作的運動特徵值當離開學習模式時同一時間

偵測不同部位的運動量與運動姿勢正確性

4本裝置在運動與健康管理的應用上可結合使用者自訂個人

的運動處方與雲端健康管理系統搭配「雲端健康管理系

統」為使用者量身訂做運動處方透過手機定時提醒使

用者運動時間運動份量運動記錄與生理訊號量測的資料

分析可檢視運動處方成效做為進一步調整或改善的依

據提供人們更精準有效的健康運動自主管理工具

29

測量軸數量

對於多數項目來說兩軸的加速度感測器已經能滿足多數應用

了對於某些特殊的應用比如 UAVROV 控制三軸的加速度

感測器可能會適合一點

最大測量值

如果你只要測量機器人相對於地面的傾角那一個plusmn15g 加速

度感測器就足夠了但是如果你需要測量機器人的動態性能plusmn

2g 也應該足夠了要是你的機器人會有比如突然啟動或者停止

的情況出現那你需要一個plusmn5g 的感測器

靈敏度

一般來說越靈敏越好越靈敏的感測器對一定範圍內的加速

度變化更敏感輸出電壓的變化也越大這樣就比較容易測量

從而獲得更精確的測量值

帶寬

這裡的帶寬實際上指的是刷新率也就是說每秒鐘感測器會

產生多少次讀數對於一般只要測量傾角的應用50HZ 的帶寬

應該足夠了但是對於需要進行動態性能比如振動你會需要

一個具有上百 HZ 帶寬的感測器

電阻緩存機制

對於有些微控制器來說要進行 AD 轉化其連接的感測器阻

值必須小於 10kΩ比如加速度感測器的阻值為 32kΩ在 PIC

和 AVR 控制板上無法正常工作所以建議在購買感測器前仔細

閱讀控制器手冊確保感測器能夠正常工作

陀螺儀為慣性感測元件可量測物體旋轉時的角速度或角位

移它的基本構造是將一個繞固定軸旋轉的轉輪(spinning

wheel)架設於兩個正交(orthogonal) 架撐的可動平衡環

(gimbals) 上當陀螺儀轉子以極高速度旋轉時 就產生了慣

性這慣性使得陀螺轉子的旋轉軸保持在空間指向一個固定的

方向 同時反抗任何改變轉子軸向的力量當物體旋轉時陀

螺儀為維持原有的慣性會在該旋轉軸產生與角速度等比例的扭

力微機電技術製作之微型陀螺儀以高頻振動元件取代轉動件

26

在介紹 MEMS 應用之前必須先理解加速度計與陀螺儀之間的

不同加速度計是沿一個或多個軸測量線性加速度(單位為

mVg)陀螺儀則是測量角速度(單位為 mVdegs)

我們可建構不同的感測器諧振感測器的內部架構透過彈簧連

接至基板與諧振運動成 90 度角(如圖 9)我們能藉由檢測內

部架構和基板之間安裝的電極電容來測量柯氏加速度

圖九 陀螺儀模組架構

27

4-4加速度計和陀螺儀應用 加速度計長久以來被廣泛應用於汽車領域用於檢測汽車碰撞

或是否在正確的時間開啟氣囊在行動裝置領域的應用也很普

遍例如照相模式在「肖像」和「風景」之間切換輕觸切換至

下首歌曲設備放在口袋時依然能通過衣服輕拍防震拍攝以及

光學穩像機制

加速度是速度的變化速率

圖十 加速度變化的速率數學公式

28

4使用晶片感測與通訊元件以下針對穿戴式裝置使用的晶片

感測元件與無線傳輸模組的工作原理做進一步的介紹

5CC2530 晶片

本作品使用以 CC2530 晶片為核心搭配智慧型手機 APP 程式開

發雲端健康管理製作運動與健康管理用之穿戴式裝置作品系

統架構如圖 1具備的特色功能有

1多個裝置可同時配戴在身體不同部位如頭部手臂手腕

腰部大腿小腿配合加速度計 六軸運動感測元件

能更精準偵測身體動作與姿勢

2結合手機與藍牙 40 的多點連線的特性同時分析與記錄使

用者的運動狀況搭配合溫度濕度壓力同時記錄使

用者的運動環境

3針對不同型態的運動使用學習功能記錄與分析標準運

動姿勢做為比對使用者運動姿勢正確性可以更精確掌

握運動對健康的成效具學習功能的演算法當使用者

利用手機設定學習模式時可以先請專家做標準示範動

作晶片韌體程式會記錄運動感測資料並做取樣分析

找出標準動作的運動特徵值當離開學習模式時同一時間

偵測不同部位的運動量與運動姿勢正確性

4本裝置在運動與健康管理的應用上可結合使用者自訂個人

的運動處方與雲端健康管理系統搭配「雲端健康管理系

統」為使用者量身訂做運動處方透過手機定時提醒使

用者運動時間運動份量運動記錄與生理訊號量測的資料

分析可檢視運動處方成效做為進一步調整或改善的依

據提供人們更精準有效的健康運動自主管理工具

29

在介紹 MEMS 應用之前必須先理解加速度計與陀螺儀之間的

不同加速度計是沿一個或多個軸測量線性加速度(單位為

mVg)陀螺儀則是測量角速度(單位為 mVdegs)

我們可建構不同的感測器諧振感測器的內部架構透過彈簧連

接至基板與諧振運動成 90 度角(如圖 9)我們能藉由檢測內

部架構和基板之間安裝的電極電容來測量柯氏加速度

圖九 陀螺儀模組架構

27

4-4加速度計和陀螺儀應用 加速度計長久以來被廣泛應用於汽車領域用於檢測汽車碰撞

或是否在正確的時間開啟氣囊在行動裝置領域的應用也很普

遍例如照相模式在「肖像」和「風景」之間切換輕觸切換至

下首歌曲設備放在口袋時依然能通過衣服輕拍防震拍攝以及

光學穩像機制

加速度是速度的變化速率

圖十 加速度變化的速率數學公式

28

4使用晶片感測與通訊元件以下針對穿戴式裝置使用的晶片

感測元件與無線傳輸模組的工作原理做進一步的介紹

5CC2530 晶片

本作品使用以 CC2530 晶片為核心搭配智慧型手機 APP 程式開

發雲端健康管理製作運動與健康管理用之穿戴式裝置作品系

統架構如圖 1具備的特色功能有

1多個裝置可同時配戴在身體不同部位如頭部手臂手腕

腰部大腿小腿配合加速度計 六軸運動感測元件

能更精準偵測身體動作與姿勢

2結合手機與藍牙 40 的多點連線的特性同時分析與記錄使

用者的運動狀況搭配合溫度濕度壓力同時記錄使

用者的運動環境

3針對不同型態的運動使用學習功能記錄與分析標準運

動姿勢做為比對使用者運動姿勢正確性可以更精確掌

握運動對健康的成效具學習功能的演算法當使用者

利用手機設定學習模式時可以先請專家做標準示範動

作晶片韌體程式會記錄運動感測資料並做取樣分析

找出標準動作的運動特徵值當離開學習模式時同一時間

偵測不同部位的運動量與運動姿勢正確性

4本裝置在運動與健康管理的應用上可結合使用者自訂個人

的運動處方與雲端健康管理系統搭配「雲端健康管理系

統」為使用者量身訂做運動處方透過手機定時提醒使

用者運動時間運動份量運動記錄與生理訊號量測的資料

分析可檢視運動處方成效做為進一步調整或改善的依

據提供人們更精準有效的健康運動自主管理工具

29

4-4加速度計和陀螺儀應用 加速度計長久以來被廣泛應用於汽車領域用於檢測汽車碰撞

或是否在正確的時間開啟氣囊在行動裝置領域的應用也很普

遍例如照相模式在「肖像」和「風景」之間切換輕觸切換至

下首歌曲設備放在口袋時依然能通過衣服輕拍防震拍攝以及

光學穩像機制

加速度是速度的變化速率

圖十 加速度變化的速率數學公式

28

4使用晶片感測與通訊元件以下針對穿戴式裝置使用的晶片

感測元件與無線傳輸模組的工作原理做進一步的介紹

5CC2530 晶片

本作品使用以 CC2530 晶片為核心搭配智慧型手機 APP 程式開

發雲端健康管理製作運動與健康管理用之穿戴式裝置作品系

統架構如圖 1具備的特色功能有

1多個裝置可同時配戴在身體不同部位如頭部手臂手腕

腰部大腿小腿配合加速度計 六軸運動感測元件

能更精準偵測身體動作與姿勢

2結合手機與藍牙 40 的多點連線的特性同時分析與記錄使

用者的運動狀況搭配合溫度濕度壓力同時記錄使

用者的運動環境

3針對不同型態的運動使用學習功能記錄與分析標準運

動姿勢做為比對使用者運動姿勢正確性可以更精確掌

握運動對健康的成效具學習功能的演算法當使用者

利用手機設定學習模式時可以先請專家做標準示範動

作晶片韌體程式會記錄運動感測資料並做取樣分析

找出標準動作的運動特徵值當離開學習模式時同一時間

偵測不同部位的運動量與運動姿勢正確性

4本裝置在運動與健康管理的應用上可結合使用者自訂個人

的運動處方與雲端健康管理系統搭配「雲端健康管理系

統」為使用者量身訂做運動處方透過手機定時提醒使

用者運動時間運動份量運動記錄與生理訊號量測的資料

分析可檢視運動處方成效做為進一步調整或改善的依

據提供人們更精準有效的健康運動自主管理工具

29

4使用晶片感測與通訊元件以下針對穿戴式裝置使用的晶片

感測元件與無線傳輸模組的工作原理做進一步的介紹

5CC2530 晶片

本作品使用以 CC2530 晶片為核心搭配智慧型手機 APP 程式開

發雲端健康管理製作運動與健康管理用之穿戴式裝置作品系

統架構如圖 1具備的特色功能有

1多個裝置可同時配戴在身體不同部位如頭部手臂手腕

腰部大腿小腿配合加速度計 六軸運動感測元件

能更精準偵測身體動作與姿勢

2結合手機與藍牙 40 的多點連線的特性同時分析與記錄使

用者的運動狀況搭配合溫度濕度壓力同時記錄使

用者的運動環境

3針對不同型態的運動使用學習功能記錄與分析標準運

動姿勢做為比對使用者運動姿勢正確性可以更精確掌

握運動對健康的成效具學習功能的演算法當使用者

利用手機設定學習模式時可以先請專家做標準示範動

作晶片韌體程式會記錄運動感測資料並做取樣分析

找出標準動作的運動特徵值當離開學習模式時同一時間

偵測不同部位的運動量與運動姿勢正確性

4本裝置在運動與健康管理的應用上可結合使用者自訂個人

的運動處方與雲端健康管理系統搭配「雲端健康管理系

統」為使用者量身訂做運動處方透過手機定時提醒使

用者運動時間運動份量運動記錄與生理訊號量測的資料

分析可檢視運動處方成效做為進一步調整或改善的依

據提供人們更精準有效的健康運動自主管理工具

29

圖十一 CC2530 晶片架構圖

30

CC2530 晶片介紹

TI 公司專為 IEEE

802154ZigBeeZigBee

RF4CE 與

Smart Energy 應用量身訂

做的 SOC 晶片CC2530 將

完全整合的高效能 RF 收發

器8051 MCU與其他威力

強大的功能與周邊相結

合如內建 ADCSPIUSBhellip

等功能方便與其它感測器

連接

CC2530 韌體程式使用 IAR

EW8051 撰寫穿戴式裝 置

軔體程式開發包括下列三

部份重點

圖十二 IAR 程式開發介面

(1) 硬體層的定義必須配

(2) 合硬體電路的規劃方

便函式庫與主程式的

使用

(3) 針對 UARTSPI 等介面

電 路的資料傳輸必

須先建置好相對的函

式庫方便主控程式取

用

(3)主程式的流程規劃必須

配合實際的功能規劃

並訂定 與其他裝置連

接的傳輸通訊協定每

個裝置都必須賦予獨立

的裝置編號做為識別

圖十三 IAR 程式開發介面-2

31

圖十四 穿戴式裝置設計架構

6六軸運動感測器 MPU-6050

MPU-6050是將三軸陀螺儀以及三軸加速計結合在同一個

晶片的數位運動處理器(簡稱 DMP)可以處理複雜的 9 軸

MotionFusion 運算特點是以 I2C 輸出 6 軸或 9 軸的旋轉

矩陣四元數(quaternion)歐拉角格式(Euler Angle forma)

的融合演算資料具有 131 LSBsdegsec 敏感度與全格感測

範圍為plusmn250plusmn500plusmn1000 與plusmn2000degsec 的 3 軸角速度感測

器(陀螺儀)可程式控制且程式控制範圍為plusmn2gplusmn4gplusmn8g

和plusmn16g 的 3 軸加速器數位運動處理(DMP Digital Motion

Processing)引擎可減少複雜的融合演算資料感測器同步

化姿勢感應等的負荷嵌入演算法的運行時間偏差和羅盤

刻度不需要用戶的干預

應用的範圍包括運動感測遊戲電子穩像 (EIS

Electronic Image Stabilization) 光 學 穩 像 (OIS

Optical Image Stabilization)行人導航器零觸控

手勢用戶介面姿勢快捷方式市場智慧型手機平板裝置

設備手持型遊戲產品遊戲機3D 遙控器可攜式導航

設備

32

圖十五 六軸運動感測器 MPU-6050 架構圖

圖十六 六軸運動感測器 MPU-6050 方塊圖

33

7研究方法及步驟

本計畫使用嵌入式晶片六軸運動感測藍牙技術製作

運用在運動監控的穿戴式裝置透過智慧型手機(行動裝置)

生理訊號量測與個人雲端建康管理等設施建置一套「運動

健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自主管理工

具系統架構如下圖說明如下

7-1穿戴式裝置

使用晶片TI CC2530晶片六軸運動感測器使用MPU-6050模組

藍牙技術採用BLE(藍牙低功耗)的BM77SPP03MC2模組製

作可偵測與記錄運動者的活動資料的穿戴式裝置裝置可配

戴在運動者身體的任意部位如手腕手臂腰部大腿

小腿hellip等透過內建的六軸運動感測器判斷運動者的運動

強度與運動量運動姿勢正確等訊息並將這些資訊經由BLE

無線傳輸到智慧型手機上

7-2智慧型手機或行動裝置

智慧型手機APP透過BLE模組可連接穿戴式裝置做為設定(選

擇運動型態穿戴部位運動延續時間hellip)啟動停止穿

戴式裝置的人機操作介面並可記錄運動時間運動量hellip等

資料並可透過智慧型手機的Wi-Fi通訊傳送「個人雲端健

康管理」

7-3生理訊號量測

包括血壓心跳體溫體重等的生理訊號做量測與記錄可

傳送到「個人雲端健康管理」做為運動強度分析運動

前後身體健康狀況的記錄

圖十八 生理訊號擷取穿戴式裝置身體配戴分佈圖

34

7-4「個人雲端健康管理」

彙整使用者的運動記錄與生理訊號量測資料傳送到家用 PC

電腦可做個人的自主健康管理或上傳到雲端伺服器提

供醫生或專業人員做運動成效與健康改善的分析與建議

使用者在詢問醫生或專業人士的意見後設計一份適合個人

的運動處方建置在此系統上做更完善的運動與健康管理

圖十九 系統架構圖

35

8Visual Basic 介紹

Visual Basic（VB）是由微軟公司開發的包含協助開發環

境的事件驅動程式語言它源自於 BASIC 程式語言VB 擁

有圖形化使用者介面（GUI）和快速應用程式開發（RAD）

系統可以輕易的使用 DAORDOADO 連線資料庫或者

輕鬆的建立 ActiveX控制項程式設計師可以輕鬆的使用

VB 提供的元件快速建立一個應用程式

8-1由 VB 衍生的語言

微軟開發了一系列有關 VB 的手稿語言

bull Visual Basic for Applications即 VBA包含在微軟的

應用程式中（比如 Microsoft Office）以及類別似

WordPerfect Office這樣第三方的產品裡面VBA這樣嵌入

在各種應用程式中看起來有些矛盾但是它的功能和 VB 一樣

強大

bull VBScript 是 ASP 的預設語言還可以用在 Windows 指令碼

編寫（Shell Script）和網頁編碼（HTML）中儘管它的語

法類別似於 VB但是它卻是一種完全不同的語言VBS 不使

用 VB 執行庫執行而是由 Windows指令碼宿主（wscriptexe

- Microsoft Windows Based Script Host）解釋執行這兩

種語言之中的不同點影響 ASP 網站的表現

當微軟準備開發一種新的編程工具的時候第一決定就是利用最

搶手的 VB6 來進行修改或者就是重新組建工程開發新工具

微軟後來開發了 VB 的繼任者 Visual Basic NET同時也是NET

平台的一部分VBNET程式語言是一種真正的物件導向程式語

言（VB4-VB6 只能稱為基於物件而不是物件導向最明顯的特徵

就是 VB4-VB6 都不支援類別的繼承）和傳統 Visual Basic 並

不完全相容

36

8-2語言特性

VB的中心思想就是要便於程式設計師使用無論是新手或者專家

VB使用了可以簡單建立應用程式的GUI系統但是又可以開發相當複

雜的程式VB的程式是一種基於表單的視覺化元件安排的聯合並

且增加代碼來指定組建的屬性和方法因為預設的屬性和方法已經

有一部分定義在了元件內所以程式設計師不用寫多少代碼就可以

完成一個簡單的程式過去的版本裡面VB程式的效能問題一直被放

在了桌面上但是隨著電腦速度的飛速增加關於效能的爭論已經

越來越少

表單控制項的增加和改變可以用拖放技術實作一個排列滿控制項

的工具箱用來顯示可用控制項（比如文字域或者按鈕）每個控制

項都有自己的屬性和事件預設的屬性值會在控制項建立的時候提

供但是程式設計師也可以進行更改很多的屬性值可以在執行時

候隨著使用者的動作和修改進行改動這樣就形成了一個動態的程

式舉個例子來說表單的大小改變事件中加入了可以改變控制項

位置的代碼在執行時候每當使用者更改視窗大小控制項也會隨

之改變位置在文字域中的文字改變事件中加入相應的代碼程式

就能夠在文字輸入的時候自動翻譯或者阻止某些字符的輸入

VB的程式可以包含一個或多個表單或者是一個主表單和多個子表

單類別似於作業系統的樣子有很少功能的對話方塊視窗（比如

沒有最大化和最小化按鈕的表單）可以用來提供彈出功能

VB的元件既可以擁有使用者介面也可以沒有這樣一來伺服器端

程式就可以處理增加的模組

VB使用參照計數的方法來進行垃圾收集這個方法中包含有大量的

物件提供基本的物件導向支援因為越來越多組建的出現程式

設計師可以選用自己需要的擴充功能庫和有些語言不一樣VB對

大小寫不敏感但是能自動轉換關鍵詞到標準的大小寫狀態以及

強制使得符號表入口的實體的變量名稱遵循書寫規則預設情況下

字串的比較是對大小寫敏感的但是可以關閉這個功能

VB使得大量的外界控制項有了自己的生存空間大量的第三方控制

項針對VB提供VB也提供了建立使用和重用這些控制項的方法

但是由於語言問題從一個應用程式建立另外一個並不簡單

37

CC2530 晶片介紹

TI 公司專為 IEEE

802154ZigBeeZigBee

RF4CE 與

Smart Energy 應用量身訂

做的 SOC 晶片CC2530 將

完全整合的高效能 RF 收發

器8051 MCU與其他威力

強大的功能與周邊相結

合如內建 ADCSPIUSBhellip

等功能方便與其它感測器

連接

CC2530 韌體程式使用 IAR

EW8051 撰寫穿戴式裝 置

軔體程式開發包括下列三

部份重點

圖十二 IAR 程式開發介面

(1) 硬體層的定義必須配

(2) 合硬體電路的規劃方

便函式庫與主程式的

使用

(3) 針對 UARTSPI 等介面

電 路的資料傳輸必

須先建置好相對的函

式庫方便主控程式取

用

(3)主程式的流程規劃必須

配合實際的功能規劃

並訂定 與其他裝置連

接的傳輸通訊協定每

個裝置都必須賦予獨立

的裝置編號做為識別

圖十三 IAR 程式開發介面-2

31

圖十四 穿戴式裝置設計架構

6六軸運動感測器 MPU-6050

MPU-6050是將三軸陀螺儀以及三軸加速計結合在同一個

晶片的數位運動處理器(簡稱 DMP)可以處理複雜的 9 軸

MotionFusion 運算特點是以 I2C 輸出 6 軸或 9 軸的旋轉

矩陣四元數(quaternion)歐拉角格式(Euler Angle forma)

的融合演算資料具有 131 LSBsdegsec 敏感度與全格感測

範圍為plusmn250plusmn500plusmn1000 與plusmn2000degsec 的 3 軸角速度感測

器(陀螺儀)可程式控制且程式控制範圍為plusmn2gplusmn4gplusmn8g

和plusmn16g 的 3 軸加速器數位運動處理(DMP Digital Motion

Processing)引擎可減少複雜的融合演算資料感測器同步

化姿勢感應等的負荷嵌入演算法的運行時間偏差和羅盤

刻度不需要用戶的干預

應用的範圍包括運動感測遊戲電子穩像 (EIS

Electronic Image Stabilization) 光 學 穩 像 (OIS

Optical Image Stabilization)行人導航器零觸控

手勢用戶介面姿勢快捷方式市場智慧型手機平板裝置

設備手持型遊戲產品遊戲機3D 遙控器可攜式導航

設備

32

圖十五 六軸運動感測器 MPU-6050 架構圖

圖十六 六軸運動感測器 MPU-6050 方塊圖

33

7研究方法及步驟

本計畫使用嵌入式晶片六軸運動感測藍牙技術製作

運用在運動監控的穿戴式裝置透過智慧型手機(行動裝置)

生理訊號量測與個人雲端建康管理等設施建置一套「運動

健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自主管理工

具系統架構如下圖說明如下

7-1穿戴式裝置

使用晶片TI CC2530晶片六軸運動感測器使用MPU-6050模組

藍牙技術採用BLE(藍牙低功耗)的BM77SPP03MC2模組製

作可偵測與記錄運動者的活動資料的穿戴式裝置裝置可配

戴在運動者身體的任意部位如手腕手臂腰部大腿

小腿hellip等透過內建的六軸運動感測器判斷運動者的運動

強度與運動量運動姿勢正確等訊息並將這些資訊經由BLE

無線傳輸到智慧型手機上

7-2智慧型手機或行動裝置

智慧型手機APP透過BLE模組可連接穿戴式裝置做為設定(選

擇運動型態穿戴部位運動延續時間hellip)啟動停止穿

戴式裝置的人機操作介面並可記錄運動時間運動量hellip等

資料並可透過智慧型手機的Wi-Fi通訊傳送「個人雲端健

康管理」

7-3生理訊號量測

包括血壓心跳體溫體重等的生理訊號做量測與記錄可

傳送到「個人雲端健康管理」做為運動強度分析運動

前後身體健康狀況的記錄

圖十八 生理訊號擷取穿戴式裝置身體配戴分佈圖

34

7-4「個人雲端健康管理」

彙整使用者的運動記錄與生理訊號量測資料傳送到家用 PC

電腦可做個人的自主健康管理或上傳到雲端伺服器提

供醫生或專業人員做運動成效與健康改善的分析與建議

使用者在詢問醫生或專業人士的意見後設計一份適合個人

的運動處方建置在此系統上做更完善的運動與健康管理

圖十九 系統架構圖

35

8Visual Basic 介紹

Visual Basic（VB）是由微軟公司開發的包含協助開發環

境的事件驅動程式語言它源自於 BASIC 程式語言VB 擁

有圖形化使用者介面（GUI）和快速應用程式開發（RAD）

系統可以輕易的使用 DAORDOADO 連線資料庫或者

輕鬆的建立 ActiveX控制項程式設計師可以輕鬆的使用

VB 提供的元件快速建立一個應用程式

8-1由 VB 衍生的語言

微軟開發了一系列有關 VB 的手稿語言

bull Visual Basic for Applications即 VBA包含在微軟的

應用程式中（比如 Microsoft Office）以及類別似

WordPerfect Office這樣第三方的產品裡面VBA這樣嵌入

在各種應用程式中看起來有些矛盾但是它的功能和 VB 一樣

強大

bull VBScript 是 ASP 的預設語言還可以用在 Windows 指令碼

編寫（Shell Script）和網頁編碼（HTML）中儘管它的語

法類別似於 VB但是它卻是一種完全不同的語言VBS 不使

用 VB 執行庫執行而是由 Windows指令碼宿主（wscriptexe

- Microsoft Windows Based Script Host）解釋執行這兩

種語言之中的不同點影響 ASP 網站的表現

當微軟準備開發一種新的編程工具的時候第一決定就是利用最

搶手的 VB6 來進行修改或者就是重新組建工程開發新工具

微軟後來開發了 VB 的繼任者 Visual Basic NET同時也是NET

平台的一部分VBNET程式語言是一種真正的物件導向程式語

言（VB4-VB6 只能稱為基於物件而不是物件導向最明顯的特徵

就是 VB4-VB6 都不支援類別的繼承）和傳統 Visual Basic 並

不完全相容

36

8-2語言特性

VB的中心思想就是要便於程式設計師使用無論是新手或者專家

VB使用了可以簡單建立應用程式的GUI系統但是又可以開發相當複

雜的程式VB的程式是一種基於表單的視覺化元件安排的聯合並

且增加代碼來指定組建的屬性和方法因為預設的屬性和方法已經

有一部分定義在了元件內所以程式設計師不用寫多少代碼就可以

完成一個簡單的程式過去的版本裡面VB程式的效能問題一直被放

在了桌面上但是隨著電腦速度的飛速增加關於效能的爭論已經

越來越少

表單控制項的增加和改變可以用拖放技術實作一個排列滿控制項

的工具箱用來顯示可用控制項（比如文字域或者按鈕）每個控制

項都有自己的屬性和事件預設的屬性值會在控制項建立的時候提

供但是程式設計師也可以進行更改很多的屬性值可以在執行時

候隨著使用者的動作和修改進行改動這樣就形成了一個動態的程

式舉個例子來說表單的大小改變事件中加入了可以改變控制項

位置的代碼在執行時候每當使用者更改視窗大小控制項也會隨

之改變位置在文字域中的文字改變事件中加入相應的代碼程式

就能夠在文字輸入的時候自動翻譯或者阻止某些字符的輸入

VB的程式可以包含一個或多個表單或者是一個主表單和多個子表

單類別似於作業系統的樣子有很少功能的對話方塊視窗（比如

沒有最大化和最小化按鈕的表單）可以用來提供彈出功能

VB的元件既可以擁有使用者介面也可以沒有這樣一來伺服器端

程式就可以處理增加的模組

VB使用參照計數的方法來進行垃圾收集這個方法中包含有大量的

物件提供基本的物件導向支援因為越來越多組建的出現程式

設計師可以選用自己需要的擴充功能庫和有些語言不一樣VB對

大小寫不敏感但是能自動轉換關鍵詞到標準的大小寫狀態以及

強制使得符號表入口的實體的變量名稱遵循書寫規則預設情況下

字串的比較是對大小寫敏感的但是可以關閉這個功能

VB使得大量的外界控制項有了自己的生存空間大量的第三方控制

項針對VB提供VB也提供了建立使用和重用這些控制項的方法

但是由於語言問題從一個應用程式建立另外一個並不簡單

37

圖十四 穿戴式裝置設計架構

6六軸運動感測器 MPU-6050

MPU-6050是將三軸陀螺儀以及三軸加速計結合在同一個

晶片的數位運動處理器(簡稱 DMP)可以處理複雜的 9 軸

MotionFusion 運算特點是以 I2C 輸出 6 軸或 9 軸的旋轉

矩陣四元數(quaternion)歐拉角格式(Euler Angle forma)

的融合演算資料具有 131 LSBsdegsec 敏感度與全格感測

範圍為plusmn250plusmn500plusmn1000 與plusmn2000degsec 的 3 軸角速度感測

器(陀螺儀)可程式控制且程式控制範圍為plusmn2gplusmn4gplusmn8g

和plusmn16g 的 3 軸加速器數位運動處理(DMP Digital Motion

Processing)引擎可減少複雜的融合演算資料感測器同步

化姿勢感應等的負荷嵌入演算法的運行時間偏差和羅盤

刻度不需要用戶的干預

應用的範圍包括運動感測遊戲電子穩像 (EIS

Electronic Image Stabilization) 光 學 穩 像 (OIS

Optical Image Stabilization)行人導航器零觸控

手勢用戶介面姿勢快捷方式市場智慧型手機平板裝置

設備手持型遊戲產品遊戲機3D 遙控器可攜式導航

設備

32

圖十五 六軸運動感測器 MPU-6050 架構圖

圖十六 六軸運動感測器 MPU-6050 方塊圖

33

7研究方法及步驟

本計畫使用嵌入式晶片六軸運動感測藍牙技術製作

運用在運動監控的穿戴式裝置透過智慧型手機(行動裝置)

生理訊號量測與個人雲端建康管理等設施建置一套「運動

健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自主管理工

具系統架構如下圖說明如下

7-1穿戴式裝置

使用晶片TI CC2530晶片六軸運動感測器使用MPU-6050模組

藍牙技術採用BLE(藍牙低功耗)的BM77SPP03MC2模組製

作可偵測與記錄運動者的活動資料的穿戴式裝置裝置可配

戴在運動者身體的任意部位如手腕手臂腰部大腿

小腿hellip等透過內建的六軸運動感測器判斷運動者的運動

強度與運動量運動姿勢正確等訊息並將這些資訊經由BLE

無線傳輸到智慧型手機上

7-2智慧型手機或行動裝置

智慧型手機APP透過BLE模組可連接穿戴式裝置做為設定(選

擇運動型態穿戴部位運動延續時間hellip)啟動停止穿

戴式裝置的人機操作介面並可記錄運動時間運動量hellip等

資料並可透過智慧型手機的Wi-Fi通訊傳送「個人雲端健

康管理」

7-3生理訊號量測

包括血壓心跳體溫體重等的生理訊號做量測與記錄可

傳送到「個人雲端健康管理」做為運動強度分析運動

前後身體健康狀況的記錄

圖十八 生理訊號擷取穿戴式裝置身體配戴分佈圖

34

7-4「個人雲端健康管理」

彙整使用者的運動記錄與生理訊號量測資料傳送到家用 PC

電腦可做個人的自主健康管理或上傳到雲端伺服器提

供醫生或專業人員做運動成效與健康改善的分析與建議

使用者在詢問醫生或專業人士的意見後設計一份適合個人

的運動處方建置在此系統上做更完善的運動與健康管理

圖十九 系統架構圖

35

8Visual Basic 介紹

Visual Basic（VB）是由微軟公司開發的包含協助開發環

境的事件驅動程式語言它源自於 BASIC 程式語言VB 擁

有圖形化使用者介面（GUI）和快速應用程式開發（RAD）

系統可以輕易的使用 DAORDOADO 連線資料庫或者

輕鬆的建立 ActiveX控制項程式設計師可以輕鬆的使用

VB 提供的元件快速建立一個應用程式

8-1由 VB 衍生的語言

微軟開發了一系列有關 VB 的手稿語言

bull Visual Basic for Applications即 VBA包含在微軟的

應用程式中（比如 Microsoft Office）以及類別似

WordPerfect Office這樣第三方的產品裡面VBA這樣嵌入

在各種應用程式中看起來有些矛盾但是它的功能和 VB 一樣

強大

bull VBScript 是 ASP 的預設語言還可以用在 Windows 指令碼

編寫（Shell Script）和網頁編碼（HTML）中儘管它的語

法類別似於 VB但是它卻是一種完全不同的語言VBS 不使

用 VB 執行庫執行而是由 Windows指令碼宿主（wscriptexe

- Microsoft Windows Based Script Host）解釋執行這兩

種語言之中的不同點影響 ASP 網站的表現

當微軟準備開發一種新的編程工具的時候第一決定就是利用最

搶手的 VB6 來進行修改或者就是重新組建工程開發新工具

微軟後來開發了 VB 的繼任者 Visual Basic NET同時也是NET

平台的一部分VBNET程式語言是一種真正的物件導向程式語

言（VB4-VB6 只能稱為基於物件而不是物件導向最明顯的特徵

就是 VB4-VB6 都不支援類別的繼承）和傳統 Visual Basic 並

不完全相容

36

8-2語言特性

VB的中心思想就是要便於程式設計師使用無論是新手或者專家

VB使用了可以簡單建立應用程式的GUI系統但是又可以開發相當複

雜的程式VB的程式是一種基於表單的視覺化元件安排的聯合並

且增加代碼來指定組建的屬性和方法因為預設的屬性和方法已經

有一部分定義在了元件內所以程式設計師不用寫多少代碼就可以

完成一個簡單的程式過去的版本裡面VB程式的效能問題一直被放

在了桌面上但是隨著電腦速度的飛速增加關於效能的爭論已經

越來越少

表單控制項的增加和改變可以用拖放技術實作一個排列滿控制項

的工具箱用來顯示可用控制項（比如文字域或者按鈕）每個控制

項都有自己的屬性和事件預設的屬性值會在控制項建立的時候提

供但是程式設計師也可以進行更改很多的屬性值可以在執行時

候隨著使用者的動作和修改進行改動這樣就形成了一個動態的程

式舉個例子來說表單的大小改變事件中加入了可以改變控制項

位置的代碼在執行時候每當使用者更改視窗大小控制項也會隨

之改變位置在文字域中的文字改變事件中加入相應的代碼程式

就能夠在文字輸入的時候自動翻譯或者阻止某些字符的輸入

VB的程式可以包含一個或多個表單或者是一個主表單和多個子表

單類別似於作業系統的樣子有很少功能的對話方塊視窗（比如

沒有最大化和最小化按鈕的表單）可以用來提供彈出功能

VB的元件既可以擁有使用者介面也可以沒有這樣一來伺服器端

程式就可以處理增加的模組

VB使用參照計數的方法來進行垃圾收集這個方法中包含有大量的

物件提供基本的物件導向支援因為越來越多組建的出現程式

設計師可以選用自己需要的擴充功能庫和有些語言不一樣VB對

大小寫不敏感但是能自動轉換關鍵詞到標準的大小寫狀態以及

強制使得符號表入口的實體的變量名稱遵循書寫規則預設情況下

字串的比較是對大小寫敏感的但是可以關閉這個功能

VB使得大量的外界控制項有了自己的生存空間大量的第三方控制

項針對VB提供VB也提供了建立使用和重用這些控制項的方法

但是由於語言問題從一個應用程式建立另外一個並不簡單

37

圖十五 六軸運動感測器 MPU-6050 架構圖

圖十六 六軸運動感測器 MPU-6050 方塊圖

33

7研究方法及步驟

本計畫使用嵌入式晶片六軸運動感測藍牙技術製作

運用在運動監控的穿戴式裝置透過智慧型手機(行動裝置)

生理訊號量測與個人雲端建康管理等設施建置一套「運動

健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自主管理工

具系統架構如下圖說明如下

7-1穿戴式裝置

使用晶片TI CC2530晶片六軸運動感測器使用MPU-6050模組

藍牙技術採用BLE(藍牙低功耗)的BM77SPP03MC2模組製

作可偵測與記錄運動者的活動資料的穿戴式裝置裝置可配

戴在運動者身體的任意部位如手腕手臂腰部大腿

小腿hellip等透過內建的六軸運動感測器判斷運動者的運動

強度與運動量運動姿勢正確等訊息並將這些資訊經由BLE

無線傳輸到智慧型手機上

7-2智慧型手機或行動裝置

智慧型手機APP透過BLE模組可連接穿戴式裝置做為設定(選

擇運動型態穿戴部位運動延續時間hellip)啟動停止穿

戴式裝置的人機操作介面並可記錄運動時間運動量hellip等

資料並可透過智慧型手機的Wi-Fi通訊傳送「個人雲端健

康管理」

7-3生理訊號量測

包括血壓心跳體溫體重等的生理訊號做量測與記錄可

傳送到「個人雲端健康管理」做為運動強度分析運動

前後身體健康狀況的記錄

圖十八 生理訊號擷取穿戴式裝置身體配戴分佈圖

34

7-4「個人雲端健康管理」

彙整使用者的運動記錄與生理訊號量測資料傳送到家用 PC

電腦可做個人的自主健康管理或上傳到雲端伺服器提

供醫生或專業人員做運動成效與健康改善的分析與建議

使用者在詢問醫生或專業人士的意見後設計一份適合個人

的運動處方建置在此系統上做更完善的運動與健康管理

圖十九 系統架構圖

35

8Visual Basic 介紹

Visual Basic（VB）是由微軟公司開發的包含協助開發環

境的事件驅動程式語言它源自於 BASIC 程式語言VB 擁

有圖形化使用者介面（GUI）和快速應用程式開發（RAD）

系統可以輕易的使用 DAORDOADO 連線資料庫或者

輕鬆的建立 ActiveX控制項程式設計師可以輕鬆的使用

VB 提供的元件快速建立一個應用程式

8-1由 VB 衍生的語言

微軟開發了一系列有關 VB 的手稿語言

bull Visual Basic for Applications即 VBA包含在微軟的

應用程式中（比如 Microsoft Office）以及類別似

WordPerfect Office這樣第三方的產品裡面VBA這樣嵌入

在各種應用程式中看起來有些矛盾但是它的功能和 VB 一樣

強大

bull VBScript 是 ASP 的預設語言還可以用在 Windows 指令碼

編寫（Shell Script）和網頁編碼（HTML）中儘管它的語

法類別似於 VB但是它卻是一種完全不同的語言VBS 不使

用 VB 執行庫執行而是由 Windows指令碼宿主（wscriptexe

- Microsoft Windows Based Script Host）解釋執行這兩

種語言之中的不同點影響 ASP 網站的表現

當微軟準備開發一種新的編程工具的時候第一決定就是利用最

搶手的 VB6 來進行修改或者就是重新組建工程開發新工具

微軟後來開發了 VB 的繼任者 Visual Basic NET同時也是NET

平台的一部分VBNET程式語言是一種真正的物件導向程式語

言（VB4-VB6 只能稱為基於物件而不是物件導向最明顯的特徵

就是 VB4-VB6 都不支援類別的繼承）和傳統 Visual Basic 並

不完全相容

36

8-2語言特性

VB的中心思想就是要便於程式設計師使用無論是新手或者專家

VB使用了可以簡單建立應用程式的GUI系統但是又可以開發相當複

雜的程式VB的程式是一種基於表單的視覺化元件安排的聯合並

且增加代碼來指定組建的屬性和方法因為預設的屬性和方法已經

有一部分定義在了元件內所以程式設計師不用寫多少代碼就可以

完成一個簡單的程式過去的版本裡面VB程式的效能問題一直被放

在了桌面上但是隨著電腦速度的飛速增加關於效能的爭論已經

越來越少

表單控制項的增加和改變可以用拖放技術實作一個排列滿控制項

的工具箱用來顯示可用控制項（比如文字域或者按鈕）每個控制

項都有自己的屬性和事件預設的屬性值會在控制項建立的時候提

供但是程式設計師也可以進行更改很多的屬性值可以在執行時

候隨著使用者的動作和修改進行改動這樣就形成了一個動態的程

式舉個例子來說表單的大小改變事件中加入了可以改變控制項

位置的代碼在執行時候每當使用者更改視窗大小控制項也會隨

之改變位置在文字域中的文字改變事件中加入相應的代碼程式

就能夠在文字輸入的時候自動翻譯或者阻止某些字符的輸入

VB的程式可以包含一個或多個表單或者是一個主表單和多個子表

單類別似於作業系統的樣子有很少功能的對話方塊視窗（比如

沒有最大化和最小化按鈕的表單）可以用來提供彈出功能

VB的元件既可以擁有使用者介面也可以沒有這樣一來伺服器端

程式就可以處理增加的模組

VB使用參照計數的方法來進行垃圾收集這個方法中包含有大量的

物件提供基本的物件導向支援因為越來越多組建的出現程式

設計師可以選用自己需要的擴充功能庫和有些語言不一樣VB對

大小寫不敏感但是能自動轉換關鍵詞到標準的大小寫狀態以及

強制使得符號表入口的實體的變量名稱遵循書寫規則預設情況下

字串的比較是對大小寫敏感的但是可以關閉這個功能

VB使得大量的外界控制項有了自己的生存空間大量的第三方控制

項針對VB提供VB也提供了建立使用和重用這些控制項的方法

但是由於語言問題從一個應用程式建立另外一個並不簡單

37

7研究方法及步驟

本計畫使用嵌入式晶片六軸運動感測藍牙技術製作

運用在運動監控的穿戴式裝置透過智慧型手機(行動裝置)

生理訊號量測與個人雲端建康管理等設施建置一套「運動

健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自主管理工

具系統架構如下圖說明如下

7-1穿戴式裝置

使用晶片TI CC2530晶片六軸運動感測器使用MPU-6050模組

藍牙技術採用BLE(藍牙低功耗)的BM77SPP03MC2模組製

作可偵測與記錄運動者的活動資料的穿戴式裝置裝置可配

戴在運動者身體的任意部位如手腕手臂腰部大腿

小腿hellip等透過內建的六軸運動感測器判斷運動者的運動

強度與運動量運動姿勢正確等訊息並將這些資訊經由BLE

無線傳輸到智慧型手機上

7-2智慧型手機或行動裝置

智慧型手機APP透過BLE模組可連接穿戴式裝置做為設定(選

擇運動型態穿戴部位運動延續時間hellip)啟動停止穿

戴式裝置的人機操作介面並可記錄運動時間運動量hellip等

資料並可透過智慧型手機的Wi-Fi通訊傳送「個人雲端健

康管理」

7-3生理訊號量測

包括血壓心跳體溫體重等的生理訊號做量測與記錄可

傳送到「個人雲端健康管理」做為運動強度分析運動

前後身體健康狀況的記錄

圖十八 生理訊號擷取穿戴式裝置身體配戴分佈圖

34

7-4「個人雲端健康管理」

彙整使用者的運動記錄與生理訊號量測資料傳送到家用 PC

電腦可做個人的自主健康管理或上傳到雲端伺服器提

供醫生或專業人員做運動成效與健康改善的分析與建議

使用者在詢問醫生或專業人士的意見後設計一份適合個人

的運動處方建置在此系統上做更完善的運動與健康管理

圖十九 系統架構圖

35

8Visual Basic 介紹

Visual Basic（VB）是由微軟公司開發的包含協助開發環

境的事件驅動程式語言它源自於 BASIC 程式語言VB 擁

有圖形化使用者介面（GUI）和快速應用程式開發（RAD）

系統可以輕易的使用 DAORDOADO 連線資料庫或者

輕鬆的建立 ActiveX控制項程式設計師可以輕鬆的使用

VB 提供的元件快速建立一個應用程式

8-1由 VB 衍生的語言

微軟開發了一系列有關 VB 的手稿語言

bull Visual Basic for Applications即 VBA包含在微軟的

應用程式中（比如 Microsoft Office）以及類別似

WordPerfect Office這樣第三方的產品裡面VBA這樣嵌入

在各種應用程式中看起來有些矛盾但是它的功能和 VB 一樣

強大

bull VBScript 是 ASP 的預設語言還可以用在 Windows 指令碼

編寫（Shell Script）和網頁編碼（HTML）中儘管它的語

法類別似於 VB但是它卻是一種完全不同的語言VBS 不使

用 VB 執行庫執行而是由 Windows指令碼宿主（wscriptexe

- Microsoft Windows Based Script Host）解釋執行這兩

種語言之中的不同點影響 ASP 網站的表現

當微軟準備開發一種新的編程工具的時候第一決定就是利用最

搶手的 VB6 來進行修改或者就是重新組建工程開發新工具

微軟後來開發了 VB 的繼任者 Visual Basic NET同時也是NET

平台的一部分VBNET程式語言是一種真正的物件導向程式語

言（VB4-VB6 只能稱為基於物件而不是物件導向最明顯的特徵

就是 VB4-VB6 都不支援類別的繼承）和傳統 Visual Basic 並

不完全相容

36

8-2語言特性

VB的中心思想就是要便於程式設計師使用無論是新手或者專家

VB使用了可以簡單建立應用程式的GUI系統但是又可以開發相當複

雜的程式VB的程式是一種基於表單的視覺化元件安排的聯合並

且增加代碼來指定組建的屬性和方法因為預設的屬性和方法已經

有一部分定義在了元件內所以程式設計師不用寫多少代碼就可以

完成一個簡單的程式過去的版本裡面VB程式的效能問題一直被放

在了桌面上但是隨著電腦速度的飛速增加關於效能的爭論已經

越來越少

表單控制項的增加和改變可以用拖放技術實作一個排列滿控制項

的工具箱用來顯示可用控制項（比如文字域或者按鈕）每個控制

項都有自己的屬性和事件預設的屬性值會在控制項建立的時候提

供但是程式設計師也可以進行更改很多的屬性值可以在執行時

候隨著使用者的動作和修改進行改動這樣就形成了一個動態的程

式舉個例子來說表單的大小改變事件中加入了可以改變控制項

位置的代碼在執行時候每當使用者更改視窗大小控制項也會隨

之改變位置在文字域中的文字改變事件中加入相應的代碼程式

就能夠在文字輸入的時候自動翻譯或者阻止某些字符的輸入

VB的程式可以包含一個或多個表單或者是一個主表單和多個子表

單類別似於作業系統的樣子有很少功能的對話方塊視窗（比如

沒有最大化和最小化按鈕的表單）可以用來提供彈出功能

VB的元件既可以擁有使用者介面也可以沒有這樣一來伺服器端

程式就可以處理增加的模組

VB使用參照計數的方法來進行垃圾收集這個方法中包含有大量的

物件提供基本的物件導向支援因為越來越多組建的出現程式

設計師可以選用自己需要的擴充功能庫和有些語言不一樣VB對

大小寫不敏感但是能自動轉換關鍵詞到標準的大小寫狀態以及

強制使得符號表入口的實體的變量名稱遵循書寫規則預設情況下

字串的比較是對大小寫敏感的但是可以關閉這個功能

VB使得大量的外界控制項有了自己的生存空間大量的第三方控制

項針對VB提供VB也提供了建立使用和重用這些控制項的方法

但是由於語言問題從一個應用程式建立另外一個並不簡單

37

7-4「個人雲端健康管理」

彙整使用者的運動記錄與生理訊號量測資料傳送到家用 PC

電腦可做個人的自主健康管理或上傳到雲端伺服器提

供醫生或專業人員做運動成效與健康改善的分析與建議

使用者在詢問醫生或專業人士的意見後設計一份適合個人

的運動處方建置在此系統上做更完善的運動與健康管理

圖十九 系統架構圖

35

8Visual Basic 介紹

Visual Basic（VB）是由微軟公司開發的包含協助開發環

境的事件驅動程式語言它源自於 BASIC 程式語言VB 擁

有圖形化使用者介面（GUI）和快速應用程式開發（RAD）

系統可以輕易的使用 DAORDOADO 連線資料庫或者

輕鬆的建立 ActiveX控制項程式設計師可以輕鬆的使用

VB 提供的元件快速建立一個應用程式

8-1由 VB 衍生的語言

微軟開發了一系列有關 VB 的手稿語言

bull Visual Basic for Applications即 VBA包含在微軟的

應用程式中（比如 Microsoft Office）以及類別似

WordPerfect Office這樣第三方的產品裡面VBA這樣嵌入

在各種應用程式中看起來有些矛盾但是它的功能和 VB 一樣

強大

bull VBScript 是 ASP 的預設語言還可以用在 Windows 指令碼

編寫（Shell Script）和網頁編碼（HTML）中儘管它的語

法類別似於 VB但是它卻是一種完全不同的語言VBS 不使

用 VB 執行庫執行而是由 Windows指令碼宿主（wscriptexe

- Microsoft Windows Based Script Host）解釋執行這兩

種語言之中的不同點影響 ASP 網站的表現

當微軟準備開發一種新的編程工具的時候第一決定就是利用最

搶手的 VB6 來進行修改或者就是重新組建工程開發新工具

微軟後來開發了 VB 的繼任者 Visual Basic NET同時也是NET

平台的一部分VBNET程式語言是一種真正的物件導向程式語

言（VB4-VB6 只能稱為基於物件而不是物件導向最明顯的特徵

就是 VB4-VB6 都不支援類別的繼承）和傳統 Visual Basic 並

不完全相容

36

8-2語言特性

VB的中心思想就是要便於程式設計師使用無論是新手或者專家

VB使用了可以簡單建立應用程式的GUI系統但是又可以開發相當複

雜的程式VB的程式是一種基於表單的視覺化元件安排的聯合並

且增加代碼來指定組建的屬性和方法因為預設的屬性和方法已經

有一部分定義在了元件內所以程式設計師不用寫多少代碼就可以

完成一個簡單的程式過去的版本裡面VB程式的效能問題一直被放

在了桌面上但是隨著電腦速度的飛速增加關於效能的爭論已經

越來越少

表單控制項的增加和改變可以用拖放技術實作一個排列滿控制項

的工具箱用來顯示可用控制項（比如文字域或者按鈕）每個控制

項都有自己的屬性和事件預設的屬性值會在控制項建立的時候提

供但是程式設計師也可以進行更改很多的屬性值可以在執行時

候隨著使用者的動作和修改進行改動這樣就形成了一個動態的程

式舉個例子來說表單的大小改變事件中加入了可以改變控制項

位置的代碼在執行時候每當使用者更改視窗大小控制項也會隨

之改變位置在文字域中的文字改變事件中加入相應的代碼程式

就能夠在文字輸入的時候自動翻譯或者阻止某些字符的輸入

VB的程式可以包含一個或多個表單或者是一個主表單和多個子表

單類別似於作業系統的樣子有很少功能的對話方塊視窗（比如

沒有最大化和最小化按鈕的表單）可以用來提供彈出功能

VB的元件既可以擁有使用者介面也可以沒有這樣一來伺服器端

程式就可以處理增加的模組

VB使用參照計數的方法來進行垃圾收集這個方法中包含有大量的

物件提供基本的物件導向支援因為越來越多組建的出現程式

設計師可以選用自己需要的擴充功能庫和有些語言不一樣VB對

大小寫不敏感但是能自動轉換關鍵詞到標準的大小寫狀態以及

強制使得符號表入口的實體的變量名稱遵循書寫規則預設情況下

字串的比較是對大小寫敏感的但是可以關閉這個功能

VB使得大量的外界控制項有了自己的生存空間大量的第三方控制

項針對VB提供VB也提供了建立使用和重用這些控制項的方法

但是由於語言問題從一個應用程式建立另外一個並不簡單

37

8Visual Basic 介紹

Visual Basic（VB）是由微軟公司開發的包含協助開發環

境的事件驅動程式語言它源自於 BASIC 程式語言VB 擁

有圖形化使用者介面（GUI）和快速應用程式開發（RAD）

系統可以輕易的使用 DAORDOADO 連線資料庫或者

輕鬆的建立 ActiveX控制項程式設計師可以輕鬆的使用

VB 提供的元件快速建立一個應用程式

8-1由 VB 衍生的語言

微軟開發了一系列有關 VB 的手稿語言

bull Visual Basic for Applications即 VBA包含在微軟的

應用程式中（比如 Microsoft Office）以及類別似

WordPerfect Office這樣第三方的產品裡面VBA這樣嵌入

在各種應用程式中看起來有些矛盾但是它的功能和 VB 一樣

強大

bull VBScript 是 ASP 的預設語言還可以用在 Windows 指令碼

編寫（Shell Script）和網頁編碼（HTML）中儘管它的語

法類別似於 VB但是它卻是一種完全不同的語言VBS 不使

用 VB 執行庫執行而是由 Windows指令碼宿主（wscriptexe

- Microsoft Windows Based Script Host）解釋執行這兩

種語言之中的不同點影響 ASP 網站的表現

當微軟準備開發一種新的編程工具的時候第一決定就是利用最

搶手的 VB6 來進行修改或者就是重新組建工程開發新工具

微軟後來開發了 VB 的繼任者 Visual Basic NET同時也是NET

平台的一部分VBNET程式語言是一種真正的物件導向程式語

言（VB4-VB6 只能稱為基於物件而不是物件導向最明顯的特徵

就是 VB4-VB6 都不支援類別的繼承）和傳統 Visual Basic 並

不完全相容

36

8-2語言特性

VB的中心思想就是要便於程式設計師使用無論是新手或者專家

VB使用了可以簡單建立應用程式的GUI系統但是又可以開發相當複

雜的程式VB的程式是一種基於表單的視覺化元件安排的聯合並

且增加代碼來指定組建的屬性和方法因為預設的屬性和方法已經

有一部分定義在了元件內所以程式設計師不用寫多少代碼就可以

完成一個簡單的程式過去的版本裡面VB程式的效能問題一直被放

在了桌面上但是隨著電腦速度的飛速增加關於效能的爭論已經

越來越少

表單控制項的增加和改變可以用拖放技術實作一個排列滿控制項

的工具箱用來顯示可用控制項（比如文字域或者按鈕）每個控制

項都有自己的屬性和事件預設的屬性值會在控制項建立的時候提

供但是程式設計師也可以進行更改很多的屬性值可以在執行時

候隨著使用者的動作和修改進行改動這樣就形成了一個動態的程

式舉個例子來說表單的大小改變事件中加入了可以改變控制項

位置的代碼在執行時候每當使用者更改視窗大小控制項也會隨

之改變位置在文字域中的文字改變事件中加入相應的代碼程式

就能夠在文字輸入的時候自動翻譯或者阻止某些字符的輸入

VB的程式可以包含一個或多個表單或者是一個主表單和多個子表

單類別似於作業系統的樣子有很少功能的對話方塊視窗（比如

沒有最大化和最小化按鈕的表單）可以用來提供彈出功能

VB的元件既可以擁有使用者介面也可以沒有這樣一來伺服器端

程式就可以處理增加的模組

VB使用參照計數的方法來進行垃圾收集這個方法中包含有大量的

物件提供基本的物件導向支援因為越來越多組建的出現程式

設計師可以選用自己需要的擴充功能庫和有些語言不一樣VB對

大小寫不敏感但是能自動轉換關鍵詞到標準的大小寫狀態以及

強制使得符號表入口的實體的變量名稱遵循書寫規則預設情況下

字串的比較是對大小寫敏感的但是可以關閉這個功能

VB使得大量的外界控制項有了自己的生存空間大量的第三方控制

項針對VB提供VB也提供了建立使用和重用這些控制項的方法

但是由於語言問題從一個應用程式建立另外一個並不簡單

37

8-2語言特性

VB的中心思想就是要便於程式設計師使用無論是新手或者專家

VB使用了可以簡單建立應用程式的GUI系統但是又可以開發相當複

雜的程式VB的程式是一種基於表單的視覺化元件安排的聯合並

且增加代碼來指定組建的屬性和方法因為預設的屬性和方法已經

有一部分定義在了元件內所以程式設計師不用寫多少代碼就可以

完成一個簡單的程式過去的版本裡面VB程式的效能問題一直被放

在了桌面上但是隨著電腦速度的飛速增加關於效能的爭論已經

越來越少

表單控制項的增加和改變可以用拖放技術實作一個排列滿控制項

的工具箱用來顯示可用控制項（比如文字域或者按鈕）每個控制

項都有自己的屬性和事件預設的屬性值會在控制項建立的時候提

供但是程式設計師也可以進行更改很多的屬性值可以在執行時

候隨著使用者的動作和修改進行改動這樣就形成了一個動態的程

式舉個例子來說表單的大小改變事件中加入了可以改變控制項

位置的代碼在執行時候每當使用者更改視窗大小控制項也會隨

之改變位置在文字域中的文字改變事件中加入相應的代碼程式

就能夠在文字輸入的時候自動翻譯或者阻止某些字符的輸入

VB的程式可以包含一個或多個表單或者是一個主表單和多個子表

單類別似於作業系統的樣子有很少功能的對話方塊視窗（比如

沒有最大化和最小化按鈕的表單）可以用來提供彈出功能

VB的元件既可以擁有使用者介面也可以沒有這樣一來伺服器端

程式就可以處理增加的模組

VB使用參照計數的方法來進行垃圾收集這個方法中包含有大量的

物件提供基本的物件導向支援因為越來越多組建的出現程式

設計師可以選用自己需要的擴充功能庫和有些語言不一樣VB對

大小寫不敏感但是能自動轉換關鍵詞到標準的大小寫狀態以及

強制使得符號表入口的實體的變量名稱遵循書寫規則預設情況下

字串的比較是對大小寫敏感的但是可以關閉這個功能

VB使得大量的外界控制項有了自己的生存空間大量的第三方控制

項針對VB提供VB也提供了建立使用和重用這些控制項的方法

但是由於語言問題從一個應用程式建立另外一個並不簡單

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8-3術語

在討論 Visual Basic（不包含 NET）時經常可以聽到以下這些

術語因此掌握這些術語的基本理解對初學者十分有幫助

控制項簡單的說控制項就是構成或者說建造 Visual Basic 應

用程式的圖形化工具包括表單按鈕核取方塊清單

框資料控制項表格控制項和圖片控制項等等

事件由使用者或作業系統引發的動作例如擊鍵單擊滑鼠

（Click）雙擊滑鼠（DblClick）一段時間的限制或從

埠接收資料

方法嵌入在物件定義中的程式代碼它定義物件怎樣處理資訊並

響應某事件例如資料庫物件有開啟紀錄集並從一個記錄

移動到另一個記錄的方法程式的基本元素它含有定義其特

徵的屬性定義其任務和識別它可以響應的事件的方法控

制項和表單是 Visual Basic 中所有物件的範例

物件一個控制項表單等都可被看作一個物件

過程為完成某些特定的任務而編寫的代碼段過程通常用於響應

特定的事件也可以當作應用程式的使用者自訂函式來使用

屬性屬性是組成使用者介面的各物件的性質的具體描述例如上

述「物件」中所提到的尺寸位置顏色寬度高度等等

都稱為控制項的屬性屬性決定物件的外觀有時也決定物

件的行為物件的屬性絕大部分是 VB 中已經事先定義好的

但也有的屬性是需要在應用過程中才去定義的屬性即可為

物件提供資料也能從物件取回資訊

總結

VB 會吸引更多的讚譽和批評也會繼續為廣大的使用者和程式設計

師使用它比較適合用來開發提供友好介面的程式（比如針對終端

的資料）但是不適合開發需要進行繁重運算的程式（如聯合計算

程式）

VB 對初學編程者是一個很好的入門軟體尤其對一些有編程才能而

自己也不知道的人由 VB 著手可輕易引發他們的潛能發揮他們在

這方面的才華

38

圖二十 Visual Bace 設計介面

圖二十一 VisualBace 設計完成介面

39

9XAMPP 介紹

9-1什麼是 XAMPP

XAMPP 是最流行的 PHP 開發環境 XAMPP 是完全免費且易於安

裝的 Apache發行版本其中包含 MariaDBPHP和 PerlXAMPP

開放源碼套件的設置讓安裝和使用出奇容易

圖二十二 XAMPP使用介面

40

9-2XAMPP 簡介

XAMPP 是一個功能全面的 AMPP （ApacheMySQLPHPPerl

）套裝軟體這是 Linux 平臺上可以使用的幾種非商業 AMPP 中

介軟體之一採用這種緊密的集成XAMPP 可以運行任何程式

從個人主頁到功能全面的產品網站（雖然這僅僅用於開發目的

出於安全考慮XAMPP 還不適於用在產品伺服器上）

XAMPP 實際上在以下幾個方面大放光彩

易於安裝和設置

包含很多有用的套裝軟體可以簡化諸如生成流量報告和加

速 PHP 內容之類的任務

已經在 SUSERed HatMandrakeDebian Linux 發行版本

以及 Windowsreg 和 Solaris 上進行了完整的測試

對於本文來說我們將在 Mandrake Linux 100 上安裝

XAMPP現在我們首先看看 XAMPP 中提供的缺省套裝軟體

基本的套裝軟體

基本的套裝軟體包括系統程式設計和伺服器軟體

Apache著名的 Web 伺服器

MySQL一種傑出免費的開來源資料庫

PHP一種程式設計語言（在撰寫本文時版本為 438 和

501）

Perl一種程式設計語言

ProFTPD一個 FTP 伺服器

OpenSSL可以支援安全通訊端層

圖形套裝軟體

XAMPP 包括以下與圖形有關的套裝軟體

GDldquoGraphics Drawrdquo庫

libpng官方的 PNG 參考實現庫

libjpeg官方的 JPEG 參考實現庫

ncurses字元圖形庫

41

資料庫套裝軟體

如果沒有以下的資料庫套裝軟體怎麼還能叫整合式軟體呢

gdbm標準的 UNIXreg dbm 庫的 GNU 實現

SQLite一個相當小的無需任何配置的 SQL 資料庫引擎

FreeTDS一個資料庫讓 UNIX 和 Linux 程式可以訪問

Microsoftreg SQL 和 Sybase 資料庫

XML 套裝軟體

為了開發 XML 程式XAMPP 應該包含以下套裝軟體

expat一個 XML 解析器庫

Salbotron一個 XML 工具包

libxml一個 XML C 解析器和 GNOME 工具包

PHP 套裝軟體

為了開發 PHP 程式XAMPP 應該包括以下套裝軟體

PEARPHP 庫一個 pdf 類可以使用 PHP 生成動態的 PDF 文

檔TURCK MMCache一個 PHP 性能增強器

其他套裝軟體

最後XAMPP 中包含了以下套裝軟體來展示自己的強大功能

zlib一個壓縮庫

mod_perl在 Apache 中嵌入了一個永久的 Perl 解譯器

gettext一個工具集可以説明 GNU 套裝軟體生成多語言

的消息

mcrypt一個加密程式

Ming一個 Flash (SWF) 輸出庫

Freetype2一個軟體前端引擎

IMAP C-Client一個郵件程式設計 API

結束語 雖然這種集成解決方案軟體是否可以完全與 J2EE 競爭尚需時

日來進行驗證但是最近的發行版本 PHP 50 （主要改進包括

完全的物件導向的支援）與 MySQL 資料庫的共同快速增長已經

證明了它在開發人員之間越來越流行這意味著像 XAMPP 這種

開放源碼中介軟體在低端軟體市場上還是有一定的存活空間的

42

10Drupal 介紹 Drupal 是一個由Dries Buytaert創立的自由開源的內容管理系

統用 PHP 語言寫成在業界 Drupal 常被視為內容管理框架

而非一般意義上的內容管理系統整套平台把所有內容視為一個

「節點」背後由大量「模組」控制其顯示修改排列分類

等方式這種設計令 Drupal 不只可以建立普通的部落格網站

只要配合適當組件控制內容顯示及處理權限的方式它馬上能

變成論壇Wiki社群網路

圖二十三 Drupal 頁面基本介紹

43

Drupal 是一個由 Dries Buytaert創立的自由開源的內容管理

系統 用PHP語言寫成在業界 Drupal 常被視為內容管理框架

（CMF）而非一般意義上的內容管理系統（CMS）

整套平台把所有內容視為一個「節點」 (node)背後由大量「模

組」 (module) 控制其顯示修改排列分類等方式這種設

計令 Drupal 不只可以建立普通的部落格網站只要配合適當組

件控制內容顯示及處理權限的方式它馬上能變成論壇Wiki

社群網路迄今(時間2013 年 10 月)Drupal的社群已編寫了

超過 23855 個模組（module）

Drupal 雖然配有強大功能但不少用戶批評其使用介面複雜

違反直覺設定分布容易惹人混亂2010 年 Drupal 7 的測試

版推出介面引入 WordPress 的儀表板 (Dashboard) 元素集

中改善系統介面但不少版型 (theme) 及模組 (module) 在當

時仍未推出 70 版本配合每次 Drupal 有重大更新時不少

舊的配件未能成功過渡這也備受詬病

然而Drupal 的功能由於極具彈性而且其運作環境能讓編程

人員較易作大幅改動建立出大量嶄新功能令他備受歡迎至

2012 年 9 月全球約有 22 的網站均由 Drupal 製作使用

內容管理系統 中的 7

10-1 功能 10-1-1 靈活的內容管理

可以定義自訂欄位至不同的內容類型使用者檔案內容回應

分類或其他 Entities 中儲存這些資料於 SQLNoSQL或遠

端儲存裝置

更好的版型機制

透過全新的 Render API 及底層的 Hooks 可以完全掌控在螢

幕上能看到的元素新的 RDF 模組提供了語意網的標籤化能力

44

圖二十 Visual Bace 設計介面

圖二十一 VisualBace 設計完成介面

39

9XAMPP 介紹

9-1什麼是 XAMPP

XAMPP 是最流行的 PHP 開發環境 XAMPP 是完全免費且易於安

裝的 Apache發行版本其中包含 MariaDBPHP和 PerlXAMPP

開放源碼套件的設置讓安裝和使用出奇容易

圖二十二 XAMPP使用介面

40

9-2XAMPP 簡介

XAMPP 是一個功能全面的 AMPP （ApacheMySQLPHPPerl

）套裝軟體這是 Linux 平臺上可以使用的幾種非商業 AMPP 中

介軟體之一採用這種緊密的集成XAMPP 可以運行任何程式

從個人主頁到功能全面的產品網站（雖然這僅僅用於開發目的

出於安全考慮XAMPP 還不適於用在產品伺服器上）

XAMPP 實際上在以下幾個方面大放光彩

易於安裝和設置

包含很多有用的套裝軟體可以簡化諸如生成流量報告和加

速 PHP 內容之類的任務

已經在 SUSERed HatMandrakeDebian Linux 發行版本

以及 Windowsreg 和 Solaris 上進行了完整的測試

對於本文來說我們將在 Mandrake Linux 100 上安裝

XAMPP現在我們首先看看 XAMPP 中提供的缺省套裝軟體

基本的套裝軟體

基本的套裝軟體包括系統程式設計和伺服器軟體

Apache著名的 Web 伺服器

MySQL一種傑出免費的開來源資料庫

PHP一種程式設計語言（在撰寫本文時版本為 438 和

501）

Perl一種程式設計語言

ProFTPD一個 FTP 伺服器

OpenSSL可以支援安全通訊端層

圖形套裝軟體

XAMPP 包括以下與圖形有關的套裝軟體

GDldquoGraphics Drawrdquo庫

libpng官方的 PNG 參考實現庫

libjpeg官方的 JPEG 參考實現庫

ncurses字元圖形庫

41

資料庫套裝軟體

如果沒有以下的資料庫套裝軟體怎麼還能叫整合式軟體呢

gdbm標準的 UNIXreg dbm 庫的 GNU 實現

SQLite一個相當小的無需任何配置的 SQL 資料庫引擎

FreeTDS一個資料庫讓 UNIX 和 Linux 程式可以訪問

Microsoftreg SQL 和 Sybase 資料庫

XML 套裝軟體

為了開發 XML 程式XAMPP 應該包含以下套裝軟體

expat一個 XML 解析器庫

Salbotron一個 XML 工具包

libxml一個 XML C 解析器和 GNOME 工具包

PHP 套裝軟體

為了開發 PHP 程式XAMPP 應該包括以下套裝軟體

PEARPHP 庫一個 pdf 類可以使用 PHP 生成動態的 PDF 文

檔TURCK MMCache一個 PHP 性能增強器

其他套裝軟體

最後XAMPP 中包含了以下套裝軟體來展示自己的強大功能

zlib一個壓縮庫

mod_perl在 Apache 中嵌入了一個永久的 Perl 解譯器

gettext一個工具集可以説明 GNU 套裝軟體生成多語言

的消息

mcrypt一個加密程式

Ming一個 Flash (SWF) 輸出庫

Freetype2一個軟體前端引擎

IMAP C-Client一個郵件程式設計 API

結束語 雖然這種集成解決方案軟體是否可以完全與 J2EE 競爭尚需時

日來進行驗證但是最近的發行版本 PHP 50 （主要改進包括

完全的物件導向的支援）與 MySQL 資料庫的共同快速增長已經

證明了它在開發人員之間越來越流行這意味著像 XAMPP 這種

開放源碼中介軟體在低端軟體市場上還是有一定的存活空間的

42

10Drupal 介紹 Drupal 是一個由Dries Buytaert創立的自由開源的內容管理系

統用 PHP 語言寫成在業界 Drupal 常被視為內容管理框架

而非一般意義上的內容管理系統整套平台把所有內容視為一個

「節點」背後由大量「模組」控制其顯示修改排列分類

等方式這種設計令 Drupal 不只可以建立普通的部落格網站

只要配合適當組件控制內容顯示及處理權限的方式它馬上能

變成論壇Wiki社群網路

圖二十三 Drupal 頁面基本介紹

43

Drupal 是一個由 Dries Buytaert創立的自由開源的內容管理

系統 用PHP語言寫成在業界 Drupal 常被視為內容管理框架

（CMF）而非一般意義上的內容管理系統（CMS）

整套平台把所有內容視為一個「節點」 (node)背後由大量「模

組」 (module) 控制其顯示修改排列分類等方式這種設

計令 Drupal 不只可以建立普通的部落格網站只要配合適當組

件控制內容顯示及處理權限的方式它馬上能變成論壇Wiki

社群網路迄今(時間2013 年 10 月)Drupal的社群已編寫了

超過 23855 個模組（module）

Drupal 雖然配有強大功能但不少用戶批評其使用介面複雜

違反直覺設定分布容易惹人混亂2010 年 Drupal 7 的測試

版推出介面引入 WordPress 的儀表板 (Dashboard) 元素集

中改善系統介面但不少版型 (theme) 及模組 (module) 在當

時仍未推出 70 版本配合每次 Drupal 有重大更新時不少

舊的配件未能成功過渡這也備受詬病

然而Drupal 的功能由於極具彈性而且其運作環境能讓編程

人員較易作大幅改動建立出大量嶄新功能令他備受歡迎至

2012 年 9 月全球約有 22 的網站均由 Drupal 製作使用

內容管理系統 中的 7

10-1 功能 10-1-1 靈活的內容管理

可以定義自訂欄位至不同的內容類型使用者檔案內容回應

分類或其他 Entities 中儲存這些資料於 SQLNoSQL或遠

端儲存裝置

更好的版型機制

透過全新的 Render API 及底層的 Hooks 可以完全掌控在螢

幕上能看到的元素新的 RDF 模組提供了語意網的標籤化能力

44

9XAMPP 介紹

9-1什麼是 XAMPP

XAMPP 是最流行的 PHP 開發環境 XAMPP 是完全免費且易於安

裝的 Apache發行版本其中包含 MariaDBPHP和 PerlXAMPP

開放源碼套件的設置讓安裝和使用出奇容易

圖二十二 XAMPP使用介面

40

9-2XAMPP 簡介

XAMPP 是一個功能全面的 AMPP （ApacheMySQLPHPPerl

）套裝軟體這是 Linux 平臺上可以使用的幾種非商業 AMPP 中

介軟體之一採用這種緊密的集成XAMPP 可以運行任何程式

從個人主頁到功能全面的產品網站（雖然這僅僅用於開發目的

出於安全考慮XAMPP 還不適於用在產品伺服器上）

XAMPP 實際上在以下幾個方面大放光彩

易於安裝和設置

包含很多有用的套裝軟體可以簡化諸如生成流量報告和加

速 PHP 內容之類的任務

已經在 SUSERed HatMandrakeDebian Linux 發行版本

以及 Windowsreg 和 Solaris 上進行了完整的測試

對於本文來說我們將在 Mandrake Linux 100 上安裝

XAMPP現在我們首先看看 XAMPP 中提供的缺省套裝軟體

基本的套裝軟體

基本的套裝軟體包括系統程式設計和伺服器軟體

Apache著名的 Web 伺服器

MySQL一種傑出免費的開來源資料庫

PHP一種程式設計語言（在撰寫本文時版本為 438 和

501）

Perl一種程式設計語言

ProFTPD一個 FTP 伺服器

OpenSSL可以支援安全通訊端層

圖形套裝軟體

XAMPP 包括以下與圖形有關的套裝軟體

GDldquoGraphics Drawrdquo庫

libpng官方的 PNG 參考實現庫

libjpeg官方的 JPEG 參考實現庫

ncurses字元圖形庫

41

資料庫套裝軟體

如果沒有以下的資料庫套裝軟體怎麼還能叫整合式軟體呢

gdbm標準的 UNIXreg dbm 庫的 GNU 實現

SQLite一個相當小的無需任何配置的 SQL 資料庫引擎

FreeTDS一個資料庫讓 UNIX 和 Linux 程式可以訪問

Microsoftreg SQL 和 Sybase 資料庫

XML 套裝軟體

為了開發 XML 程式XAMPP 應該包含以下套裝軟體

expat一個 XML 解析器庫

Salbotron一個 XML 工具包

libxml一個 XML C 解析器和 GNOME 工具包

PHP 套裝軟體

為了開發 PHP 程式XAMPP 應該包括以下套裝軟體

PEARPHP 庫一個 pdf 類可以使用 PHP 生成動態的 PDF 文

檔TURCK MMCache一個 PHP 性能增強器

其他套裝軟體

最後XAMPP 中包含了以下套裝軟體來展示自己的強大功能

zlib一個壓縮庫

mod_perl在 Apache 中嵌入了一個永久的 Perl 解譯器

gettext一個工具集可以説明 GNU 套裝軟體生成多語言

的消息

mcrypt一個加密程式

Ming一個 Flash (SWF) 輸出庫

Freetype2一個軟體前端引擎

IMAP C-Client一個郵件程式設計 API

結束語 雖然這種集成解決方案軟體是否可以完全與 J2EE 競爭尚需時

日來進行驗證但是最近的發行版本 PHP 50 （主要改進包括

完全的物件導向的支援）與 MySQL 資料庫的共同快速增長已經

證明了它在開發人員之間越來越流行這意味著像 XAMPP 這種

開放源碼中介軟體在低端軟體市場上還是有一定的存活空間的

42

10Drupal 介紹 Drupal 是一個由Dries Buytaert創立的自由開源的內容管理系

統用 PHP 語言寫成在業界 Drupal 常被視為內容管理框架

而非一般意義上的內容管理系統整套平台把所有內容視為一個

「節點」背後由大量「模組」控制其顯示修改排列分類

等方式這種設計令 Drupal 不只可以建立普通的部落格網站

只要配合適當組件控制內容顯示及處理權限的方式它馬上能

變成論壇Wiki社群網路

圖二十三 Drupal 頁面基本介紹

43

Drupal 是一個由 Dries Buytaert創立的自由開源的內容管理

系統 用PHP語言寫成在業界 Drupal 常被視為內容管理框架

（CMF）而非一般意義上的內容管理系統（CMS）

整套平台把所有內容視為一個「節點」 (node)背後由大量「模

組」 (module) 控制其顯示修改排列分類等方式這種設

計令 Drupal 不只可以建立普通的部落格網站只要配合適當組

件控制內容顯示及處理權限的方式它馬上能變成論壇Wiki

社群網路迄今(時間2013 年 10 月)Drupal的社群已編寫了

超過 23855 個模組（module）

Drupal 雖然配有強大功能但不少用戶批評其使用介面複雜

違反直覺設定分布容易惹人混亂2010 年 Drupal 7 的測試

版推出介面引入 WordPress 的儀表板 (Dashboard) 元素集

中改善系統介面但不少版型 (theme) 及模組 (module) 在當

時仍未推出 70 版本配合每次 Drupal 有重大更新時不少

舊的配件未能成功過渡這也備受詬病

然而Drupal 的功能由於極具彈性而且其運作環境能讓編程

人員較易作大幅改動建立出大量嶄新功能令他備受歡迎至

2012 年 9 月全球約有 22 的網站均由 Drupal 製作使用

內容管理系統 中的 7

10-1 功能 10-1-1 靈活的內容管理

可以定義自訂欄位至不同的內容類型使用者檔案內容回應

分類或其他 Entities 中儲存這些資料於 SQLNoSQL或遠

端儲存裝置

更好的版型機制

透過全新的 Render API 及底層的 Hooks 可以完全掌控在螢

幕上能看到的元素新的 RDF 模組提供了語意網的標籤化能力

44

9-2XAMPP 簡介

XAMPP 是一個功能全面的 AMPP （ApacheMySQLPHPPerl

）套裝軟體這是 Linux 平臺上可以使用的幾種非商業 AMPP 中

介軟體之一採用這種緊密的集成XAMPP 可以運行任何程式

從個人主頁到功能全面的產品網站（雖然這僅僅用於開發目的

出於安全考慮XAMPP 還不適於用在產品伺服器上）

XAMPP 實際上在以下幾個方面大放光彩

易於安裝和設置

包含很多有用的套裝軟體可以簡化諸如生成流量報告和加

速 PHP 內容之類的任務

已經在 SUSERed HatMandrakeDebian Linux 發行版本

以及 Windowsreg 和 Solaris 上進行了完整的測試

對於本文來說我們將在 Mandrake Linux 100 上安裝

XAMPP現在我們首先看看 XAMPP 中提供的缺省套裝軟體

基本的套裝軟體

基本的套裝軟體包括系統程式設計和伺服器軟體

Apache著名的 Web 伺服器

MySQL一種傑出免費的開來源資料庫

PHP一種程式設計語言（在撰寫本文時版本為 438 和

501）

Perl一種程式設計語言

ProFTPD一個 FTP 伺服器

OpenSSL可以支援安全通訊端層

圖形套裝軟體

XAMPP 包括以下與圖形有關的套裝軟體

GDldquoGraphics Drawrdquo庫

libpng官方的 PNG 參考實現庫

libjpeg官方的 JPEG 參考實現庫

ncurses字元圖形庫

41

資料庫套裝軟體

如果沒有以下的資料庫套裝軟體怎麼還能叫整合式軟體呢

gdbm標準的 UNIXreg dbm 庫的 GNU 實現

SQLite一個相當小的無需任何配置的 SQL 資料庫引擎

FreeTDS一個資料庫讓 UNIX 和 Linux 程式可以訪問

Microsoftreg SQL 和 Sybase 資料庫

XML 套裝軟體

為了開發 XML 程式XAMPP 應該包含以下套裝軟體

expat一個 XML 解析器庫

Salbotron一個 XML 工具包

libxml一個 XML C 解析器和 GNOME 工具包

PHP 套裝軟體

為了開發 PHP 程式XAMPP 應該包括以下套裝軟體

PEARPHP 庫一個 pdf 類可以使用 PHP 生成動態的 PDF 文

檔TURCK MMCache一個 PHP 性能增強器

其他套裝軟體

最後XAMPP 中包含了以下套裝軟體來展示自己的強大功能

zlib一個壓縮庫

mod_perl在 Apache 中嵌入了一個永久的 Perl 解譯器

gettext一個工具集可以説明 GNU 套裝軟體生成多語言

的消息

mcrypt一個加密程式

Ming一個 Flash (SWF) 輸出庫

Freetype2一個軟體前端引擎

IMAP C-Client一個郵件程式設計 API

結束語 雖然這種集成解決方案軟體是否可以完全與 J2EE 競爭尚需時

日來進行驗證但是最近的發行版本 PHP 50 （主要改進包括

完全的物件導向的支援）與 MySQL 資料庫的共同快速增長已經

證明了它在開發人員之間越來越流行這意味著像 XAMPP 這種

開放源碼中介軟體在低端軟體市場上還是有一定的存活空間的

42

10Drupal 介紹 Drupal 是一個由Dries Buytaert創立的自由開源的內容管理系

統用 PHP 語言寫成在業界 Drupal 常被視為內容管理框架

而非一般意義上的內容管理系統整套平台把所有內容視為一個

「節點」背後由大量「模組」控制其顯示修改排列分類

等方式這種設計令 Drupal 不只可以建立普通的部落格網站

只要配合適當組件控制內容顯示及處理權限的方式它馬上能

變成論壇Wiki社群網路

圖二十三 Drupal 頁面基本介紹

43

Drupal 是一個由 Dries Buytaert創立的自由開源的內容管理

系統 用PHP語言寫成在業界 Drupal 常被視為內容管理框架

（CMF）而非一般意義上的內容管理系統（CMS）

整套平台把所有內容視為一個「節點」 (node)背後由大量「模

組」 (module) 控制其顯示修改排列分類等方式這種設

計令 Drupal 不只可以建立普通的部落格網站只要配合適當組

件控制內容顯示及處理權限的方式它馬上能變成論壇Wiki

社群網路迄今(時間2013 年 10 月)Drupal的社群已編寫了

超過 23855 個模組（module）

Drupal 雖然配有強大功能但不少用戶批評其使用介面複雜

違反直覺設定分布容易惹人混亂2010 年 Drupal 7 的測試

版推出介面引入 WordPress 的儀表板 (Dashboard) 元素集

中改善系統介面但不少版型 (theme) 及模組 (module) 在當

時仍未推出 70 版本配合每次 Drupal 有重大更新時不少

舊的配件未能成功過渡這也備受詬病

然而Drupal 的功能由於極具彈性而且其運作環境能讓編程

人員較易作大幅改動建立出大量嶄新功能令他備受歡迎至

2012 年 9 月全球約有 22 的網站均由 Drupal 製作使用

內容管理系統 中的 7

10-1 功能 10-1-1 靈活的內容管理

可以定義自訂欄位至不同的內容類型使用者檔案內容回應

分類或其他 Entities 中儲存這些資料於 SQLNoSQL或遠

端儲存裝置

更好的版型機制

透過全新的 Render API 及底層的 Hooks 可以完全掌控在螢

幕上能看到的元素新的 RDF 模組提供了語意網的標籤化能力

44

資料庫套裝軟體

如果沒有以下的資料庫套裝軟體怎麼還能叫整合式軟體呢

gdbm標準的 UNIXreg dbm 庫的 GNU 實現

SQLite一個相當小的無需任何配置的 SQL 資料庫引擎

FreeTDS一個資料庫讓 UNIX 和 Linux 程式可以訪問

Microsoftreg SQL 和 Sybase 資料庫

XML 套裝軟體

為了開發 XML 程式XAMPP 應該包含以下套裝軟體

expat一個 XML 解析器庫

Salbotron一個 XML 工具包

libxml一個 XML C 解析器和 GNOME 工具包

PHP 套裝軟體

為了開發 PHP 程式XAMPP 應該包括以下套裝軟體

PEARPHP 庫一個 pdf 類可以使用 PHP 生成動態的 PDF 文

檔TURCK MMCache一個 PHP 性能增強器

其他套裝軟體

最後XAMPP 中包含了以下套裝軟體來展示自己的強大功能

zlib一個壓縮庫

mod_perl在 Apache 中嵌入了一個永久的 Perl 解譯器

gettext一個工具集可以説明 GNU 套裝軟體生成多語言

的消息

mcrypt一個加密程式

Ming一個 Flash (SWF) 輸出庫

Freetype2一個軟體前端引擎

IMAP C-Client一個郵件程式設計 API

結束語 雖然這種集成解決方案軟體是否可以完全與 J2EE 競爭尚需時

日來進行驗證但是最近的發行版本 PHP 50 （主要改進包括

完全的物件導向的支援）與 MySQL 資料庫的共同快速增長已經

證明了它在開發人員之間越來越流行這意味著像 XAMPP 這種

開放源碼中介軟體在低端軟體市場上還是有一定的存活空間的

42

10Drupal 介紹 Drupal 是一個由Dries Buytaert創立的自由開源的內容管理系

統用 PHP 語言寫成在業界 Drupal 常被視為內容管理框架

而非一般意義上的內容管理系統整套平台把所有內容視為一個

「節點」背後由大量「模組」控制其顯示修改排列分類

等方式這種設計令 Drupal 不只可以建立普通的部落格網站

只要配合適當組件控制內容顯示及處理權限的方式它馬上能

變成論壇Wiki社群網路

圖二十三 Drupal 頁面基本介紹

43

Drupal 是一個由 Dries Buytaert創立的自由開源的內容管理

系統 用PHP語言寫成在業界 Drupal 常被視為內容管理框架

（CMF）而非一般意義上的內容管理系統（CMS）

整套平台把所有內容視為一個「節點」 (node)背後由大量「模

組」 (module) 控制其顯示修改排列分類等方式這種設

計令 Drupal 不只可以建立普通的部落格網站只要配合適當組

件控制內容顯示及處理權限的方式它馬上能變成論壇Wiki

社群網路迄今(時間2013 年 10 月)Drupal的社群已編寫了

超過 23855 個模組（module）

Drupal 雖然配有強大功能但不少用戶批評其使用介面複雜

違反直覺設定分布容易惹人混亂2010 年 Drupal 7 的測試

版推出介面引入 WordPress 的儀表板 (Dashboard) 元素集

中改善系統介面但不少版型 (theme) 及模組 (module) 在當

時仍未推出 70 版本配合每次 Drupal 有重大更新時不少

舊的配件未能成功過渡這也備受詬病

然而Drupal 的功能由於極具彈性而且其運作環境能讓編程

人員較易作大幅改動建立出大量嶄新功能令他備受歡迎至

2012 年 9 月全球約有 22 的網站均由 Drupal 製作使用

內容管理系統 中的 7

10-1 功能 10-1-1 靈活的內容管理

可以定義自訂欄位至不同的內容類型使用者檔案內容回應

分類或其他 Entities 中儲存這些資料於 SQLNoSQL或遠

端儲存裝置

更好的版型機制

透過全新的 Render API 及底層的 Hooks 可以完全掌控在螢

幕上能看到的元素新的 RDF 模組提供了語意網的標籤化能力

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10Drupal 介紹 Drupal 是一個由Dries Buytaert創立的自由開源的內容管理系

統用 PHP 語言寫成在業界 Drupal 常被視為內容管理框架

而非一般意義上的內容管理系統整套平台把所有內容視為一個

「節點」背後由大量「模組」控制其顯示修改排列分類

等方式這種設計令 Drupal 不只可以建立普通的部落格網站

只要配合適當組件控制內容顯示及處理權限的方式它馬上能

變成論壇Wiki社群網路

圖二十三 Drupal 頁面基本介紹

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Drupal 是一個由 Dries Buytaert創立的自由開源的內容管理

系統 用PHP語言寫成在業界 Drupal 常被視為內容管理框架

（CMF）而非一般意義上的內容管理系統（CMS）

整套平台把所有內容視為一個「節點」 (node)背後由大量「模

組」 (module) 控制其顯示修改排列分類等方式這種設

計令 Drupal 不只可以建立普通的部落格網站只要配合適當組

件控制內容顯示及處理權限的方式它馬上能變成論壇Wiki

社群網路迄今(時間2013 年 10 月)Drupal的社群已編寫了

超過 23855 個模組（module）

Drupal 雖然配有強大功能但不少用戶批評其使用介面複雜

違反直覺設定分布容易惹人混亂2010 年 Drupal 7 的測試

版推出介面引入 WordPress 的儀表板 (Dashboard) 元素集

中改善系統介面但不少版型 (theme) 及模組 (module) 在當

時仍未推出 70 版本配合每次 Drupal 有重大更新時不少

舊的配件未能成功過渡這也備受詬病

然而Drupal 的功能由於極具彈性而且其運作環境能讓編程

人員較易作大幅改動建立出大量嶄新功能令他備受歡迎至

2012 年 9 月全球約有 22 的網站均由 Drupal 製作使用

內容管理系統 中的 7

10-1 功能 10-1-1 靈活的內容管理

可以定義自訂欄位至不同的內容類型使用者檔案內容回應

分類或其他 Entities 中儲存這些資料於 SQLNoSQL或遠

端儲存裝置

更好的版型機制

透過全新的 Render API 及底層的 Hooks 可以完全掌控在螢

幕上能看到的元素新的 RDF 模組提供了語意網的標籤化能力

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Drupal 是一個由 Dries Buytaert創立的自由開源的內容管理

系統 用PHP語言寫成在業界 Drupal 常被視為內容管理框架

（CMF）而非一般意義上的內容管理系統（CMS）

整套平台把所有內容視為一個「節點」 (node)背後由大量「模

組」 (module) 控制其顯示修改排列分類等方式這種設

計令 Drupal 不只可以建立普通的部落格網站只要配合適當組

件控制內容顯示及處理權限的方式它馬上能變成論壇Wiki

社群網路迄今(時間2013 年 10 月)Drupal的社群已編寫了

超過 23855 個模組（module）

Drupal 雖然配有強大功能但不少用戶批評其使用介面複雜

違反直覺設定分布容易惹人混亂2010 年 Drupal 7 的測試

版推出介面引入 WordPress 的儀表板 (Dashboard) 元素集

中改善系統介面但不少版型 (theme) 及模組 (module) 在當

時仍未推出 70 版本配合每次 Drupal 有重大更新時不少

舊的配件未能成功過渡這也備受詬病

然而Drupal 的功能由於極具彈性而且其運作環境能讓編程

人員較易作大幅改動建立出大量嶄新功能令他備受歡迎至

2012 年 9 月全球約有 22 的網站均由 Drupal 製作使用

內容管理系統 中的 7

10-1 功能 10-1-1 靈活的內容管理

可以定義自訂欄位至不同的內容類型使用者檔案內容回應

分類或其他 Entities 中儲存這些資料於 SQLNoSQL或遠

端儲存裝置

更好的版型機制

透過全新的 Render API 及底層的 Hooks 可以完全掌控在螢

幕上能看到的元素新的 RDF 模組提供了語意網的標籤化能力

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10-1-2 無障礙設計

管理介面現在更易於使用了大量前端設計的改進讓你更容易

打造高可用性的網站

10-1-3 圖片與檔案

現在於文章內容中加入圖片是內建功能這項功能可以產生不同

的縮圖預覽圖或各種圖片效果樣式改進檔案處理私有檔案

與公開檔案現在可以同時使用

10-1-4 自動化程式碼測試

全新的自動化測試架構內建超過 30000 個測試單元為

Drupal 核心修正檔案及社群貢獻模組進行持續性的整合測試

10-1-5 改進資料庫支援

新的資料庫層提供 SQLiteMySQLMariaDB 及 PostgreSQL 支

援更可透過安裝新的模組使用MS SQL Server或Oracle等等

更好的分發安裝支援

透過安裝資料檔分發您自訂的 Drupal 產品全新的 API 及匯

出設定檔功能讓您從資料庫中取得更多設定值用於程式碼中

10-1-6 擴展性

感謝強大的社群力量現已有超過 800 個可使用及開發中的

Drupal 7 模組比如ViewsPathauto及WYSIWYG每天有更

多的模組正在加入中

如 前 述Drupal 是 開 放 程 式 碼 的 自 由 軟 體 它 是

個 內 容 管 理 架 構（Content Management Frameworks CMF）

或內容管理 系統（Content Management System CMS） CMF 是

產生 CMS 的程式介面用來管理協 調不同的網站功能CMS 則

是一些工具的組 合用來組織維護和擴展網站的內容利用

此 能力使用者可以創造不同型態的網站如 部落格電子

商務軟體即服務（SaaS） 社群媒介及影音分享等CMS 建

構一個合 作環境使很多人能提供網站的內容而不 用知道背

後的程式碼 Drupal 程 式 由 核 心（core） 模 組

（modules）及主題（themes）所組成而 其基本觀念及資訊單

45

位叫節點（node）節 點可以是不同的類型如故事類型或書

頁類 型使用者也可以定義自己的節點類型 Drupal 核心可

建立網站的基本架構像是房 子的牆壁門屋頂及隔間模

組可提供核 心以外的功能就像在房子的基本架構上 加上廚

房浴廁書房睡房及儲藏室等 完全取決於使用者希望網

站有什麼功能就 去找相應的模組而模組的寫法有一定的規

則不同程式撰寫員只要遵循此規則所寫 出的模組即能在

Drupal 下與其他模組合作 主題是一個網站的最後裝飾像房

子的油漆 和瓦片改變主題只改變網站呈現的外觀 不影響其

中的內容 Drupal 並不是很容易學但因免費 功能強大

很多現成的模組及主題及很有彈 性似乎已成為商業網站的第

一選擇此外 CERN（the European Organization for Nuclear

Research）白宮美國航太總署等著名單 位的網站都使用

Drupal人們常用的模組有 所見即所得編輯器影像處理軟體

表單管 理器電話地址簿電子商務的物品陳列及 購物車地

圖天氣要求回應的邀請及時 事通訊等使用這些模組可

以很容易地建 構簡單的靜態網站簡單的個人主頁公司 網

站部落格約會網站等幾乎任何型態 的網站除了較不易

學之外Drupal 也相當 耗用電腦的 CPU 和 RAM 的資源因此

難跟 其他伺服器軟體共用電腦

46

11XAMPP 安裝教學 11-1輸入下列網址 httpswwwapachefriendsorgzh_twdownloadhtml下載

XAMPP 進行安裝

11-2啟動程式進行安裝

啟動 XAMPP 安裝程式gt自訂安裝gt安裝路徑D 槽

圖二十四 XAMPP 安裝路徑

47

11-3安裝完成啟動介面

安裝完成並啟動 ApacheMySQL 後在瀏覽器的網址列輸

入 httplocalhost 或是 http127001

圖二十五 操作介面設定教學

48

11XAMPP 安裝教學 11-1輸入下列網址 httpswwwapachefriendsorgzh_twdownloadhtml下載

XAMPP 進行安裝

11-2啟動程式進行安裝

啟動 XAMPP 安裝程式gt自訂安裝gt安裝路徑D 槽

圖二十四 XAMPP 安裝路徑

47

11-3安裝完成啟動介面

安裝完成並啟動 ApacheMySQL 後在瀏覽器的網址列輸

入 httplocalhost 或是 http127001

圖二十五 操作介面設定教學

48

11-3安裝完成啟動介面

安裝完成並啟動 ApacheMySQL 後在瀏覽器的網址列輸

入 httplocalhost 或是 http127001

圖二十五 操作介面設定教學

48

11-4設定 MYSQL 密碼

進入後選取 English選取(Security)設定 MySQL 密碼

圖二十六 進入 MySQL 密碼設定頁面

圖二十七 進行 MySQL 密碼設定

49

圖二十八 進行新密碼輸入

50

12Drupal 7 安裝教學

12-1在瀏覽器中輸入 httplocalhostphpmyadmin輸入帳

號 密碼建立一個新的資料庫EXdrupal7 為了安全性

在新的資料庫新增使用者帳號密碼再給他權限

圖二十九 新增一個 Drupal 的資料庫

51

圖三十 新增資料庫的權限

圖三十一 新增完的權限會顯示在[權限]欄位裡

52

2進入下列網站 httpdrupalorgporjectdrupal 選下載 Drupal7然後解壓縮

圖三十二 下載主程式的頁面

53

3把下載好的 Drupal 壓縮檔解壓縮找到資料夾裡面的

Dxampphtdocsdrupalsitesdefaultdefault

settingphp把 defultsettingphp 這個檔案複製之後重

新命名為 Settingphp 並和 defultsettingsphp 放在同一

個資料夾內兩個檔案都要存在

圖三十三 設定 Drupal 的路徑檔案

54

圖三十四 設定 Drupal 的路徑檔-2

4將整個 Drupal 資料夾移到伺服器檔案根目錄下如果預設目

錄沒改的話路徑應該會是 Cxampphtdocsdrupal7

圖三十五 將設定檔移至伺服器根目錄下

55

5在網址列輸入 http127001drupal7installphp

就會進入 Drupal7 安裝步驟

圖三十六 進入 Drupal 的安裝畫面

56

6語言選擇預設只有英文安裝完之後可以另外安裝語言包

或者先安裝好語言包 先採用預設的就進行安裝

圖三十七 進行 Drupal 語言選擇

57

7輸入我們在建立資料庫名稱和 MySQL 的帳號密碼輸入好按

下一步(Save and continue)

圖三十八 進行設定 Drupal 帳號密碼

58

8此時 Drupal 已大致完成頁面上會要求妳填寫一些資訊包

括這個網站的名稱網站電子郵件地址和第 1 個使用者的

帳號密碼這個帳號會成之後的管理員然後按

(Save and continue)的按鈕完成安裝完成後會在設定網頁

的基本資訊

圖三十九 進行網頁的基本設定

59

圖四十 進行網頁的基本設定-1

圖四十一 Drupal 基本設定完成頁面

60

10安裝完成後會自動跳進去初使畫面

圖四十二 Drupal 啟用畫面

61

13Drupal 7 中文化設定教學

1輸入此網址 httpdrupaltaiwanorglocalized進行下載

中文化安裝模組在下載時要注意安裝的版本

圖四十三 中文模組下載頁面

62

2下載完後解壓縮回到 Drupal 網頁選擇最上面功能列的

(Modules)點選完後在主要模組區找到(Locale)將前面的選

項打勾點選完畢後滑到頁面最下面選擇(Save)

圖四十四 選擇模組開啟頁面

63

3點選上方的工具列選擇(Configuration)gt(Regional and

Ianguage)gt(Translate interface)選擇下面的(IMPORT)將

下面(Language file)選擇以解壓縮的中文包在(Import

into)選擇(Chinese Traditional(繁體中文))設定完畢後

點選最下面(Import)選項

圖四十五 中文模組包安裝頁面

64

4點選上面的工具列(Configuration)gt(Regional and

language)點選下面的(LIST)在下面的表格找到(DEFAULT)

的欄位對應到欄位最左邊的(Chinese Traditional)將對

應到的那一列圓圈的選擇選起來點選完畢後選擇頁面最下

面的(Save configuration)按鈕存檔

圖四十六 Drupal 中文化設定

65

14Drupal 7 安裝模組教學

1到 Drupal 頁面選擇上面的列表(模組)點選之後可以看到

許多模組的選項然後要注意描述欄位的顯示在描述的欄

位裡面的依賴模組只要有顯示(遺失)代表此模組是無法啟

用的

圖四十七 相關模組遺失頁面

66

2需要補齊遺失的其他模組才能啟動這個模組首先先到

Drupal 的官網 httpswwwdrupalorgprojectviews

將網址 poroject後面改成遺失模組的名稱更改完成後進入

頁面最下方會有載點

圖四十八 下載新模組頁面

網頁上面會有三個顏色的載點這三個顏色分別是

綠色安全穩定的版本下載首選

黃色測試版本不穩定專門給一些測試人員使用的

紅色開發階段的版本很多設定還沒完成專門提供給開發人

員或是幫忙開發人員

3當在官網上找到新模組後有兩種方式可以進行安裝

67

方式一

(1)到下載頁面進行模組下載載點有兩個 TargzZip 都可下

載下載完後進行解壓縮

圖四十九 下載 Drupal 新模組的下載頁面

(2)解壓所完畢後回到Drupal頁面點選上方的工具列的[模組]

選項進去後找到[+ 安裝模組]

圖五十 Drupal 新模組安裝頁面

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

68

圖五十一 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十二 模組啟動頁面

69

方法二

(1)進入到模組下載再想到下載的模組選項點右鍵點選[複

製連結網址]

圖五十三 選擇模組下載頁面

(2)回到 Drupal 模組安裝頁面進行安裝將模組網址複製進

[從網址(URL)-安裝]之後點選頁面下面的[安裝]鍵即

可完成安裝

圖五十四 模組安裝頁面

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(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

圖五十五 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十六 模組啟動頁面

71

15本計畫執行步驟將分為 資料搜集與研讀硬體電路設計與製作晶片韌體程式撰寫運動

訊號分析與辨識手機 APP 程式撰寫建置「雲端運動健康管理系統」

系統功能整合測試詳細說明如下

15-1資料搜集與研讀

搜集目前運動與健康管理相關發展情形穿戴式裝置研發的相關

技術與應用研讀 SoC 晶片功能特性與使用六軸運動感測器BLE

技術與模組晶片的相關 Datasheets 資料動作辨認(Activity

Recognition)相關理論與演算論文

15-2硬體電路設計製作

本計畫製作的核心是穿戴式裝置軟硬體設計主要是採用 TI

CC2530 低功耗與多樣化介面功能偵測活動量的六軸運動感測器使

用 IIC 通訊介面連接 BLE 短程無線傳輸模組是 UART 介面按鍵

與指示燈使用 GPIO 接腳

15-3晶片韌體程式

穿戴式裝置的 TI CC2530 軔體程式開發包括下列三部份重點

(1)硬體層的定義必須配合硬體電路的規劃方便函式庫與主程式

的使用(2)針對 UARTIIC 等介面電路的資料傳輸必須先建置好

相對的函式庫方便主控程式取用(3)主程式的流程規劃必須配合

實際的功能規劃並訂定與其他裝置連接的傳輸通訊協定穿戴式

裝置的程式流程如下裝置 POWER ON 或 RESET 後先初始化晶片

等待手機透過 BLE 下達選項設定與啟動指令啟動後開始偵測活動

量並定時將資料透過 BLE 回傳到手機上顯示直到手機下達停

止指令

15-4運動訊號分析與辨識

使用者可配戴在身體特定部位如頭部手臂手腕腰部大腿

小腿透過裝置內建感測器記錄 身體各部位的活動量穿戴式裝

置穿戴在身體不同部位透過 BLE 傳輸到 PC 用 StamPlot 作分析

StamPlot 測試分析的結果找出 六軸運動感測(三軸加速計+三軸陀螺

儀)活動量的變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌體程式做為

活動量計數與分析的依據並可統計動作正確性的百分比本計畫先

從簡單運動開始做分析如走路跑步騎單車甩手功hellip等未來

可做更複雜的運動量分析StamPlot活動量分析如圖 4有關訊號濾

波與辨識演算將參考相關論文StampPlot 測試分析的結果找出活

動量的三軸加速計 xyz 變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌

72

體程式做為活動量計數的依據並統計動作正確性的百分比

圖五十七 StamPlot活動量分析圖

15-5StampPlot StampPlot 為繪圖指示記錄和串行數據的控制典型地由一個微 控制器雖然也可以使用其它源 完全可配置從控制器或通過基於 PC 的宏文件雖然從基本郵票（R） 視差是我們的最愛幾乎所有控制器可以傳達到 PC 機的串口 可以使用的端口 控制器的那個使用 USB 和虛擬串口驅動程序也可以使用

圖五十八 程式啟動頁面

73

StampPlot 分析運動特徵值

圖五十九 運動特徵值

16運動量偵測與記錄測試 穿戴式裝置啟動或重置後智慧型手機 App 程式透過 BLE 或 RF

自動搜尋週圍裝置並逐一確認裝置連線與穿戴位置

確認好偵測部位動作與預計活動時間後按下 Start 鍵手

機 APP 可即時監看量狀況完成活動後按下停止鍵記錄活動日

期時間活動量等資料

按下上傳鍵利用 APP Inventor TinyWebDB可將記錄資料上

傳到 Google 雲端伺服器

上圖顯示記錄與查看運動狀態資料利用上下頁功能鍵可查

閱 Google 雲端 TinyWebDB 的歷史資料此外APP 也能接收到

血壓心跳體重體溫等生理訊號資料並顯示在手機畫面

74

17手機 App 程式

智慧型手機可使用 App 程式透過 BLE 直接連接穿戴式裝

置可直接顯示健康資料訊息做簡單的健康管理並可下

達指令變更穿戴式裝置的設定做為穿戴式裝置的人機介

面也可以利用連接網際網路方式做為穿戴式裝置與外部

網路轉發訊息的橋樑Apps 程式我們選用 APP Inventor 2

這套 Web 線上開發工具它是簡易式的 Android APP 開發軟

體視覺化的圖形介面設計與拼圖式的程式開發很容易上

手主要包括人機介面的操作藍牙通訊傳輸顯示個人運

動處方提醒運動時間運動資料的記錄調閱與上傳雲端

伺服機運動狀態分析與異常警示hellip等功能

圖六十 手機 APP 成品畫面

75

17-1App Inventor 背景介紹 Google App Inventor 在去年底(2010 年底)時正式開放給所

有使用者使用當然這個 Project 在正式推出之前早已在許

多高中大學校園當中做了許多教學測試可見得 Google 選擇

發展這樣的開發路徑瞄準的就是教育市場希望從校園當中開

始掌握第一批的潛在使用者及開發者這樣的策略其實對於

Android 這樣的開放式平台可說是自然而然的事並且從開發工

具模擬器實機測試等一路上所需使用的軟體均可免費取得

自由測試對於教學用途的使用實在是可說是最理想的方式了

由於是針對學生族群Google 在這個部分特別引入在教育系統

當中頗為成功的 Scratch 來作為拼圖式程式寫作的基礎實際

上 Google App Inventor 負責教授即來自 MIT 與 Scratch 技

術發展有相當深且廣的關聯標榜可以讓使用者完全不需寫任何

程式碼即可完成應用程式開發更驚訝的是已經支援 NXT 樂

高機器人程式開發使得 Android 與 NXT 的結合應用更添了

許多想像空間

由於 App Inventor 突破性的發展使得原本可能是處於高階程

式設計師領域的手機應用程式開發一下子成為國小學童接觸程

式設計的最初入門磚學習 Android 裝置程式設計可以不必

學習較為艱澀的 Java 語法只要使用拼圖模式來組合程式就

可以完成 Android 裝置的應用程式MIT App Inventor 2網站

提供雲端服務讓我們可以免費使用其提供的強大功能來設計

Android 裝置上的 App 應用程式完成作品後還可以上傳到

Google Play 商店Android 作業系統是一個以 Linux 為基礎

的開放原始碼作業系統中文俗稱為「安卓」其起源最早是在

西元 2003 年由安迪魯賓（Andy Rubin）所開發製作目前由

Google 公司成立的開放手持設備聯盟 Open Handset Alliance

（OHA）來持續開發主導

Android 作業系統的應用層面最早是由智慧型手機開始後來

逐漸擴展到平板電腦及其他領域上在西元 2010 年底Android

作業系統成為全球第一大智慧型手機作業系統其市佔率超過

Apple 公司的 iOS 作業系統

Google 公司在西元 2010 年為了讓更多人在沒有程式基礎的

狀況下能夠開發 Android 裝置應用程式推出 Google App

76

Inventor for Android 工具軟體讓使用者可以運用拼圖模式

來組合程式語法進而發展 Android 裝置的應用程式

後來Google 公司在西元 2012 年將此軟體移轉給美國麻省

理工學院（MIT）的行動學習中心（MIT Center for Mobile

Learning）來維護並引導使用者進入 App 應用程式開發的世界

使用者開發完成的程式可以下載到任何使用 Android 作業系

統的裝置包括智慧型手機或平板電腦

在 App 程式開發過程中我們可以使用模擬器或 Android 裝

置來測試應用程式執行的狀況待完成相關開發作業後更可

以將應用程式上傳到 Google Play 商店提供大眾下載安裝

77

18建置「雲端健康管理系統」

在 PC 電腦使用 Apache Server 架設一個私有雲的遠端伺服主機

並使用 PHP程式撰寫雲端健康管理程式透過 MySQL資料庫與 VB 2010

介面監控程式連接將智慧型手機或 PC 電腦的個人健康自主管理資

料上傳雲端提供健康專問題仍需專業醫生或照護人員協助因此

雲端監控技術因應而生可直接將配戴式裝置記錄的健康資料傳送

到雲端健康照護系統提供遠端的家人照護人員與醫生做查詢

診斷與後續的照護處置

Visual basic 與 MySQL 資料庫建置

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程

78

19進度表

19-1預期結果

本計畫結合嵌入式晶片運動感測藍牙技術製作的運動健康管理

用的穿戴式裝置可透過智慧型手機生理訊號監控測與雲端技術

建置一套「運動健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自

主管理工具本計畫預期產出研究成果有

1針對不同運動型態必須偵測身體不同部位的運動特徵值本計畫

製作不同型式的穿戴配件讓使用者可配戴在身體特定部位如頭

部手臂手腕腰部大腿小腿身體各部位的活動量

2由於可配戴在身體不同部位使用智慧型手機透過最新 BLE 無線傳

輸技術做為人機介面方便使用者操作與記錄資料讓穿戴式裝

置有更彈性的配戴方式與應用場合

3運動偵測採用六軸運動感測(MPU-6050 模組三軸加速計+三軸陀螺

儀)比傳統三軸加速計或斜震感測器(計步器)可更精確偵測與分

析運動量與運動姿態的正確性

4穿戴式裝置搭配「雲端健康管理系統」上可為自己量身訂做一套

運動處方透過智慧型手機定時提醒使用者運動時間運動份量

穿戴式裝置的運動記錄與生理訊號量測的資料分析可用來檢視這

套運動處方的成效做為進一步調整或改善的依據

5在執行本計畫過程中本人可以藉此學習到電路設計程式撰寫

月次

工作項目 7 8 9 10 11 12 1 2

1資料搜集整理與研讀

2硬體電路設計與製作

3晶片韌體程式撰寫

4運動訊號分析與辨識

5手機 App 程式撰寫

6建置雲端運動健康管

理系統

7系統功能整合測試

8撰寫報告

79

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

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httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

圖二十八 進行新密碼輸入

50

12Drupal 7 安裝教學

12-1在瀏覽器中輸入 httplocalhostphpmyadmin輸入帳

號 密碼建立一個新的資料庫EXdrupal7 為了安全性

在新的資料庫新增使用者帳號密碼再給他權限

圖二十九 新增一個 Drupal 的資料庫

51

圖三十 新增資料庫的權限

圖三十一 新增完的權限會顯示在[權限]欄位裡

52

2進入下列網站 httpdrupalorgporjectdrupal 選下載 Drupal7然後解壓縮

圖三十二 下載主程式的頁面

53

3把下載好的 Drupal 壓縮檔解壓縮找到資料夾裡面的

Dxampphtdocsdrupalsitesdefaultdefault

settingphp把 defultsettingphp 這個檔案複製之後重

新命名為 Settingphp 並和 defultsettingsphp 放在同一

個資料夾內兩個檔案都要存在

圖三十三 設定 Drupal 的路徑檔案

54

圖三十四 設定 Drupal 的路徑檔-2

4將整個 Drupal 資料夾移到伺服器檔案根目錄下如果預設目

錄沒改的話路徑應該會是 Cxampphtdocsdrupal7

圖三十五 將設定檔移至伺服器根目錄下

55

5在網址列輸入 http127001drupal7installphp

就會進入 Drupal7 安裝步驟

圖三十六 進入 Drupal 的安裝畫面

56

6語言選擇預設只有英文安裝完之後可以另外安裝語言包

或者先安裝好語言包 先採用預設的就進行安裝

圖三十七 進行 Drupal 語言選擇

57

7輸入我們在建立資料庫名稱和 MySQL 的帳號密碼輸入好按

下一步(Save and continue)

圖三十八 進行設定 Drupal 帳號密碼

58

8此時 Drupal 已大致完成頁面上會要求妳填寫一些資訊包

括這個網站的名稱網站電子郵件地址和第 1 個使用者的

帳號密碼這個帳號會成之後的管理員然後按

(Save and continue)的按鈕完成安裝完成後會在設定網頁

的基本資訊

圖三十九 進行網頁的基本設定

59

圖四十 進行網頁的基本設定-1

圖四十一 Drupal 基本設定完成頁面

60

10安裝完成後會自動跳進去初使畫面

圖四十二 Drupal 啟用畫面

61

13Drupal 7 中文化設定教學

1輸入此網址 httpdrupaltaiwanorglocalized進行下載

中文化安裝模組在下載時要注意安裝的版本

圖四十三 中文模組下載頁面

62

2下載完後解壓縮回到 Drupal 網頁選擇最上面功能列的

(Modules)點選完後在主要模組區找到(Locale)將前面的選

項打勾點選完畢後滑到頁面最下面選擇(Save)

圖四十四 選擇模組開啟頁面

63

3點選上方的工具列選擇(Configuration)gt(Regional and

Ianguage)gt(Translate interface)選擇下面的(IMPORT)將

下面(Language file)選擇以解壓縮的中文包在(Import

into)選擇(Chinese Traditional(繁體中文))設定完畢後

點選最下面(Import)選項

圖四十五 中文模組包安裝頁面

64

4點選上面的工具列(Configuration)gt(Regional and

language)點選下面的(LIST)在下面的表格找到(DEFAULT)

的欄位對應到欄位最左邊的(Chinese Traditional)將對

應到的那一列圓圈的選擇選起來點選完畢後選擇頁面最下

面的(Save configuration)按鈕存檔

圖四十六 Drupal 中文化設定

65

14Drupal 7 安裝模組教學

1到 Drupal 頁面選擇上面的列表(模組)點選之後可以看到

許多模組的選項然後要注意描述欄位的顯示在描述的欄

位裡面的依賴模組只要有顯示(遺失)代表此模組是無法啟

用的

圖四十七 相關模組遺失頁面

66

2需要補齊遺失的其他模組才能啟動這個模組首先先到

Drupal 的官網 httpswwwdrupalorgprojectviews

將網址 poroject後面改成遺失模組的名稱更改完成後進入

頁面最下方會有載點

圖四十八 下載新模組頁面

網頁上面會有三個顏色的載點這三個顏色分別是

綠色安全穩定的版本下載首選

黃色測試版本不穩定專門給一些測試人員使用的

紅色開發階段的版本很多設定還沒完成專門提供給開發人

員或是幫忙開發人員

3當在官網上找到新模組後有兩種方式可以進行安裝

67

方式一

(1)到下載頁面進行模組下載載點有兩個 TargzZip 都可下

載下載完後進行解壓縮

圖四十九 下載 Drupal 新模組的下載頁面

(2)解壓所完畢後回到Drupal頁面點選上方的工具列的[模組]

選項進去後找到[+ 安裝模組]

圖五十 Drupal 新模組安裝頁面

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

68

圖五十一 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十二 模組啟動頁面

69

方法二

(1)進入到模組下載再想到下載的模組選項點右鍵點選[複

製連結網址]

圖五十三 選擇模組下載頁面

(2)回到 Drupal 模組安裝頁面進行安裝將模組網址複製進

[從網址(URL)-安裝]之後點選頁面下面的[安裝]鍵即

可完成安裝

圖五十四 模組安裝頁面

70

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

圖五十五 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十六 模組啟動頁面

71

15本計畫執行步驟將分為 資料搜集與研讀硬體電路設計與製作晶片韌體程式撰寫運動

訊號分析與辨識手機 APP 程式撰寫建置「雲端運動健康管理系統」

系統功能整合測試詳細說明如下

15-1資料搜集與研讀

搜集目前運動與健康管理相關發展情形穿戴式裝置研發的相關

技術與應用研讀 SoC 晶片功能特性與使用六軸運動感測器BLE

技術與模組晶片的相關 Datasheets 資料動作辨認(Activity

Recognition)相關理論與演算論文

15-2硬體電路設計製作

本計畫製作的核心是穿戴式裝置軟硬體設計主要是採用 TI

CC2530 低功耗與多樣化介面功能偵測活動量的六軸運動感測器使

用 IIC 通訊介面連接 BLE 短程無線傳輸模組是 UART 介面按鍵

與指示燈使用 GPIO 接腳

15-3晶片韌體程式

穿戴式裝置的 TI CC2530 軔體程式開發包括下列三部份重點

(1)硬體層的定義必須配合硬體電路的規劃方便函式庫與主程式

的使用(2)針對 UARTIIC 等介面電路的資料傳輸必須先建置好

相對的函式庫方便主控程式取用(3)主程式的流程規劃必須配合

實際的功能規劃並訂定與其他裝置連接的傳輸通訊協定穿戴式

裝置的程式流程如下裝置 POWER ON 或 RESET 後先初始化晶片

等待手機透過 BLE 下達選項設定與啟動指令啟動後開始偵測活動

量並定時將資料透過 BLE 回傳到手機上顯示直到手機下達停

止指令

15-4運動訊號分析與辨識

使用者可配戴在身體特定部位如頭部手臂手腕腰部大腿

小腿透過裝置內建感測器記錄 身體各部位的活動量穿戴式裝

置穿戴在身體不同部位透過 BLE 傳輸到 PC 用 StamPlot 作分析

StamPlot 測試分析的結果找出 六軸運動感測(三軸加速計+三軸陀螺

儀)活動量的變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌體程式做為

活動量計數與分析的依據並可統計動作正確性的百分比本計畫先

從簡單運動開始做分析如走路跑步騎單車甩手功hellip等未來

可做更複雜的運動量分析StamPlot活動量分析如圖 4有關訊號濾

波與辨識演算將參考相關論文StampPlot 測試分析的結果找出活

動量的三軸加速計 xyz 變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌

72

體程式做為活動量計數的依據並統計動作正確性的百分比

圖五十七 StamPlot活動量分析圖

15-5StampPlot StampPlot 為繪圖指示記錄和串行數據的控制典型地由一個微 控制器雖然也可以使用其它源 完全可配置從控制器或通過基於 PC 的宏文件雖然從基本郵票（R） 視差是我們的最愛幾乎所有控制器可以傳達到 PC 機的串口 可以使用的端口 控制器的那個使用 USB 和虛擬串口驅動程序也可以使用

圖五十八 程式啟動頁面

73

StampPlot 分析運動特徵值

圖五十九 運動特徵值

16運動量偵測與記錄測試 穿戴式裝置啟動或重置後智慧型手機 App 程式透過 BLE 或 RF

自動搜尋週圍裝置並逐一確認裝置連線與穿戴位置

確認好偵測部位動作與預計活動時間後按下 Start 鍵手

機 APP 可即時監看量狀況完成活動後按下停止鍵記錄活動日

期時間活動量等資料

按下上傳鍵利用 APP Inventor TinyWebDB可將記錄資料上

傳到 Google 雲端伺服器

上圖顯示記錄與查看運動狀態資料利用上下頁功能鍵可查

閱 Google 雲端 TinyWebDB 的歷史資料此外APP 也能接收到

血壓心跳體重體溫等生理訊號資料並顯示在手機畫面

74

17手機 App 程式

智慧型手機可使用 App 程式透過 BLE 直接連接穿戴式裝

置可直接顯示健康資料訊息做簡單的健康管理並可下

達指令變更穿戴式裝置的設定做為穿戴式裝置的人機介

面也可以利用連接網際網路方式做為穿戴式裝置與外部

網路轉發訊息的橋樑Apps 程式我們選用 APP Inventor 2

這套 Web 線上開發工具它是簡易式的 Android APP 開發軟

體視覺化的圖形介面設計與拼圖式的程式開發很容易上

手主要包括人機介面的操作藍牙通訊傳輸顯示個人運

動處方提醒運動時間運動資料的記錄調閱與上傳雲端

伺服機運動狀態分析與異常警示hellip等功能

圖六十 手機 APP 成品畫面

75

17-1App Inventor 背景介紹 Google App Inventor 在去年底(2010 年底)時正式開放給所

有使用者使用當然這個 Project 在正式推出之前早已在許

多高中大學校園當中做了許多教學測試可見得 Google 選擇

發展這樣的開發路徑瞄準的就是教育市場希望從校園當中開

始掌握第一批的潛在使用者及開發者這樣的策略其實對於

Android 這樣的開放式平台可說是自然而然的事並且從開發工

具模擬器實機測試等一路上所需使用的軟體均可免費取得

自由測試對於教學用途的使用實在是可說是最理想的方式了

由於是針對學生族群Google 在這個部分特別引入在教育系統

當中頗為成功的 Scratch 來作為拼圖式程式寫作的基礎實際

上 Google App Inventor 負責教授即來自 MIT 與 Scratch 技

術發展有相當深且廣的關聯標榜可以讓使用者完全不需寫任何

程式碼即可完成應用程式開發更驚訝的是已經支援 NXT 樂

高機器人程式開發使得 Android 與 NXT 的結合應用更添了

許多想像空間

由於 App Inventor 突破性的發展使得原本可能是處於高階程

式設計師領域的手機應用程式開發一下子成為國小學童接觸程

式設計的最初入門磚學習 Android 裝置程式設計可以不必

學習較為艱澀的 Java 語法只要使用拼圖模式來組合程式就

可以完成 Android 裝置的應用程式MIT App Inventor 2網站

提供雲端服務讓我們可以免費使用其提供的強大功能來設計

Android 裝置上的 App 應用程式完成作品後還可以上傳到

Google Play 商店Android 作業系統是一個以 Linux 為基礎

的開放原始碼作業系統中文俗稱為「安卓」其起源最早是在

西元 2003 年由安迪魯賓（Andy Rubin）所開發製作目前由

Google 公司成立的開放手持設備聯盟 Open Handset Alliance

（OHA）來持續開發主導

Android 作業系統的應用層面最早是由智慧型手機開始後來

逐漸擴展到平板電腦及其他領域上在西元 2010 年底Android

作業系統成為全球第一大智慧型手機作業系統其市佔率超過

Apple 公司的 iOS 作業系統

Google 公司在西元 2010 年為了讓更多人在沒有程式基礎的

狀況下能夠開發 Android 裝置應用程式推出 Google App

76

Inventor for Android 工具軟體讓使用者可以運用拼圖模式

來組合程式語法進而發展 Android 裝置的應用程式

後來Google 公司在西元 2012 年將此軟體移轉給美國麻省

理工學院（MIT）的行動學習中心（MIT Center for Mobile

Learning）來維護並引導使用者進入 App 應用程式開發的世界

使用者開發完成的程式可以下載到任何使用 Android 作業系

統的裝置包括智慧型手機或平板電腦

在 App 程式開發過程中我們可以使用模擬器或 Android 裝

置來測試應用程式執行的狀況待完成相關開發作業後更可

以將應用程式上傳到 Google Play 商店提供大眾下載安裝

77

18建置「雲端健康管理系統」

在 PC 電腦使用 Apache Server 架設一個私有雲的遠端伺服主機

並使用 PHP程式撰寫雲端健康管理程式透過 MySQL資料庫與 VB 2010

介面監控程式連接將智慧型手機或 PC 電腦的個人健康自主管理資

料上傳雲端提供健康專問題仍需專業醫生或照護人員協助因此

雲端監控技術因應而生可直接將配戴式裝置記錄的健康資料傳送

到雲端健康照護系統提供遠端的家人照護人員與醫生做查詢

診斷與後續的照護處置

Visual basic 與 MySQL 資料庫建置

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程

78

19進度表

19-1預期結果

本計畫結合嵌入式晶片運動感測藍牙技術製作的運動健康管理

用的穿戴式裝置可透過智慧型手機生理訊號監控測與雲端技術

建置一套「運動健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自

主管理工具本計畫預期產出研究成果有

1針對不同運動型態必須偵測身體不同部位的運動特徵值本計畫

製作不同型式的穿戴配件讓使用者可配戴在身體特定部位如頭

部手臂手腕腰部大腿小腿身體各部位的活動量

2由於可配戴在身體不同部位使用智慧型手機透過最新 BLE 無線傳

輸技術做為人機介面方便使用者操作與記錄資料讓穿戴式裝

置有更彈性的配戴方式與應用場合

3運動偵測採用六軸運動感測(MPU-6050 模組三軸加速計+三軸陀螺

儀)比傳統三軸加速計或斜震感測器(計步器)可更精確偵測與分

析運動量與運動姿態的正確性

4穿戴式裝置搭配「雲端健康管理系統」上可為自己量身訂做一套

運動處方透過智慧型手機定時提醒使用者運動時間運動份量

穿戴式裝置的運動記錄與生理訊號量測的資料分析可用來檢視這

套運動處方的成效做為進一步調整或改善的依據

5在執行本計畫過程中本人可以藉此學習到電路設計程式撰寫

月次

工作項目 7 8 9 10 11 12 1 2

1資料搜集整理與研讀

2硬體電路設計與製作

3晶片韌體程式撰寫

4運動訊號分析與辨識

5手機 App 程式撰寫

6建置雲端運動健康管

理系統

7系統功能整合測試

8撰寫報告

79

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

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[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

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Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

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httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

12Drupal 7 安裝教學

12-1在瀏覽器中輸入 httplocalhostphpmyadmin輸入帳

號 密碼建立一個新的資料庫EXdrupal7 為了安全性

在新的資料庫新增使用者帳號密碼再給他權限

圖二十九 新增一個 Drupal 的資料庫

51

圖三十 新增資料庫的權限

圖三十一 新增完的權限會顯示在[權限]欄位裡

52

2進入下列網站 httpdrupalorgporjectdrupal 選下載 Drupal7然後解壓縮

圖三十二 下載主程式的頁面

53

3把下載好的 Drupal 壓縮檔解壓縮找到資料夾裡面的

Dxampphtdocsdrupalsitesdefaultdefault

settingphp把 defultsettingphp 這個檔案複製之後重

新命名為 Settingphp 並和 defultsettingsphp 放在同一

個資料夾內兩個檔案都要存在

圖三十三 設定 Drupal 的路徑檔案

54

圖三十四 設定 Drupal 的路徑檔-2

4將整個 Drupal 資料夾移到伺服器檔案根目錄下如果預設目

錄沒改的話路徑應該會是 Cxampphtdocsdrupal7

圖三十五 將設定檔移至伺服器根目錄下

55

5在網址列輸入 http127001drupal7installphp

就會進入 Drupal7 安裝步驟

圖三十六 進入 Drupal 的安裝畫面

56

6語言選擇預設只有英文安裝完之後可以另外安裝語言包

或者先安裝好語言包 先採用預設的就進行安裝

圖三十七 進行 Drupal 語言選擇

57

7輸入我們在建立資料庫名稱和 MySQL 的帳號密碼輸入好按

下一步(Save and continue)

圖三十八 進行設定 Drupal 帳號密碼

58

8此時 Drupal 已大致完成頁面上會要求妳填寫一些資訊包

括這個網站的名稱網站電子郵件地址和第 1 個使用者的

帳號密碼這個帳號會成之後的管理員然後按

(Save and continue)的按鈕完成安裝完成後會在設定網頁

的基本資訊

圖三十九 進行網頁的基本設定

59

圖四十 進行網頁的基本設定-1

圖四十一 Drupal 基本設定完成頁面

60

10安裝完成後會自動跳進去初使畫面

圖四十二 Drupal 啟用畫面

61

13Drupal 7 中文化設定教學

1輸入此網址 httpdrupaltaiwanorglocalized進行下載

中文化安裝模組在下載時要注意安裝的版本

圖四十三 中文模組下載頁面

62

2下載完後解壓縮回到 Drupal 網頁選擇最上面功能列的

(Modules)點選完後在主要模組區找到(Locale)將前面的選

項打勾點選完畢後滑到頁面最下面選擇(Save)

圖四十四 選擇模組開啟頁面

63

3點選上方的工具列選擇(Configuration)gt(Regional and

Ianguage)gt(Translate interface)選擇下面的(IMPORT)將

下面(Language file)選擇以解壓縮的中文包在(Import

into)選擇(Chinese Traditional(繁體中文))設定完畢後

點選最下面(Import)選項

圖四十五 中文模組包安裝頁面

64

4點選上面的工具列(Configuration)gt(Regional and

language)點選下面的(LIST)在下面的表格找到(DEFAULT)

的欄位對應到欄位最左邊的(Chinese Traditional)將對

應到的那一列圓圈的選擇選起來點選完畢後選擇頁面最下

面的(Save configuration)按鈕存檔

圖四十六 Drupal 中文化設定

65

14Drupal 7 安裝模組教學

1到 Drupal 頁面選擇上面的列表(模組)點選之後可以看到

許多模組的選項然後要注意描述欄位的顯示在描述的欄

位裡面的依賴模組只要有顯示(遺失)代表此模組是無法啟

用的

圖四十七 相關模組遺失頁面

66

2需要補齊遺失的其他模組才能啟動這個模組首先先到

Drupal 的官網 httpswwwdrupalorgprojectviews

將網址 poroject後面改成遺失模組的名稱更改完成後進入

頁面最下方會有載點

圖四十八 下載新模組頁面

網頁上面會有三個顏色的載點這三個顏色分別是

綠色安全穩定的版本下載首選

黃色測試版本不穩定專門給一些測試人員使用的

紅色開發階段的版本很多設定還沒完成專門提供給開發人

員或是幫忙開發人員

3當在官網上找到新模組後有兩種方式可以進行安裝

67

方式一

(1)到下載頁面進行模組下載載點有兩個 TargzZip 都可下

載下載完後進行解壓縮

圖四十九 下載 Drupal 新模組的下載頁面

(2)解壓所完畢後回到Drupal頁面點選上方的工具列的[模組]

選項進去後找到[+ 安裝模組]

圖五十 Drupal 新模組安裝頁面

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

68

圖五十一 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十二 模組啟動頁面

69

方法二

(1)進入到模組下載再想到下載的模組選項點右鍵點選[複

製連結網址]

圖五十三 選擇模組下載頁面

(2)回到 Drupal 模組安裝頁面進行安裝將模組網址複製進

[從網址(URL)-安裝]之後點選頁面下面的[安裝]鍵即

可完成安裝

圖五十四 模組安裝頁面

70

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

圖五十五 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十六 模組啟動頁面

71

15本計畫執行步驟將分為 資料搜集與研讀硬體電路設計與製作晶片韌體程式撰寫運動

訊號分析與辨識手機 APP 程式撰寫建置「雲端運動健康管理系統」

系統功能整合測試詳細說明如下

15-1資料搜集與研讀

搜集目前運動與健康管理相關發展情形穿戴式裝置研發的相關

技術與應用研讀 SoC 晶片功能特性與使用六軸運動感測器BLE

技術與模組晶片的相關 Datasheets 資料動作辨認(Activity

Recognition)相關理論與演算論文

15-2硬體電路設計製作

本計畫製作的核心是穿戴式裝置軟硬體設計主要是採用 TI

CC2530 低功耗與多樣化介面功能偵測活動量的六軸運動感測器使

用 IIC 通訊介面連接 BLE 短程無線傳輸模組是 UART 介面按鍵

與指示燈使用 GPIO 接腳

15-3晶片韌體程式

穿戴式裝置的 TI CC2530 軔體程式開發包括下列三部份重點

(1)硬體層的定義必須配合硬體電路的規劃方便函式庫與主程式

的使用(2)針對 UARTIIC 等介面電路的資料傳輸必須先建置好

相對的函式庫方便主控程式取用(3)主程式的流程規劃必須配合

實際的功能規劃並訂定與其他裝置連接的傳輸通訊協定穿戴式

裝置的程式流程如下裝置 POWER ON 或 RESET 後先初始化晶片

等待手機透過 BLE 下達選項設定與啟動指令啟動後開始偵測活動

量並定時將資料透過 BLE 回傳到手機上顯示直到手機下達停

止指令

15-4運動訊號分析與辨識

使用者可配戴在身體特定部位如頭部手臂手腕腰部大腿

小腿透過裝置內建感測器記錄 身體各部位的活動量穿戴式裝

置穿戴在身體不同部位透過 BLE 傳輸到 PC 用 StamPlot 作分析

StamPlot 測試分析的結果找出 六軸運動感測(三軸加速計+三軸陀螺

儀)活動量的變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌體程式做為

活動量計數與分析的依據並可統計動作正確性的百分比本計畫先

從簡單運動開始做分析如走路跑步騎單車甩手功hellip等未來

可做更複雜的運動量分析StamPlot活動量分析如圖 4有關訊號濾

波與辨識演算將參考相關論文StampPlot 測試分析的結果找出活

動量的三軸加速計 xyz 變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌

72

體程式做為活動量計數的依據並統計動作正確性的百分比

圖五十七 StamPlot活動量分析圖

15-5StampPlot StampPlot 為繪圖指示記錄和串行數據的控制典型地由一個微 控制器雖然也可以使用其它源 完全可配置從控制器或通過基於 PC 的宏文件雖然從基本郵票（R） 視差是我們的最愛幾乎所有控制器可以傳達到 PC 機的串口 可以使用的端口 控制器的那個使用 USB 和虛擬串口驅動程序也可以使用

圖五十八 程式啟動頁面

73

StampPlot 分析運動特徵值

圖五十九 運動特徵值

16運動量偵測與記錄測試 穿戴式裝置啟動或重置後智慧型手機 App 程式透過 BLE 或 RF

自動搜尋週圍裝置並逐一確認裝置連線與穿戴位置

確認好偵測部位動作與預計活動時間後按下 Start 鍵手

機 APP 可即時監看量狀況完成活動後按下停止鍵記錄活動日

期時間活動量等資料

按下上傳鍵利用 APP Inventor TinyWebDB可將記錄資料上

傳到 Google 雲端伺服器

上圖顯示記錄與查看運動狀態資料利用上下頁功能鍵可查

閱 Google 雲端 TinyWebDB 的歷史資料此外APP 也能接收到

血壓心跳體重體溫等生理訊號資料並顯示在手機畫面

74

17手機 App 程式

智慧型手機可使用 App 程式透過 BLE 直接連接穿戴式裝

置可直接顯示健康資料訊息做簡單的健康管理並可下

達指令變更穿戴式裝置的設定做為穿戴式裝置的人機介

面也可以利用連接網際網路方式做為穿戴式裝置與外部

網路轉發訊息的橋樑Apps 程式我們選用 APP Inventor 2

這套 Web 線上開發工具它是簡易式的 Android APP 開發軟

體視覺化的圖形介面設計與拼圖式的程式開發很容易上

手主要包括人機介面的操作藍牙通訊傳輸顯示個人運

動處方提醒運動時間運動資料的記錄調閱與上傳雲端

伺服機運動狀態分析與異常警示hellip等功能

圖六十 手機 APP 成品畫面

75

17-1App Inventor 背景介紹 Google App Inventor 在去年底(2010 年底)時正式開放給所

有使用者使用當然這個 Project 在正式推出之前早已在許

多高中大學校園當中做了許多教學測試可見得 Google 選擇

發展這樣的開發路徑瞄準的就是教育市場希望從校園當中開

始掌握第一批的潛在使用者及開發者這樣的策略其實對於

Android 這樣的開放式平台可說是自然而然的事並且從開發工

具模擬器實機測試等一路上所需使用的軟體均可免費取得

自由測試對於教學用途的使用實在是可說是最理想的方式了

由於是針對學生族群Google 在這個部分特別引入在教育系統

當中頗為成功的 Scratch 來作為拼圖式程式寫作的基礎實際

上 Google App Inventor 負責教授即來自 MIT 與 Scratch 技

術發展有相當深且廣的關聯標榜可以讓使用者完全不需寫任何

程式碼即可完成應用程式開發更驚訝的是已經支援 NXT 樂

高機器人程式開發使得 Android 與 NXT 的結合應用更添了

許多想像空間

由於 App Inventor 突破性的發展使得原本可能是處於高階程

式設計師領域的手機應用程式開發一下子成為國小學童接觸程

式設計的最初入門磚學習 Android 裝置程式設計可以不必

學習較為艱澀的 Java 語法只要使用拼圖模式來組合程式就

可以完成 Android 裝置的應用程式MIT App Inventor 2網站

提供雲端服務讓我們可以免費使用其提供的強大功能來設計

Android 裝置上的 App 應用程式完成作品後還可以上傳到

Google Play 商店Android 作業系統是一個以 Linux 為基礎

的開放原始碼作業系統中文俗稱為「安卓」其起源最早是在

西元 2003 年由安迪魯賓（Andy Rubin）所開發製作目前由

Google 公司成立的開放手持設備聯盟 Open Handset Alliance

（OHA）來持續開發主導

Android 作業系統的應用層面最早是由智慧型手機開始後來

逐漸擴展到平板電腦及其他領域上在西元 2010 年底Android

作業系統成為全球第一大智慧型手機作業系統其市佔率超過

Apple 公司的 iOS 作業系統

Google 公司在西元 2010 年為了讓更多人在沒有程式基礎的

狀況下能夠開發 Android 裝置應用程式推出 Google App

76

Inventor for Android 工具軟體讓使用者可以運用拼圖模式

來組合程式語法進而發展 Android 裝置的應用程式

後來Google 公司在西元 2012 年將此軟體移轉給美國麻省

理工學院（MIT）的行動學習中心（MIT Center for Mobile

Learning）來維護並引導使用者進入 App 應用程式開發的世界

使用者開發完成的程式可以下載到任何使用 Android 作業系

統的裝置包括智慧型手機或平板電腦

在 App 程式開發過程中我們可以使用模擬器或 Android 裝

置來測試應用程式執行的狀況待完成相關開發作業後更可

以將應用程式上傳到 Google Play 商店提供大眾下載安裝

77

18建置「雲端健康管理系統」

在 PC 電腦使用 Apache Server 架設一個私有雲的遠端伺服主機

並使用 PHP程式撰寫雲端健康管理程式透過 MySQL資料庫與 VB 2010

介面監控程式連接將智慧型手機或 PC 電腦的個人健康自主管理資

料上傳雲端提供健康專問題仍需專業醫生或照護人員協助因此

雲端監控技術因應而生可直接將配戴式裝置記錄的健康資料傳送

到雲端健康照護系統提供遠端的家人照護人員與醫生做查詢

診斷與後續的照護處置

Visual basic 與 MySQL 資料庫建置

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程

78

19進度表

19-1預期結果

本計畫結合嵌入式晶片運動感測藍牙技術製作的運動健康管理

用的穿戴式裝置可透過智慧型手機生理訊號監控測與雲端技術

建置一套「運動健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自

主管理工具本計畫預期產出研究成果有

1針對不同運動型態必須偵測身體不同部位的運動特徵值本計畫

製作不同型式的穿戴配件讓使用者可配戴在身體特定部位如頭

部手臂手腕腰部大腿小腿身體各部位的活動量

2由於可配戴在身體不同部位使用智慧型手機透過最新 BLE 無線傳

輸技術做為人機介面方便使用者操作與記錄資料讓穿戴式裝

置有更彈性的配戴方式與應用場合

3運動偵測採用六軸運動感測(MPU-6050 模組三軸加速計+三軸陀螺

儀)比傳統三軸加速計或斜震感測器(計步器)可更精確偵測與分

析運動量與運動姿態的正確性

4穿戴式裝置搭配「雲端健康管理系統」上可為自己量身訂做一套

運動處方透過智慧型手機定時提醒使用者運動時間運動份量

穿戴式裝置的運動記錄與生理訊號量測的資料分析可用來檢視這

套運動處方的成效做為進一步調整或改善的依據

5在執行本計畫過程中本人可以藉此學習到電路設計程式撰寫

月次

工作項目 7 8 9 10 11 12 1 2

1資料搜集整理與研讀

2硬體電路設計與製作

3晶片韌體程式撰寫

4運動訊號分析與辨識

5手機 App 程式撰寫

6建置雲端運動健康管

理系統

7系統功能整合測試

8撰寫報告

79

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

[5] N Ravi N Dandekar P Mysore ML Littmanrdquo Activity

Recognition from Accelerometer Datardquo American

Association for Artifi cial Intelligence (wwwaaaiorg)

2005

[6 ] Yonglei Zheng Weng-Keen Wong Xinze Guan Stewart

Trostrdquo Physical Activity Recognition from Accelerometer

Data Using a Multi-Scale Ensemble Methodrdquo Innovative

Applications of Artificial Intelligence Twenty-Fifth IAAI

Conference2013

[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

Activity Recognition from Accelerometer Data Using a

Wearable Devicerdquo Pattern Recognition and Image Analysis

Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

[9] Holetk Semiconductor IncldquoDatasheet of HT66Fxxrdquo

httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

圖三十 新增資料庫的權限

圖三十一 新增完的權限會顯示在[權限]欄位裡

52

2進入下列網站 httpdrupalorgporjectdrupal 選下載 Drupal7然後解壓縮

圖三十二 下載主程式的頁面

53

3把下載好的 Drupal 壓縮檔解壓縮找到資料夾裡面的

Dxampphtdocsdrupalsitesdefaultdefault

settingphp把 defultsettingphp 這個檔案複製之後重

新命名為 Settingphp 並和 defultsettingsphp 放在同一

個資料夾內兩個檔案都要存在

圖三十三 設定 Drupal 的路徑檔案

54

圖三十四 設定 Drupal 的路徑檔-2

4將整個 Drupal 資料夾移到伺服器檔案根目錄下如果預設目

錄沒改的話路徑應該會是 Cxampphtdocsdrupal7

圖三十五 將設定檔移至伺服器根目錄下

55

5在網址列輸入 http127001drupal7installphp

就會進入 Drupal7 安裝步驟

圖三十六 進入 Drupal 的安裝畫面

56

6語言選擇預設只有英文安裝完之後可以另外安裝語言包

或者先安裝好語言包 先採用預設的就進行安裝

圖三十七 進行 Drupal 語言選擇

57

7輸入我們在建立資料庫名稱和 MySQL 的帳號密碼輸入好按

下一步(Save and continue)

圖三十八 進行設定 Drupal 帳號密碼

58

8此時 Drupal 已大致完成頁面上會要求妳填寫一些資訊包

括這個網站的名稱網站電子郵件地址和第 1 個使用者的

帳號密碼這個帳號會成之後的管理員然後按

(Save and continue)的按鈕完成安裝完成後會在設定網頁

的基本資訊

圖三十九 進行網頁的基本設定

59

圖四十 進行網頁的基本設定-1

圖四十一 Drupal 基本設定完成頁面

60

10安裝完成後會自動跳進去初使畫面

圖四十二 Drupal 啟用畫面

61

13Drupal 7 中文化設定教學

1輸入此網址 httpdrupaltaiwanorglocalized進行下載

中文化安裝模組在下載時要注意安裝的版本

圖四十三 中文模組下載頁面

62

2下載完後解壓縮回到 Drupal 網頁選擇最上面功能列的

(Modules)點選完後在主要模組區找到(Locale)將前面的選

項打勾點選完畢後滑到頁面最下面選擇(Save)

圖四十四 選擇模組開啟頁面

63

3點選上方的工具列選擇(Configuration)gt(Regional and

Ianguage)gt(Translate interface)選擇下面的(IMPORT)將

下面(Language file)選擇以解壓縮的中文包在(Import

into)選擇(Chinese Traditional(繁體中文))設定完畢後

點選最下面(Import)選項

圖四十五 中文模組包安裝頁面

64

4點選上面的工具列(Configuration)gt(Regional and

language)點選下面的(LIST)在下面的表格找到(DEFAULT)

的欄位對應到欄位最左邊的(Chinese Traditional)將對

應到的那一列圓圈的選擇選起來點選完畢後選擇頁面最下

面的(Save configuration)按鈕存檔

圖四十六 Drupal 中文化設定

65

14Drupal 7 安裝模組教學

1到 Drupal 頁面選擇上面的列表(模組)點選之後可以看到

許多模組的選項然後要注意描述欄位的顯示在描述的欄

位裡面的依賴模組只要有顯示(遺失)代表此模組是無法啟

用的

圖四十七 相關模組遺失頁面

66

2需要補齊遺失的其他模組才能啟動這個模組首先先到

Drupal 的官網 httpswwwdrupalorgprojectviews

將網址 poroject後面改成遺失模組的名稱更改完成後進入

頁面最下方會有載點

圖四十八 下載新模組頁面

網頁上面會有三個顏色的載點這三個顏色分別是

綠色安全穩定的版本下載首選

黃色測試版本不穩定專門給一些測試人員使用的

紅色開發階段的版本很多設定還沒完成專門提供給開發人

員或是幫忙開發人員

3當在官網上找到新模組後有兩種方式可以進行安裝

67

方式一

(1)到下載頁面進行模組下載載點有兩個 TargzZip 都可下

載下載完後進行解壓縮

圖四十九 下載 Drupal 新模組的下載頁面

(2)解壓所完畢後回到Drupal頁面點選上方的工具列的[模組]

選項進去後找到[+ 安裝模組]

圖五十 Drupal 新模組安裝頁面

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

68

圖五十一 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十二 模組啟動頁面

69

方法二

(1)進入到模組下載再想到下載的模組選項點右鍵點選[複

製連結網址]

圖五十三 選擇模組下載頁面

(2)回到 Drupal 模組安裝頁面進行安裝將模組網址複製進

[從網址(URL)-安裝]之後點選頁面下面的[安裝]鍵即

可完成安裝

圖五十四 模組安裝頁面

70

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

圖五十五 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十六 模組啟動頁面

71

15本計畫執行步驟將分為 資料搜集與研讀硬體電路設計與製作晶片韌體程式撰寫運動

訊號分析與辨識手機 APP 程式撰寫建置「雲端運動健康管理系統」

系統功能整合測試詳細說明如下

15-1資料搜集與研讀

搜集目前運動與健康管理相關發展情形穿戴式裝置研發的相關

技術與應用研讀 SoC 晶片功能特性與使用六軸運動感測器BLE

技術與模組晶片的相關 Datasheets 資料動作辨認(Activity

Recognition)相關理論與演算論文

15-2硬體電路設計製作

本計畫製作的核心是穿戴式裝置軟硬體設計主要是採用 TI

CC2530 低功耗與多樣化介面功能偵測活動量的六軸運動感測器使

用 IIC 通訊介面連接 BLE 短程無線傳輸模組是 UART 介面按鍵

與指示燈使用 GPIO 接腳

15-3晶片韌體程式

穿戴式裝置的 TI CC2530 軔體程式開發包括下列三部份重點

(1)硬體層的定義必須配合硬體電路的規劃方便函式庫與主程式

的使用(2)針對 UARTIIC 等介面電路的資料傳輸必須先建置好

相對的函式庫方便主控程式取用(3)主程式的流程規劃必須配合

實際的功能規劃並訂定與其他裝置連接的傳輸通訊協定穿戴式

裝置的程式流程如下裝置 POWER ON 或 RESET 後先初始化晶片

等待手機透過 BLE 下達選項設定與啟動指令啟動後開始偵測活動

量並定時將資料透過 BLE 回傳到手機上顯示直到手機下達停

止指令

15-4運動訊號分析與辨識

使用者可配戴在身體特定部位如頭部手臂手腕腰部大腿

小腿透過裝置內建感測器記錄 身體各部位的活動量穿戴式裝

置穿戴在身體不同部位透過 BLE 傳輸到 PC 用 StamPlot 作分析

StamPlot 測試分析的結果找出 六軸運動感測(三軸加速計+三軸陀螺

儀)活動量的變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌體程式做為

活動量計數與分析的依據並可統計動作正確性的百分比本計畫先

從簡單運動開始做分析如走路跑步騎單車甩手功hellip等未來

可做更複雜的運動量分析StamPlot活動量分析如圖 4有關訊號濾

波與辨識演算將參考相關論文StampPlot 測試分析的結果找出活

動量的三軸加速計 xyz 變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌

72

體程式做為活動量計數的依據並統計動作正確性的百分比

圖五十七 StamPlot活動量分析圖

15-5StampPlot StampPlot 為繪圖指示記錄和串行數據的控制典型地由一個微 控制器雖然也可以使用其它源 完全可配置從控制器或通過基於 PC 的宏文件雖然從基本郵票（R） 視差是我們的最愛幾乎所有控制器可以傳達到 PC 機的串口 可以使用的端口 控制器的那個使用 USB 和虛擬串口驅動程序也可以使用

圖五十八 程式啟動頁面

73

StampPlot 分析運動特徵值

圖五十九 運動特徵值

16運動量偵測與記錄測試 穿戴式裝置啟動或重置後智慧型手機 App 程式透過 BLE 或 RF

自動搜尋週圍裝置並逐一確認裝置連線與穿戴位置

確認好偵測部位動作與預計活動時間後按下 Start 鍵手

機 APP 可即時監看量狀況完成活動後按下停止鍵記錄活動日

期時間活動量等資料

按下上傳鍵利用 APP Inventor TinyWebDB可將記錄資料上

傳到 Google 雲端伺服器

上圖顯示記錄與查看運動狀態資料利用上下頁功能鍵可查

閱 Google 雲端 TinyWebDB 的歷史資料此外APP 也能接收到

血壓心跳體重體溫等生理訊號資料並顯示在手機畫面

74

17手機 App 程式

智慧型手機可使用 App 程式透過 BLE 直接連接穿戴式裝

置可直接顯示健康資料訊息做簡單的健康管理並可下

達指令變更穿戴式裝置的設定做為穿戴式裝置的人機介

面也可以利用連接網際網路方式做為穿戴式裝置與外部

網路轉發訊息的橋樑Apps 程式我們選用 APP Inventor 2

這套 Web 線上開發工具它是簡易式的 Android APP 開發軟

體視覺化的圖形介面設計與拼圖式的程式開發很容易上

手主要包括人機介面的操作藍牙通訊傳輸顯示個人運

動處方提醒運動時間運動資料的記錄調閱與上傳雲端

伺服機運動狀態分析與異常警示hellip等功能

圖六十 手機 APP 成品畫面

75

17-1App Inventor 背景介紹 Google App Inventor 在去年底(2010 年底)時正式開放給所

有使用者使用當然這個 Project 在正式推出之前早已在許

多高中大學校園當中做了許多教學測試可見得 Google 選擇

發展這樣的開發路徑瞄準的就是教育市場希望從校園當中開

始掌握第一批的潛在使用者及開發者這樣的策略其實對於

Android 這樣的開放式平台可說是自然而然的事並且從開發工

具模擬器實機測試等一路上所需使用的軟體均可免費取得

自由測試對於教學用途的使用實在是可說是最理想的方式了

由於是針對學生族群Google 在這個部分特別引入在教育系統

當中頗為成功的 Scratch 來作為拼圖式程式寫作的基礎實際

上 Google App Inventor 負責教授即來自 MIT 與 Scratch 技

術發展有相當深且廣的關聯標榜可以讓使用者完全不需寫任何

程式碼即可完成應用程式開發更驚訝的是已經支援 NXT 樂

高機器人程式開發使得 Android 與 NXT 的結合應用更添了

許多想像空間

由於 App Inventor 突破性的發展使得原本可能是處於高階程

式設計師領域的手機應用程式開發一下子成為國小學童接觸程

式設計的最初入門磚學習 Android 裝置程式設計可以不必

學習較為艱澀的 Java 語法只要使用拼圖模式來組合程式就

可以完成 Android 裝置的應用程式MIT App Inventor 2網站

提供雲端服務讓我們可以免費使用其提供的強大功能來設計

Android 裝置上的 App 應用程式完成作品後還可以上傳到

Google Play 商店Android 作業系統是一個以 Linux 為基礎

的開放原始碼作業系統中文俗稱為「安卓」其起源最早是在

西元 2003 年由安迪魯賓（Andy Rubin）所開發製作目前由

Google 公司成立的開放手持設備聯盟 Open Handset Alliance

（OHA）來持續開發主導

Android 作業系統的應用層面最早是由智慧型手機開始後來

逐漸擴展到平板電腦及其他領域上在西元 2010 年底Android

作業系統成為全球第一大智慧型手機作業系統其市佔率超過

Apple 公司的 iOS 作業系統

Google 公司在西元 2010 年為了讓更多人在沒有程式基礎的

狀況下能夠開發 Android 裝置應用程式推出 Google App

76

Inventor for Android 工具軟體讓使用者可以運用拼圖模式

來組合程式語法進而發展 Android 裝置的應用程式

後來Google 公司在西元 2012 年將此軟體移轉給美國麻省

理工學院（MIT）的行動學習中心（MIT Center for Mobile

Learning）來維護並引導使用者進入 App 應用程式開發的世界

使用者開發完成的程式可以下載到任何使用 Android 作業系

統的裝置包括智慧型手機或平板電腦

在 App 程式開發過程中我們可以使用模擬器或 Android 裝

置來測試應用程式執行的狀況待完成相關開發作業後更可

以將應用程式上傳到 Google Play 商店提供大眾下載安裝

77

18建置「雲端健康管理系統」

在 PC 電腦使用 Apache Server 架設一個私有雲的遠端伺服主機

並使用 PHP程式撰寫雲端健康管理程式透過 MySQL資料庫與 VB 2010

介面監控程式連接將智慧型手機或 PC 電腦的個人健康自主管理資

料上傳雲端提供健康專問題仍需專業醫生或照護人員協助因此

雲端監控技術因應而生可直接將配戴式裝置記錄的健康資料傳送

到雲端健康照護系統提供遠端的家人照護人員與醫生做查詢

診斷與後續的照護處置

Visual basic 與 MySQL 資料庫建置

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程

78

19進度表

19-1預期結果

本計畫結合嵌入式晶片運動感測藍牙技術製作的運動健康管理

用的穿戴式裝置可透過智慧型手機生理訊號監控測與雲端技術

建置一套「運動健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自

主管理工具本計畫預期產出研究成果有

1針對不同運動型態必須偵測身體不同部位的運動特徵值本計畫

製作不同型式的穿戴配件讓使用者可配戴在身體特定部位如頭

部手臂手腕腰部大腿小腿身體各部位的活動量

2由於可配戴在身體不同部位使用智慧型手機透過最新 BLE 無線傳

輸技術做為人機介面方便使用者操作與記錄資料讓穿戴式裝

置有更彈性的配戴方式與應用場合

3運動偵測採用六軸運動感測(MPU-6050 模組三軸加速計+三軸陀螺

儀)比傳統三軸加速計或斜震感測器(計步器)可更精確偵測與分

析運動量與運動姿態的正確性

4穿戴式裝置搭配「雲端健康管理系統」上可為自己量身訂做一套

運動處方透過智慧型手機定時提醒使用者運動時間運動份量

穿戴式裝置的運動記錄與生理訊號量測的資料分析可用來檢視這

套運動處方的成效做為進一步調整或改善的依據

5在執行本計畫過程中本人可以藉此學習到電路設計程式撰寫

月次

工作項目 7 8 9 10 11 12 1 2

1資料搜集整理與研讀

2硬體電路設計與製作

3晶片韌體程式撰寫

4運動訊號分析與辨識

5手機 App 程式撰寫

6建置雲端運動健康管

理系統

7系統功能整合測試

8撰寫報告

79

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

[5] N Ravi N Dandekar P Mysore ML Littmanrdquo Activity

Recognition from Accelerometer Datardquo American

Association for Artifi cial Intelligence (wwwaaaiorg)

2005

[6 ] Yonglei Zheng Weng-Keen Wong Xinze Guan Stewart

Trostrdquo Physical Activity Recognition from Accelerometer

Data Using a Multi-Scale Ensemble Methodrdquo Innovative

Applications of Artificial Intelligence Twenty-Fifth IAAI

Conference2013

[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

Activity Recognition from Accelerometer Data Using a

Wearable Devicerdquo Pattern Recognition and Image Analysis

Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

[9] Holetk Semiconductor IncldquoDatasheet of HT66Fxxrdquo

httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

2進入下列網站 httpdrupalorgporjectdrupal 選下載 Drupal7然後解壓縮

圖三十二 下載主程式的頁面

53

3把下載好的 Drupal 壓縮檔解壓縮找到資料夾裡面的

Dxampphtdocsdrupalsitesdefaultdefault

settingphp把 defultsettingphp 這個檔案複製之後重

新命名為 Settingphp 並和 defultsettingsphp 放在同一

個資料夾內兩個檔案都要存在

圖三十三 設定 Drupal 的路徑檔案

54

圖三十四 設定 Drupal 的路徑檔-2

4將整個 Drupal 資料夾移到伺服器檔案根目錄下如果預設目

錄沒改的話路徑應該會是 Cxampphtdocsdrupal7

圖三十五 將設定檔移至伺服器根目錄下

55

5在網址列輸入 http127001drupal7installphp

就會進入 Drupal7 安裝步驟

圖三十六 進入 Drupal 的安裝畫面

56

6語言選擇預設只有英文安裝完之後可以另外安裝語言包

或者先安裝好語言包 先採用預設的就進行安裝

圖三十七 進行 Drupal 語言選擇

57

7輸入我們在建立資料庫名稱和 MySQL 的帳號密碼輸入好按

下一步(Save and continue)

圖三十八 進行設定 Drupal 帳號密碼

58

8此時 Drupal 已大致完成頁面上會要求妳填寫一些資訊包

括這個網站的名稱網站電子郵件地址和第 1 個使用者的

帳號密碼這個帳號會成之後的管理員然後按

(Save and continue)的按鈕完成安裝完成後會在設定網頁

的基本資訊

圖三十九 進行網頁的基本設定

59

圖四十 進行網頁的基本設定-1

圖四十一 Drupal 基本設定完成頁面

60

10安裝完成後會自動跳進去初使畫面

圖四十二 Drupal 啟用畫面

61

13Drupal 7 中文化設定教學

1輸入此網址 httpdrupaltaiwanorglocalized進行下載

中文化安裝模組在下載時要注意安裝的版本

圖四十三 中文模組下載頁面

62

2下載完後解壓縮回到 Drupal 網頁選擇最上面功能列的

(Modules)點選完後在主要模組區找到(Locale)將前面的選

項打勾點選完畢後滑到頁面最下面選擇(Save)

圖四十四 選擇模組開啟頁面

63

3點選上方的工具列選擇(Configuration)gt(Regional and

Ianguage)gt(Translate interface)選擇下面的(IMPORT)將

下面(Language file)選擇以解壓縮的中文包在(Import

into)選擇(Chinese Traditional(繁體中文))設定完畢後

點選最下面(Import)選項

圖四十五 中文模組包安裝頁面

64

4點選上面的工具列(Configuration)gt(Regional and

language)點選下面的(LIST)在下面的表格找到(DEFAULT)

的欄位對應到欄位最左邊的(Chinese Traditional)將對

應到的那一列圓圈的選擇選起來點選完畢後選擇頁面最下

面的(Save configuration)按鈕存檔

圖四十六 Drupal 中文化設定

65

14Drupal 7 安裝模組教學

1到 Drupal 頁面選擇上面的列表(模組)點選之後可以看到

許多模組的選項然後要注意描述欄位的顯示在描述的欄

位裡面的依賴模組只要有顯示(遺失)代表此模組是無法啟

用的

圖四十七 相關模組遺失頁面

66

2需要補齊遺失的其他模組才能啟動這個模組首先先到

Drupal 的官網 httpswwwdrupalorgprojectviews

將網址 poroject後面改成遺失模組的名稱更改完成後進入

頁面最下方會有載點

圖四十八 下載新模組頁面

網頁上面會有三個顏色的載點這三個顏色分別是

綠色安全穩定的版本下載首選

黃色測試版本不穩定專門給一些測試人員使用的

紅色開發階段的版本很多設定還沒完成專門提供給開發人

員或是幫忙開發人員

3當在官網上找到新模組後有兩種方式可以進行安裝

67

方式一

(1)到下載頁面進行模組下載載點有兩個 TargzZip 都可下

載下載完後進行解壓縮

圖四十九 下載 Drupal 新模組的下載頁面

(2)解壓所完畢後回到Drupal頁面點選上方的工具列的[模組]

選項進去後找到[+ 安裝模組]

圖五十 Drupal 新模組安裝頁面

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

68

圖五十一 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十二 模組啟動頁面

69

方法二

(1)進入到模組下載再想到下載的模組選項點右鍵點選[複

製連結網址]

圖五十三 選擇模組下載頁面

(2)回到 Drupal 模組安裝頁面進行安裝將模組網址複製進

[從網址(URL)-安裝]之後點選頁面下面的[安裝]鍵即

可完成安裝

圖五十四 模組安裝頁面

70

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

圖五十五 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十六 模組啟動頁面

71

15本計畫執行步驟將分為 資料搜集與研讀硬體電路設計與製作晶片韌體程式撰寫運動

訊號分析與辨識手機 APP 程式撰寫建置「雲端運動健康管理系統」

系統功能整合測試詳細說明如下

15-1資料搜集與研讀

搜集目前運動與健康管理相關發展情形穿戴式裝置研發的相關

技術與應用研讀 SoC 晶片功能特性與使用六軸運動感測器BLE

技術與模組晶片的相關 Datasheets 資料動作辨認(Activity

Recognition)相關理論與演算論文

15-2硬體電路設計製作

本計畫製作的核心是穿戴式裝置軟硬體設計主要是採用 TI

CC2530 低功耗與多樣化介面功能偵測活動量的六軸運動感測器使

用 IIC 通訊介面連接 BLE 短程無線傳輸模組是 UART 介面按鍵

與指示燈使用 GPIO 接腳

15-3晶片韌體程式

穿戴式裝置的 TI CC2530 軔體程式開發包括下列三部份重點

(1)硬體層的定義必須配合硬體電路的規劃方便函式庫與主程式

的使用(2)針對 UARTIIC 等介面電路的資料傳輸必須先建置好

相對的函式庫方便主控程式取用(3)主程式的流程規劃必須配合

實際的功能規劃並訂定與其他裝置連接的傳輸通訊協定穿戴式

裝置的程式流程如下裝置 POWER ON 或 RESET 後先初始化晶片

等待手機透過 BLE 下達選項設定與啟動指令啟動後開始偵測活動

量並定時將資料透過 BLE 回傳到手機上顯示直到手機下達停

止指令

15-4運動訊號分析與辨識

使用者可配戴在身體特定部位如頭部手臂手腕腰部大腿

小腿透過裝置內建感測器記錄 身體各部位的活動量穿戴式裝

置穿戴在身體不同部位透過 BLE 傳輸到 PC 用 StamPlot 作分析

StamPlot 測試分析的結果找出 六軸運動感測(三軸加速計+三軸陀螺

儀)活動量的變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌體程式做為

活動量計數與分析的依據並可統計動作正確性的百分比本計畫先

從簡單運動開始做分析如走路跑步騎單車甩手功hellip等未來

可做更複雜的運動量分析StamPlot活動量分析如圖 4有關訊號濾

波與辨識演算將參考相關論文StampPlot 測試分析的結果找出活

動量的三軸加速計 xyz 變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌

72

體程式做為活動量計數的依據並統計動作正確性的百分比

圖五十七 StamPlot活動量分析圖

15-5StampPlot StampPlot 為繪圖指示記錄和串行數據的控制典型地由一個微 控制器雖然也可以使用其它源 完全可配置從控制器或通過基於 PC 的宏文件雖然從基本郵票（R） 視差是我們的最愛幾乎所有控制器可以傳達到 PC 機的串口 可以使用的端口 控制器的那個使用 USB 和虛擬串口驅動程序也可以使用

圖五十八 程式啟動頁面

73

StampPlot 分析運動特徵值

圖五十九 運動特徵值

16運動量偵測與記錄測試 穿戴式裝置啟動或重置後智慧型手機 App 程式透過 BLE 或 RF

自動搜尋週圍裝置並逐一確認裝置連線與穿戴位置

確認好偵測部位動作與預計活動時間後按下 Start 鍵手

機 APP 可即時監看量狀況完成活動後按下停止鍵記錄活動日

期時間活動量等資料

按下上傳鍵利用 APP Inventor TinyWebDB可將記錄資料上

傳到 Google 雲端伺服器

上圖顯示記錄與查看運動狀態資料利用上下頁功能鍵可查

閱 Google 雲端 TinyWebDB 的歷史資料此外APP 也能接收到

血壓心跳體重體溫等生理訊號資料並顯示在手機畫面

74

17手機 App 程式

智慧型手機可使用 App 程式透過 BLE 直接連接穿戴式裝

置可直接顯示健康資料訊息做簡單的健康管理並可下

達指令變更穿戴式裝置的設定做為穿戴式裝置的人機介

面也可以利用連接網際網路方式做為穿戴式裝置與外部

網路轉發訊息的橋樑Apps 程式我們選用 APP Inventor 2

這套 Web 線上開發工具它是簡易式的 Android APP 開發軟

體視覺化的圖形介面設計與拼圖式的程式開發很容易上

手主要包括人機介面的操作藍牙通訊傳輸顯示個人運

動處方提醒運動時間運動資料的記錄調閱與上傳雲端

伺服機運動狀態分析與異常警示hellip等功能

圖六十 手機 APP 成品畫面

75

17-1App Inventor 背景介紹 Google App Inventor 在去年底(2010 年底)時正式開放給所

有使用者使用當然這個 Project 在正式推出之前早已在許

多高中大學校園當中做了許多教學測試可見得 Google 選擇

發展這樣的開發路徑瞄準的就是教育市場希望從校園當中開

始掌握第一批的潛在使用者及開發者這樣的策略其實對於

Android 這樣的開放式平台可說是自然而然的事並且從開發工

具模擬器實機測試等一路上所需使用的軟體均可免費取得

自由測試對於教學用途的使用實在是可說是最理想的方式了

由於是針對學生族群Google 在這個部分特別引入在教育系統

當中頗為成功的 Scratch 來作為拼圖式程式寫作的基礎實際

上 Google App Inventor 負責教授即來自 MIT 與 Scratch 技

術發展有相當深且廣的關聯標榜可以讓使用者完全不需寫任何

程式碼即可完成應用程式開發更驚訝的是已經支援 NXT 樂

高機器人程式開發使得 Android 與 NXT 的結合應用更添了

許多想像空間

由於 App Inventor 突破性的發展使得原本可能是處於高階程

式設計師領域的手機應用程式開發一下子成為國小學童接觸程

式設計的最初入門磚學習 Android 裝置程式設計可以不必

學習較為艱澀的 Java 語法只要使用拼圖模式來組合程式就

可以完成 Android 裝置的應用程式MIT App Inventor 2網站

提供雲端服務讓我們可以免費使用其提供的強大功能來設計

Android 裝置上的 App 應用程式完成作品後還可以上傳到

Google Play 商店Android 作業系統是一個以 Linux 為基礎

的開放原始碼作業系統中文俗稱為「安卓」其起源最早是在

西元 2003 年由安迪魯賓（Andy Rubin）所開發製作目前由

Google 公司成立的開放手持設備聯盟 Open Handset Alliance

（OHA）來持續開發主導

Android 作業系統的應用層面最早是由智慧型手機開始後來

逐漸擴展到平板電腦及其他領域上在西元 2010 年底Android

作業系統成為全球第一大智慧型手機作業系統其市佔率超過

Apple 公司的 iOS 作業系統

Google 公司在西元 2010 年為了讓更多人在沒有程式基礎的

狀況下能夠開發 Android 裝置應用程式推出 Google App

76

Inventor for Android 工具軟體讓使用者可以運用拼圖模式

來組合程式語法進而發展 Android 裝置的應用程式

後來Google 公司在西元 2012 年將此軟體移轉給美國麻省

理工學院（MIT）的行動學習中心（MIT Center for Mobile

Learning）來維護並引導使用者進入 App 應用程式開發的世界

使用者開發完成的程式可以下載到任何使用 Android 作業系

統的裝置包括智慧型手機或平板電腦

在 App 程式開發過程中我們可以使用模擬器或 Android 裝

置來測試應用程式執行的狀況待完成相關開發作業後更可

以將應用程式上傳到 Google Play 商店提供大眾下載安裝

77

18建置「雲端健康管理系統」

在 PC 電腦使用 Apache Server 架設一個私有雲的遠端伺服主機

並使用 PHP程式撰寫雲端健康管理程式透過 MySQL資料庫與 VB 2010

介面監控程式連接將智慧型手機或 PC 電腦的個人健康自主管理資

料上傳雲端提供健康專問題仍需專業醫生或照護人員協助因此

雲端監控技術因應而生可直接將配戴式裝置記錄的健康資料傳送

到雲端健康照護系統提供遠端的家人照護人員與醫生做查詢

診斷與後續的照護處置

Visual basic 與 MySQL 資料庫建置

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程

78

19進度表

19-1預期結果

本計畫結合嵌入式晶片運動感測藍牙技術製作的運動健康管理

用的穿戴式裝置可透過智慧型手機生理訊號監控測與雲端技術

建置一套「運動健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自

主管理工具本計畫預期產出研究成果有

1針對不同運動型態必須偵測身體不同部位的運動特徵值本計畫

製作不同型式的穿戴配件讓使用者可配戴在身體特定部位如頭

部手臂手腕腰部大腿小腿身體各部位的活動量

2由於可配戴在身體不同部位使用智慧型手機透過最新 BLE 無線傳

輸技術做為人機介面方便使用者操作與記錄資料讓穿戴式裝

置有更彈性的配戴方式與應用場合

3運動偵測採用六軸運動感測(MPU-6050 模組三軸加速計+三軸陀螺

儀)比傳統三軸加速計或斜震感測器(計步器)可更精確偵測與分

析運動量與運動姿態的正確性

4穿戴式裝置搭配「雲端健康管理系統」上可為自己量身訂做一套

運動處方透過智慧型手機定時提醒使用者運動時間運動份量

穿戴式裝置的運動記錄與生理訊號量測的資料分析可用來檢視這

套運動處方的成效做為進一步調整或改善的依據

5在執行本計畫過程中本人可以藉此學習到電路設計程式撰寫

月次

工作項目 7 8 9 10 11 12 1 2

1資料搜集整理與研讀

2硬體電路設計與製作

3晶片韌體程式撰寫

4運動訊號分析與辨識

5手機 App 程式撰寫

6建置雲端運動健康管

理系統

7系統功能整合測試

8撰寫報告

79

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

[5] N Ravi N Dandekar P Mysore ML Littmanrdquo Activity

Recognition from Accelerometer Datardquo American

Association for Artifi cial Intelligence (wwwaaaiorg)

2005

[6 ] Yonglei Zheng Weng-Keen Wong Xinze Guan Stewart

Trostrdquo Physical Activity Recognition from Accelerometer

Data Using a Multi-Scale Ensemble Methodrdquo Innovative

Applications of Artificial Intelligence Twenty-Fifth IAAI

Conference2013

[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

Activity Recognition from Accelerometer Data Using a

Wearable Devicerdquo Pattern Recognition and Image Analysis

Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

[9] Holetk Semiconductor IncldquoDatasheet of HT66Fxxrdquo

httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

3把下載好的 Drupal 壓縮檔解壓縮找到資料夾裡面的

Dxampphtdocsdrupalsitesdefaultdefault

settingphp把 defultsettingphp 這個檔案複製之後重

新命名為 Settingphp 並和 defultsettingsphp 放在同一

個資料夾內兩個檔案都要存在

圖三十三 設定 Drupal 的路徑檔案

54

圖三十四 設定 Drupal 的路徑檔-2

4將整個 Drupal 資料夾移到伺服器檔案根目錄下如果預設目

錄沒改的話路徑應該會是 Cxampphtdocsdrupal7

圖三十五 將設定檔移至伺服器根目錄下

55

5在網址列輸入 http127001drupal7installphp

就會進入 Drupal7 安裝步驟

圖三十六 進入 Drupal 的安裝畫面

56

6語言選擇預設只有英文安裝完之後可以另外安裝語言包

或者先安裝好語言包 先採用預設的就進行安裝

圖三十七 進行 Drupal 語言選擇

57

7輸入我們在建立資料庫名稱和 MySQL 的帳號密碼輸入好按

下一步(Save and continue)

圖三十八 進行設定 Drupal 帳號密碼

58

8此時 Drupal 已大致完成頁面上會要求妳填寫一些資訊包

括這個網站的名稱網站電子郵件地址和第 1 個使用者的

帳號密碼這個帳號會成之後的管理員然後按

(Save and continue)的按鈕完成安裝完成後會在設定網頁

的基本資訊

圖三十九 進行網頁的基本設定

59

圖四十 進行網頁的基本設定-1

圖四十一 Drupal 基本設定完成頁面

60

10安裝完成後會自動跳進去初使畫面

圖四十二 Drupal 啟用畫面

61

13Drupal 7 中文化設定教學

1輸入此網址 httpdrupaltaiwanorglocalized進行下載

中文化安裝模組在下載時要注意安裝的版本

圖四十三 中文模組下載頁面

62

2下載完後解壓縮回到 Drupal 網頁選擇最上面功能列的

(Modules)點選完後在主要模組區找到(Locale)將前面的選

項打勾點選完畢後滑到頁面最下面選擇(Save)

圖四十四 選擇模組開啟頁面

63

3點選上方的工具列選擇(Configuration)gt(Regional and

Ianguage)gt(Translate interface)選擇下面的(IMPORT)將

下面(Language file)選擇以解壓縮的中文包在(Import

into)選擇(Chinese Traditional(繁體中文))設定完畢後

點選最下面(Import)選項

圖四十五 中文模組包安裝頁面

64

4點選上面的工具列(Configuration)gt(Regional and

language)點選下面的(LIST)在下面的表格找到(DEFAULT)

的欄位對應到欄位最左邊的(Chinese Traditional)將對

應到的那一列圓圈的選擇選起來點選完畢後選擇頁面最下

面的(Save configuration)按鈕存檔

圖四十六 Drupal 中文化設定

65

14Drupal 7 安裝模組教學

1到 Drupal 頁面選擇上面的列表(模組)點選之後可以看到

許多模組的選項然後要注意描述欄位的顯示在描述的欄

位裡面的依賴模組只要有顯示(遺失)代表此模組是無法啟

用的

圖四十七 相關模組遺失頁面

66

2需要補齊遺失的其他模組才能啟動這個模組首先先到

Drupal 的官網 httpswwwdrupalorgprojectviews

將網址 poroject後面改成遺失模組的名稱更改完成後進入

頁面最下方會有載點

圖四十八 下載新模組頁面

網頁上面會有三個顏色的載點這三個顏色分別是

綠色安全穩定的版本下載首選

黃色測試版本不穩定專門給一些測試人員使用的

紅色開發階段的版本很多設定還沒完成專門提供給開發人

員或是幫忙開發人員

3當在官網上找到新模組後有兩種方式可以進行安裝

67

方式一

(1)到下載頁面進行模組下載載點有兩個 TargzZip 都可下

載下載完後進行解壓縮

圖四十九 下載 Drupal 新模組的下載頁面

(2)解壓所完畢後回到Drupal頁面點選上方的工具列的[模組]

選項進去後找到[+ 安裝模組]

圖五十 Drupal 新模組安裝頁面

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

68

圖五十一 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十二 模組啟動頁面

69

方法二

(1)進入到模組下載再想到下載的模組選項點右鍵點選[複

製連結網址]

圖五十三 選擇模組下載頁面

(2)回到 Drupal 模組安裝頁面進行安裝將模組網址複製進

[從網址(URL)-安裝]之後點選頁面下面的[安裝]鍵即

可完成安裝

圖五十四 模組安裝頁面

70

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

圖五十五 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十六 模組啟動頁面

71

15本計畫執行步驟將分為 資料搜集與研讀硬體電路設計與製作晶片韌體程式撰寫運動

訊號分析與辨識手機 APP 程式撰寫建置「雲端運動健康管理系統」

系統功能整合測試詳細說明如下

15-1資料搜集與研讀

搜集目前運動與健康管理相關發展情形穿戴式裝置研發的相關

技術與應用研讀 SoC 晶片功能特性與使用六軸運動感測器BLE

技術與模組晶片的相關 Datasheets 資料動作辨認(Activity

Recognition)相關理論與演算論文

15-2硬體電路設計製作

本計畫製作的核心是穿戴式裝置軟硬體設計主要是採用 TI

CC2530 低功耗與多樣化介面功能偵測活動量的六軸運動感測器使

用 IIC 通訊介面連接 BLE 短程無線傳輸模組是 UART 介面按鍵

與指示燈使用 GPIO 接腳

15-3晶片韌體程式

穿戴式裝置的 TI CC2530 軔體程式開發包括下列三部份重點

(1)硬體層的定義必須配合硬體電路的規劃方便函式庫與主程式

的使用(2)針對 UARTIIC 等介面電路的資料傳輸必須先建置好

相對的函式庫方便主控程式取用(3)主程式的流程規劃必須配合

實際的功能規劃並訂定與其他裝置連接的傳輸通訊協定穿戴式

裝置的程式流程如下裝置 POWER ON 或 RESET 後先初始化晶片

等待手機透過 BLE 下達選項設定與啟動指令啟動後開始偵測活動

量並定時將資料透過 BLE 回傳到手機上顯示直到手機下達停

止指令

15-4運動訊號分析與辨識

使用者可配戴在身體特定部位如頭部手臂手腕腰部大腿

小腿透過裝置內建感測器記錄 身體各部位的活動量穿戴式裝

置穿戴在身體不同部位透過 BLE 傳輸到 PC 用 StamPlot 作分析

StamPlot 測試分析的結果找出 六軸運動感測(三軸加速計+三軸陀螺

儀)活動量的變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌體程式做為

活動量計數與分析的依據並可統計動作正確性的百分比本計畫先

從簡單運動開始做分析如走路跑步騎單車甩手功hellip等未來

可做更複雜的運動量分析StamPlot活動量分析如圖 4有關訊號濾

波與辨識演算將參考相關論文StampPlot 測試分析的結果找出活

動量的三軸加速計 xyz 變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌

72

體程式做為活動量計數的依據並統計動作正確性的百分比

圖五十七 StamPlot活動量分析圖

15-5StampPlot StampPlot 為繪圖指示記錄和串行數據的控制典型地由一個微 控制器雖然也可以使用其它源 完全可配置從控制器或通過基於 PC 的宏文件雖然從基本郵票（R） 視差是我們的最愛幾乎所有控制器可以傳達到 PC 機的串口 可以使用的端口 控制器的那個使用 USB 和虛擬串口驅動程序也可以使用

圖五十八 程式啟動頁面

73

StampPlot 分析運動特徵值

圖五十九 運動特徵值

16運動量偵測與記錄測試 穿戴式裝置啟動或重置後智慧型手機 App 程式透過 BLE 或 RF

自動搜尋週圍裝置並逐一確認裝置連線與穿戴位置

確認好偵測部位動作與預計活動時間後按下 Start 鍵手

機 APP 可即時監看量狀況完成活動後按下停止鍵記錄活動日

期時間活動量等資料

按下上傳鍵利用 APP Inventor TinyWebDB可將記錄資料上

傳到 Google 雲端伺服器

上圖顯示記錄與查看運動狀態資料利用上下頁功能鍵可查

閱 Google 雲端 TinyWebDB 的歷史資料此外APP 也能接收到

血壓心跳體重體溫等生理訊號資料並顯示在手機畫面

74

17手機 App 程式

智慧型手機可使用 App 程式透過 BLE 直接連接穿戴式裝

置可直接顯示健康資料訊息做簡單的健康管理並可下

達指令變更穿戴式裝置的設定做為穿戴式裝置的人機介

面也可以利用連接網際網路方式做為穿戴式裝置與外部

網路轉發訊息的橋樑Apps 程式我們選用 APP Inventor 2

這套 Web 線上開發工具它是簡易式的 Android APP 開發軟

體視覺化的圖形介面設計與拼圖式的程式開發很容易上

手主要包括人機介面的操作藍牙通訊傳輸顯示個人運

動處方提醒運動時間運動資料的記錄調閱與上傳雲端

伺服機運動狀態分析與異常警示hellip等功能

圖六十 手機 APP 成品畫面

75

17-1App Inventor 背景介紹 Google App Inventor 在去年底(2010 年底)時正式開放給所

有使用者使用當然這個 Project 在正式推出之前早已在許

多高中大學校園當中做了許多教學測試可見得 Google 選擇

發展這樣的開發路徑瞄準的就是教育市場希望從校園當中開

始掌握第一批的潛在使用者及開發者這樣的策略其實對於

Android 這樣的開放式平台可說是自然而然的事並且從開發工

具模擬器實機測試等一路上所需使用的軟體均可免費取得

自由測試對於教學用途的使用實在是可說是最理想的方式了

由於是針對學生族群Google 在這個部分特別引入在教育系統

當中頗為成功的 Scratch 來作為拼圖式程式寫作的基礎實際

上 Google App Inventor 負責教授即來自 MIT 與 Scratch 技

術發展有相當深且廣的關聯標榜可以讓使用者完全不需寫任何

程式碼即可完成應用程式開發更驚訝的是已經支援 NXT 樂

高機器人程式開發使得 Android 與 NXT 的結合應用更添了

許多想像空間

由於 App Inventor 突破性的發展使得原本可能是處於高階程

式設計師領域的手機應用程式開發一下子成為國小學童接觸程

式設計的最初入門磚學習 Android 裝置程式設計可以不必

學習較為艱澀的 Java 語法只要使用拼圖模式來組合程式就

可以完成 Android 裝置的應用程式MIT App Inventor 2網站

提供雲端服務讓我們可以免費使用其提供的強大功能來設計

Android 裝置上的 App 應用程式完成作品後還可以上傳到

Google Play 商店Android 作業系統是一個以 Linux 為基礎

的開放原始碼作業系統中文俗稱為「安卓」其起源最早是在

西元 2003 年由安迪魯賓（Andy Rubin）所開發製作目前由

Google 公司成立的開放手持設備聯盟 Open Handset Alliance

（OHA）來持續開發主導

Android 作業系統的應用層面最早是由智慧型手機開始後來

逐漸擴展到平板電腦及其他領域上在西元 2010 年底Android

作業系統成為全球第一大智慧型手機作業系統其市佔率超過

Apple 公司的 iOS 作業系統

Google 公司在西元 2010 年為了讓更多人在沒有程式基礎的

狀況下能夠開發 Android 裝置應用程式推出 Google App

76

Inventor for Android 工具軟體讓使用者可以運用拼圖模式

來組合程式語法進而發展 Android 裝置的應用程式

後來Google 公司在西元 2012 年將此軟體移轉給美國麻省

理工學院（MIT）的行動學習中心（MIT Center for Mobile

Learning）來維護並引導使用者進入 App 應用程式開發的世界

使用者開發完成的程式可以下載到任何使用 Android 作業系

統的裝置包括智慧型手機或平板電腦

在 App 程式開發過程中我們可以使用模擬器或 Android 裝

置來測試應用程式執行的狀況待完成相關開發作業後更可

以將應用程式上傳到 Google Play 商店提供大眾下載安裝

77

18建置「雲端健康管理系統」

在 PC 電腦使用 Apache Server 架設一個私有雲的遠端伺服主機

並使用 PHP程式撰寫雲端健康管理程式透過 MySQL資料庫與 VB 2010

介面監控程式連接將智慧型手機或 PC 電腦的個人健康自主管理資

料上傳雲端提供健康專問題仍需專業醫生或照護人員協助因此

雲端監控技術因應而生可直接將配戴式裝置記錄的健康資料傳送

到雲端健康照護系統提供遠端的家人照護人員與醫生做查詢

診斷與後續的照護處置

Visual basic 與 MySQL 資料庫建置

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程

78

19進度表

19-1預期結果

本計畫結合嵌入式晶片運動感測藍牙技術製作的運動健康管理

用的穿戴式裝置可透過智慧型手機生理訊號監控測與雲端技術

建置一套「運動健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自

主管理工具本計畫預期產出研究成果有

1針對不同運動型態必須偵測身體不同部位的運動特徵值本計畫

製作不同型式的穿戴配件讓使用者可配戴在身體特定部位如頭

部手臂手腕腰部大腿小腿身體各部位的活動量

2由於可配戴在身體不同部位使用智慧型手機透過最新 BLE 無線傳

輸技術做為人機介面方便使用者操作與記錄資料讓穿戴式裝

置有更彈性的配戴方式與應用場合

3運動偵測採用六軸運動感測(MPU-6050 模組三軸加速計+三軸陀螺

儀)比傳統三軸加速計或斜震感測器(計步器)可更精確偵測與分

析運動量與運動姿態的正確性

4穿戴式裝置搭配「雲端健康管理系統」上可為自己量身訂做一套

運動處方透過智慧型手機定時提醒使用者運動時間運動份量

穿戴式裝置的運動記錄與生理訊號量測的資料分析可用來檢視這

套運動處方的成效做為進一步調整或改善的依據

5在執行本計畫過程中本人可以藉此學習到電路設計程式撰寫

月次

工作項目 7 8 9 10 11 12 1 2

1資料搜集整理與研讀

2硬體電路設計與製作

3晶片韌體程式撰寫

4運動訊號分析與辨識

5手機 App 程式撰寫

6建置雲端運動健康管

理系統

7系統功能整合測試

8撰寫報告

79

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

[5] N Ravi N Dandekar P Mysore ML Littmanrdquo Activity

Recognition from Accelerometer Datardquo American

Association for Artifi cial Intelligence (wwwaaaiorg)

2005

[6 ] Yonglei Zheng Weng-Keen Wong Xinze Guan Stewart

Trostrdquo Physical Activity Recognition from Accelerometer

Data Using a Multi-Scale Ensemble Methodrdquo Innovative

Applications of Artificial Intelligence Twenty-Fifth IAAI

Conference2013

[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

Activity Recognition from Accelerometer Data Using a

Wearable Devicerdquo Pattern Recognition and Image Analysis

Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

[9] Holetk Semiconductor IncldquoDatasheet of HT66Fxxrdquo

httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

圖三十四 設定 Drupal 的路徑檔-2

4將整個 Drupal 資料夾移到伺服器檔案根目錄下如果預設目

錄沒改的話路徑應該會是 Cxampphtdocsdrupal7

圖三十五 將設定檔移至伺服器根目錄下

55

5在網址列輸入 http127001drupal7installphp

就會進入 Drupal7 安裝步驟

圖三十六 進入 Drupal 的安裝畫面

56

6語言選擇預設只有英文安裝完之後可以另外安裝語言包

或者先安裝好語言包 先採用預設的就進行安裝

圖三十七 進行 Drupal 語言選擇

57

7輸入我們在建立資料庫名稱和 MySQL 的帳號密碼輸入好按

下一步(Save and continue)

圖三十八 進行設定 Drupal 帳號密碼

58

8此時 Drupal 已大致完成頁面上會要求妳填寫一些資訊包

括這個網站的名稱網站電子郵件地址和第 1 個使用者的

帳號密碼這個帳號會成之後的管理員然後按

(Save and continue)的按鈕完成安裝完成後會在設定網頁

的基本資訊

圖三十九 進行網頁的基本設定

59

圖四十 進行網頁的基本設定-1

圖四十一 Drupal 基本設定完成頁面

60

10安裝完成後會自動跳進去初使畫面

圖四十二 Drupal 啟用畫面

61

13Drupal 7 中文化設定教學

1輸入此網址 httpdrupaltaiwanorglocalized進行下載

中文化安裝模組在下載時要注意安裝的版本

圖四十三 中文模組下載頁面

62

2下載完後解壓縮回到 Drupal 網頁選擇最上面功能列的

(Modules)點選完後在主要模組區找到(Locale)將前面的選

項打勾點選完畢後滑到頁面最下面選擇(Save)

圖四十四 選擇模組開啟頁面

63

3點選上方的工具列選擇(Configuration)gt(Regional and

Ianguage)gt(Translate interface)選擇下面的(IMPORT)將

下面(Language file)選擇以解壓縮的中文包在(Import

into)選擇(Chinese Traditional(繁體中文))設定完畢後

點選最下面(Import)選項

圖四十五 中文模組包安裝頁面

64

4點選上面的工具列(Configuration)gt(Regional and

language)點選下面的(LIST)在下面的表格找到(DEFAULT)

的欄位對應到欄位最左邊的(Chinese Traditional)將對

應到的那一列圓圈的選擇選起來點選完畢後選擇頁面最下

面的(Save configuration)按鈕存檔

圖四十六 Drupal 中文化設定

65

14Drupal 7 安裝模組教學

1到 Drupal 頁面選擇上面的列表(模組)點選之後可以看到

許多模組的選項然後要注意描述欄位的顯示在描述的欄

位裡面的依賴模組只要有顯示(遺失)代表此模組是無法啟

用的

圖四十七 相關模組遺失頁面

66

2需要補齊遺失的其他模組才能啟動這個模組首先先到

Drupal 的官網 httpswwwdrupalorgprojectviews

將網址 poroject後面改成遺失模組的名稱更改完成後進入

頁面最下方會有載點

圖四十八 下載新模組頁面

網頁上面會有三個顏色的載點這三個顏色分別是

綠色安全穩定的版本下載首選

黃色測試版本不穩定專門給一些測試人員使用的

紅色開發階段的版本很多設定還沒完成專門提供給開發人

員或是幫忙開發人員

3當在官網上找到新模組後有兩種方式可以進行安裝

67

方式一

(1)到下載頁面進行模組下載載點有兩個 TargzZip 都可下

載下載完後進行解壓縮

圖四十九 下載 Drupal 新模組的下載頁面

(2)解壓所完畢後回到Drupal頁面點選上方的工具列的[模組]

選項進去後找到[+ 安裝模組]

圖五十 Drupal 新模組安裝頁面

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

68

圖五十一 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十二 模組啟動頁面

69

方法二

(1)進入到模組下載再想到下載的模組選項點右鍵點選[複

製連結網址]

圖五十三 選擇模組下載頁面

(2)回到 Drupal 模組安裝頁面進行安裝將模組網址複製進

[從網址(URL)-安裝]之後點選頁面下面的[安裝]鍵即

可完成安裝

圖五十四 模組安裝頁面

70

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

圖五十五 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十六 模組啟動頁面

71

15本計畫執行步驟將分為 資料搜集與研讀硬體電路設計與製作晶片韌體程式撰寫運動

訊號分析與辨識手機 APP 程式撰寫建置「雲端運動健康管理系統」

系統功能整合測試詳細說明如下

15-1資料搜集與研讀

搜集目前運動與健康管理相關發展情形穿戴式裝置研發的相關

技術與應用研讀 SoC 晶片功能特性與使用六軸運動感測器BLE

技術與模組晶片的相關 Datasheets 資料動作辨認(Activity

Recognition)相關理論與演算論文

15-2硬體電路設計製作

本計畫製作的核心是穿戴式裝置軟硬體設計主要是採用 TI

CC2530 低功耗與多樣化介面功能偵測活動量的六軸運動感測器使

用 IIC 通訊介面連接 BLE 短程無線傳輸模組是 UART 介面按鍵

與指示燈使用 GPIO 接腳

15-3晶片韌體程式

穿戴式裝置的 TI CC2530 軔體程式開發包括下列三部份重點

(1)硬體層的定義必須配合硬體電路的規劃方便函式庫與主程式

的使用(2)針對 UARTIIC 等介面電路的資料傳輸必須先建置好

相對的函式庫方便主控程式取用(3)主程式的流程規劃必須配合

實際的功能規劃並訂定與其他裝置連接的傳輸通訊協定穿戴式

裝置的程式流程如下裝置 POWER ON 或 RESET 後先初始化晶片

等待手機透過 BLE 下達選項設定與啟動指令啟動後開始偵測活動

量並定時將資料透過 BLE 回傳到手機上顯示直到手機下達停

止指令

15-4運動訊號分析與辨識

使用者可配戴在身體特定部位如頭部手臂手腕腰部大腿

小腿透過裝置內建感測器記錄 身體各部位的活動量穿戴式裝

置穿戴在身體不同部位透過 BLE 傳輸到 PC 用 StamPlot 作分析

StamPlot 測試分析的結果找出 六軸運動感測(三軸加速計+三軸陀螺

儀)活動量的變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌體程式做為

活動量計數與分析的依據並可統計動作正確性的百分比本計畫先

從簡單運動開始做分析如走路跑步騎單車甩手功hellip等未來

可做更複雜的運動量分析StamPlot活動量分析如圖 4有關訊號濾

波與辨識演算將參考相關論文StampPlot 測試分析的結果找出活

動量的三軸加速計 xyz 變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌

72

體程式做為活動量計數的依據並統計動作正確性的百分比

圖五十七 StamPlot活動量分析圖

15-5StampPlot StampPlot 為繪圖指示記錄和串行數據的控制典型地由一個微 控制器雖然也可以使用其它源 完全可配置從控制器或通過基於 PC 的宏文件雖然從基本郵票（R） 視差是我們的最愛幾乎所有控制器可以傳達到 PC 機的串口 可以使用的端口 控制器的那個使用 USB 和虛擬串口驅動程序也可以使用

圖五十八 程式啟動頁面

73

StampPlot 分析運動特徵值

圖五十九 運動特徵值

16運動量偵測與記錄測試 穿戴式裝置啟動或重置後智慧型手機 App 程式透過 BLE 或 RF

自動搜尋週圍裝置並逐一確認裝置連線與穿戴位置

確認好偵測部位動作與預計活動時間後按下 Start 鍵手

機 APP 可即時監看量狀況完成活動後按下停止鍵記錄活動日

期時間活動量等資料

按下上傳鍵利用 APP Inventor TinyWebDB可將記錄資料上

傳到 Google 雲端伺服器

上圖顯示記錄與查看運動狀態資料利用上下頁功能鍵可查

閱 Google 雲端 TinyWebDB 的歷史資料此外APP 也能接收到

血壓心跳體重體溫等生理訊號資料並顯示在手機畫面

74

17手機 App 程式

智慧型手機可使用 App 程式透過 BLE 直接連接穿戴式裝

置可直接顯示健康資料訊息做簡單的健康管理並可下

達指令變更穿戴式裝置的設定做為穿戴式裝置的人機介

面也可以利用連接網際網路方式做為穿戴式裝置與外部

網路轉發訊息的橋樑Apps 程式我們選用 APP Inventor 2

這套 Web 線上開發工具它是簡易式的 Android APP 開發軟

體視覺化的圖形介面設計與拼圖式的程式開發很容易上

手主要包括人機介面的操作藍牙通訊傳輸顯示個人運

動處方提醒運動時間運動資料的記錄調閱與上傳雲端

伺服機運動狀態分析與異常警示hellip等功能

圖六十 手機 APP 成品畫面

75

17-1App Inventor 背景介紹 Google App Inventor 在去年底(2010 年底)時正式開放給所

有使用者使用當然這個 Project 在正式推出之前早已在許

多高中大學校園當中做了許多教學測試可見得 Google 選擇

發展這樣的開發路徑瞄準的就是教育市場希望從校園當中開

始掌握第一批的潛在使用者及開發者這樣的策略其實對於

Android 這樣的開放式平台可說是自然而然的事並且從開發工

具模擬器實機測試等一路上所需使用的軟體均可免費取得

自由測試對於教學用途的使用實在是可說是最理想的方式了

由於是針對學生族群Google 在這個部分特別引入在教育系統

當中頗為成功的 Scratch 來作為拼圖式程式寫作的基礎實際

上 Google App Inventor 負責教授即來自 MIT 與 Scratch 技

術發展有相當深且廣的關聯標榜可以讓使用者完全不需寫任何

程式碼即可完成應用程式開發更驚訝的是已經支援 NXT 樂

高機器人程式開發使得 Android 與 NXT 的結合應用更添了

許多想像空間

由於 App Inventor 突破性的發展使得原本可能是處於高階程

式設計師領域的手機應用程式開發一下子成為國小學童接觸程

式設計的最初入門磚學習 Android 裝置程式設計可以不必

學習較為艱澀的 Java 語法只要使用拼圖模式來組合程式就

可以完成 Android 裝置的應用程式MIT App Inventor 2網站

提供雲端服務讓我們可以免費使用其提供的強大功能來設計

Android 裝置上的 App 應用程式完成作品後還可以上傳到

Google Play 商店Android 作業系統是一個以 Linux 為基礎

的開放原始碼作業系統中文俗稱為「安卓」其起源最早是在

西元 2003 年由安迪魯賓（Andy Rubin）所開發製作目前由

Google 公司成立的開放手持設備聯盟 Open Handset Alliance

（OHA）來持續開發主導

Android 作業系統的應用層面最早是由智慧型手機開始後來

逐漸擴展到平板電腦及其他領域上在西元 2010 年底Android

作業系統成為全球第一大智慧型手機作業系統其市佔率超過

Apple 公司的 iOS 作業系統

Google 公司在西元 2010 年為了讓更多人在沒有程式基礎的

狀況下能夠開發 Android 裝置應用程式推出 Google App

76

Inventor for Android 工具軟體讓使用者可以運用拼圖模式

來組合程式語法進而發展 Android 裝置的應用程式

後來Google 公司在西元 2012 年將此軟體移轉給美國麻省

理工學院（MIT）的行動學習中心（MIT Center for Mobile

Learning）來維護並引導使用者進入 App 應用程式開發的世界

使用者開發完成的程式可以下載到任何使用 Android 作業系

統的裝置包括智慧型手機或平板電腦

在 App 程式開發過程中我們可以使用模擬器或 Android 裝

置來測試應用程式執行的狀況待完成相關開發作業後更可

以將應用程式上傳到 Google Play 商店提供大眾下載安裝

77

18建置「雲端健康管理系統」

在 PC 電腦使用 Apache Server 架設一個私有雲的遠端伺服主機

並使用 PHP程式撰寫雲端健康管理程式透過 MySQL資料庫與 VB 2010

介面監控程式連接將智慧型手機或 PC 電腦的個人健康自主管理資

料上傳雲端提供健康專問題仍需專業醫生或照護人員協助因此

雲端監控技術因應而生可直接將配戴式裝置記錄的健康資料傳送

到雲端健康照護系統提供遠端的家人照護人員與醫生做查詢

診斷與後續的照護處置

Visual basic 與 MySQL 資料庫建置

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程

78

19進度表

19-1預期結果

本計畫結合嵌入式晶片運動感測藍牙技術製作的運動健康管理

用的穿戴式裝置可透過智慧型手機生理訊號監控測與雲端技術

建置一套「運動健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自

主管理工具本計畫預期產出研究成果有

1針對不同運動型態必須偵測身體不同部位的運動特徵值本計畫

製作不同型式的穿戴配件讓使用者可配戴在身體特定部位如頭

部手臂手腕腰部大腿小腿身體各部位的活動量

2由於可配戴在身體不同部位使用智慧型手機透過最新 BLE 無線傳

輸技術做為人機介面方便使用者操作與記錄資料讓穿戴式裝

置有更彈性的配戴方式與應用場合

3運動偵測採用六軸運動感測(MPU-6050 模組三軸加速計+三軸陀螺

儀)比傳統三軸加速計或斜震感測器(計步器)可更精確偵測與分

析運動量與運動姿態的正確性

4穿戴式裝置搭配「雲端健康管理系統」上可為自己量身訂做一套

運動處方透過智慧型手機定時提醒使用者運動時間運動份量

穿戴式裝置的運動記錄與生理訊號量測的資料分析可用來檢視這

套運動處方的成效做為進一步調整或改善的依據

5在執行本計畫過程中本人可以藉此學習到電路設計程式撰寫

月次

工作項目 7 8 9 10 11 12 1 2

1資料搜集整理與研讀

2硬體電路設計與製作

3晶片韌體程式撰寫

4運動訊號分析與辨識

5手機 App 程式撰寫

6建置雲端運動健康管

理系統

7系統功能整合測試

8撰寫報告

79

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

[5] N Ravi N Dandekar P Mysore ML Littmanrdquo Activity

Recognition from Accelerometer Datardquo American

Association for Artifi cial Intelligence (wwwaaaiorg)

2005

[6 ] Yonglei Zheng Weng-Keen Wong Xinze Guan Stewart

Trostrdquo Physical Activity Recognition from Accelerometer

Data Using a Multi-Scale Ensemble Methodrdquo Innovative

Applications of Artificial Intelligence Twenty-Fifth IAAI

Conference2013

[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

Activity Recognition from Accelerometer Data Using a

Wearable Devicerdquo Pattern Recognition and Image Analysis

Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

[9] Holetk Semiconductor IncldquoDatasheet of HT66Fxxrdquo

httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

5在網址列輸入 http127001drupal7installphp

就會進入 Drupal7 安裝步驟

圖三十六 進入 Drupal 的安裝畫面

56

6語言選擇預設只有英文安裝完之後可以另外安裝語言包

或者先安裝好語言包 先採用預設的就進行安裝

圖三十七 進行 Drupal 語言選擇

57

7輸入我們在建立資料庫名稱和 MySQL 的帳號密碼輸入好按

下一步(Save and continue)

圖三十八 進行設定 Drupal 帳號密碼

58

8此時 Drupal 已大致完成頁面上會要求妳填寫一些資訊包

括這個網站的名稱網站電子郵件地址和第 1 個使用者的

帳號密碼這個帳號會成之後的管理員然後按

(Save and continue)的按鈕完成安裝完成後會在設定網頁

的基本資訊

圖三十九 進行網頁的基本設定

59

圖四十 進行網頁的基本設定-1

圖四十一 Drupal 基本設定完成頁面

60

10安裝完成後會自動跳進去初使畫面

圖四十二 Drupal 啟用畫面

61

13Drupal 7 中文化設定教學

1輸入此網址 httpdrupaltaiwanorglocalized進行下載

中文化安裝模組在下載時要注意安裝的版本

圖四十三 中文模組下載頁面

62

2下載完後解壓縮回到 Drupal 網頁選擇最上面功能列的

(Modules)點選完後在主要模組區找到(Locale)將前面的選

項打勾點選完畢後滑到頁面最下面選擇(Save)

圖四十四 選擇模組開啟頁面

63

3點選上方的工具列選擇(Configuration)gt(Regional and

Ianguage)gt(Translate interface)選擇下面的(IMPORT)將

下面(Language file)選擇以解壓縮的中文包在(Import

into)選擇(Chinese Traditional(繁體中文))設定完畢後

點選最下面(Import)選項

圖四十五 中文模組包安裝頁面

64

4點選上面的工具列(Configuration)gt(Regional and

language)點選下面的(LIST)在下面的表格找到(DEFAULT)

的欄位對應到欄位最左邊的(Chinese Traditional)將對

應到的那一列圓圈的選擇選起來點選完畢後選擇頁面最下

面的(Save configuration)按鈕存檔

圖四十六 Drupal 中文化設定

65

14Drupal 7 安裝模組教學

1到 Drupal 頁面選擇上面的列表(模組)點選之後可以看到

許多模組的選項然後要注意描述欄位的顯示在描述的欄

位裡面的依賴模組只要有顯示(遺失)代表此模組是無法啟

用的

圖四十七 相關模組遺失頁面

66

2需要補齊遺失的其他模組才能啟動這個模組首先先到

Drupal 的官網 httpswwwdrupalorgprojectviews

將網址 poroject後面改成遺失模組的名稱更改完成後進入

頁面最下方會有載點

圖四十八 下載新模組頁面

網頁上面會有三個顏色的載點這三個顏色分別是

綠色安全穩定的版本下載首選

黃色測試版本不穩定專門給一些測試人員使用的

紅色開發階段的版本很多設定還沒完成專門提供給開發人

員或是幫忙開發人員

3當在官網上找到新模組後有兩種方式可以進行安裝

67

方式一

(1)到下載頁面進行模組下載載點有兩個 TargzZip 都可下

載下載完後進行解壓縮

圖四十九 下載 Drupal 新模組的下載頁面

(2)解壓所完畢後回到Drupal頁面點選上方的工具列的[模組]

選項進去後找到[+ 安裝模組]

圖五十 Drupal 新模組安裝頁面

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

68

圖五十一 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十二 模組啟動頁面

69

方法二

(1)進入到模組下載再想到下載的模組選項點右鍵點選[複

製連結網址]

圖五十三 選擇模組下載頁面

(2)回到 Drupal 模組安裝頁面進行安裝將模組網址複製進

[從網址(URL)-安裝]之後點選頁面下面的[安裝]鍵即

可完成安裝

圖五十四 模組安裝頁面

70

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

圖五十五 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十六 模組啟動頁面

71

15本計畫執行步驟將分為 資料搜集與研讀硬體電路設計與製作晶片韌體程式撰寫運動

訊號分析與辨識手機 APP 程式撰寫建置「雲端運動健康管理系統」

系統功能整合測試詳細說明如下

15-1資料搜集與研讀

搜集目前運動與健康管理相關發展情形穿戴式裝置研發的相關

技術與應用研讀 SoC 晶片功能特性與使用六軸運動感測器BLE

技術與模組晶片的相關 Datasheets 資料動作辨認(Activity

Recognition)相關理論與演算論文

15-2硬體電路設計製作

本計畫製作的核心是穿戴式裝置軟硬體設計主要是採用 TI

CC2530 低功耗與多樣化介面功能偵測活動量的六軸運動感測器使

用 IIC 通訊介面連接 BLE 短程無線傳輸模組是 UART 介面按鍵

與指示燈使用 GPIO 接腳

15-3晶片韌體程式

穿戴式裝置的 TI CC2530 軔體程式開發包括下列三部份重點

(1)硬體層的定義必須配合硬體電路的規劃方便函式庫與主程式

的使用(2)針對 UARTIIC 等介面電路的資料傳輸必須先建置好

相對的函式庫方便主控程式取用(3)主程式的流程規劃必須配合

實際的功能規劃並訂定與其他裝置連接的傳輸通訊協定穿戴式

裝置的程式流程如下裝置 POWER ON 或 RESET 後先初始化晶片

等待手機透過 BLE 下達選項設定與啟動指令啟動後開始偵測活動

量並定時將資料透過 BLE 回傳到手機上顯示直到手機下達停

止指令

15-4運動訊號分析與辨識

使用者可配戴在身體特定部位如頭部手臂手腕腰部大腿

小腿透過裝置內建感測器記錄 身體各部位的活動量穿戴式裝

置穿戴在身體不同部位透過 BLE 傳輸到 PC 用 StamPlot 作分析

StamPlot 測試分析的結果找出 六軸運動感測(三軸加速計+三軸陀螺

儀)活動量的變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌體程式做為

活動量計數與分析的依據並可統計動作正確性的百分比本計畫先

從簡單運動開始做分析如走路跑步騎單車甩手功hellip等未來

可做更複雜的運動量分析StamPlot活動量分析如圖 4有關訊號濾

波與辨識演算將參考相關論文StampPlot 測試分析的結果找出活

動量的三軸加速計 xyz 變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌

72

體程式做為活動量計數的依據並統計動作正確性的百分比

圖五十七 StamPlot活動量分析圖

15-5StampPlot StampPlot 為繪圖指示記錄和串行數據的控制典型地由一個微 控制器雖然也可以使用其它源 完全可配置從控制器或通過基於 PC 的宏文件雖然從基本郵票（R） 視差是我們的最愛幾乎所有控制器可以傳達到 PC 機的串口 可以使用的端口 控制器的那個使用 USB 和虛擬串口驅動程序也可以使用

圖五十八 程式啟動頁面

73

StampPlot 分析運動特徵值

圖五十九 運動特徵值

16運動量偵測與記錄測試 穿戴式裝置啟動或重置後智慧型手機 App 程式透過 BLE 或 RF

自動搜尋週圍裝置並逐一確認裝置連線與穿戴位置

確認好偵測部位動作與預計活動時間後按下 Start 鍵手

機 APP 可即時監看量狀況完成活動後按下停止鍵記錄活動日

期時間活動量等資料

按下上傳鍵利用 APP Inventor TinyWebDB可將記錄資料上

傳到 Google 雲端伺服器

上圖顯示記錄與查看運動狀態資料利用上下頁功能鍵可查

閱 Google 雲端 TinyWebDB 的歷史資料此外APP 也能接收到

血壓心跳體重體溫等生理訊號資料並顯示在手機畫面

74

17手機 App 程式

智慧型手機可使用 App 程式透過 BLE 直接連接穿戴式裝

置可直接顯示健康資料訊息做簡單的健康管理並可下

達指令變更穿戴式裝置的設定做為穿戴式裝置的人機介

面也可以利用連接網際網路方式做為穿戴式裝置與外部

網路轉發訊息的橋樑Apps 程式我們選用 APP Inventor 2

這套 Web 線上開發工具它是簡易式的 Android APP 開發軟

體視覺化的圖形介面設計與拼圖式的程式開發很容易上

手主要包括人機介面的操作藍牙通訊傳輸顯示個人運

動處方提醒運動時間運動資料的記錄調閱與上傳雲端

伺服機運動狀態分析與異常警示hellip等功能

圖六十 手機 APP 成品畫面

75

17-1App Inventor 背景介紹 Google App Inventor 在去年底(2010 年底)時正式開放給所

有使用者使用當然這個 Project 在正式推出之前早已在許

多高中大學校園當中做了許多教學測試可見得 Google 選擇

發展這樣的開發路徑瞄準的就是教育市場希望從校園當中開

始掌握第一批的潛在使用者及開發者這樣的策略其實對於

Android 這樣的開放式平台可說是自然而然的事並且從開發工

具模擬器實機測試等一路上所需使用的軟體均可免費取得

自由測試對於教學用途的使用實在是可說是最理想的方式了

由於是針對學生族群Google 在這個部分特別引入在教育系統

當中頗為成功的 Scratch 來作為拼圖式程式寫作的基礎實際

上 Google App Inventor 負責教授即來自 MIT 與 Scratch 技

術發展有相當深且廣的關聯標榜可以讓使用者完全不需寫任何

程式碼即可完成應用程式開發更驚訝的是已經支援 NXT 樂

高機器人程式開發使得 Android 與 NXT 的結合應用更添了

許多想像空間

由於 App Inventor 突破性的發展使得原本可能是處於高階程

式設計師領域的手機應用程式開發一下子成為國小學童接觸程

式設計的最初入門磚學習 Android 裝置程式設計可以不必

學習較為艱澀的 Java 語法只要使用拼圖模式來組合程式就

可以完成 Android 裝置的應用程式MIT App Inventor 2網站

提供雲端服務讓我們可以免費使用其提供的強大功能來設計

Android 裝置上的 App 應用程式完成作品後還可以上傳到

Google Play 商店Android 作業系統是一個以 Linux 為基礎

的開放原始碼作業系統中文俗稱為「安卓」其起源最早是在

西元 2003 年由安迪魯賓（Andy Rubin）所開發製作目前由

Google 公司成立的開放手持設備聯盟 Open Handset Alliance

（OHA）來持續開發主導

Android 作業系統的應用層面最早是由智慧型手機開始後來

逐漸擴展到平板電腦及其他領域上在西元 2010 年底Android

作業系統成為全球第一大智慧型手機作業系統其市佔率超過

Apple 公司的 iOS 作業系統

Google 公司在西元 2010 年為了讓更多人在沒有程式基礎的

狀況下能夠開發 Android 裝置應用程式推出 Google App

76

Inventor for Android 工具軟體讓使用者可以運用拼圖模式

來組合程式語法進而發展 Android 裝置的應用程式

後來Google 公司在西元 2012 年將此軟體移轉給美國麻省

理工學院（MIT）的行動學習中心（MIT Center for Mobile

Learning）來維護並引導使用者進入 App 應用程式開發的世界

使用者開發完成的程式可以下載到任何使用 Android 作業系

統的裝置包括智慧型手機或平板電腦

在 App 程式開發過程中我們可以使用模擬器或 Android 裝

置來測試應用程式執行的狀況待完成相關開發作業後更可

以將應用程式上傳到 Google Play 商店提供大眾下載安裝

77

18建置「雲端健康管理系統」

在 PC 電腦使用 Apache Server 架設一個私有雲的遠端伺服主機

並使用 PHP程式撰寫雲端健康管理程式透過 MySQL資料庫與 VB 2010

介面監控程式連接將智慧型手機或 PC 電腦的個人健康自主管理資

料上傳雲端提供健康專問題仍需專業醫生或照護人員協助因此

雲端監控技術因應而生可直接將配戴式裝置記錄的健康資料傳送

到雲端健康照護系統提供遠端的家人照護人員與醫生做查詢

診斷與後續的照護處置

Visual basic 與 MySQL 資料庫建置

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程

78

19進度表

19-1預期結果

本計畫結合嵌入式晶片運動感測藍牙技術製作的運動健康管理

用的穿戴式裝置可透過智慧型手機生理訊號監控測與雲端技術

建置一套「運動健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自

主管理工具本計畫預期產出研究成果有

1針對不同運動型態必須偵測身體不同部位的運動特徵值本計畫

製作不同型式的穿戴配件讓使用者可配戴在身體特定部位如頭

部手臂手腕腰部大腿小腿身體各部位的活動量

2由於可配戴在身體不同部位使用智慧型手機透過最新 BLE 無線傳

輸技術做為人機介面方便使用者操作與記錄資料讓穿戴式裝

置有更彈性的配戴方式與應用場合

3運動偵測採用六軸運動感測(MPU-6050 模組三軸加速計+三軸陀螺

儀)比傳統三軸加速計或斜震感測器(計步器)可更精確偵測與分

析運動量與運動姿態的正確性

4穿戴式裝置搭配「雲端健康管理系統」上可為自己量身訂做一套

運動處方透過智慧型手機定時提醒使用者運動時間運動份量

穿戴式裝置的運動記錄與生理訊號量測的資料分析可用來檢視這

套運動處方的成效做為進一步調整或改善的依據

5在執行本計畫過程中本人可以藉此學習到電路設計程式撰寫

月次

工作項目 7 8 9 10 11 12 1 2

1資料搜集整理與研讀

2硬體電路設計與製作

3晶片韌體程式撰寫

4運動訊號分析與辨識

5手機 App 程式撰寫

6建置雲端運動健康管

理系統

7系統功能整合測試

8撰寫報告

79

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

[5] N Ravi N Dandekar P Mysore ML Littmanrdquo Activity

Recognition from Accelerometer Datardquo American

Association for Artifi cial Intelligence (wwwaaaiorg)

2005

[6 ] Yonglei Zheng Weng-Keen Wong Xinze Guan Stewart

Trostrdquo Physical Activity Recognition from Accelerometer

Data Using a Multi-Scale Ensemble Methodrdquo Innovative

Applications of Artificial Intelligence Twenty-Fifth IAAI

Conference2013

[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

Activity Recognition from Accelerometer Data Using a

Wearable Devicerdquo Pattern Recognition and Image Analysis

Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

[9] Holetk Semiconductor IncldquoDatasheet of HT66Fxxrdquo

httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

6語言選擇預設只有英文安裝完之後可以另外安裝語言包

或者先安裝好語言包 先採用預設的就進行安裝

圖三十七 進行 Drupal 語言選擇

57

7輸入我們在建立資料庫名稱和 MySQL 的帳號密碼輸入好按

下一步(Save and continue)

圖三十八 進行設定 Drupal 帳號密碼

58

8此時 Drupal 已大致完成頁面上會要求妳填寫一些資訊包

括這個網站的名稱網站電子郵件地址和第 1 個使用者的

帳號密碼這個帳號會成之後的管理員然後按

(Save and continue)的按鈕完成安裝完成後會在設定網頁

的基本資訊

圖三十九 進行網頁的基本設定

59

圖四十 進行網頁的基本設定-1

圖四十一 Drupal 基本設定完成頁面

60

10安裝完成後會自動跳進去初使畫面

圖四十二 Drupal 啟用畫面

61

13Drupal 7 中文化設定教學

1輸入此網址 httpdrupaltaiwanorglocalized進行下載

中文化安裝模組在下載時要注意安裝的版本

圖四十三 中文模組下載頁面

62

2下載完後解壓縮回到 Drupal 網頁選擇最上面功能列的

(Modules)點選完後在主要模組區找到(Locale)將前面的選

項打勾點選完畢後滑到頁面最下面選擇(Save)

圖四十四 選擇模組開啟頁面

63

3點選上方的工具列選擇(Configuration)gt(Regional and

Ianguage)gt(Translate interface)選擇下面的(IMPORT)將

下面(Language file)選擇以解壓縮的中文包在(Import

into)選擇(Chinese Traditional(繁體中文))設定完畢後

點選最下面(Import)選項

圖四十五 中文模組包安裝頁面

64

4點選上面的工具列(Configuration)gt(Regional and

language)點選下面的(LIST)在下面的表格找到(DEFAULT)

的欄位對應到欄位最左邊的(Chinese Traditional)將對

應到的那一列圓圈的選擇選起來點選完畢後選擇頁面最下

面的(Save configuration)按鈕存檔

圖四十六 Drupal 中文化設定

65

14Drupal 7 安裝模組教學

1到 Drupal 頁面選擇上面的列表(模組)點選之後可以看到

許多模組的選項然後要注意描述欄位的顯示在描述的欄

位裡面的依賴模組只要有顯示(遺失)代表此模組是無法啟

用的

圖四十七 相關模組遺失頁面

66

2需要補齊遺失的其他模組才能啟動這個模組首先先到

Drupal 的官網 httpswwwdrupalorgprojectviews

將網址 poroject後面改成遺失模組的名稱更改完成後進入

頁面最下方會有載點

圖四十八 下載新模組頁面

網頁上面會有三個顏色的載點這三個顏色分別是

綠色安全穩定的版本下載首選

黃色測試版本不穩定專門給一些測試人員使用的

紅色開發階段的版本很多設定還沒完成專門提供給開發人

員或是幫忙開發人員

3當在官網上找到新模組後有兩種方式可以進行安裝

67

方式一

(1)到下載頁面進行模組下載載點有兩個 TargzZip 都可下

載下載完後進行解壓縮

圖四十九 下載 Drupal 新模組的下載頁面

(2)解壓所完畢後回到Drupal頁面點選上方的工具列的[模組]

選項進去後找到[+ 安裝模組]

圖五十 Drupal 新模組安裝頁面

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

68

圖五十一 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十二 模組啟動頁面

69

方法二

(1)進入到模組下載再想到下載的模組選項點右鍵點選[複

製連結網址]

圖五十三 選擇模組下載頁面

(2)回到 Drupal 模組安裝頁面進行安裝將模組網址複製進

[從網址(URL)-安裝]之後點選頁面下面的[安裝]鍵即

可完成安裝

圖五十四 模組安裝頁面

70

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

圖五十五 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十六 模組啟動頁面

71

15本計畫執行步驟將分為 資料搜集與研讀硬體電路設計與製作晶片韌體程式撰寫運動

訊號分析與辨識手機 APP 程式撰寫建置「雲端運動健康管理系統」

系統功能整合測試詳細說明如下

15-1資料搜集與研讀

搜集目前運動與健康管理相關發展情形穿戴式裝置研發的相關

技術與應用研讀 SoC 晶片功能特性與使用六軸運動感測器BLE

技術與模組晶片的相關 Datasheets 資料動作辨認(Activity

Recognition)相關理論與演算論文

15-2硬體電路設計製作

本計畫製作的核心是穿戴式裝置軟硬體設計主要是採用 TI

CC2530 低功耗與多樣化介面功能偵測活動量的六軸運動感測器使

用 IIC 通訊介面連接 BLE 短程無線傳輸模組是 UART 介面按鍵

與指示燈使用 GPIO 接腳

15-3晶片韌體程式

穿戴式裝置的 TI CC2530 軔體程式開發包括下列三部份重點

(1)硬體層的定義必須配合硬體電路的規劃方便函式庫與主程式

的使用(2)針對 UARTIIC 等介面電路的資料傳輸必須先建置好

相對的函式庫方便主控程式取用(3)主程式的流程規劃必須配合

實際的功能規劃並訂定與其他裝置連接的傳輸通訊協定穿戴式

裝置的程式流程如下裝置 POWER ON 或 RESET 後先初始化晶片

等待手機透過 BLE 下達選項設定與啟動指令啟動後開始偵測活動

量並定時將資料透過 BLE 回傳到手機上顯示直到手機下達停

止指令

15-4運動訊號分析與辨識

使用者可配戴在身體特定部位如頭部手臂手腕腰部大腿

小腿透過裝置內建感測器記錄 身體各部位的活動量穿戴式裝

置穿戴在身體不同部位透過 BLE 傳輸到 PC 用 StamPlot 作分析

StamPlot 測試分析的結果找出 六軸運動感測(三軸加速計+三軸陀螺

儀)活動量的變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌體程式做為

活動量計數與分析的依據並可統計動作正確性的百分比本計畫先

從簡單運動開始做分析如走路跑步騎單車甩手功hellip等未來

可做更複雜的運動量分析StamPlot活動量分析如圖 4有關訊號濾

波與辨識演算將參考相關論文StampPlot 測試分析的結果找出活

動量的三軸加速計 xyz 變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌

72

體程式做為活動量計數的依據並統計動作正確性的百分比

圖五十七 StamPlot活動量分析圖

15-5StampPlot StampPlot 為繪圖指示記錄和串行數據的控制典型地由一個微 控制器雖然也可以使用其它源 完全可配置從控制器或通過基於 PC 的宏文件雖然從基本郵票（R） 視差是我們的最愛幾乎所有控制器可以傳達到 PC 機的串口 可以使用的端口 控制器的那個使用 USB 和虛擬串口驅動程序也可以使用

圖五十八 程式啟動頁面

73

StampPlot 分析運動特徵值

圖五十九 運動特徵值

16運動量偵測與記錄測試 穿戴式裝置啟動或重置後智慧型手機 App 程式透過 BLE 或 RF

自動搜尋週圍裝置並逐一確認裝置連線與穿戴位置

確認好偵測部位動作與預計活動時間後按下 Start 鍵手

機 APP 可即時監看量狀況完成活動後按下停止鍵記錄活動日

期時間活動量等資料

按下上傳鍵利用 APP Inventor TinyWebDB可將記錄資料上

傳到 Google 雲端伺服器

上圖顯示記錄與查看運動狀態資料利用上下頁功能鍵可查

閱 Google 雲端 TinyWebDB 的歷史資料此外APP 也能接收到

血壓心跳體重體溫等生理訊號資料並顯示在手機畫面

74

17手機 App 程式

智慧型手機可使用 App 程式透過 BLE 直接連接穿戴式裝

置可直接顯示健康資料訊息做簡單的健康管理並可下

達指令變更穿戴式裝置的設定做為穿戴式裝置的人機介

面也可以利用連接網際網路方式做為穿戴式裝置與外部

網路轉發訊息的橋樑Apps 程式我們選用 APP Inventor 2

這套 Web 線上開發工具它是簡易式的 Android APP 開發軟

體視覺化的圖形介面設計與拼圖式的程式開發很容易上

手主要包括人機介面的操作藍牙通訊傳輸顯示個人運

動處方提醒運動時間運動資料的記錄調閱與上傳雲端

伺服機運動狀態分析與異常警示hellip等功能

圖六十 手機 APP 成品畫面

75

17-1App Inventor 背景介紹 Google App Inventor 在去年底(2010 年底)時正式開放給所

有使用者使用當然這個 Project 在正式推出之前早已在許

多高中大學校園當中做了許多教學測試可見得 Google 選擇

發展這樣的開發路徑瞄準的就是教育市場希望從校園當中開

始掌握第一批的潛在使用者及開發者這樣的策略其實對於

Android 這樣的開放式平台可說是自然而然的事並且從開發工

具模擬器實機測試等一路上所需使用的軟體均可免費取得

自由測試對於教學用途的使用實在是可說是最理想的方式了

由於是針對學生族群Google 在這個部分特別引入在教育系統

當中頗為成功的 Scratch 來作為拼圖式程式寫作的基礎實際

上 Google App Inventor 負責教授即來自 MIT 與 Scratch 技

術發展有相當深且廣的關聯標榜可以讓使用者完全不需寫任何

程式碼即可完成應用程式開發更驚訝的是已經支援 NXT 樂

高機器人程式開發使得 Android 與 NXT 的結合應用更添了

許多想像空間

由於 App Inventor 突破性的發展使得原本可能是處於高階程

式設計師領域的手機應用程式開發一下子成為國小學童接觸程

式設計的最初入門磚學習 Android 裝置程式設計可以不必

學習較為艱澀的 Java 語法只要使用拼圖模式來組合程式就

可以完成 Android 裝置的應用程式MIT App Inventor 2網站

提供雲端服務讓我們可以免費使用其提供的強大功能來設計

Android 裝置上的 App 應用程式完成作品後還可以上傳到

Google Play 商店Android 作業系統是一個以 Linux 為基礎

的開放原始碼作業系統中文俗稱為「安卓」其起源最早是在

西元 2003 年由安迪魯賓（Andy Rubin）所開發製作目前由

Google 公司成立的開放手持設備聯盟 Open Handset Alliance

（OHA）來持續開發主導

Android 作業系統的應用層面最早是由智慧型手機開始後來

逐漸擴展到平板電腦及其他領域上在西元 2010 年底Android

作業系統成為全球第一大智慧型手機作業系統其市佔率超過

Apple 公司的 iOS 作業系統

Google 公司在西元 2010 年為了讓更多人在沒有程式基礎的

狀況下能夠開發 Android 裝置應用程式推出 Google App

76

Inventor for Android 工具軟體讓使用者可以運用拼圖模式

來組合程式語法進而發展 Android 裝置的應用程式

後來Google 公司在西元 2012 年將此軟體移轉給美國麻省

理工學院（MIT）的行動學習中心（MIT Center for Mobile

Learning）來維護並引導使用者進入 App 應用程式開發的世界

使用者開發完成的程式可以下載到任何使用 Android 作業系

統的裝置包括智慧型手機或平板電腦

在 App 程式開發過程中我們可以使用模擬器或 Android 裝

置來測試應用程式執行的狀況待完成相關開發作業後更可

以將應用程式上傳到 Google Play 商店提供大眾下載安裝

77

18建置「雲端健康管理系統」

在 PC 電腦使用 Apache Server 架設一個私有雲的遠端伺服主機

並使用 PHP程式撰寫雲端健康管理程式透過 MySQL資料庫與 VB 2010

介面監控程式連接將智慧型手機或 PC 電腦的個人健康自主管理資

料上傳雲端提供健康專問題仍需專業醫生或照護人員協助因此

雲端監控技術因應而生可直接將配戴式裝置記錄的健康資料傳送

到雲端健康照護系統提供遠端的家人照護人員與醫生做查詢

診斷與後續的照護處置

Visual basic 與 MySQL 資料庫建置

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程

78

19進度表

19-1預期結果

本計畫結合嵌入式晶片運動感測藍牙技術製作的運動健康管理

用的穿戴式裝置可透過智慧型手機生理訊號監控測與雲端技術

建置一套「運動健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自

主管理工具本計畫預期產出研究成果有

1針對不同運動型態必須偵測身體不同部位的運動特徵值本計畫

製作不同型式的穿戴配件讓使用者可配戴在身體特定部位如頭

部手臂手腕腰部大腿小腿身體各部位的活動量

2由於可配戴在身體不同部位使用智慧型手機透過最新 BLE 無線傳

輸技術做為人機介面方便使用者操作與記錄資料讓穿戴式裝

置有更彈性的配戴方式與應用場合

3運動偵測採用六軸運動感測(MPU-6050 模組三軸加速計+三軸陀螺

儀)比傳統三軸加速計或斜震感測器(計步器)可更精確偵測與分

析運動量與運動姿態的正確性

4穿戴式裝置搭配「雲端健康管理系統」上可為自己量身訂做一套

運動處方透過智慧型手機定時提醒使用者運動時間運動份量

穿戴式裝置的運動記錄與生理訊號量測的資料分析可用來檢視這

套運動處方的成效做為進一步調整或改善的依據

5在執行本計畫過程中本人可以藉此學習到電路設計程式撰寫

月次

工作項目 7 8 9 10 11 12 1 2

1資料搜集整理與研讀

2硬體電路設計與製作

3晶片韌體程式撰寫

4運動訊號分析與辨識

5手機 App 程式撰寫

6建置雲端運動健康管

理系統

7系統功能整合測試

8撰寫報告

79

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

[5] N Ravi N Dandekar P Mysore ML Littmanrdquo Activity

Recognition from Accelerometer Datardquo American

Association for Artifi cial Intelligence (wwwaaaiorg)

2005

[6 ] Yonglei Zheng Weng-Keen Wong Xinze Guan Stewart

Trostrdquo Physical Activity Recognition from Accelerometer

Data Using a Multi-Scale Ensemble Methodrdquo Innovative

Applications of Artificial Intelligence Twenty-Fifth IAAI

Conference2013

[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

Activity Recognition from Accelerometer Data Using a

Wearable Devicerdquo Pattern Recognition and Image Analysis

Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

[9] Holetk Semiconductor IncldquoDatasheet of HT66Fxxrdquo

httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

7輸入我們在建立資料庫名稱和 MySQL 的帳號密碼輸入好按

下一步(Save and continue)

圖三十八 進行設定 Drupal 帳號密碼

58

8此時 Drupal 已大致完成頁面上會要求妳填寫一些資訊包

括這個網站的名稱網站電子郵件地址和第 1 個使用者的

帳號密碼這個帳號會成之後的管理員然後按

(Save and continue)的按鈕完成安裝完成後會在設定網頁

的基本資訊

圖三十九 進行網頁的基本設定

59

圖四十 進行網頁的基本設定-1

圖四十一 Drupal 基本設定完成頁面

60

10安裝完成後會自動跳進去初使畫面

圖四十二 Drupal 啟用畫面

61

13Drupal 7 中文化設定教學

1輸入此網址 httpdrupaltaiwanorglocalized進行下載

中文化安裝模組在下載時要注意安裝的版本

圖四十三 中文模組下載頁面

62

2下載完後解壓縮回到 Drupal 網頁選擇最上面功能列的

(Modules)點選完後在主要模組區找到(Locale)將前面的選

項打勾點選完畢後滑到頁面最下面選擇(Save)

圖四十四 選擇模組開啟頁面

63

3點選上方的工具列選擇(Configuration)gt(Regional and

Ianguage)gt(Translate interface)選擇下面的(IMPORT)將

下面(Language file)選擇以解壓縮的中文包在(Import

into)選擇(Chinese Traditional(繁體中文))設定完畢後

點選最下面(Import)選項

圖四十五 中文模組包安裝頁面

64

4點選上面的工具列(Configuration)gt(Regional and

language)點選下面的(LIST)在下面的表格找到(DEFAULT)

的欄位對應到欄位最左邊的(Chinese Traditional)將對

應到的那一列圓圈的選擇選起來點選完畢後選擇頁面最下

面的(Save configuration)按鈕存檔

圖四十六 Drupal 中文化設定

65

14Drupal 7 安裝模組教學

1到 Drupal 頁面選擇上面的列表(模組)點選之後可以看到

許多模組的選項然後要注意描述欄位的顯示在描述的欄

位裡面的依賴模組只要有顯示(遺失)代表此模組是無法啟

用的

圖四十七 相關模組遺失頁面

66

2需要補齊遺失的其他模組才能啟動這個模組首先先到

Drupal 的官網 httpswwwdrupalorgprojectviews

將網址 poroject後面改成遺失模組的名稱更改完成後進入

頁面最下方會有載點

圖四十八 下載新模組頁面

網頁上面會有三個顏色的載點這三個顏色分別是

綠色安全穩定的版本下載首選

黃色測試版本不穩定專門給一些測試人員使用的

紅色開發階段的版本很多設定還沒完成專門提供給開發人

員或是幫忙開發人員

3當在官網上找到新模組後有兩種方式可以進行安裝

67

方式一

(1)到下載頁面進行模組下載載點有兩個 TargzZip 都可下

載下載完後進行解壓縮

圖四十九 下載 Drupal 新模組的下載頁面

(2)解壓所完畢後回到Drupal頁面點選上方的工具列的[模組]

選項進去後找到[+ 安裝模組]

圖五十 Drupal 新模組安裝頁面

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

68

圖五十一 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十二 模組啟動頁面

69

方法二

(1)進入到模組下載再想到下載的模組選項點右鍵點選[複

製連結網址]

圖五十三 選擇模組下載頁面

(2)回到 Drupal 模組安裝頁面進行安裝將模組網址複製進

[從網址(URL)-安裝]之後點選頁面下面的[安裝]鍵即

可完成安裝

圖五十四 模組安裝頁面

70

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

圖五十五 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十六 模組啟動頁面

71

15本計畫執行步驟將分為 資料搜集與研讀硬體電路設計與製作晶片韌體程式撰寫運動

訊號分析與辨識手機 APP 程式撰寫建置「雲端運動健康管理系統」

系統功能整合測試詳細說明如下

15-1資料搜集與研讀

搜集目前運動與健康管理相關發展情形穿戴式裝置研發的相關

技術與應用研讀 SoC 晶片功能特性與使用六軸運動感測器BLE

技術與模組晶片的相關 Datasheets 資料動作辨認(Activity

Recognition)相關理論與演算論文

15-2硬體電路設計製作

本計畫製作的核心是穿戴式裝置軟硬體設計主要是採用 TI

CC2530 低功耗與多樣化介面功能偵測活動量的六軸運動感測器使

用 IIC 通訊介面連接 BLE 短程無線傳輸模組是 UART 介面按鍵

與指示燈使用 GPIO 接腳

15-3晶片韌體程式

穿戴式裝置的 TI CC2530 軔體程式開發包括下列三部份重點

(1)硬體層的定義必須配合硬體電路的規劃方便函式庫與主程式

的使用(2)針對 UARTIIC 等介面電路的資料傳輸必須先建置好

相對的函式庫方便主控程式取用(3)主程式的流程規劃必須配合

實際的功能規劃並訂定與其他裝置連接的傳輸通訊協定穿戴式

裝置的程式流程如下裝置 POWER ON 或 RESET 後先初始化晶片

等待手機透過 BLE 下達選項設定與啟動指令啟動後開始偵測活動

量並定時將資料透過 BLE 回傳到手機上顯示直到手機下達停

止指令

15-4運動訊號分析與辨識

使用者可配戴在身體特定部位如頭部手臂手腕腰部大腿

小腿透過裝置內建感測器記錄 身體各部位的活動量穿戴式裝

置穿戴在身體不同部位透過 BLE 傳輸到 PC 用 StamPlot 作分析

StamPlot 測試分析的結果找出 六軸運動感測(三軸加速計+三軸陀螺

儀)活動量的變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌體程式做為

活動量計數與分析的依據並可統計動作正確性的百分比本計畫先

從簡單運動開始做分析如走路跑步騎單車甩手功hellip等未來

可做更複雜的運動量分析StamPlot活動量分析如圖 4有關訊號濾

波與辨識演算將參考相關論文StampPlot 測試分析的結果找出活

動量的三軸加速計 xyz 變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌

72

體程式做為活動量計數的依據並統計動作正確性的百分比

圖五十七 StamPlot活動量分析圖

15-5StampPlot StampPlot 為繪圖指示記錄和串行數據的控制典型地由一個微 控制器雖然也可以使用其它源 完全可配置從控制器或通過基於 PC 的宏文件雖然從基本郵票（R） 視差是我們的最愛幾乎所有控制器可以傳達到 PC 機的串口 可以使用的端口 控制器的那個使用 USB 和虛擬串口驅動程序也可以使用

圖五十八 程式啟動頁面

73

StampPlot 分析運動特徵值

圖五十九 運動特徵值

16運動量偵測與記錄測試 穿戴式裝置啟動或重置後智慧型手機 App 程式透過 BLE 或 RF

自動搜尋週圍裝置並逐一確認裝置連線與穿戴位置

確認好偵測部位動作與預計活動時間後按下 Start 鍵手

機 APP 可即時監看量狀況完成活動後按下停止鍵記錄活動日

期時間活動量等資料

按下上傳鍵利用 APP Inventor TinyWebDB可將記錄資料上

傳到 Google 雲端伺服器

上圖顯示記錄與查看運動狀態資料利用上下頁功能鍵可查

閱 Google 雲端 TinyWebDB 的歷史資料此外APP 也能接收到

血壓心跳體重體溫等生理訊號資料並顯示在手機畫面

74

17手機 App 程式

智慧型手機可使用 App 程式透過 BLE 直接連接穿戴式裝

置可直接顯示健康資料訊息做簡單的健康管理並可下

達指令變更穿戴式裝置的設定做為穿戴式裝置的人機介

面也可以利用連接網際網路方式做為穿戴式裝置與外部

網路轉發訊息的橋樑Apps 程式我們選用 APP Inventor 2

這套 Web 線上開發工具它是簡易式的 Android APP 開發軟

體視覺化的圖形介面設計與拼圖式的程式開發很容易上

手主要包括人機介面的操作藍牙通訊傳輸顯示個人運

動處方提醒運動時間運動資料的記錄調閱與上傳雲端

伺服機運動狀態分析與異常警示hellip等功能

圖六十 手機 APP 成品畫面

75

17-1App Inventor 背景介紹 Google App Inventor 在去年底(2010 年底)時正式開放給所

有使用者使用當然這個 Project 在正式推出之前早已在許

多高中大學校園當中做了許多教學測試可見得 Google 選擇

發展這樣的開發路徑瞄準的就是教育市場希望從校園當中開

始掌握第一批的潛在使用者及開發者這樣的策略其實對於

Android 這樣的開放式平台可說是自然而然的事並且從開發工

具模擬器實機測試等一路上所需使用的軟體均可免費取得

自由測試對於教學用途的使用實在是可說是最理想的方式了

由於是針對學生族群Google 在這個部分特別引入在教育系統

當中頗為成功的 Scratch 來作為拼圖式程式寫作的基礎實際

上 Google App Inventor 負責教授即來自 MIT 與 Scratch 技

術發展有相當深且廣的關聯標榜可以讓使用者完全不需寫任何

程式碼即可完成應用程式開發更驚訝的是已經支援 NXT 樂

高機器人程式開發使得 Android 與 NXT 的結合應用更添了

許多想像空間

由於 App Inventor 突破性的發展使得原本可能是處於高階程

式設計師領域的手機應用程式開發一下子成為國小學童接觸程

式設計的最初入門磚學習 Android 裝置程式設計可以不必

學習較為艱澀的 Java 語法只要使用拼圖模式來組合程式就

可以完成 Android 裝置的應用程式MIT App Inventor 2網站

提供雲端服務讓我們可以免費使用其提供的強大功能來設計

Android 裝置上的 App 應用程式完成作品後還可以上傳到

Google Play 商店Android 作業系統是一個以 Linux 為基礎

的開放原始碼作業系統中文俗稱為「安卓」其起源最早是在

西元 2003 年由安迪魯賓（Andy Rubin）所開發製作目前由

Google 公司成立的開放手持設備聯盟 Open Handset Alliance

（OHA）來持續開發主導

Android 作業系統的應用層面最早是由智慧型手機開始後來

逐漸擴展到平板電腦及其他領域上在西元 2010 年底Android

作業系統成為全球第一大智慧型手機作業系統其市佔率超過

Apple 公司的 iOS 作業系統

Google 公司在西元 2010 年為了讓更多人在沒有程式基礎的

狀況下能夠開發 Android 裝置應用程式推出 Google App

76

Inventor for Android 工具軟體讓使用者可以運用拼圖模式

來組合程式語法進而發展 Android 裝置的應用程式

後來Google 公司在西元 2012 年將此軟體移轉給美國麻省

理工學院（MIT）的行動學習中心（MIT Center for Mobile

Learning）來維護並引導使用者進入 App 應用程式開發的世界

使用者開發完成的程式可以下載到任何使用 Android 作業系

統的裝置包括智慧型手機或平板電腦

在 App 程式開發過程中我們可以使用模擬器或 Android 裝

置來測試應用程式執行的狀況待完成相關開發作業後更可

以將應用程式上傳到 Google Play 商店提供大眾下載安裝

77

18建置「雲端健康管理系統」

在 PC 電腦使用 Apache Server 架設一個私有雲的遠端伺服主機

並使用 PHP程式撰寫雲端健康管理程式透過 MySQL資料庫與 VB 2010

介面監控程式連接將智慧型手機或 PC 電腦的個人健康自主管理資

料上傳雲端提供健康專問題仍需專業醫生或照護人員協助因此

雲端監控技術因應而生可直接將配戴式裝置記錄的健康資料傳送

到雲端健康照護系統提供遠端的家人照護人員與醫生做查詢

診斷與後續的照護處置

Visual basic 與 MySQL 資料庫建置

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程

78

19進度表

19-1預期結果

本計畫結合嵌入式晶片運動感測藍牙技術製作的運動健康管理

用的穿戴式裝置可透過智慧型手機生理訊號監控測與雲端技術

建置一套「運動健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自

主管理工具本計畫預期產出研究成果有

1針對不同運動型態必須偵測身體不同部位的運動特徵值本計畫

製作不同型式的穿戴配件讓使用者可配戴在身體特定部位如頭

部手臂手腕腰部大腿小腿身體各部位的活動量

2由於可配戴在身體不同部位使用智慧型手機透過最新 BLE 無線傳

輸技術做為人機介面方便使用者操作與記錄資料讓穿戴式裝

置有更彈性的配戴方式與應用場合

3運動偵測採用六軸運動感測(MPU-6050 模組三軸加速計+三軸陀螺

儀)比傳統三軸加速計或斜震感測器(計步器)可更精確偵測與分

析運動量與運動姿態的正確性

4穿戴式裝置搭配「雲端健康管理系統」上可為自己量身訂做一套

運動處方透過智慧型手機定時提醒使用者運動時間運動份量

穿戴式裝置的運動記錄與生理訊號量測的資料分析可用來檢視這

套運動處方的成效做為進一步調整或改善的依據

5在執行本計畫過程中本人可以藉此學習到電路設計程式撰寫

月次

工作項目 7 8 9 10 11 12 1 2

1資料搜集整理與研讀

2硬體電路設計與製作

3晶片韌體程式撰寫

4運動訊號分析與辨識

5手機 App 程式撰寫

6建置雲端運動健康管

理系統

7系統功能整合測試

8撰寫報告

79

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

[5] N Ravi N Dandekar P Mysore ML Littmanrdquo Activity

Recognition from Accelerometer Datardquo American

Association for Artifi cial Intelligence (wwwaaaiorg)

2005

[6 ] Yonglei Zheng Weng-Keen Wong Xinze Guan Stewart

Trostrdquo Physical Activity Recognition from Accelerometer

Data Using a Multi-Scale Ensemble Methodrdquo Innovative

Applications of Artificial Intelligence Twenty-Fifth IAAI

Conference2013

[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

Activity Recognition from Accelerometer Data Using a

Wearable Devicerdquo Pattern Recognition and Image Analysis

Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

[9] Holetk Semiconductor IncldquoDatasheet of HT66Fxxrdquo

httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

8此時 Drupal 已大致完成頁面上會要求妳填寫一些資訊包

括這個網站的名稱網站電子郵件地址和第 1 個使用者的

帳號密碼這個帳號會成之後的管理員然後按

(Save and continue)的按鈕完成安裝完成後會在設定網頁

的基本資訊

圖三十九 進行網頁的基本設定

59

圖四十 進行網頁的基本設定-1

圖四十一 Drupal 基本設定完成頁面

60

10安裝完成後會自動跳進去初使畫面

圖四十二 Drupal 啟用畫面

61

13Drupal 7 中文化設定教學

1輸入此網址 httpdrupaltaiwanorglocalized進行下載

中文化安裝模組在下載時要注意安裝的版本

圖四十三 中文模組下載頁面

62

2下載完後解壓縮回到 Drupal 網頁選擇最上面功能列的

(Modules)點選完後在主要模組區找到(Locale)將前面的選

項打勾點選完畢後滑到頁面最下面選擇(Save)

圖四十四 選擇模組開啟頁面

63

3點選上方的工具列選擇(Configuration)gt(Regional and

Ianguage)gt(Translate interface)選擇下面的(IMPORT)將

下面(Language file)選擇以解壓縮的中文包在(Import

into)選擇(Chinese Traditional(繁體中文))設定完畢後

點選最下面(Import)選項

圖四十五 中文模組包安裝頁面

64

4點選上面的工具列(Configuration)gt(Regional and

language)點選下面的(LIST)在下面的表格找到(DEFAULT)

的欄位對應到欄位最左邊的(Chinese Traditional)將對

應到的那一列圓圈的選擇選起來點選完畢後選擇頁面最下

面的(Save configuration)按鈕存檔

圖四十六 Drupal 中文化設定

65

14Drupal 7 安裝模組教學

1到 Drupal 頁面選擇上面的列表(模組)點選之後可以看到

許多模組的選項然後要注意描述欄位的顯示在描述的欄

位裡面的依賴模組只要有顯示(遺失)代表此模組是無法啟

用的

圖四十七 相關模組遺失頁面

66

2需要補齊遺失的其他模組才能啟動這個模組首先先到

Drupal 的官網 httpswwwdrupalorgprojectviews

將網址 poroject後面改成遺失模組的名稱更改完成後進入

頁面最下方會有載點

圖四十八 下載新模組頁面

網頁上面會有三個顏色的載點這三個顏色分別是

綠色安全穩定的版本下載首選

黃色測試版本不穩定專門給一些測試人員使用的

紅色開發階段的版本很多設定還沒完成專門提供給開發人

員或是幫忙開發人員

3當在官網上找到新模組後有兩種方式可以進行安裝

67

方式一

(1)到下載頁面進行模組下載載點有兩個 TargzZip 都可下

載下載完後進行解壓縮

圖四十九 下載 Drupal 新模組的下載頁面

(2)解壓所完畢後回到Drupal頁面點選上方的工具列的[模組]

選項進去後找到[+ 安裝模組]

圖五十 Drupal 新模組安裝頁面

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

68

圖五十一 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十二 模組啟動頁面

69

方法二

(1)進入到模組下載再想到下載的模組選項點右鍵點選[複

製連結網址]

圖五十三 選擇模組下載頁面

(2)回到 Drupal 模組安裝頁面進行安裝將模組網址複製進

[從網址(URL)-安裝]之後點選頁面下面的[安裝]鍵即

可完成安裝

圖五十四 模組安裝頁面

70

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

圖五十五 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十六 模組啟動頁面

71

15本計畫執行步驟將分為 資料搜集與研讀硬體電路設計與製作晶片韌體程式撰寫運動

訊號分析與辨識手機 APP 程式撰寫建置「雲端運動健康管理系統」

系統功能整合測試詳細說明如下

15-1資料搜集與研讀

搜集目前運動與健康管理相關發展情形穿戴式裝置研發的相關

技術與應用研讀 SoC 晶片功能特性與使用六軸運動感測器BLE

技術與模組晶片的相關 Datasheets 資料動作辨認(Activity

Recognition)相關理論與演算論文

15-2硬體電路設計製作

本計畫製作的核心是穿戴式裝置軟硬體設計主要是採用 TI

CC2530 低功耗與多樣化介面功能偵測活動量的六軸運動感測器使

用 IIC 通訊介面連接 BLE 短程無線傳輸模組是 UART 介面按鍵

與指示燈使用 GPIO 接腳

15-3晶片韌體程式

穿戴式裝置的 TI CC2530 軔體程式開發包括下列三部份重點

(1)硬體層的定義必須配合硬體電路的規劃方便函式庫與主程式

的使用(2)針對 UARTIIC 等介面電路的資料傳輸必須先建置好

相對的函式庫方便主控程式取用(3)主程式的流程規劃必須配合

實際的功能規劃並訂定與其他裝置連接的傳輸通訊協定穿戴式

裝置的程式流程如下裝置 POWER ON 或 RESET 後先初始化晶片

等待手機透過 BLE 下達選項設定與啟動指令啟動後開始偵測活動

量並定時將資料透過 BLE 回傳到手機上顯示直到手機下達停

止指令

15-4運動訊號分析與辨識

使用者可配戴在身體特定部位如頭部手臂手腕腰部大腿

小腿透過裝置內建感測器記錄 身體各部位的活動量穿戴式裝

置穿戴在身體不同部位透過 BLE 傳輸到 PC 用 StamPlot 作分析

StamPlot 測試分析的結果找出 六軸運動感測(三軸加速計+三軸陀螺

儀)活動量的變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌體程式做為

活動量計數與分析的依據並可統計動作正確性的百分比本計畫先

從簡單運動開始做分析如走路跑步騎單車甩手功hellip等未來

可做更複雜的運動量分析StamPlot活動量分析如圖 4有關訊號濾

波與辨識演算將參考相關論文StampPlot 測試分析的結果找出活

動量的三軸加速計 xyz 變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌

72

體程式做為活動量計數的依據並統計動作正確性的百分比

圖五十七 StamPlot活動量分析圖

15-5StampPlot StampPlot 為繪圖指示記錄和串行數據的控制典型地由一個微 控制器雖然也可以使用其它源 完全可配置從控制器或通過基於 PC 的宏文件雖然從基本郵票（R） 視差是我們的最愛幾乎所有控制器可以傳達到 PC 機的串口 可以使用的端口 控制器的那個使用 USB 和虛擬串口驅動程序也可以使用

圖五十八 程式啟動頁面

73

StampPlot 分析運動特徵值

圖五十九 運動特徵值

16運動量偵測與記錄測試 穿戴式裝置啟動或重置後智慧型手機 App 程式透過 BLE 或 RF

自動搜尋週圍裝置並逐一確認裝置連線與穿戴位置

確認好偵測部位動作與預計活動時間後按下 Start 鍵手

機 APP 可即時監看量狀況完成活動後按下停止鍵記錄活動日

期時間活動量等資料

按下上傳鍵利用 APP Inventor TinyWebDB可將記錄資料上

傳到 Google 雲端伺服器

上圖顯示記錄與查看運動狀態資料利用上下頁功能鍵可查

閱 Google 雲端 TinyWebDB 的歷史資料此外APP 也能接收到

血壓心跳體重體溫等生理訊號資料並顯示在手機畫面

74

17手機 App 程式

智慧型手機可使用 App 程式透過 BLE 直接連接穿戴式裝

置可直接顯示健康資料訊息做簡單的健康管理並可下

達指令變更穿戴式裝置的設定做為穿戴式裝置的人機介

面也可以利用連接網際網路方式做為穿戴式裝置與外部

網路轉發訊息的橋樑Apps 程式我們選用 APP Inventor 2

這套 Web 線上開發工具它是簡易式的 Android APP 開發軟

體視覺化的圖形介面設計與拼圖式的程式開發很容易上

手主要包括人機介面的操作藍牙通訊傳輸顯示個人運

動處方提醒運動時間運動資料的記錄調閱與上傳雲端

伺服機運動狀態分析與異常警示hellip等功能

圖六十 手機 APP 成品畫面

75

17-1App Inventor 背景介紹 Google App Inventor 在去年底(2010 年底)時正式開放給所

有使用者使用當然這個 Project 在正式推出之前早已在許

多高中大學校園當中做了許多教學測試可見得 Google 選擇

發展這樣的開發路徑瞄準的就是教育市場希望從校園當中開

始掌握第一批的潛在使用者及開發者這樣的策略其實對於

Android 這樣的開放式平台可說是自然而然的事並且從開發工

具模擬器實機測試等一路上所需使用的軟體均可免費取得

自由測試對於教學用途的使用實在是可說是最理想的方式了

由於是針對學生族群Google 在這個部分特別引入在教育系統

當中頗為成功的 Scratch 來作為拼圖式程式寫作的基礎實際

上 Google App Inventor 負責教授即來自 MIT 與 Scratch 技

術發展有相當深且廣的關聯標榜可以讓使用者完全不需寫任何

程式碼即可完成應用程式開發更驚訝的是已經支援 NXT 樂

高機器人程式開發使得 Android 與 NXT 的結合應用更添了

許多想像空間

由於 App Inventor 突破性的發展使得原本可能是處於高階程

式設計師領域的手機應用程式開發一下子成為國小學童接觸程

式設計的最初入門磚學習 Android 裝置程式設計可以不必

學習較為艱澀的 Java 語法只要使用拼圖模式來組合程式就

可以完成 Android 裝置的應用程式MIT App Inventor 2網站

提供雲端服務讓我們可以免費使用其提供的強大功能來設計

Android 裝置上的 App 應用程式完成作品後還可以上傳到

Google Play 商店Android 作業系統是一個以 Linux 為基礎

的開放原始碼作業系統中文俗稱為「安卓」其起源最早是在

西元 2003 年由安迪魯賓（Andy Rubin）所開發製作目前由

Google 公司成立的開放手持設備聯盟 Open Handset Alliance

（OHA）來持續開發主導

Android 作業系統的應用層面最早是由智慧型手機開始後來

逐漸擴展到平板電腦及其他領域上在西元 2010 年底Android

作業系統成為全球第一大智慧型手機作業系統其市佔率超過

Apple 公司的 iOS 作業系統

Google 公司在西元 2010 年為了讓更多人在沒有程式基礎的

狀況下能夠開發 Android 裝置應用程式推出 Google App

76

Inventor for Android 工具軟體讓使用者可以運用拼圖模式

來組合程式語法進而發展 Android 裝置的應用程式

後來Google 公司在西元 2012 年將此軟體移轉給美國麻省

理工學院（MIT）的行動學習中心（MIT Center for Mobile

Learning）來維護並引導使用者進入 App 應用程式開發的世界

使用者開發完成的程式可以下載到任何使用 Android 作業系

統的裝置包括智慧型手機或平板電腦

在 App 程式開發過程中我們可以使用模擬器或 Android 裝

置來測試應用程式執行的狀況待完成相關開發作業後更可

以將應用程式上傳到 Google Play 商店提供大眾下載安裝

77

18建置「雲端健康管理系統」

在 PC 電腦使用 Apache Server 架設一個私有雲的遠端伺服主機

並使用 PHP程式撰寫雲端健康管理程式透過 MySQL資料庫與 VB 2010

介面監控程式連接將智慧型手機或 PC 電腦的個人健康自主管理資

料上傳雲端提供健康專問題仍需專業醫生或照護人員協助因此

雲端監控技術因應而生可直接將配戴式裝置記錄的健康資料傳送

到雲端健康照護系統提供遠端的家人照護人員與醫生做查詢

診斷與後續的照護處置

Visual basic 與 MySQL 資料庫建置

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程

78

19進度表

19-1預期結果

本計畫結合嵌入式晶片運動感測藍牙技術製作的運動健康管理

用的穿戴式裝置可透過智慧型手機生理訊號監控測與雲端技術

建置一套「運動健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自

主管理工具本計畫預期產出研究成果有

1針對不同運動型態必須偵測身體不同部位的運動特徵值本計畫

製作不同型式的穿戴配件讓使用者可配戴在身體特定部位如頭

部手臂手腕腰部大腿小腿身體各部位的活動量

2由於可配戴在身體不同部位使用智慧型手機透過最新 BLE 無線傳

輸技術做為人機介面方便使用者操作與記錄資料讓穿戴式裝

置有更彈性的配戴方式與應用場合

3運動偵測採用六軸運動感測(MPU-6050 模組三軸加速計+三軸陀螺

儀)比傳統三軸加速計或斜震感測器(計步器)可更精確偵測與分

析運動量與運動姿態的正確性

4穿戴式裝置搭配「雲端健康管理系統」上可為自己量身訂做一套

運動處方透過智慧型手機定時提醒使用者運動時間運動份量

穿戴式裝置的運動記錄與生理訊號量測的資料分析可用來檢視這

套運動處方的成效做為進一步調整或改善的依據

5在執行本計畫過程中本人可以藉此學習到電路設計程式撰寫

月次

工作項目 7 8 9 10 11 12 1 2

1資料搜集整理與研讀

2硬體電路設計與製作

3晶片韌體程式撰寫

4運動訊號分析與辨識

5手機 App 程式撰寫

6建置雲端運動健康管

理系統

7系統功能整合測試

8撰寫報告

79

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

[5] N Ravi N Dandekar P Mysore ML Littmanrdquo Activity

Recognition from Accelerometer Datardquo American

Association for Artifi cial Intelligence (wwwaaaiorg)

2005

[6 ] Yonglei Zheng Weng-Keen Wong Xinze Guan Stewart

Trostrdquo Physical Activity Recognition from Accelerometer

Data Using a Multi-Scale Ensemble Methodrdquo Innovative

Applications of Artificial Intelligence Twenty-Fifth IAAI

Conference2013

[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

Activity Recognition from Accelerometer Data Using a

Wearable Devicerdquo Pattern Recognition and Image Analysis

Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

[9] Holetk Semiconductor IncldquoDatasheet of HT66Fxxrdquo

httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

圖四十 進行網頁的基本設定-1

圖四十一 Drupal 基本設定完成頁面

60

10安裝完成後會自動跳進去初使畫面

圖四十二 Drupal 啟用畫面

61

13Drupal 7 中文化設定教學

1輸入此網址 httpdrupaltaiwanorglocalized進行下載

中文化安裝模組在下載時要注意安裝的版本

圖四十三 中文模組下載頁面

62

2下載完後解壓縮回到 Drupal 網頁選擇最上面功能列的

(Modules)點選完後在主要模組區找到(Locale)將前面的選

項打勾點選完畢後滑到頁面最下面選擇(Save)

圖四十四 選擇模組開啟頁面

63

3點選上方的工具列選擇(Configuration)gt(Regional and

Ianguage)gt(Translate interface)選擇下面的(IMPORT)將

下面(Language file)選擇以解壓縮的中文包在(Import

into)選擇(Chinese Traditional(繁體中文))設定完畢後

點選最下面(Import)選項

圖四十五 中文模組包安裝頁面

64

4點選上面的工具列(Configuration)gt(Regional and

language)點選下面的(LIST)在下面的表格找到(DEFAULT)

的欄位對應到欄位最左邊的(Chinese Traditional)將對

應到的那一列圓圈的選擇選起來點選完畢後選擇頁面最下

面的(Save configuration)按鈕存檔

圖四十六 Drupal 中文化設定

65

14Drupal 7 安裝模組教學

1到 Drupal 頁面選擇上面的列表(模組)點選之後可以看到

許多模組的選項然後要注意描述欄位的顯示在描述的欄

位裡面的依賴模組只要有顯示(遺失)代表此模組是無法啟

用的

圖四十七 相關模組遺失頁面

66

2需要補齊遺失的其他模組才能啟動這個模組首先先到

Drupal 的官網 httpswwwdrupalorgprojectviews

將網址 poroject後面改成遺失模組的名稱更改完成後進入

頁面最下方會有載點

圖四十八 下載新模組頁面

網頁上面會有三個顏色的載點這三個顏色分別是

綠色安全穩定的版本下載首選

黃色測試版本不穩定專門給一些測試人員使用的

紅色開發階段的版本很多設定還沒完成專門提供給開發人

員或是幫忙開發人員

3當在官網上找到新模組後有兩種方式可以進行安裝

67

方式一

(1)到下載頁面進行模組下載載點有兩個 TargzZip 都可下

載下載完後進行解壓縮

圖四十九 下載 Drupal 新模組的下載頁面

(2)解壓所完畢後回到Drupal頁面點選上方的工具列的[模組]

選項進去後找到[+ 安裝模組]

圖五十 Drupal 新模組安裝頁面

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

68

圖五十一 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十二 模組啟動頁面

69

方法二

(1)進入到模組下載再想到下載的模組選項點右鍵點選[複

製連結網址]

圖五十三 選擇模組下載頁面

(2)回到 Drupal 模組安裝頁面進行安裝將模組網址複製進

[從網址(URL)-安裝]之後點選頁面下面的[安裝]鍵即

可完成安裝

圖五十四 模組安裝頁面

70

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

圖五十五 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十六 模組啟動頁面

71

15本計畫執行步驟將分為 資料搜集與研讀硬體電路設計與製作晶片韌體程式撰寫運動

訊號分析與辨識手機 APP 程式撰寫建置「雲端運動健康管理系統」

系統功能整合測試詳細說明如下

15-1資料搜集與研讀

搜集目前運動與健康管理相關發展情形穿戴式裝置研發的相關

技術與應用研讀 SoC 晶片功能特性與使用六軸運動感測器BLE

技術與模組晶片的相關 Datasheets 資料動作辨認(Activity

Recognition)相關理論與演算論文

15-2硬體電路設計製作

本計畫製作的核心是穿戴式裝置軟硬體設計主要是採用 TI

CC2530 低功耗與多樣化介面功能偵測活動量的六軸運動感測器使

用 IIC 通訊介面連接 BLE 短程無線傳輸模組是 UART 介面按鍵

與指示燈使用 GPIO 接腳

15-3晶片韌體程式

穿戴式裝置的 TI CC2530 軔體程式開發包括下列三部份重點

(1)硬體層的定義必須配合硬體電路的規劃方便函式庫與主程式

的使用(2)針對 UARTIIC 等介面電路的資料傳輸必須先建置好

相對的函式庫方便主控程式取用(3)主程式的流程規劃必須配合

實際的功能規劃並訂定與其他裝置連接的傳輸通訊協定穿戴式

裝置的程式流程如下裝置 POWER ON 或 RESET 後先初始化晶片

等待手機透過 BLE 下達選項設定與啟動指令啟動後開始偵測活動

量並定時將資料透過 BLE 回傳到手機上顯示直到手機下達停

止指令

15-4運動訊號分析與辨識

使用者可配戴在身體特定部位如頭部手臂手腕腰部大腿

小腿透過裝置內建感測器記錄 身體各部位的活動量穿戴式裝

置穿戴在身體不同部位透過 BLE 傳輸到 PC 用 StamPlot 作分析

StamPlot 測試分析的結果找出 六軸運動感測(三軸加速計+三軸陀螺

儀)活動量的變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌體程式做為

活動量計數與分析的依據並可統計動作正確性的百分比本計畫先

從簡單運動開始做分析如走路跑步騎單車甩手功hellip等未來

可做更複雜的運動量分析StamPlot活動量分析如圖 4有關訊號濾

波與辨識演算將參考相關論文StampPlot 測試分析的結果找出活

動量的三軸加速計 xyz 變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌

72

體程式做為活動量計數的依據並統計動作正確性的百分比

圖五十七 StamPlot活動量分析圖

15-5StampPlot StampPlot 為繪圖指示記錄和串行數據的控制典型地由一個微 控制器雖然也可以使用其它源 完全可配置從控制器或通過基於 PC 的宏文件雖然從基本郵票（R） 視差是我們的最愛幾乎所有控制器可以傳達到 PC 機的串口 可以使用的端口 控制器的那個使用 USB 和虛擬串口驅動程序也可以使用

圖五十八 程式啟動頁面

73

StampPlot 分析運動特徵值

圖五十九 運動特徵值

16運動量偵測與記錄測試 穿戴式裝置啟動或重置後智慧型手機 App 程式透過 BLE 或 RF

自動搜尋週圍裝置並逐一確認裝置連線與穿戴位置

確認好偵測部位動作與預計活動時間後按下 Start 鍵手

機 APP 可即時監看量狀況完成活動後按下停止鍵記錄活動日

期時間活動量等資料

按下上傳鍵利用 APP Inventor TinyWebDB可將記錄資料上

傳到 Google 雲端伺服器

上圖顯示記錄與查看運動狀態資料利用上下頁功能鍵可查

閱 Google 雲端 TinyWebDB 的歷史資料此外APP 也能接收到

血壓心跳體重體溫等生理訊號資料並顯示在手機畫面

74

17手機 App 程式

智慧型手機可使用 App 程式透過 BLE 直接連接穿戴式裝

置可直接顯示健康資料訊息做簡單的健康管理並可下

達指令變更穿戴式裝置的設定做為穿戴式裝置的人機介

面也可以利用連接網際網路方式做為穿戴式裝置與外部

網路轉發訊息的橋樑Apps 程式我們選用 APP Inventor 2

這套 Web 線上開發工具它是簡易式的 Android APP 開發軟

體視覺化的圖形介面設計與拼圖式的程式開發很容易上

手主要包括人機介面的操作藍牙通訊傳輸顯示個人運

動處方提醒運動時間運動資料的記錄調閱與上傳雲端

伺服機運動狀態分析與異常警示hellip等功能

圖六十 手機 APP 成品畫面

75

17-1App Inventor 背景介紹 Google App Inventor 在去年底(2010 年底)時正式開放給所

有使用者使用當然這個 Project 在正式推出之前早已在許

多高中大學校園當中做了許多教學測試可見得 Google 選擇

發展這樣的開發路徑瞄準的就是教育市場希望從校園當中開

始掌握第一批的潛在使用者及開發者這樣的策略其實對於

Android 這樣的開放式平台可說是自然而然的事並且從開發工

具模擬器實機測試等一路上所需使用的軟體均可免費取得

自由測試對於教學用途的使用實在是可說是最理想的方式了

由於是針對學生族群Google 在這個部分特別引入在教育系統

當中頗為成功的 Scratch 來作為拼圖式程式寫作的基礎實際

上 Google App Inventor 負責教授即來自 MIT 與 Scratch 技

術發展有相當深且廣的關聯標榜可以讓使用者完全不需寫任何

程式碼即可完成應用程式開發更驚訝的是已經支援 NXT 樂

高機器人程式開發使得 Android 與 NXT 的結合應用更添了

許多想像空間

由於 App Inventor 突破性的發展使得原本可能是處於高階程

式設計師領域的手機應用程式開發一下子成為國小學童接觸程

式設計的最初入門磚學習 Android 裝置程式設計可以不必

學習較為艱澀的 Java 語法只要使用拼圖模式來組合程式就

可以完成 Android 裝置的應用程式MIT App Inventor 2網站

提供雲端服務讓我們可以免費使用其提供的強大功能來設計

Android 裝置上的 App 應用程式完成作品後還可以上傳到

Google Play 商店Android 作業系統是一個以 Linux 為基礎

的開放原始碼作業系統中文俗稱為「安卓」其起源最早是在

西元 2003 年由安迪魯賓（Andy Rubin）所開發製作目前由

Google 公司成立的開放手持設備聯盟 Open Handset Alliance

（OHA）來持續開發主導

Android 作業系統的應用層面最早是由智慧型手機開始後來

逐漸擴展到平板電腦及其他領域上在西元 2010 年底Android

作業系統成為全球第一大智慧型手機作業系統其市佔率超過

Apple 公司的 iOS 作業系統

Google 公司在西元 2010 年為了讓更多人在沒有程式基礎的

狀況下能夠開發 Android 裝置應用程式推出 Google App

76

Inventor for Android 工具軟體讓使用者可以運用拼圖模式

來組合程式語法進而發展 Android 裝置的應用程式

後來Google 公司在西元 2012 年將此軟體移轉給美國麻省

理工學院（MIT）的行動學習中心（MIT Center for Mobile

Learning）來維護並引導使用者進入 App 應用程式開發的世界

使用者開發完成的程式可以下載到任何使用 Android 作業系

統的裝置包括智慧型手機或平板電腦

在 App 程式開發過程中我們可以使用模擬器或 Android 裝

置來測試應用程式執行的狀況待完成相關開發作業後更可

以將應用程式上傳到 Google Play 商店提供大眾下載安裝

77

18建置「雲端健康管理系統」

在 PC 電腦使用 Apache Server 架設一個私有雲的遠端伺服主機

並使用 PHP程式撰寫雲端健康管理程式透過 MySQL資料庫與 VB 2010

介面監控程式連接將智慧型手機或 PC 電腦的個人健康自主管理資

料上傳雲端提供健康專問題仍需專業醫生或照護人員協助因此

雲端監控技術因應而生可直接將配戴式裝置記錄的健康資料傳送

到雲端健康照護系統提供遠端的家人照護人員與醫生做查詢

診斷與後續的照護處置

Visual basic 與 MySQL 資料庫建置

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程

78

19進度表

19-1預期結果

本計畫結合嵌入式晶片運動感測藍牙技術製作的運動健康管理

用的穿戴式裝置可透過智慧型手機生理訊號監控測與雲端技術

建置一套「運動健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自

主管理工具本計畫預期產出研究成果有

1針對不同運動型態必須偵測身體不同部位的運動特徵值本計畫

製作不同型式的穿戴配件讓使用者可配戴在身體特定部位如頭

部手臂手腕腰部大腿小腿身體各部位的活動量

2由於可配戴在身體不同部位使用智慧型手機透過最新 BLE 無線傳

輸技術做為人機介面方便使用者操作與記錄資料讓穿戴式裝

置有更彈性的配戴方式與應用場合

3運動偵測採用六軸運動感測(MPU-6050 模組三軸加速計+三軸陀螺

儀)比傳統三軸加速計或斜震感測器(計步器)可更精確偵測與分

析運動量與運動姿態的正確性

4穿戴式裝置搭配「雲端健康管理系統」上可為自己量身訂做一套

運動處方透過智慧型手機定時提醒使用者運動時間運動份量

穿戴式裝置的運動記錄與生理訊號量測的資料分析可用來檢視這

套運動處方的成效做為進一步調整或改善的依據

5在執行本計畫過程中本人可以藉此學習到電路設計程式撰寫

月次

工作項目 7 8 9 10 11 12 1 2

1資料搜集整理與研讀

2硬體電路設計與製作

3晶片韌體程式撰寫

4運動訊號分析與辨識

5手機 App 程式撰寫

6建置雲端運動健康管

理系統

7系統功能整合測試

8撰寫報告

79

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

[5] N Ravi N Dandekar P Mysore ML Littmanrdquo Activity

Recognition from Accelerometer Datardquo American

Association for Artifi cial Intelligence (wwwaaaiorg)

2005

[6 ] Yonglei Zheng Weng-Keen Wong Xinze Guan Stewart

Trostrdquo Physical Activity Recognition from Accelerometer

Data Using a Multi-Scale Ensemble Methodrdquo Innovative

Applications of Artificial Intelligence Twenty-Fifth IAAI

Conference2013

[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

Activity Recognition from Accelerometer Data Using a

Wearable Devicerdquo Pattern Recognition and Image Analysis

Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

[9] Holetk Semiconductor IncldquoDatasheet of HT66Fxxrdquo

httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

10安裝完成後會自動跳進去初使畫面

圖四十二 Drupal 啟用畫面

61

13Drupal 7 中文化設定教學

1輸入此網址 httpdrupaltaiwanorglocalized進行下載

中文化安裝模組在下載時要注意安裝的版本

圖四十三 中文模組下載頁面

62

2下載完後解壓縮回到 Drupal 網頁選擇最上面功能列的

(Modules)點選完後在主要模組區找到(Locale)將前面的選

項打勾點選完畢後滑到頁面最下面選擇(Save)

圖四十四 選擇模組開啟頁面

63

3點選上方的工具列選擇(Configuration)gt(Regional and

Ianguage)gt(Translate interface)選擇下面的(IMPORT)將

下面(Language file)選擇以解壓縮的中文包在(Import

into)選擇(Chinese Traditional(繁體中文))設定完畢後

點選最下面(Import)選項

圖四十五 中文模組包安裝頁面

64

4點選上面的工具列(Configuration)gt(Regional and

language)點選下面的(LIST)在下面的表格找到(DEFAULT)

的欄位對應到欄位最左邊的(Chinese Traditional)將對

應到的那一列圓圈的選擇選起來點選完畢後選擇頁面最下

面的(Save configuration)按鈕存檔

圖四十六 Drupal 中文化設定

65

14Drupal 7 安裝模組教學

1到 Drupal 頁面選擇上面的列表(模組)點選之後可以看到

許多模組的選項然後要注意描述欄位的顯示在描述的欄

位裡面的依賴模組只要有顯示(遺失)代表此模組是無法啟

用的

圖四十七 相關模組遺失頁面

66

2需要補齊遺失的其他模組才能啟動這個模組首先先到

Drupal 的官網 httpswwwdrupalorgprojectviews

將網址 poroject後面改成遺失模組的名稱更改完成後進入

頁面最下方會有載點

圖四十八 下載新模組頁面

網頁上面會有三個顏色的載點這三個顏色分別是

綠色安全穩定的版本下載首選

黃色測試版本不穩定專門給一些測試人員使用的

紅色開發階段的版本很多設定還沒完成專門提供給開發人

員或是幫忙開發人員

3當在官網上找到新模組後有兩種方式可以進行安裝

67

方式一

(1)到下載頁面進行模組下載載點有兩個 TargzZip 都可下

載下載完後進行解壓縮

圖四十九 下載 Drupal 新模組的下載頁面

(2)解壓所完畢後回到Drupal頁面點選上方的工具列的[模組]

選項進去後找到[+ 安裝模組]

圖五十 Drupal 新模組安裝頁面

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

68

圖五十一 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十二 模組啟動頁面

69

方法二

(1)進入到模組下載再想到下載的模組選項點右鍵點選[複

製連結網址]

圖五十三 選擇模組下載頁面

(2)回到 Drupal 模組安裝頁面進行安裝將模組網址複製進

[從網址(URL)-安裝]之後點選頁面下面的[安裝]鍵即

可完成安裝

圖五十四 模組安裝頁面

70

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

圖五十五 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十六 模組啟動頁面

71

15本計畫執行步驟將分為 資料搜集與研讀硬體電路設計與製作晶片韌體程式撰寫運動

訊號分析與辨識手機 APP 程式撰寫建置「雲端運動健康管理系統」

系統功能整合測試詳細說明如下

15-1資料搜集與研讀

搜集目前運動與健康管理相關發展情形穿戴式裝置研發的相關

技術與應用研讀 SoC 晶片功能特性與使用六軸運動感測器BLE

技術與模組晶片的相關 Datasheets 資料動作辨認(Activity

Recognition)相關理論與演算論文

15-2硬體電路設計製作

本計畫製作的核心是穿戴式裝置軟硬體設計主要是採用 TI

CC2530 低功耗與多樣化介面功能偵測活動量的六軸運動感測器使

用 IIC 通訊介面連接 BLE 短程無線傳輸模組是 UART 介面按鍵

與指示燈使用 GPIO 接腳

15-3晶片韌體程式

穿戴式裝置的 TI CC2530 軔體程式開發包括下列三部份重點

(1)硬體層的定義必須配合硬體電路的規劃方便函式庫與主程式

的使用(2)針對 UARTIIC 等介面電路的資料傳輸必須先建置好

相對的函式庫方便主控程式取用(3)主程式的流程規劃必須配合

實際的功能規劃並訂定與其他裝置連接的傳輸通訊協定穿戴式

裝置的程式流程如下裝置 POWER ON 或 RESET 後先初始化晶片

等待手機透過 BLE 下達選項設定與啟動指令啟動後開始偵測活動

量並定時將資料透過 BLE 回傳到手機上顯示直到手機下達停

止指令

15-4運動訊號分析與辨識

使用者可配戴在身體特定部位如頭部手臂手腕腰部大腿

小腿透過裝置內建感測器記錄 身體各部位的活動量穿戴式裝

置穿戴在身體不同部位透過 BLE 傳輸到 PC 用 StamPlot 作分析

StamPlot 測試分析的結果找出 六軸運動感測(三軸加速計+三軸陀螺

儀)活動量的變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌體程式做為

活動量計數與分析的依據並可統計動作正確性的百分比本計畫先

從簡單運動開始做分析如走路跑步騎單車甩手功hellip等未來

可做更複雜的運動量分析StamPlot活動量分析如圖 4有關訊號濾

波與辨識演算將參考相關論文StampPlot 測試分析的結果找出活

動量的三軸加速計 xyz 變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌

72

體程式做為活動量計數的依據並統計動作正確性的百分比

圖五十七 StamPlot活動量分析圖

15-5StampPlot StampPlot 為繪圖指示記錄和串行數據的控制典型地由一個微 控制器雖然也可以使用其它源 完全可配置從控制器或通過基於 PC 的宏文件雖然從基本郵票（R） 視差是我們的最愛幾乎所有控制器可以傳達到 PC 機的串口 可以使用的端口 控制器的那個使用 USB 和虛擬串口驅動程序也可以使用

圖五十八 程式啟動頁面

73

StampPlot 分析運動特徵值

圖五十九 運動特徵值

16運動量偵測與記錄測試 穿戴式裝置啟動或重置後智慧型手機 App 程式透過 BLE 或 RF

自動搜尋週圍裝置並逐一確認裝置連線與穿戴位置

確認好偵測部位動作與預計活動時間後按下 Start 鍵手

機 APP 可即時監看量狀況完成活動後按下停止鍵記錄活動日

期時間活動量等資料

按下上傳鍵利用 APP Inventor TinyWebDB可將記錄資料上

傳到 Google 雲端伺服器

上圖顯示記錄與查看運動狀態資料利用上下頁功能鍵可查

閱 Google 雲端 TinyWebDB 的歷史資料此外APP 也能接收到

血壓心跳體重體溫等生理訊號資料並顯示在手機畫面

74

17手機 App 程式

智慧型手機可使用 App 程式透過 BLE 直接連接穿戴式裝

置可直接顯示健康資料訊息做簡單的健康管理並可下

達指令變更穿戴式裝置的設定做為穿戴式裝置的人機介

面也可以利用連接網際網路方式做為穿戴式裝置與外部

網路轉發訊息的橋樑Apps 程式我們選用 APP Inventor 2

這套 Web 線上開發工具它是簡易式的 Android APP 開發軟

體視覺化的圖形介面設計與拼圖式的程式開發很容易上

手主要包括人機介面的操作藍牙通訊傳輸顯示個人運

動處方提醒運動時間運動資料的記錄調閱與上傳雲端

伺服機運動狀態分析與異常警示hellip等功能

圖六十 手機 APP 成品畫面

75

17-1App Inventor 背景介紹 Google App Inventor 在去年底(2010 年底)時正式開放給所

有使用者使用當然這個 Project 在正式推出之前早已在許

多高中大學校園當中做了許多教學測試可見得 Google 選擇

發展這樣的開發路徑瞄準的就是教育市場希望從校園當中開

始掌握第一批的潛在使用者及開發者這樣的策略其實對於

Android 這樣的開放式平台可說是自然而然的事並且從開發工

具模擬器實機測試等一路上所需使用的軟體均可免費取得

自由測試對於教學用途的使用實在是可說是最理想的方式了

由於是針對學生族群Google 在這個部分特別引入在教育系統

當中頗為成功的 Scratch 來作為拼圖式程式寫作的基礎實際

上 Google App Inventor 負責教授即來自 MIT 與 Scratch 技

術發展有相當深且廣的關聯標榜可以讓使用者完全不需寫任何

程式碼即可完成應用程式開發更驚訝的是已經支援 NXT 樂

高機器人程式開發使得 Android 與 NXT 的結合應用更添了

許多想像空間

由於 App Inventor 突破性的發展使得原本可能是處於高階程

式設計師領域的手機應用程式開發一下子成為國小學童接觸程

式設計的最初入門磚學習 Android 裝置程式設計可以不必

學習較為艱澀的 Java 語法只要使用拼圖模式來組合程式就

可以完成 Android 裝置的應用程式MIT App Inventor 2網站

提供雲端服務讓我們可以免費使用其提供的強大功能來設計

Android 裝置上的 App 應用程式完成作品後還可以上傳到

Google Play 商店Android 作業系統是一個以 Linux 為基礎

的開放原始碼作業系統中文俗稱為「安卓」其起源最早是在

西元 2003 年由安迪魯賓（Andy Rubin）所開發製作目前由

Google 公司成立的開放手持設備聯盟 Open Handset Alliance

（OHA）來持續開發主導

Android 作業系統的應用層面最早是由智慧型手機開始後來

逐漸擴展到平板電腦及其他領域上在西元 2010 年底Android

作業系統成為全球第一大智慧型手機作業系統其市佔率超過

Apple 公司的 iOS 作業系統

Google 公司在西元 2010 年為了讓更多人在沒有程式基礎的

狀況下能夠開發 Android 裝置應用程式推出 Google App

76

Inventor for Android 工具軟體讓使用者可以運用拼圖模式

來組合程式語法進而發展 Android 裝置的應用程式

後來Google 公司在西元 2012 年將此軟體移轉給美國麻省

理工學院（MIT）的行動學習中心（MIT Center for Mobile

Learning）來維護並引導使用者進入 App 應用程式開發的世界

使用者開發完成的程式可以下載到任何使用 Android 作業系

統的裝置包括智慧型手機或平板電腦

在 App 程式開發過程中我們可以使用模擬器或 Android 裝

置來測試應用程式執行的狀況待完成相關開發作業後更可

以將應用程式上傳到 Google Play 商店提供大眾下載安裝

77

18建置「雲端健康管理系統」

在 PC 電腦使用 Apache Server 架設一個私有雲的遠端伺服主機

並使用 PHP程式撰寫雲端健康管理程式透過 MySQL資料庫與 VB 2010

介面監控程式連接將智慧型手機或 PC 電腦的個人健康自主管理資

料上傳雲端提供健康專問題仍需專業醫生或照護人員協助因此

雲端監控技術因應而生可直接將配戴式裝置記錄的健康資料傳送

到雲端健康照護系統提供遠端的家人照護人員與醫生做查詢

診斷與後續的照護處置

Visual basic 與 MySQL 資料庫建置

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程

78

19進度表

19-1預期結果

本計畫結合嵌入式晶片運動感測藍牙技術製作的運動健康管理

用的穿戴式裝置可透過智慧型手機生理訊號監控測與雲端技術

建置一套「運動健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自

主管理工具本計畫預期產出研究成果有

1針對不同運動型態必須偵測身體不同部位的運動特徵值本計畫

製作不同型式的穿戴配件讓使用者可配戴在身體特定部位如頭

部手臂手腕腰部大腿小腿身體各部位的活動量

2由於可配戴在身體不同部位使用智慧型手機透過最新 BLE 無線傳

輸技術做為人機介面方便使用者操作與記錄資料讓穿戴式裝

置有更彈性的配戴方式與應用場合

3運動偵測採用六軸運動感測(MPU-6050 模組三軸加速計+三軸陀螺

儀)比傳統三軸加速計或斜震感測器(計步器)可更精確偵測與分

析運動量與運動姿態的正確性

4穿戴式裝置搭配「雲端健康管理系統」上可為自己量身訂做一套

運動處方透過智慧型手機定時提醒使用者運動時間運動份量

穿戴式裝置的運動記錄與生理訊號量測的資料分析可用來檢視這

套運動處方的成效做為進一步調整或改善的依據

5在執行本計畫過程中本人可以藉此學習到電路設計程式撰寫

月次

工作項目 7 8 9 10 11 12 1 2

1資料搜集整理與研讀

2硬體電路設計與製作

3晶片韌體程式撰寫

4運動訊號分析與辨識

5手機 App 程式撰寫

6建置雲端運動健康管

理系統

7系統功能整合測試

8撰寫報告

79

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

[5] N Ravi N Dandekar P Mysore ML Littmanrdquo Activity

Recognition from Accelerometer Datardquo American

Association for Artifi cial Intelligence (wwwaaaiorg)

2005

[6 ] Yonglei Zheng Weng-Keen Wong Xinze Guan Stewart

Trostrdquo Physical Activity Recognition from Accelerometer

Data Using a Multi-Scale Ensemble Methodrdquo Innovative

Applications of Artificial Intelligence Twenty-Fifth IAAI

Conference2013

[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

Activity Recognition from Accelerometer Data Using a

Wearable Devicerdquo Pattern Recognition and Image Analysis

Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

[9] Holetk Semiconductor IncldquoDatasheet of HT66Fxxrdquo

httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

13Drupal 7 中文化設定教學

1輸入此網址 httpdrupaltaiwanorglocalized進行下載

中文化安裝模組在下載時要注意安裝的版本

圖四十三 中文模組下載頁面

62

2下載完後解壓縮回到 Drupal 網頁選擇最上面功能列的

(Modules)點選完後在主要模組區找到(Locale)將前面的選

項打勾點選完畢後滑到頁面最下面選擇(Save)

圖四十四 選擇模組開啟頁面

63

3點選上方的工具列選擇(Configuration)gt(Regional and

Ianguage)gt(Translate interface)選擇下面的(IMPORT)將

下面(Language file)選擇以解壓縮的中文包在(Import

into)選擇(Chinese Traditional(繁體中文))設定完畢後

點選最下面(Import)選項

圖四十五 中文模組包安裝頁面

64

4點選上面的工具列(Configuration)gt(Regional and

language)點選下面的(LIST)在下面的表格找到(DEFAULT)

的欄位對應到欄位最左邊的(Chinese Traditional)將對

應到的那一列圓圈的選擇選起來點選完畢後選擇頁面最下

面的(Save configuration)按鈕存檔

圖四十六 Drupal 中文化設定

65

14Drupal 7 安裝模組教學

1到 Drupal 頁面選擇上面的列表(模組)點選之後可以看到

許多模組的選項然後要注意描述欄位的顯示在描述的欄

位裡面的依賴模組只要有顯示(遺失)代表此模組是無法啟

用的

圖四十七 相關模組遺失頁面

66

2需要補齊遺失的其他模組才能啟動這個模組首先先到

Drupal 的官網 httpswwwdrupalorgprojectviews

將網址 poroject後面改成遺失模組的名稱更改完成後進入

頁面最下方會有載點

圖四十八 下載新模組頁面

網頁上面會有三個顏色的載點這三個顏色分別是

綠色安全穩定的版本下載首選

黃色測試版本不穩定專門給一些測試人員使用的

紅色開發階段的版本很多設定還沒完成專門提供給開發人

員或是幫忙開發人員

3當在官網上找到新模組後有兩種方式可以進行安裝

67

方式一

(1)到下載頁面進行模組下載載點有兩個 TargzZip 都可下

載下載完後進行解壓縮

圖四十九 下載 Drupal 新模組的下載頁面

(2)解壓所完畢後回到Drupal頁面點選上方的工具列的[模組]

選項進去後找到[+ 安裝模組]

圖五十 Drupal 新模組安裝頁面

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

68

圖五十一 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十二 模組啟動頁面

69

方法二

(1)進入到模組下載再想到下載的模組選項點右鍵點選[複

製連結網址]

圖五十三 選擇模組下載頁面

(2)回到 Drupal 模組安裝頁面進行安裝將模組網址複製進

[從網址(URL)-安裝]之後點選頁面下面的[安裝]鍵即

可完成安裝

圖五十四 模組安裝頁面

70

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

圖五十五 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十六 模組啟動頁面

71

15本計畫執行步驟將分為 資料搜集與研讀硬體電路設計與製作晶片韌體程式撰寫運動

訊號分析與辨識手機 APP 程式撰寫建置「雲端運動健康管理系統」

系統功能整合測試詳細說明如下

15-1資料搜集與研讀

搜集目前運動與健康管理相關發展情形穿戴式裝置研發的相關

技術與應用研讀 SoC 晶片功能特性與使用六軸運動感測器BLE

技術與模組晶片的相關 Datasheets 資料動作辨認(Activity

Recognition)相關理論與演算論文

15-2硬體電路設計製作

本計畫製作的核心是穿戴式裝置軟硬體設計主要是採用 TI

CC2530 低功耗與多樣化介面功能偵測活動量的六軸運動感測器使

用 IIC 通訊介面連接 BLE 短程無線傳輸模組是 UART 介面按鍵

與指示燈使用 GPIO 接腳

15-3晶片韌體程式

穿戴式裝置的 TI CC2530 軔體程式開發包括下列三部份重點

(1)硬體層的定義必須配合硬體電路的規劃方便函式庫與主程式

的使用(2)針對 UARTIIC 等介面電路的資料傳輸必須先建置好

相對的函式庫方便主控程式取用(3)主程式的流程規劃必須配合

實際的功能規劃並訂定與其他裝置連接的傳輸通訊協定穿戴式

裝置的程式流程如下裝置 POWER ON 或 RESET 後先初始化晶片

等待手機透過 BLE 下達選項設定與啟動指令啟動後開始偵測活動

量並定時將資料透過 BLE 回傳到手機上顯示直到手機下達停

止指令

15-4運動訊號分析與辨識

使用者可配戴在身體特定部位如頭部手臂手腕腰部大腿

小腿透過裝置內建感測器記錄 身體各部位的活動量穿戴式裝

置穿戴在身體不同部位透過 BLE 傳輸到 PC 用 StamPlot 作分析

StamPlot 測試分析的結果找出 六軸運動感測(三軸加速計+三軸陀螺

儀)活動量的變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌體程式做為

活動量計數與分析的依據並可統計動作正確性的百分比本計畫先

從簡單運動開始做分析如走路跑步騎單車甩手功hellip等未來

可做更複雜的運動量分析StamPlot活動量分析如圖 4有關訊號濾

波與辨識演算將參考相關論文StampPlot 測試分析的結果找出活

動量的三軸加速計 xyz 變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌

72

體程式做為活動量計數的依據並統計動作正確性的百分比

圖五十七 StamPlot活動量分析圖

15-5StampPlot StampPlot 為繪圖指示記錄和串行數據的控制典型地由一個微 控制器雖然也可以使用其它源 完全可配置從控制器或通過基於 PC 的宏文件雖然從基本郵票（R） 視差是我們的最愛幾乎所有控制器可以傳達到 PC 機的串口 可以使用的端口 控制器的那個使用 USB 和虛擬串口驅動程序也可以使用

圖五十八 程式啟動頁面

73

StampPlot 分析運動特徵值

圖五十九 運動特徵值

16運動量偵測與記錄測試 穿戴式裝置啟動或重置後智慧型手機 App 程式透過 BLE 或 RF

自動搜尋週圍裝置並逐一確認裝置連線與穿戴位置

確認好偵測部位動作與預計活動時間後按下 Start 鍵手

機 APP 可即時監看量狀況完成活動後按下停止鍵記錄活動日

期時間活動量等資料

按下上傳鍵利用 APP Inventor TinyWebDB可將記錄資料上

傳到 Google 雲端伺服器

上圖顯示記錄與查看運動狀態資料利用上下頁功能鍵可查

閱 Google 雲端 TinyWebDB 的歷史資料此外APP 也能接收到

血壓心跳體重體溫等生理訊號資料並顯示在手機畫面

74

17手機 App 程式

智慧型手機可使用 App 程式透過 BLE 直接連接穿戴式裝

置可直接顯示健康資料訊息做簡單的健康管理並可下

達指令變更穿戴式裝置的設定做為穿戴式裝置的人機介

面也可以利用連接網際網路方式做為穿戴式裝置與外部

網路轉發訊息的橋樑Apps 程式我們選用 APP Inventor 2

這套 Web 線上開發工具它是簡易式的 Android APP 開發軟

體視覺化的圖形介面設計與拼圖式的程式開發很容易上

手主要包括人機介面的操作藍牙通訊傳輸顯示個人運

動處方提醒運動時間運動資料的記錄調閱與上傳雲端

伺服機運動狀態分析與異常警示hellip等功能

圖六十 手機 APP 成品畫面

75

17-1App Inventor 背景介紹 Google App Inventor 在去年底(2010 年底)時正式開放給所

有使用者使用當然這個 Project 在正式推出之前早已在許

多高中大學校園當中做了許多教學測試可見得 Google 選擇

發展這樣的開發路徑瞄準的就是教育市場希望從校園當中開

始掌握第一批的潛在使用者及開發者這樣的策略其實對於

Android 這樣的開放式平台可說是自然而然的事並且從開發工

具模擬器實機測試等一路上所需使用的軟體均可免費取得

自由測試對於教學用途的使用實在是可說是最理想的方式了

由於是針對學生族群Google 在這個部分特別引入在教育系統

當中頗為成功的 Scratch 來作為拼圖式程式寫作的基礎實際

上 Google App Inventor 負責教授即來自 MIT 與 Scratch 技

術發展有相當深且廣的關聯標榜可以讓使用者完全不需寫任何

程式碼即可完成應用程式開發更驚訝的是已經支援 NXT 樂

高機器人程式開發使得 Android 與 NXT 的結合應用更添了

許多想像空間

由於 App Inventor 突破性的發展使得原本可能是處於高階程

式設計師領域的手機應用程式開發一下子成為國小學童接觸程

式設計的最初入門磚學習 Android 裝置程式設計可以不必

學習較為艱澀的 Java 語法只要使用拼圖模式來組合程式就

可以完成 Android 裝置的應用程式MIT App Inventor 2網站

提供雲端服務讓我們可以免費使用其提供的強大功能來設計

Android 裝置上的 App 應用程式完成作品後還可以上傳到

Google Play 商店Android 作業系統是一個以 Linux 為基礎

的開放原始碼作業系統中文俗稱為「安卓」其起源最早是在

西元 2003 年由安迪魯賓（Andy Rubin）所開發製作目前由

Google 公司成立的開放手持設備聯盟 Open Handset Alliance

（OHA）來持續開發主導

Android 作業系統的應用層面最早是由智慧型手機開始後來

逐漸擴展到平板電腦及其他領域上在西元 2010 年底Android

作業系統成為全球第一大智慧型手機作業系統其市佔率超過

Apple 公司的 iOS 作業系統

Google 公司在西元 2010 年為了讓更多人在沒有程式基礎的

狀況下能夠開發 Android 裝置應用程式推出 Google App

76

Inventor for Android 工具軟體讓使用者可以運用拼圖模式

來組合程式語法進而發展 Android 裝置的應用程式

後來Google 公司在西元 2012 年將此軟體移轉給美國麻省

理工學院（MIT）的行動學習中心（MIT Center for Mobile

Learning）來維護並引導使用者進入 App 應用程式開發的世界

使用者開發完成的程式可以下載到任何使用 Android 作業系

統的裝置包括智慧型手機或平板電腦

在 App 程式開發過程中我們可以使用模擬器或 Android 裝

置來測試應用程式執行的狀況待完成相關開發作業後更可

以將應用程式上傳到 Google Play 商店提供大眾下載安裝

77

18建置「雲端健康管理系統」

在 PC 電腦使用 Apache Server 架設一個私有雲的遠端伺服主機

並使用 PHP程式撰寫雲端健康管理程式透過 MySQL資料庫與 VB 2010

介面監控程式連接將智慧型手機或 PC 電腦的個人健康自主管理資

料上傳雲端提供健康專問題仍需專業醫生或照護人員協助因此

雲端監控技術因應而生可直接將配戴式裝置記錄的健康資料傳送

到雲端健康照護系統提供遠端的家人照護人員與醫生做查詢

診斷與後續的照護處置

Visual basic 與 MySQL 資料庫建置

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程

78

19進度表

19-1預期結果

本計畫結合嵌入式晶片運動感測藍牙技術製作的運動健康管理

用的穿戴式裝置可透過智慧型手機生理訊號監控測與雲端技術

建置一套「運動健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自

主管理工具本計畫預期產出研究成果有

1針對不同運動型態必須偵測身體不同部位的運動特徵值本計畫

製作不同型式的穿戴配件讓使用者可配戴在身體特定部位如頭

部手臂手腕腰部大腿小腿身體各部位的活動量

2由於可配戴在身體不同部位使用智慧型手機透過最新 BLE 無線傳

輸技術做為人機介面方便使用者操作與記錄資料讓穿戴式裝

置有更彈性的配戴方式與應用場合

3運動偵測採用六軸運動感測(MPU-6050 模組三軸加速計+三軸陀螺

儀)比傳統三軸加速計或斜震感測器(計步器)可更精確偵測與分

析運動量與運動姿態的正確性

4穿戴式裝置搭配「雲端健康管理系統」上可為自己量身訂做一套

運動處方透過智慧型手機定時提醒使用者運動時間運動份量

穿戴式裝置的運動記錄與生理訊號量測的資料分析可用來檢視這

套運動處方的成效做為進一步調整或改善的依據

5在執行本計畫過程中本人可以藉此學習到電路設計程式撰寫

月次

工作項目 7 8 9 10 11 12 1 2

1資料搜集整理與研讀

2硬體電路設計與製作

3晶片韌體程式撰寫

4運動訊號分析與辨識

5手機 App 程式撰寫

6建置雲端運動健康管

理系統

7系統功能整合測試

8撰寫報告

79

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

[5] N Ravi N Dandekar P Mysore ML Littmanrdquo Activity

Recognition from Accelerometer Datardquo American

Association for Artifi cial Intelligence (wwwaaaiorg)

2005

[6 ] Yonglei Zheng Weng-Keen Wong Xinze Guan Stewart

Trostrdquo Physical Activity Recognition from Accelerometer

Data Using a Multi-Scale Ensemble Methodrdquo Innovative

Applications of Artificial Intelligence Twenty-Fifth IAAI

Conference2013

[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

Activity Recognition from Accelerometer Data Using a

Wearable Devicerdquo Pattern Recognition and Image Analysis

Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

[9] Holetk Semiconductor IncldquoDatasheet of HT66Fxxrdquo

httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

2下載完後解壓縮回到 Drupal 網頁選擇最上面功能列的

(Modules)點選完後在主要模組區找到(Locale)將前面的選

項打勾點選完畢後滑到頁面最下面選擇(Save)

圖四十四 選擇模組開啟頁面

63

3點選上方的工具列選擇(Configuration)gt(Regional and

Ianguage)gt(Translate interface)選擇下面的(IMPORT)將

下面(Language file)選擇以解壓縮的中文包在(Import

into)選擇(Chinese Traditional(繁體中文))設定完畢後

點選最下面(Import)選項

圖四十五 中文模組包安裝頁面

64

4點選上面的工具列(Configuration)gt(Regional and

language)點選下面的(LIST)在下面的表格找到(DEFAULT)

的欄位對應到欄位最左邊的(Chinese Traditional)將對

應到的那一列圓圈的選擇選起來點選完畢後選擇頁面最下

面的(Save configuration)按鈕存檔

圖四十六 Drupal 中文化設定

65

14Drupal 7 安裝模組教學

1到 Drupal 頁面選擇上面的列表(模組)點選之後可以看到

許多模組的選項然後要注意描述欄位的顯示在描述的欄

位裡面的依賴模組只要有顯示(遺失)代表此模組是無法啟

用的

圖四十七 相關模組遺失頁面

66

2需要補齊遺失的其他模組才能啟動這個模組首先先到

Drupal 的官網 httpswwwdrupalorgprojectviews

將網址 poroject後面改成遺失模組的名稱更改完成後進入

頁面最下方會有載點

圖四十八 下載新模組頁面

網頁上面會有三個顏色的載點這三個顏色分別是

綠色安全穩定的版本下載首選

黃色測試版本不穩定專門給一些測試人員使用的

紅色開發階段的版本很多設定還沒完成專門提供給開發人

員或是幫忙開發人員

3當在官網上找到新模組後有兩種方式可以進行安裝

67

方式一

(1)到下載頁面進行模組下載載點有兩個 TargzZip 都可下

載下載完後進行解壓縮

圖四十九 下載 Drupal 新模組的下載頁面

(2)解壓所完畢後回到Drupal頁面點選上方的工具列的[模組]

選項進去後找到[+ 安裝模組]

圖五十 Drupal 新模組安裝頁面

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

68

圖五十一 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十二 模組啟動頁面

69

方法二

(1)進入到模組下載再想到下載的模組選項點右鍵點選[複

製連結網址]

圖五十三 選擇模組下載頁面

(2)回到 Drupal 模組安裝頁面進行安裝將模組網址複製進

[從網址(URL)-安裝]之後點選頁面下面的[安裝]鍵即

可完成安裝

圖五十四 模組安裝頁面

70

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

圖五十五 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十六 模組啟動頁面

71

15本計畫執行步驟將分為 資料搜集與研讀硬體電路設計與製作晶片韌體程式撰寫運動

訊號分析與辨識手機 APP 程式撰寫建置「雲端運動健康管理系統」

系統功能整合測試詳細說明如下

15-1資料搜集與研讀

搜集目前運動與健康管理相關發展情形穿戴式裝置研發的相關

技術與應用研讀 SoC 晶片功能特性與使用六軸運動感測器BLE

技術與模組晶片的相關 Datasheets 資料動作辨認(Activity

Recognition)相關理論與演算論文

15-2硬體電路設計製作

本計畫製作的核心是穿戴式裝置軟硬體設計主要是採用 TI

CC2530 低功耗與多樣化介面功能偵測活動量的六軸運動感測器使

用 IIC 通訊介面連接 BLE 短程無線傳輸模組是 UART 介面按鍵

與指示燈使用 GPIO 接腳

15-3晶片韌體程式

穿戴式裝置的 TI CC2530 軔體程式開發包括下列三部份重點

(1)硬體層的定義必須配合硬體電路的規劃方便函式庫與主程式

的使用(2)針對 UARTIIC 等介面電路的資料傳輸必須先建置好

相對的函式庫方便主控程式取用(3)主程式的流程規劃必須配合

實際的功能規劃並訂定與其他裝置連接的傳輸通訊協定穿戴式

裝置的程式流程如下裝置 POWER ON 或 RESET 後先初始化晶片

等待手機透過 BLE 下達選項設定與啟動指令啟動後開始偵測活動

量並定時將資料透過 BLE 回傳到手機上顯示直到手機下達停

止指令

15-4運動訊號分析與辨識

使用者可配戴在身體特定部位如頭部手臂手腕腰部大腿

小腿透過裝置內建感測器記錄 身體各部位的活動量穿戴式裝

置穿戴在身體不同部位透過 BLE 傳輸到 PC 用 StamPlot 作分析

StamPlot 測試分析的結果找出 六軸運動感測(三軸加速計+三軸陀螺

儀)活動量的變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌體程式做為

活動量計數與分析的依據並可統計動作正確性的百分比本計畫先

從簡單運動開始做分析如走路跑步騎單車甩手功hellip等未來

可做更複雜的運動量分析StamPlot活動量分析如圖 4有關訊號濾

波與辨識演算將參考相關論文StampPlot 測試分析的結果找出活

動量的三軸加速計 xyz 變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌

72

體程式做為活動量計數的依據並統計動作正確性的百分比

圖五十七 StamPlot活動量分析圖

15-5StampPlot StampPlot 為繪圖指示記錄和串行數據的控制典型地由一個微 控制器雖然也可以使用其它源 完全可配置從控制器或通過基於 PC 的宏文件雖然從基本郵票（R） 視差是我們的最愛幾乎所有控制器可以傳達到 PC 機的串口 可以使用的端口 控制器的那個使用 USB 和虛擬串口驅動程序也可以使用

圖五十八 程式啟動頁面

73

StampPlot 分析運動特徵值

圖五十九 運動特徵值

16運動量偵測與記錄測試 穿戴式裝置啟動或重置後智慧型手機 App 程式透過 BLE 或 RF

自動搜尋週圍裝置並逐一確認裝置連線與穿戴位置

確認好偵測部位動作與預計活動時間後按下 Start 鍵手

機 APP 可即時監看量狀況完成活動後按下停止鍵記錄活動日

期時間活動量等資料

按下上傳鍵利用 APP Inventor TinyWebDB可將記錄資料上

傳到 Google 雲端伺服器

上圖顯示記錄與查看運動狀態資料利用上下頁功能鍵可查

閱 Google 雲端 TinyWebDB 的歷史資料此外APP 也能接收到

血壓心跳體重體溫等生理訊號資料並顯示在手機畫面

74

17手機 App 程式

智慧型手機可使用 App 程式透過 BLE 直接連接穿戴式裝

置可直接顯示健康資料訊息做簡單的健康管理並可下

達指令變更穿戴式裝置的設定做為穿戴式裝置的人機介

面也可以利用連接網際網路方式做為穿戴式裝置與外部

網路轉發訊息的橋樑Apps 程式我們選用 APP Inventor 2

這套 Web 線上開發工具它是簡易式的 Android APP 開發軟

體視覺化的圖形介面設計與拼圖式的程式開發很容易上

手主要包括人機介面的操作藍牙通訊傳輸顯示個人運

動處方提醒運動時間運動資料的記錄調閱與上傳雲端

伺服機運動狀態分析與異常警示hellip等功能

圖六十 手機 APP 成品畫面

75

17-1App Inventor 背景介紹 Google App Inventor 在去年底(2010 年底)時正式開放給所

有使用者使用當然這個 Project 在正式推出之前早已在許

多高中大學校園當中做了許多教學測試可見得 Google 選擇

發展這樣的開發路徑瞄準的就是教育市場希望從校園當中開

始掌握第一批的潛在使用者及開發者這樣的策略其實對於

Android 這樣的開放式平台可說是自然而然的事並且從開發工

具模擬器實機測試等一路上所需使用的軟體均可免費取得

自由測試對於教學用途的使用實在是可說是最理想的方式了

由於是針對學生族群Google 在這個部分特別引入在教育系統

當中頗為成功的 Scratch 來作為拼圖式程式寫作的基礎實際

上 Google App Inventor 負責教授即來自 MIT 與 Scratch 技

術發展有相當深且廣的關聯標榜可以讓使用者完全不需寫任何

程式碼即可完成應用程式開發更驚訝的是已經支援 NXT 樂

高機器人程式開發使得 Android 與 NXT 的結合應用更添了

許多想像空間

由於 App Inventor 突破性的發展使得原本可能是處於高階程

式設計師領域的手機應用程式開發一下子成為國小學童接觸程

式設計的最初入門磚學習 Android 裝置程式設計可以不必

學習較為艱澀的 Java 語法只要使用拼圖模式來組合程式就

可以完成 Android 裝置的應用程式MIT App Inventor 2網站

提供雲端服務讓我們可以免費使用其提供的強大功能來設計

Android 裝置上的 App 應用程式完成作品後還可以上傳到

Google Play 商店Android 作業系統是一個以 Linux 為基礎

的開放原始碼作業系統中文俗稱為「安卓」其起源最早是在

西元 2003 年由安迪魯賓（Andy Rubin）所開發製作目前由

Google 公司成立的開放手持設備聯盟 Open Handset Alliance

（OHA）來持續開發主導

Android 作業系統的應用層面最早是由智慧型手機開始後來

逐漸擴展到平板電腦及其他領域上在西元 2010 年底Android

作業系統成為全球第一大智慧型手機作業系統其市佔率超過

Apple 公司的 iOS 作業系統

Google 公司在西元 2010 年為了讓更多人在沒有程式基礎的

狀況下能夠開發 Android 裝置應用程式推出 Google App

76

Inventor for Android 工具軟體讓使用者可以運用拼圖模式

來組合程式語法進而發展 Android 裝置的應用程式

後來Google 公司在西元 2012 年將此軟體移轉給美國麻省

理工學院（MIT）的行動學習中心（MIT Center for Mobile

Learning）來維護並引導使用者進入 App 應用程式開發的世界

使用者開發完成的程式可以下載到任何使用 Android 作業系

統的裝置包括智慧型手機或平板電腦

在 App 程式開發過程中我們可以使用模擬器或 Android 裝

置來測試應用程式執行的狀況待完成相關開發作業後更可

以將應用程式上傳到 Google Play 商店提供大眾下載安裝

77

18建置「雲端健康管理系統」

在 PC 電腦使用 Apache Server 架設一個私有雲的遠端伺服主機

並使用 PHP程式撰寫雲端健康管理程式透過 MySQL資料庫與 VB 2010

介面監控程式連接將智慧型手機或 PC 電腦的個人健康自主管理資

料上傳雲端提供健康專問題仍需專業醫生或照護人員協助因此

雲端監控技術因應而生可直接將配戴式裝置記錄的健康資料傳送

到雲端健康照護系統提供遠端的家人照護人員與醫生做查詢

診斷與後續的照護處置

Visual basic 與 MySQL 資料庫建置

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程

78

19進度表

19-1預期結果

本計畫結合嵌入式晶片運動感測藍牙技術製作的運動健康管理

用的穿戴式裝置可透過智慧型手機生理訊號監控測與雲端技術

建置一套「運動健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自

主管理工具本計畫預期產出研究成果有

1針對不同運動型態必須偵測身體不同部位的運動特徵值本計畫

製作不同型式的穿戴配件讓使用者可配戴在身體特定部位如頭

部手臂手腕腰部大腿小腿身體各部位的活動量

2由於可配戴在身體不同部位使用智慧型手機透過最新 BLE 無線傳

輸技術做為人機介面方便使用者操作與記錄資料讓穿戴式裝

置有更彈性的配戴方式與應用場合

3運動偵測採用六軸運動感測(MPU-6050 模組三軸加速計+三軸陀螺

儀)比傳統三軸加速計或斜震感測器(計步器)可更精確偵測與分

析運動量與運動姿態的正確性

4穿戴式裝置搭配「雲端健康管理系統」上可為自己量身訂做一套

運動處方透過智慧型手機定時提醒使用者運動時間運動份量

穿戴式裝置的運動記錄與生理訊號量測的資料分析可用來檢視這

套運動處方的成效做為進一步調整或改善的依據

5在執行本計畫過程中本人可以藉此學習到電路設計程式撰寫

月次

工作項目 7 8 9 10 11 12 1 2

1資料搜集整理與研讀

2硬體電路設計與製作

3晶片韌體程式撰寫

4運動訊號分析與辨識

5手機 App 程式撰寫

6建置雲端運動健康管

理系統

7系統功能整合測試

8撰寫報告

79

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

[5] N Ravi N Dandekar P Mysore ML Littmanrdquo Activity

Recognition from Accelerometer Datardquo American

Association for Artifi cial Intelligence (wwwaaaiorg)

2005

[6 ] Yonglei Zheng Weng-Keen Wong Xinze Guan Stewart

Trostrdquo Physical Activity Recognition from Accelerometer

Data Using a Multi-Scale Ensemble Methodrdquo Innovative

Applications of Artificial Intelligence Twenty-Fifth IAAI

Conference2013

[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

Activity Recognition from Accelerometer Data Using a

Wearable Devicerdquo Pattern Recognition and Image Analysis

Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

[9] Holetk Semiconductor IncldquoDatasheet of HT66Fxxrdquo

httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

3點選上方的工具列選擇(Configuration)gt(Regional and

Ianguage)gt(Translate interface)選擇下面的(IMPORT)將

下面(Language file)選擇以解壓縮的中文包在(Import

into)選擇(Chinese Traditional(繁體中文))設定完畢後

點選最下面(Import)選項

圖四十五 中文模組包安裝頁面

64

4點選上面的工具列(Configuration)gt(Regional and

language)點選下面的(LIST)在下面的表格找到(DEFAULT)

的欄位對應到欄位最左邊的(Chinese Traditional)將對

應到的那一列圓圈的選擇選起來點選完畢後選擇頁面最下

面的(Save configuration)按鈕存檔

圖四十六 Drupal 中文化設定

65

14Drupal 7 安裝模組教學

1到 Drupal 頁面選擇上面的列表(模組)點選之後可以看到

許多模組的選項然後要注意描述欄位的顯示在描述的欄

位裡面的依賴模組只要有顯示(遺失)代表此模組是無法啟

用的

圖四十七 相關模組遺失頁面

66

2需要補齊遺失的其他模組才能啟動這個模組首先先到

Drupal 的官網 httpswwwdrupalorgprojectviews

將網址 poroject後面改成遺失模組的名稱更改完成後進入

頁面最下方會有載點

圖四十八 下載新模組頁面

網頁上面會有三個顏色的載點這三個顏色分別是

綠色安全穩定的版本下載首選

黃色測試版本不穩定專門給一些測試人員使用的

紅色開發階段的版本很多設定還沒完成專門提供給開發人

員或是幫忙開發人員

3當在官網上找到新模組後有兩種方式可以進行安裝

67

方式一

(1)到下載頁面進行模組下載載點有兩個 TargzZip 都可下

載下載完後進行解壓縮

圖四十九 下載 Drupal 新模組的下載頁面

(2)解壓所完畢後回到Drupal頁面點選上方的工具列的[模組]

選項進去後找到[+ 安裝模組]

圖五十 Drupal 新模組安裝頁面

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

68

圖五十一 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十二 模組啟動頁面

69

方法二

(1)進入到模組下載再想到下載的模組選項點右鍵點選[複

製連結網址]

圖五十三 選擇模組下載頁面

(2)回到 Drupal 模組安裝頁面進行安裝將模組網址複製進

[從網址(URL)-安裝]之後點選頁面下面的[安裝]鍵即

可完成安裝

圖五十四 模組安裝頁面

70

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

圖五十五 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十六 模組啟動頁面

71

15本計畫執行步驟將分為 資料搜集與研讀硬體電路設計與製作晶片韌體程式撰寫運動

訊號分析與辨識手機 APP 程式撰寫建置「雲端運動健康管理系統」

系統功能整合測試詳細說明如下

15-1資料搜集與研讀

搜集目前運動與健康管理相關發展情形穿戴式裝置研發的相關

技術與應用研讀 SoC 晶片功能特性與使用六軸運動感測器BLE

技術與模組晶片的相關 Datasheets 資料動作辨認(Activity

Recognition)相關理論與演算論文

15-2硬體電路設計製作

本計畫製作的核心是穿戴式裝置軟硬體設計主要是採用 TI

CC2530 低功耗與多樣化介面功能偵測活動量的六軸運動感測器使

用 IIC 通訊介面連接 BLE 短程無線傳輸模組是 UART 介面按鍵

與指示燈使用 GPIO 接腳

15-3晶片韌體程式

穿戴式裝置的 TI CC2530 軔體程式開發包括下列三部份重點

(1)硬體層的定義必須配合硬體電路的規劃方便函式庫與主程式

的使用(2)針對 UARTIIC 等介面電路的資料傳輸必須先建置好

相對的函式庫方便主控程式取用(3)主程式的流程規劃必須配合

實際的功能規劃並訂定與其他裝置連接的傳輸通訊協定穿戴式

裝置的程式流程如下裝置 POWER ON 或 RESET 後先初始化晶片

等待手機透過 BLE 下達選項設定與啟動指令啟動後開始偵測活動

量並定時將資料透過 BLE 回傳到手機上顯示直到手機下達停

止指令

15-4運動訊號分析與辨識

使用者可配戴在身體特定部位如頭部手臂手腕腰部大腿

小腿透過裝置內建感測器記錄 身體各部位的活動量穿戴式裝

置穿戴在身體不同部位透過 BLE 傳輸到 PC 用 StamPlot 作分析

StamPlot 測試分析的結果找出 六軸運動感測(三軸加速計+三軸陀螺

儀)活動量的變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌體程式做為

活動量計數與分析的依據並可統計動作正確性的百分比本計畫先

從簡單運動開始做分析如走路跑步騎單車甩手功hellip等未來

可做更複雜的運動量分析StamPlot活動量分析如圖 4有關訊號濾

波與辨識演算將參考相關論文StampPlot 測試分析的結果找出活

動量的三軸加速計 xyz 變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌

72

體程式做為活動量計數的依據並統計動作正確性的百分比

圖五十七 StamPlot活動量分析圖

15-5StampPlot StampPlot 為繪圖指示記錄和串行數據的控制典型地由一個微 控制器雖然也可以使用其它源 完全可配置從控制器或通過基於 PC 的宏文件雖然從基本郵票（R） 視差是我們的最愛幾乎所有控制器可以傳達到 PC 機的串口 可以使用的端口 控制器的那個使用 USB 和虛擬串口驅動程序也可以使用

圖五十八 程式啟動頁面

73

StampPlot 分析運動特徵值

圖五十九 運動特徵值

16運動量偵測與記錄測試 穿戴式裝置啟動或重置後智慧型手機 App 程式透過 BLE 或 RF

自動搜尋週圍裝置並逐一確認裝置連線與穿戴位置

確認好偵測部位動作與預計活動時間後按下 Start 鍵手

機 APP 可即時監看量狀況完成活動後按下停止鍵記錄活動日

期時間活動量等資料

按下上傳鍵利用 APP Inventor TinyWebDB可將記錄資料上

傳到 Google 雲端伺服器

上圖顯示記錄與查看運動狀態資料利用上下頁功能鍵可查

閱 Google 雲端 TinyWebDB 的歷史資料此外APP 也能接收到

血壓心跳體重體溫等生理訊號資料並顯示在手機畫面

74

17手機 App 程式

智慧型手機可使用 App 程式透過 BLE 直接連接穿戴式裝

置可直接顯示健康資料訊息做簡單的健康管理並可下

達指令變更穿戴式裝置的設定做為穿戴式裝置的人機介

面也可以利用連接網際網路方式做為穿戴式裝置與外部

網路轉發訊息的橋樑Apps 程式我們選用 APP Inventor 2

這套 Web 線上開發工具它是簡易式的 Android APP 開發軟

體視覺化的圖形介面設計與拼圖式的程式開發很容易上

手主要包括人機介面的操作藍牙通訊傳輸顯示個人運

動處方提醒運動時間運動資料的記錄調閱與上傳雲端

伺服機運動狀態分析與異常警示hellip等功能

圖六十 手機 APP 成品畫面

75

17-1App Inventor 背景介紹 Google App Inventor 在去年底(2010 年底)時正式開放給所

有使用者使用當然這個 Project 在正式推出之前早已在許

多高中大學校園當中做了許多教學測試可見得 Google 選擇

發展這樣的開發路徑瞄準的就是教育市場希望從校園當中開

始掌握第一批的潛在使用者及開發者這樣的策略其實對於

Android 這樣的開放式平台可說是自然而然的事並且從開發工

具模擬器實機測試等一路上所需使用的軟體均可免費取得

自由測試對於教學用途的使用實在是可說是最理想的方式了

由於是針對學生族群Google 在這個部分特別引入在教育系統

當中頗為成功的 Scratch 來作為拼圖式程式寫作的基礎實際

上 Google App Inventor 負責教授即來自 MIT 與 Scratch 技

術發展有相當深且廣的關聯標榜可以讓使用者完全不需寫任何

程式碼即可完成應用程式開發更驚訝的是已經支援 NXT 樂

高機器人程式開發使得 Android 與 NXT 的結合應用更添了

許多想像空間

由於 App Inventor 突破性的發展使得原本可能是處於高階程

式設計師領域的手機應用程式開發一下子成為國小學童接觸程

式設計的最初入門磚學習 Android 裝置程式設計可以不必

學習較為艱澀的 Java 語法只要使用拼圖模式來組合程式就

可以完成 Android 裝置的應用程式MIT App Inventor 2網站

提供雲端服務讓我們可以免費使用其提供的強大功能來設計

Android 裝置上的 App 應用程式完成作品後還可以上傳到

Google Play 商店Android 作業系統是一個以 Linux 為基礎

的開放原始碼作業系統中文俗稱為「安卓」其起源最早是在

西元 2003 年由安迪魯賓（Andy Rubin）所開發製作目前由

Google 公司成立的開放手持設備聯盟 Open Handset Alliance

（OHA）來持續開發主導

Android 作業系統的應用層面最早是由智慧型手機開始後來

逐漸擴展到平板電腦及其他領域上在西元 2010 年底Android

作業系統成為全球第一大智慧型手機作業系統其市佔率超過

Apple 公司的 iOS 作業系統

Google 公司在西元 2010 年為了讓更多人在沒有程式基礎的

狀況下能夠開發 Android 裝置應用程式推出 Google App

76

Inventor for Android 工具軟體讓使用者可以運用拼圖模式

來組合程式語法進而發展 Android 裝置的應用程式

後來Google 公司在西元 2012 年將此軟體移轉給美國麻省

理工學院（MIT）的行動學習中心（MIT Center for Mobile

Learning）來維護並引導使用者進入 App 應用程式開發的世界

使用者開發完成的程式可以下載到任何使用 Android 作業系

統的裝置包括智慧型手機或平板電腦

在 App 程式開發過程中我們可以使用模擬器或 Android 裝

置來測試應用程式執行的狀況待完成相關開發作業後更可

以將應用程式上傳到 Google Play 商店提供大眾下載安裝

77

18建置「雲端健康管理系統」

在 PC 電腦使用 Apache Server 架設一個私有雲的遠端伺服主機

並使用 PHP程式撰寫雲端健康管理程式透過 MySQL資料庫與 VB 2010

介面監控程式連接將智慧型手機或 PC 電腦的個人健康自主管理資

料上傳雲端提供健康專問題仍需專業醫生或照護人員協助因此

雲端監控技術因應而生可直接將配戴式裝置記錄的健康資料傳送

到雲端健康照護系統提供遠端的家人照護人員與醫生做查詢

診斷與後續的照護處置

Visual basic 與 MySQL 資料庫建置

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程

78

19進度表

19-1預期結果

本計畫結合嵌入式晶片運動感測藍牙技術製作的運動健康管理

用的穿戴式裝置可透過智慧型手機生理訊號監控測與雲端技術

建置一套「運動健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自

主管理工具本計畫預期產出研究成果有

1針對不同運動型態必須偵測身體不同部位的運動特徵值本計畫

製作不同型式的穿戴配件讓使用者可配戴在身體特定部位如頭

部手臂手腕腰部大腿小腿身體各部位的活動量

2由於可配戴在身體不同部位使用智慧型手機透過最新 BLE 無線傳

輸技術做為人機介面方便使用者操作與記錄資料讓穿戴式裝

置有更彈性的配戴方式與應用場合

3運動偵測採用六軸運動感測(MPU-6050 模組三軸加速計+三軸陀螺

儀)比傳統三軸加速計或斜震感測器(計步器)可更精確偵測與分

析運動量與運動姿態的正確性

4穿戴式裝置搭配「雲端健康管理系統」上可為自己量身訂做一套

運動處方透過智慧型手機定時提醒使用者運動時間運動份量

穿戴式裝置的運動記錄與生理訊號量測的資料分析可用來檢視這

套運動處方的成效做為進一步調整或改善的依據

5在執行本計畫過程中本人可以藉此學習到電路設計程式撰寫

月次

工作項目 7 8 9 10 11 12 1 2

1資料搜集整理與研讀

2硬體電路設計與製作

3晶片韌體程式撰寫

4運動訊號分析與辨識

5手機 App 程式撰寫

6建置雲端運動健康管

理系統

7系統功能整合測試

8撰寫報告

79

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

[5] N Ravi N Dandekar P Mysore ML Littmanrdquo Activity

Recognition from Accelerometer Datardquo American

Association for Artifi cial Intelligence (wwwaaaiorg)

2005

[6 ] Yonglei Zheng Weng-Keen Wong Xinze Guan Stewart

Trostrdquo Physical Activity Recognition from Accelerometer

Data Using a Multi-Scale Ensemble Methodrdquo Innovative

Applications of Artificial Intelligence Twenty-Fifth IAAI

Conference2013

[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

Activity Recognition from Accelerometer Data Using a

Wearable Devicerdquo Pattern Recognition and Image Analysis

Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

[9] Holetk Semiconductor IncldquoDatasheet of HT66Fxxrdquo

httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

4點選上面的工具列(Configuration)gt(Regional and

language)點選下面的(LIST)在下面的表格找到(DEFAULT)

的欄位對應到欄位最左邊的(Chinese Traditional)將對

應到的那一列圓圈的選擇選起來點選完畢後選擇頁面最下

面的(Save configuration)按鈕存檔

圖四十六 Drupal 中文化設定

65

14Drupal 7 安裝模組教學

1到 Drupal 頁面選擇上面的列表(模組)點選之後可以看到

許多模組的選項然後要注意描述欄位的顯示在描述的欄

位裡面的依賴模組只要有顯示(遺失)代表此模組是無法啟

用的

圖四十七 相關模組遺失頁面

66

2需要補齊遺失的其他模組才能啟動這個模組首先先到

Drupal 的官網 httpswwwdrupalorgprojectviews

將網址 poroject後面改成遺失模組的名稱更改完成後進入

頁面最下方會有載點

圖四十八 下載新模組頁面

網頁上面會有三個顏色的載點這三個顏色分別是

綠色安全穩定的版本下載首選

黃色測試版本不穩定專門給一些測試人員使用的

紅色開發階段的版本很多設定還沒完成專門提供給開發人

員或是幫忙開發人員

3當在官網上找到新模組後有兩種方式可以進行安裝

67

方式一

(1)到下載頁面進行模組下載載點有兩個 TargzZip 都可下

載下載完後進行解壓縮

圖四十九 下載 Drupal 新模組的下載頁面

(2)解壓所完畢後回到Drupal頁面點選上方的工具列的[模組]

選項進去後找到[+ 安裝模組]

圖五十 Drupal 新模組安裝頁面

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

68

圖五十一 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十二 模組啟動頁面

69

方法二

(1)進入到模組下載再想到下載的模組選項點右鍵點選[複

製連結網址]

圖五十三 選擇模組下載頁面

(2)回到 Drupal 模組安裝頁面進行安裝將模組網址複製進

[從網址(URL)-安裝]之後點選頁面下面的[安裝]鍵即

可完成安裝

圖五十四 模組安裝頁面

70

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

圖五十五 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十六 模組啟動頁面

71

15本計畫執行步驟將分為 資料搜集與研讀硬體電路設計與製作晶片韌體程式撰寫運動

訊號分析與辨識手機 APP 程式撰寫建置「雲端運動健康管理系統」

系統功能整合測試詳細說明如下

15-1資料搜集與研讀

搜集目前運動與健康管理相關發展情形穿戴式裝置研發的相關

技術與應用研讀 SoC 晶片功能特性與使用六軸運動感測器BLE

技術與模組晶片的相關 Datasheets 資料動作辨認(Activity

Recognition)相關理論與演算論文

15-2硬體電路設計製作

本計畫製作的核心是穿戴式裝置軟硬體設計主要是採用 TI

CC2530 低功耗與多樣化介面功能偵測活動量的六軸運動感測器使

用 IIC 通訊介面連接 BLE 短程無線傳輸模組是 UART 介面按鍵

與指示燈使用 GPIO 接腳

15-3晶片韌體程式

穿戴式裝置的 TI CC2530 軔體程式開發包括下列三部份重點

(1)硬體層的定義必須配合硬體電路的規劃方便函式庫與主程式

的使用(2)針對 UARTIIC 等介面電路的資料傳輸必須先建置好

相對的函式庫方便主控程式取用(3)主程式的流程規劃必須配合

實際的功能規劃並訂定與其他裝置連接的傳輸通訊協定穿戴式

裝置的程式流程如下裝置 POWER ON 或 RESET 後先初始化晶片

等待手機透過 BLE 下達選項設定與啟動指令啟動後開始偵測活動

量並定時將資料透過 BLE 回傳到手機上顯示直到手機下達停

止指令

15-4運動訊號分析與辨識

使用者可配戴在身體特定部位如頭部手臂手腕腰部大腿

小腿透過裝置內建感測器記錄 身體各部位的活動量穿戴式裝

置穿戴在身體不同部位透過 BLE 傳輸到 PC 用 StamPlot 作分析

StamPlot 測試分析的結果找出 六軸運動感測(三軸加速計+三軸陀螺

儀)活動量的變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌體程式做為

活動量計數與分析的依據並可統計動作正確性的百分比本計畫先

從簡單運動開始做分析如走路跑步騎單車甩手功hellip等未來

可做更複雜的運動量分析StamPlot活動量分析如圖 4有關訊號濾

波與辨識演算將參考相關論文StampPlot 測試分析的結果找出活

動量的三軸加速計 xyz 變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌

72

體程式做為活動量計數的依據並統計動作正確性的百分比

圖五十七 StamPlot活動量分析圖

15-5StampPlot StampPlot 為繪圖指示記錄和串行數據的控制典型地由一個微 控制器雖然也可以使用其它源 完全可配置從控制器或通過基於 PC 的宏文件雖然從基本郵票（R） 視差是我們的最愛幾乎所有控制器可以傳達到 PC 機的串口 可以使用的端口 控制器的那個使用 USB 和虛擬串口驅動程序也可以使用

圖五十八 程式啟動頁面

73

StampPlot 分析運動特徵值

圖五十九 運動特徵值

16運動量偵測與記錄測試 穿戴式裝置啟動或重置後智慧型手機 App 程式透過 BLE 或 RF

自動搜尋週圍裝置並逐一確認裝置連線與穿戴位置

確認好偵測部位動作與預計活動時間後按下 Start 鍵手

機 APP 可即時監看量狀況完成活動後按下停止鍵記錄活動日

期時間活動量等資料

按下上傳鍵利用 APP Inventor TinyWebDB可將記錄資料上

傳到 Google 雲端伺服器

上圖顯示記錄與查看運動狀態資料利用上下頁功能鍵可查

閱 Google 雲端 TinyWebDB 的歷史資料此外APP 也能接收到

血壓心跳體重體溫等生理訊號資料並顯示在手機畫面

74

17手機 App 程式

智慧型手機可使用 App 程式透過 BLE 直接連接穿戴式裝

置可直接顯示健康資料訊息做簡單的健康管理並可下

達指令變更穿戴式裝置的設定做為穿戴式裝置的人機介

面也可以利用連接網際網路方式做為穿戴式裝置與外部

網路轉發訊息的橋樑Apps 程式我們選用 APP Inventor 2

這套 Web 線上開發工具它是簡易式的 Android APP 開發軟

體視覺化的圖形介面設計與拼圖式的程式開發很容易上

手主要包括人機介面的操作藍牙通訊傳輸顯示個人運

動處方提醒運動時間運動資料的記錄調閱與上傳雲端

伺服機運動狀態分析與異常警示hellip等功能

圖六十 手機 APP 成品畫面

75

17-1App Inventor 背景介紹 Google App Inventor 在去年底(2010 年底)時正式開放給所

有使用者使用當然這個 Project 在正式推出之前早已在許

多高中大學校園當中做了許多教學測試可見得 Google 選擇

發展這樣的開發路徑瞄準的就是教育市場希望從校園當中開

始掌握第一批的潛在使用者及開發者這樣的策略其實對於

Android 這樣的開放式平台可說是自然而然的事並且從開發工

具模擬器實機測試等一路上所需使用的軟體均可免費取得

自由測試對於教學用途的使用實在是可說是最理想的方式了

由於是針對學生族群Google 在這個部分特別引入在教育系統

當中頗為成功的 Scratch 來作為拼圖式程式寫作的基礎實際

上 Google App Inventor 負責教授即來自 MIT 與 Scratch 技

術發展有相當深且廣的關聯標榜可以讓使用者完全不需寫任何

程式碼即可完成應用程式開發更驚訝的是已經支援 NXT 樂

高機器人程式開發使得 Android 與 NXT 的結合應用更添了

許多想像空間

由於 App Inventor 突破性的發展使得原本可能是處於高階程

式設計師領域的手機應用程式開發一下子成為國小學童接觸程

式設計的最初入門磚學習 Android 裝置程式設計可以不必

學習較為艱澀的 Java 語法只要使用拼圖模式來組合程式就

可以完成 Android 裝置的應用程式MIT App Inventor 2網站

提供雲端服務讓我們可以免費使用其提供的強大功能來設計

Android 裝置上的 App 應用程式完成作品後還可以上傳到

Google Play 商店Android 作業系統是一個以 Linux 為基礎

的開放原始碼作業系統中文俗稱為「安卓」其起源最早是在

西元 2003 年由安迪魯賓（Andy Rubin）所開發製作目前由

Google 公司成立的開放手持設備聯盟 Open Handset Alliance

（OHA）來持續開發主導

Android 作業系統的應用層面最早是由智慧型手機開始後來

逐漸擴展到平板電腦及其他領域上在西元 2010 年底Android

作業系統成為全球第一大智慧型手機作業系統其市佔率超過

Apple 公司的 iOS 作業系統

Google 公司在西元 2010 年為了讓更多人在沒有程式基礎的

狀況下能夠開發 Android 裝置應用程式推出 Google App

76

Inventor for Android 工具軟體讓使用者可以運用拼圖模式

來組合程式語法進而發展 Android 裝置的應用程式

後來Google 公司在西元 2012 年將此軟體移轉給美國麻省

理工學院（MIT）的行動學習中心（MIT Center for Mobile

Learning）來維護並引導使用者進入 App 應用程式開發的世界

使用者開發完成的程式可以下載到任何使用 Android 作業系

統的裝置包括智慧型手機或平板電腦

在 App 程式開發過程中我們可以使用模擬器或 Android 裝

置來測試應用程式執行的狀況待完成相關開發作業後更可

以將應用程式上傳到 Google Play 商店提供大眾下載安裝

77

18建置「雲端健康管理系統」

在 PC 電腦使用 Apache Server 架設一個私有雲的遠端伺服主機

並使用 PHP程式撰寫雲端健康管理程式透過 MySQL資料庫與 VB 2010

介面監控程式連接將智慧型手機或 PC 電腦的個人健康自主管理資

料上傳雲端提供健康專問題仍需專業醫生或照護人員協助因此

雲端監控技術因應而生可直接將配戴式裝置記錄的健康資料傳送

到雲端健康照護系統提供遠端的家人照護人員與醫生做查詢

診斷與後續的照護處置

Visual basic 與 MySQL 資料庫建置

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程

78

19進度表

19-1預期結果

本計畫結合嵌入式晶片運動感測藍牙技術製作的運動健康管理

用的穿戴式裝置可透過智慧型手機生理訊號監控測與雲端技術

建置一套「運動健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自

主管理工具本計畫預期產出研究成果有

1針對不同運動型態必須偵測身體不同部位的運動特徵值本計畫

製作不同型式的穿戴配件讓使用者可配戴在身體特定部位如頭

部手臂手腕腰部大腿小腿身體各部位的活動量

2由於可配戴在身體不同部位使用智慧型手機透過最新 BLE 無線傳

輸技術做為人機介面方便使用者操作與記錄資料讓穿戴式裝

置有更彈性的配戴方式與應用場合

3運動偵測採用六軸運動感測(MPU-6050 模組三軸加速計+三軸陀螺

儀)比傳統三軸加速計或斜震感測器(計步器)可更精確偵測與分

析運動量與運動姿態的正確性

4穿戴式裝置搭配「雲端健康管理系統」上可為自己量身訂做一套

運動處方透過智慧型手機定時提醒使用者運動時間運動份量

穿戴式裝置的運動記錄與生理訊號量測的資料分析可用來檢視這

套運動處方的成效做為進一步調整或改善的依據

5在執行本計畫過程中本人可以藉此學習到電路設計程式撰寫

月次

工作項目 7 8 9 10 11 12 1 2

1資料搜集整理與研讀

2硬體電路設計與製作

3晶片韌體程式撰寫

4運動訊號分析與辨識

5手機 App 程式撰寫

6建置雲端運動健康管

理系統

7系統功能整合測試

8撰寫報告

79

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

[5] N Ravi N Dandekar P Mysore ML Littmanrdquo Activity

Recognition from Accelerometer Datardquo American

Association for Artifi cial Intelligence (wwwaaaiorg)

2005

[6 ] Yonglei Zheng Weng-Keen Wong Xinze Guan Stewart

Trostrdquo Physical Activity Recognition from Accelerometer

Data Using a Multi-Scale Ensemble Methodrdquo Innovative

Applications of Artificial Intelligence Twenty-Fifth IAAI

Conference2013

[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

Activity Recognition from Accelerometer Data Using a

Wearable Devicerdquo Pattern Recognition and Image Analysis

Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

[9] Holetk Semiconductor IncldquoDatasheet of HT66Fxxrdquo

httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

14Drupal 7 安裝模組教學

1到 Drupal 頁面選擇上面的列表(模組)點選之後可以看到

許多模組的選項然後要注意描述欄位的顯示在描述的欄

位裡面的依賴模組只要有顯示(遺失)代表此模組是無法啟

用的

圖四十七 相關模組遺失頁面

66

2需要補齊遺失的其他模組才能啟動這個模組首先先到

Drupal 的官網 httpswwwdrupalorgprojectviews

將網址 poroject後面改成遺失模組的名稱更改完成後進入

頁面最下方會有載點

圖四十八 下載新模組頁面

網頁上面會有三個顏色的載點這三個顏色分別是

綠色安全穩定的版本下載首選

黃色測試版本不穩定專門給一些測試人員使用的

紅色開發階段的版本很多設定還沒完成專門提供給開發人

員或是幫忙開發人員

3當在官網上找到新模組後有兩種方式可以進行安裝

67

方式一

(1)到下載頁面進行模組下載載點有兩個 TargzZip 都可下

載下載完後進行解壓縮

圖四十九 下載 Drupal 新模組的下載頁面

(2)解壓所完畢後回到Drupal頁面點選上方的工具列的[模組]

選項進去後找到[+ 安裝模組]

圖五十 Drupal 新模組安裝頁面

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

68

圖五十一 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十二 模組啟動頁面

69

方法二

(1)進入到模組下載再想到下載的模組選項點右鍵點選[複

製連結網址]

圖五十三 選擇模組下載頁面

(2)回到 Drupal 模組安裝頁面進行安裝將模組網址複製進

[從網址(URL)-安裝]之後點選頁面下面的[安裝]鍵即

可完成安裝

圖五十四 模組安裝頁面

70

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

圖五十五 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十六 模組啟動頁面

71

15本計畫執行步驟將分為 資料搜集與研讀硬體電路設計與製作晶片韌體程式撰寫運動

訊號分析與辨識手機 APP 程式撰寫建置「雲端運動健康管理系統」

系統功能整合測試詳細說明如下

15-1資料搜集與研讀

搜集目前運動與健康管理相關發展情形穿戴式裝置研發的相關

技術與應用研讀 SoC 晶片功能特性與使用六軸運動感測器BLE

技術與模組晶片的相關 Datasheets 資料動作辨認(Activity

Recognition)相關理論與演算論文

15-2硬體電路設計製作

本計畫製作的核心是穿戴式裝置軟硬體設計主要是採用 TI

CC2530 低功耗與多樣化介面功能偵測活動量的六軸運動感測器使

用 IIC 通訊介面連接 BLE 短程無線傳輸模組是 UART 介面按鍵

與指示燈使用 GPIO 接腳

15-3晶片韌體程式

穿戴式裝置的 TI CC2530 軔體程式開發包括下列三部份重點

(1)硬體層的定義必須配合硬體電路的規劃方便函式庫與主程式

的使用(2)針對 UARTIIC 等介面電路的資料傳輸必須先建置好

相對的函式庫方便主控程式取用(3)主程式的流程規劃必須配合

實際的功能規劃並訂定與其他裝置連接的傳輸通訊協定穿戴式

裝置的程式流程如下裝置 POWER ON 或 RESET 後先初始化晶片

等待手機透過 BLE 下達選項設定與啟動指令啟動後開始偵測活動

量並定時將資料透過 BLE 回傳到手機上顯示直到手機下達停

止指令

15-4運動訊號分析與辨識

使用者可配戴在身體特定部位如頭部手臂手腕腰部大腿

小腿透過裝置內建感測器記錄 身體各部位的活動量穿戴式裝

置穿戴在身體不同部位透過 BLE 傳輸到 PC 用 StamPlot 作分析

StamPlot 測試分析的結果找出 六軸運動感測(三軸加速計+三軸陀螺

儀)活動量的變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌體程式做為

活動量計數與分析的依據並可統計動作正確性的百分比本計畫先

從簡單運動開始做分析如走路跑步騎單車甩手功hellip等未來

可做更複雜的運動量分析StamPlot活動量分析如圖 4有關訊號濾

波與辨識演算將參考相關論文StampPlot 測試分析的結果找出活

動量的三軸加速計 xyz 變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌

72

體程式做為活動量計數的依據並統計動作正確性的百分比

圖五十七 StamPlot活動量分析圖

15-5StampPlot StampPlot 為繪圖指示記錄和串行數據的控制典型地由一個微 控制器雖然也可以使用其它源 完全可配置從控制器或通過基於 PC 的宏文件雖然從基本郵票（R） 視差是我們的最愛幾乎所有控制器可以傳達到 PC 機的串口 可以使用的端口 控制器的那個使用 USB 和虛擬串口驅動程序也可以使用

圖五十八 程式啟動頁面

73

StampPlot 分析運動特徵值

圖五十九 運動特徵值

16運動量偵測與記錄測試 穿戴式裝置啟動或重置後智慧型手機 App 程式透過 BLE 或 RF

自動搜尋週圍裝置並逐一確認裝置連線與穿戴位置

確認好偵測部位動作與預計活動時間後按下 Start 鍵手

機 APP 可即時監看量狀況完成活動後按下停止鍵記錄活動日

期時間活動量等資料

按下上傳鍵利用 APP Inventor TinyWebDB可將記錄資料上

傳到 Google 雲端伺服器

上圖顯示記錄與查看運動狀態資料利用上下頁功能鍵可查

閱 Google 雲端 TinyWebDB 的歷史資料此外APP 也能接收到

血壓心跳體重體溫等生理訊號資料並顯示在手機畫面

74

17手機 App 程式

智慧型手機可使用 App 程式透過 BLE 直接連接穿戴式裝

置可直接顯示健康資料訊息做簡單的健康管理並可下

達指令變更穿戴式裝置的設定做為穿戴式裝置的人機介

面也可以利用連接網際網路方式做為穿戴式裝置與外部

網路轉發訊息的橋樑Apps 程式我們選用 APP Inventor 2

這套 Web 線上開發工具它是簡易式的 Android APP 開發軟

體視覺化的圖形介面設計與拼圖式的程式開發很容易上

手主要包括人機介面的操作藍牙通訊傳輸顯示個人運

動處方提醒運動時間運動資料的記錄調閱與上傳雲端

伺服機運動狀態分析與異常警示hellip等功能

圖六十 手機 APP 成品畫面

75

17-1App Inventor 背景介紹 Google App Inventor 在去年底(2010 年底)時正式開放給所

有使用者使用當然這個 Project 在正式推出之前早已在許

多高中大學校園當中做了許多教學測試可見得 Google 選擇

發展這樣的開發路徑瞄準的就是教育市場希望從校園當中開

始掌握第一批的潛在使用者及開發者這樣的策略其實對於

Android 這樣的開放式平台可說是自然而然的事並且從開發工

具模擬器實機測試等一路上所需使用的軟體均可免費取得

自由測試對於教學用途的使用實在是可說是最理想的方式了

由於是針對學生族群Google 在這個部分特別引入在教育系統

當中頗為成功的 Scratch 來作為拼圖式程式寫作的基礎實際

上 Google App Inventor 負責教授即來自 MIT 與 Scratch 技

術發展有相當深且廣的關聯標榜可以讓使用者完全不需寫任何

程式碼即可完成應用程式開發更驚訝的是已經支援 NXT 樂

高機器人程式開發使得 Android 與 NXT 的結合應用更添了

許多想像空間

由於 App Inventor 突破性的發展使得原本可能是處於高階程

式設計師領域的手機應用程式開發一下子成為國小學童接觸程

式設計的最初入門磚學習 Android 裝置程式設計可以不必

學習較為艱澀的 Java 語法只要使用拼圖模式來組合程式就

可以完成 Android 裝置的應用程式MIT App Inventor 2網站

提供雲端服務讓我們可以免費使用其提供的強大功能來設計

Android 裝置上的 App 應用程式完成作品後還可以上傳到

Google Play 商店Android 作業系統是一個以 Linux 為基礎

的開放原始碼作業系統中文俗稱為「安卓」其起源最早是在

西元 2003 年由安迪魯賓（Andy Rubin）所開發製作目前由

Google 公司成立的開放手持設備聯盟 Open Handset Alliance

（OHA）來持續開發主導

Android 作業系統的應用層面最早是由智慧型手機開始後來

逐漸擴展到平板電腦及其他領域上在西元 2010 年底Android

作業系統成為全球第一大智慧型手機作業系統其市佔率超過

Apple 公司的 iOS 作業系統

Google 公司在西元 2010 年為了讓更多人在沒有程式基礎的

狀況下能夠開發 Android 裝置應用程式推出 Google App

76

Inventor for Android 工具軟體讓使用者可以運用拼圖模式

來組合程式語法進而發展 Android 裝置的應用程式

後來Google 公司在西元 2012 年將此軟體移轉給美國麻省

理工學院（MIT）的行動學習中心（MIT Center for Mobile

Learning）來維護並引導使用者進入 App 應用程式開發的世界

使用者開發完成的程式可以下載到任何使用 Android 作業系

統的裝置包括智慧型手機或平板電腦

在 App 程式開發過程中我們可以使用模擬器或 Android 裝

置來測試應用程式執行的狀況待完成相關開發作業後更可

以將應用程式上傳到 Google Play 商店提供大眾下載安裝

77

18建置「雲端健康管理系統」

在 PC 電腦使用 Apache Server 架設一個私有雲的遠端伺服主機

並使用 PHP程式撰寫雲端健康管理程式透過 MySQL資料庫與 VB 2010

介面監控程式連接將智慧型手機或 PC 電腦的個人健康自主管理資

料上傳雲端提供健康專問題仍需專業醫生或照護人員協助因此

雲端監控技術因應而生可直接將配戴式裝置記錄的健康資料傳送

到雲端健康照護系統提供遠端的家人照護人員與醫生做查詢

診斷與後續的照護處置

Visual basic 與 MySQL 資料庫建置

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程

78

19進度表

19-1預期結果

本計畫結合嵌入式晶片運動感測藍牙技術製作的運動健康管理

用的穿戴式裝置可透過智慧型手機生理訊號監控測與雲端技術

建置一套「運動健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自

主管理工具本計畫預期產出研究成果有

1針對不同運動型態必須偵測身體不同部位的運動特徵值本計畫

製作不同型式的穿戴配件讓使用者可配戴在身體特定部位如頭

部手臂手腕腰部大腿小腿身體各部位的活動量

2由於可配戴在身體不同部位使用智慧型手機透過最新 BLE 無線傳

輸技術做為人機介面方便使用者操作與記錄資料讓穿戴式裝

置有更彈性的配戴方式與應用場合

3運動偵測採用六軸運動感測(MPU-6050 模組三軸加速計+三軸陀螺

儀)比傳統三軸加速計或斜震感測器(計步器)可更精確偵測與分

析運動量與運動姿態的正確性

4穿戴式裝置搭配「雲端健康管理系統」上可為自己量身訂做一套

運動處方透過智慧型手機定時提醒使用者運動時間運動份量

穿戴式裝置的運動記錄與生理訊號量測的資料分析可用來檢視這

套運動處方的成效做為進一步調整或改善的依據

5在執行本計畫過程中本人可以藉此學習到電路設計程式撰寫

月次

工作項目 7 8 9 10 11 12 1 2

1資料搜集整理與研讀

2硬體電路設計與製作

3晶片韌體程式撰寫

4運動訊號分析與辨識

5手機 App 程式撰寫

6建置雲端運動健康管

理系統

7系統功能整合測試

8撰寫報告

79

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

[5] N Ravi N Dandekar P Mysore ML Littmanrdquo Activity

Recognition from Accelerometer Datardquo American

Association for Artifi cial Intelligence (wwwaaaiorg)

2005

[6 ] Yonglei Zheng Weng-Keen Wong Xinze Guan Stewart

Trostrdquo Physical Activity Recognition from Accelerometer

Data Using a Multi-Scale Ensemble Methodrdquo Innovative

Applications of Artificial Intelligence Twenty-Fifth IAAI

Conference2013

[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

Activity Recognition from Accelerometer Data Using a

Wearable Devicerdquo Pattern Recognition and Image Analysis

Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

[9] Holetk Semiconductor IncldquoDatasheet of HT66Fxxrdquo

httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

2需要補齊遺失的其他模組才能啟動這個模組首先先到

Drupal 的官網 httpswwwdrupalorgprojectviews

將網址 poroject後面改成遺失模組的名稱更改完成後進入

頁面最下方會有載點

圖四十八 下載新模組頁面

網頁上面會有三個顏色的載點這三個顏色分別是

綠色安全穩定的版本下載首選

黃色測試版本不穩定專門給一些測試人員使用的

紅色開發階段的版本很多設定還沒完成專門提供給開發人

員或是幫忙開發人員

3當在官網上找到新模組後有兩種方式可以進行安裝

67

方式一

(1)到下載頁面進行模組下載載點有兩個 TargzZip 都可下

載下載完後進行解壓縮

圖四十九 下載 Drupal 新模組的下載頁面

(2)解壓所完畢後回到Drupal頁面點選上方的工具列的[模組]

選項進去後找到[+ 安裝模組]

圖五十 Drupal 新模組安裝頁面

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

68

圖五十一 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十二 模組啟動頁面

69

方法二

(1)進入到模組下載再想到下載的模組選項點右鍵點選[複

製連結網址]

圖五十三 選擇模組下載頁面

(2)回到 Drupal 模組安裝頁面進行安裝將模組網址複製進

[從網址(URL)-安裝]之後點選頁面下面的[安裝]鍵即

可完成安裝

圖五十四 模組安裝頁面

70

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

圖五十五 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十六 模組啟動頁面

71

15本計畫執行步驟將分為 資料搜集與研讀硬體電路設計與製作晶片韌體程式撰寫運動

訊號分析與辨識手機 APP 程式撰寫建置「雲端運動健康管理系統」

系統功能整合測試詳細說明如下

15-1資料搜集與研讀

搜集目前運動與健康管理相關發展情形穿戴式裝置研發的相關

技術與應用研讀 SoC 晶片功能特性與使用六軸運動感測器BLE

技術與模組晶片的相關 Datasheets 資料動作辨認(Activity

Recognition)相關理論與演算論文

15-2硬體電路設計製作

本計畫製作的核心是穿戴式裝置軟硬體設計主要是採用 TI

CC2530 低功耗與多樣化介面功能偵測活動量的六軸運動感測器使

用 IIC 通訊介面連接 BLE 短程無線傳輸模組是 UART 介面按鍵

與指示燈使用 GPIO 接腳

15-3晶片韌體程式

穿戴式裝置的 TI CC2530 軔體程式開發包括下列三部份重點

(1)硬體層的定義必須配合硬體電路的規劃方便函式庫與主程式

的使用(2)針對 UARTIIC 等介面電路的資料傳輸必須先建置好

相對的函式庫方便主控程式取用(3)主程式的流程規劃必須配合

實際的功能規劃並訂定與其他裝置連接的傳輸通訊協定穿戴式

裝置的程式流程如下裝置 POWER ON 或 RESET 後先初始化晶片

等待手機透過 BLE 下達選項設定與啟動指令啟動後開始偵測活動

量並定時將資料透過 BLE 回傳到手機上顯示直到手機下達停

止指令

15-4運動訊號分析與辨識

使用者可配戴在身體特定部位如頭部手臂手腕腰部大腿

小腿透過裝置內建感測器記錄 身體各部位的活動量穿戴式裝

置穿戴在身體不同部位透過 BLE 傳輸到 PC 用 StamPlot 作分析

StamPlot 測試分析的結果找出 六軸運動感測(三軸加速計+三軸陀螺

儀)活動量的變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌體程式做為

活動量計數與分析的依據並可統計動作正確性的百分比本計畫先

從簡單運動開始做分析如走路跑步騎單車甩手功hellip等未來

可做更複雜的運動量分析StamPlot活動量分析如圖 4有關訊號濾

波與辨識演算將參考相關論文StampPlot 測試分析的結果找出活

動量的三軸加速計 xyz 變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌

72

體程式做為活動量計數的依據並統計動作正確性的百分比

圖五十七 StamPlot活動量分析圖

15-5StampPlot StampPlot 為繪圖指示記錄和串行數據的控制典型地由一個微 控制器雖然也可以使用其它源 完全可配置從控制器或通過基於 PC 的宏文件雖然從基本郵票（R） 視差是我們的最愛幾乎所有控制器可以傳達到 PC 機的串口 可以使用的端口 控制器的那個使用 USB 和虛擬串口驅動程序也可以使用

圖五十八 程式啟動頁面

73

StampPlot 分析運動特徵值

圖五十九 運動特徵值

16運動量偵測與記錄測試 穿戴式裝置啟動或重置後智慧型手機 App 程式透過 BLE 或 RF

自動搜尋週圍裝置並逐一確認裝置連線與穿戴位置

確認好偵測部位動作與預計活動時間後按下 Start 鍵手

機 APP 可即時監看量狀況完成活動後按下停止鍵記錄活動日

期時間活動量等資料

按下上傳鍵利用 APP Inventor TinyWebDB可將記錄資料上

傳到 Google 雲端伺服器

上圖顯示記錄與查看運動狀態資料利用上下頁功能鍵可查

閱 Google 雲端 TinyWebDB 的歷史資料此外APP 也能接收到

血壓心跳體重體溫等生理訊號資料並顯示在手機畫面

74

17手機 App 程式

智慧型手機可使用 App 程式透過 BLE 直接連接穿戴式裝

置可直接顯示健康資料訊息做簡單的健康管理並可下

達指令變更穿戴式裝置的設定做為穿戴式裝置的人機介

面也可以利用連接網際網路方式做為穿戴式裝置與外部

網路轉發訊息的橋樑Apps 程式我們選用 APP Inventor 2

這套 Web 線上開發工具它是簡易式的 Android APP 開發軟

體視覺化的圖形介面設計與拼圖式的程式開發很容易上

手主要包括人機介面的操作藍牙通訊傳輸顯示個人運

動處方提醒運動時間運動資料的記錄調閱與上傳雲端

伺服機運動狀態分析與異常警示hellip等功能

圖六十 手機 APP 成品畫面

75

17-1App Inventor 背景介紹 Google App Inventor 在去年底(2010 年底)時正式開放給所

有使用者使用當然這個 Project 在正式推出之前早已在許

多高中大學校園當中做了許多教學測試可見得 Google 選擇

發展這樣的開發路徑瞄準的就是教育市場希望從校園當中開

始掌握第一批的潛在使用者及開發者這樣的策略其實對於

Android 這樣的開放式平台可說是自然而然的事並且從開發工

具模擬器實機測試等一路上所需使用的軟體均可免費取得

自由測試對於教學用途的使用實在是可說是最理想的方式了

由於是針對學生族群Google 在這個部分特別引入在教育系統

當中頗為成功的 Scratch 來作為拼圖式程式寫作的基礎實際

上 Google App Inventor 負責教授即來自 MIT 與 Scratch 技

術發展有相當深且廣的關聯標榜可以讓使用者完全不需寫任何

程式碼即可完成應用程式開發更驚訝的是已經支援 NXT 樂

高機器人程式開發使得 Android 與 NXT 的結合應用更添了

許多想像空間

由於 App Inventor 突破性的發展使得原本可能是處於高階程

式設計師領域的手機應用程式開發一下子成為國小學童接觸程

式設計的最初入門磚學習 Android 裝置程式設計可以不必

學習較為艱澀的 Java 語法只要使用拼圖模式來組合程式就

可以完成 Android 裝置的應用程式MIT App Inventor 2網站

提供雲端服務讓我們可以免費使用其提供的強大功能來設計

Android 裝置上的 App 應用程式完成作品後還可以上傳到

Google Play 商店Android 作業系統是一個以 Linux 為基礎

的開放原始碼作業系統中文俗稱為「安卓」其起源最早是在

西元 2003 年由安迪魯賓（Andy Rubin）所開發製作目前由

Google 公司成立的開放手持設備聯盟 Open Handset Alliance

（OHA）來持續開發主導

Android 作業系統的應用層面最早是由智慧型手機開始後來

逐漸擴展到平板電腦及其他領域上在西元 2010 年底Android

作業系統成為全球第一大智慧型手機作業系統其市佔率超過

Apple 公司的 iOS 作業系統

Google 公司在西元 2010 年為了讓更多人在沒有程式基礎的

狀況下能夠開發 Android 裝置應用程式推出 Google App

76

Inventor for Android 工具軟體讓使用者可以運用拼圖模式

來組合程式語法進而發展 Android 裝置的應用程式

後來Google 公司在西元 2012 年將此軟體移轉給美國麻省

理工學院（MIT）的行動學習中心（MIT Center for Mobile

Learning）來維護並引導使用者進入 App 應用程式開發的世界

使用者開發完成的程式可以下載到任何使用 Android 作業系

統的裝置包括智慧型手機或平板電腦

在 App 程式開發過程中我們可以使用模擬器或 Android 裝

置來測試應用程式執行的狀況待完成相關開發作業後更可

以將應用程式上傳到 Google Play 商店提供大眾下載安裝

77

18建置「雲端健康管理系統」

在 PC 電腦使用 Apache Server 架設一個私有雲的遠端伺服主機

並使用 PHP程式撰寫雲端健康管理程式透過 MySQL資料庫與 VB 2010

介面監控程式連接將智慧型手機或 PC 電腦的個人健康自主管理資

料上傳雲端提供健康專問題仍需專業醫生或照護人員協助因此

雲端監控技術因應而生可直接將配戴式裝置記錄的健康資料傳送

到雲端健康照護系統提供遠端的家人照護人員與醫生做查詢

診斷與後續的照護處置

Visual basic 與 MySQL 資料庫建置

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程

78

19進度表

19-1預期結果

本計畫結合嵌入式晶片運動感測藍牙技術製作的運動健康管理

用的穿戴式裝置可透過智慧型手機生理訊號監控測與雲端技術

建置一套「運動健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自

主管理工具本計畫預期產出研究成果有

1針對不同運動型態必須偵測身體不同部位的運動特徵值本計畫

製作不同型式的穿戴配件讓使用者可配戴在身體特定部位如頭

部手臂手腕腰部大腿小腿身體各部位的活動量

2由於可配戴在身體不同部位使用智慧型手機透過最新 BLE 無線傳

輸技術做為人機介面方便使用者操作與記錄資料讓穿戴式裝

置有更彈性的配戴方式與應用場合

3運動偵測採用六軸運動感測(MPU-6050 模組三軸加速計+三軸陀螺

儀)比傳統三軸加速計或斜震感測器(計步器)可更精確偵測與分

析運動量與運動姿態的正確性

4穿戴式裝置搭配「雲端健康管理系統」上可為自己量身訂做一套

運動處方透過智慧型手機定時提醒使用者運動時間運動份量

穿戴式裝置的運動記錄與生理訊號量測的資料分析可用來檢視這

套運動處方的成效做為進一步調整或改善的依據

5在執行本計畫過程中本人可以藉此學習到電路設計程式撰寫

月次

工作項目 7 8 9 10 11 12 1 2

1資料搜集整理與研讀

2硬體電路設計與製作

3晶片韌體程式撰寫

4運動訊號分析與辨識

5手機 App 程式撰寫

6建置雲端運動健康管

理系統

7系統功能整合測試

8撰寫報告

79

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

[5] N Ravi N Dandekar P Mysore ML Littmanrdquo Activity

Recognition from Accelerometer Datardquo American

Association for Artifi cial Intelligence (wwwaaaiorg)

2005

[6 ] Yonglei Zheng Weng-Keen Wong Xinze Guan Stewart

Trostrdquo Physical Activity Recognition from Accelerometer

Data Using a Multi-Scale Ensemble Methodrdquo Innovative

Applications of Artificial Intelligence Twenty-Fifth IAAI

Conference2013

[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

Activity Recognition from Accelerometer Data Using a

Wearable Devicerdquo Pattern Recognition and Image Analysis

Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

[9] Holetk Semiconductor IncldquoDatasheet of HT66Fxxrdquo

httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

方式一

(1)到下載頁面進行模組下載載點有兩個 TargzZip 都可下

載下載完後進行解壓縮

圖四十九 下載 Drupal 新模組的下載頁面

(2)解壓所完畢後回到Drupal頁面點選上方的工具列的[模組]

選項進去後找到[+ 安裝模組]

圖五十 Drupal 新模組安裝頁面

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

68

圖五十一 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十二 模組啟動頁面

69

方法二

(1)進入到模組下載再想到下載的模組選項點右鍵點選[複

製連結網址]

圖五十三 選擇模組下載頁面

(2)回到 Drupal 模組安裝頁面進行安裝將模組網址複製進

[從網址(URL)-安裝]之後點選頁面下面的[安裝]鍵即

可完成安裝

圖五十四 模組安裝頁面

70

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

圖五十五 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十六 模組啟動頁面

71

15本計畫執行步驟將分為 資料搜集與研讀硬體電路設計與製作晶片韌體程式撰寫運動

訊號分析與辨識手機 APP 程式撰寫建置「雲端運動健康管理系統」

系統功能整合測試詳細說明如下

15-1資料搜集與研讀

搜集目前運動與健康管理相關發展情形穿戴式裝置研發的相關

技術與應用研讀 SoC 晶片功能特性與使用六軸運動感測器BLE

技術與模組晶片的相關 Datasheets 資料動作辨認(Activity

Recognition)相關理論與演算論文

15-2硬體電路設計製作

本計畫製作的核心是穿戴式裝置軟硬體設計主要是採用 TI

CC2530 低功耗與多樣化介面功能偵測活動量的六軸運動感測器使

用 IIC 通訊介面連接 BLE 短程無線傳輸模組是 UART 介面按鍵

與指示燈使用 GPIO 接腳

15-3晶片韌體程式

穿戴式裝置的 TI CC2530 軔體程式開發包括下列三部份重點

(1)硬體層的定義必須配合硬體電路的規劃方便函式庫與主程式

的使用(2)針對 UARTIIC 等介面電路的資料傳輸必須先建置好

相對的函式庫方便主控程式取用(3)主程式的流程規劃必須配合

實際的功能規劃並訂定與其他裝置連接的傳輸通訊協定穿戴式

裝置的程式流程如下裝置 POWER ON 或 RESET 後先初始化晶片

等待手機透過 BLE 下達選項設定與啟動指令啟動後開始偵測活動

量並定時將資料透過 BLE 回傳到手機上顯示直到手機下達停

止指令

15-4運動訊號分析與辨識

使用者可配戴在身體特定部位如頭部手臂手腕腰部大腿

小腿透過裝置內建感測器記錄 身體各部位的活動量穿戴式裝

置穿戴在身體不同部位透過 BLE 傳輸到 PC 用 StamPlot 作分析

StamPlot 測試分析的結果找出 六軸運動感測(三軸加速計+三軸陀螺

儀)活動量的變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌體程式做為

活動量計數與分析的依據並可統計動作正確性的百分比本計畫先

從簡單運動開始做分析如走路跑步騎單車甩手功hellip等未來

可做更複雜的運動量分析StamPlot活動量分析如圖 4有關訊號濾

波與辨識演算將參考相關論文StampPlot 測試分析的結果找出活

動量的三軸加速計 xyz 變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌

72

體程式做為活動量計數的依據並統計動作正確性的百分比

圖五十七 StamPlot活動量分析圖

15-5StampPlot StampPlot 為繪圖指示記錄和串行數據的控制典型地由一個微 控制器雖然也可以使用其它源 完全可配置從控制器或通過基於 PC 的宏文件雖然從基本郵票（R） 視差是我們的最愛幾乎所有控制器可以傳達到 PC 機的串口 可以使用的端口 控制器的那個使用 USB 和虛擬串口驅動程序也可以使用

圖五十八 程式啟動頁面

73

StampPlot 分析運動特徵值

圖五十九 運動特徵值

16運動量偵測與記錄測試 穿戴式裝置啟動或重置後智慧型手機 App 程式透過 BLE 或 RF

自動搜尋週圍裝置並逐一確認裝置連線與穿戴位置

確認好偵測部位動作與預計活動時間後按下 Start 鍵手

機 APP 可即時監看量狀況完成活動後按下停止鍵記錄活動日

期時間活動量等資料

按下上傳鍵利用 APP Inventor TinyWebDB可將記錄資料上

傳到 Google 雲端伺服器

上圖顯示記錄與查看運動狀態資料利用上下頁功能鍵可查

閱 Google 雲端 TinyWebDB 的歷史資料此外APP 也能接收到

血壓心跳體重體溫等生理訊號資料並顯示在手機畫面

74

17手機 App 程式

智慧型手機可使用 App 程式透過 BLE 直接連接穿戴式裝

置可直接顯示健康資料訊息做簡單的健康管理並可下

達指令變更穿戴式裝置的設定做為穿戴式裝置的人機介

面也可以利用連接網際網路方式做為穿戴式裝置與外部

網路轉發訊息的橋樑Apps 程式我們選用 APP Inventor 2

這套 Web 線上開發工具它是簡易式的 Android APP 開發軟

體視覺化的圖形介面設計與拼圖式的程式開發很容易上

手主要包括人機介面的操作藍牙通訊傳輸顯示個人運

動處方提醒運動時間運動資料的記錄調閱與上傳雲端

伺服機運動狀態分析與異常警示hellip等功能

圖六十 手機 APP 成品畫面

75

17-1App Inventor 背景介紹 Google App Inventor 在去年底(2010 年底)時正式開放給所

有使用者使用當然這個 Project 在正式推出之前早已在許

多高中大學校園當中做了許多教學測試可見得 Google 選擇

發展這樣的開發路徑瞄準的就是教育市場希望從校園當中開

始掌握第一批的潛在使用者及開發者這樣的策略其實對於

Android 這樣的開放式平台可說是自然而然的事並且從開發工

具模擬器實機測試等一路上所需使用的軟體均可免費取得

自由測試對於教學用途的使用實在是可說是最理想的方式了

由於是針對學生族群Google 在這個部分特別引入在教育系統

當中頗為成功的 Scratch 來作為拼圖式程式寫作的基礎實際

上 Google App Inventor 負責教授即來自 MIT 與 Scratch 技

術發展有相當深且廣的關聯標榜可以讓使用者完全不需寫任何

程式碼即可完成應用程式開發更驚訝的是已經支援 NXT 樂

高機器人程式開發使得 Android 與 NXT 的結合應用更添了

許多想像空間

由於 App Inventor 突破性的發展使得原本可能是處於高階程

式設計師領域的手機應用程式開發一下子成為國小學童接觸程

式設計的最初入門磚學習 Android 裝置程式設計可以不必

學習較為艱澀的 Java 語法只要使用拼圖模式來組合程式就

可以完成 Android 裝置的應用程式MIT App Inventor 2網站

提供雲端服務讓我們可以免費使用其提供的強大功能來設計

Android 裝置上的 App 應用程式完成作品後還可以上傳到

Google Play 商店Android 作業系統是一個以 Linux 為基礎

的開放原始碼作業系統中文俗稱為「安卓」其起源最早是在

西元 2003 年由安迪魯賓（Andy Rubin）所開發製作目前由

Google 公司成立的開放手持設備聯盟 Open Handset Alliance

（OHA）來持續開發主導

Android 作業系統的應用層面最早是由智慧型手機開始後來

逐漸擴展到平板電腦及其他領域上在西元 2010 年底Android

作業系統成為全球第一大智慧型手機作業系統其市佔率超過

Apple 公司的 iOS 作業系統

Google 公司在西元 2010 年為了讓更多人在沒有程式基礎的

狀況下能夠開發 Android 裝置應用程式推出 Google App

76

Inventor for Android 工具軟體讓使用者可以運用拼圖模式

來組合程式語法進而發展 Android 裝置的應用程式

後來Google 公司在西元 2012 年將此軟體移轉給美國麻省

理工學院（MIT）的行動學習中心（MIT Center for Mobile

Learning）來維護並引導使用者進入 App 應用程式開發的世界

使用者開發完成的程式可以下載到任何使用 Android 作業系

統的裝置包括智慧型手機或平板電腦

在 App 程式開發過程中我們可以使用模擬器或 Android 裝

置來測試應用程式執行的狀況待完成相關開發作業後更可

以將應用程式上傳到 Google Play 商店提供大眾下載安裝

77

18建置「雲端健康管理系統」

在 PC 電腦使用 Apache Server 架設一個私有雲的遠端伺服主機

並使用 PHP程式撰寫雲端健康管理程式透過 MySQL資料庫與 VB 2010

介面監控程式連接將智慧型手機或 PC 電腦的個人健康自主管理資

料上傳雲端提供健康專問題仍需專業醫生或照護人員協助因此

雲端監控技術因應而生可直接將配戴式裝置記錄的健康資料傳送

到雲端健康照護系統提供遠端的家人照護人員與醫生做查詢

診斷與後續的照護處置

Visual basic 與 MySQL 資料庫建置

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程

78

19進度表

19-1預期結果

本計畫結合嵌入式晶片運動感測藍牙技術製作的運動健康管理

用的穿戴式裝置可透過智慧型手機生理訊號監控測與雲端技術

建置一套「運動健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自

主管理工具本計畫預期產出研究成果有

1針對不同運動型態必須偵測身體不同部位的運動特徵值本計畫

製作不同型式的穿戴配件讓使用者可配戴在身體特定部位如頭

部手臂手腕腰部大腿小腿身體各部位的活動量

2由於可配戴在身體不同部位使用智慧型手機透過最新 BLE 無線傳

輸技術做為人機介面方便使用者操作與記錄資料讓穿戴式裝

置有更彈性的配戴方式與應用場合

3運動偵測採用六軸運動感測(MPU-6050 模組三軸加速計+三軸陀螺

儀)比傳統三軸加速計或斜震感測器(計步器)可更精確偵測與分

析運動量與運動姿態的正確性

4穿戴式裝置搭配「雲端健康管理系統」上可為自己量身訂做一套

運動處方透過智慧型手機定時提醒使用者運動時間運動份量

穿戴式裝置的運動記錄與生理訊號量測的資料分析可用來檢視這

套運動處方的成效做為進一步調整或改善的依據

5在執行本計畫過程中本人可以藉此學習到電路設計程式撰寫

月次

工作項目 7 8 9 10 11 12 1 2

1資料搜集整理與研讀

2硬體電路設計與製作

3晶片韌體程式撰寫

4運動訊號分析與辨識

5手機 App 程式撰寫

6建置雲端運動健康管

理系統

7系統功能整合測試

8撰寫報告

79

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

[5] N Ravi N Dandekar P Mysore ML Littmanrdquo Activity

Recognition from Accelerometer Datardquo American

Association for Artifi cial Intelligence (wwwaaaiorg)

2005

[6 ] Yonglei Zheng Weng-Keen Wong Xinze Guan Stewart

Trostrdquo Physical Activity Recognition from Accelerometer

Data Using a Multi-Scale Ensemble Methodrdquo Innovative

Applications of Artificial Intelligence Twenty-Fifth IAAI

Conference2013

[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

Activity Recognition from Accelerometer Data Using a

Wearable Devicerdquo Pattern Recognition and Image Analysis

Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

[9] Holetk Semiconductor IncldquoDatasheet of HT66Fxxrdquo

httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

圖五十一 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十二 模組啟動頁面

69

方法二

(1)進入到模組下載再想到下載的模組選項點右鍵點選[複

製連結網址]

圖五十三 選擇模組下載頁面

(2)回到 Drupal 模組安裝頁面進行安裝將模組網址複製進

[從網址(URL)-安裝]之後點選頁面下面的[安裝]鍵即

可完成安裝

圖五十四 模組安裝頁面

70

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

圖五十五 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十六 模組啟動頁面

71

15本計畫執行步驟將分為 資料搜集與研讀硬體電路設計與製作晶片韌體程式撰寫運動

訊號分析與辨識手機 APP 程式撰寫建置「雲端運動健康管理系統」

系統功能整合測試詳細說明如下

15-1資料搜集與研讀

搜集目前運動與健康管理相關發展情形穿戴式裝置研發的相關

技術與應用研讀 SoC 晶片功能特性與使用六軸運動感測器BLE

技術與模組晶片的相關 Datasheets 資料動作辨認(Activity

Recognition)相關理論與演算論文

15-2硬體電路設計製作

本計畫製作的核心是穿戴式裝置軟硬體設計主要是採用 TI

CC2530 低功耗與多樣化介面功能偵測活動量的六軸運動感測器使

用 IIC 通訊介面連接 BLE 短程無線傳輸模組是 UART 介面按鍵

與指示燈使用 GPIO 接腳

15-3晶片韌體程式

穿戴式裝置的 TI CC2530 軔體程式開發包括下列三部份重點

(1)硬體層的定義必須配合硬體電路的規劃方便函式庫與主程式

的使用(2)針對 UARTIIC 等介面電路的資料傳輸必須先建置好

相對的函式庫方便主控程式取用(3)主程式的流程規劃必須配合

實際的功能規劃並訂定與其他裝置連接的傳輸通訊協定穿戴式

裝置的程式流程如下裝置 POWER ON 或 RESET 後先初始化晶片

等待手機透過 BLE 下達選項設定與啟動指令啟動後開始偵測活動

量並定時將資料透過 BLE 回傳到手機上顯示直到手機下達停

止指令

15-4運動訊號分析與辨識

使用者可配戴在身體特定部位如頭部手臂手腕腰部大腿

小腿透過裝置內建感測器記錄 身體各部位的活動量穿戴式裝

置穿戴在身體不同部位透過 BLE 傳輸到 PC 用 StamPlot 作分析

StamPlot 測試分析的結果找出 六軸運動感測(三軸加速計+三軸陀螺

儀)活動量的變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌體程式做為

活動量計數與分析的依據並可統計動作正確性的百分比本計畫先

從簡單運動開始做分析如走路跑步騎單車甩手功hellip等未來

可做更複雜的運動量分析StamPlot活動量分析如圖 4有關訊號濾

波與辨識演算將參考相關論文StampPlot 測試分析的結果找出活

動量的三軸加速計 xyz 變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌

72

體程式做為活動量計數的依據並統計動作正確性的百分比

圖五十七 StamPlot活動量分析圖

15-5StampPlot StampPlot 為繪圖指示記錄和串行數據的控制典型地由一個微 控制器雖然也可以使用其它源 完全可配置從控制器或通過基於 PC 的宏文件雖然從基本郵票（R） 視差是我們的最愛幾乎所有控制器可以傳達到 PC 機的串口 可以使用的端口 控制器的那個使用 USB 和虛擬串口驅動程序也可以使用

圖五十八 程式啟動頁面

73

StampPlot 分析運動特徵值

圖五十九 運動特徵值

16運動量偵測與記錄測試 穿戴式裝置啟動或重置後智慧型手機 App 程式透過 BLE 或 RF

自動搜尋週圍裝置並逐一確認裝置連線與穿戴位置

確認好偵測部位動作與預計活動時間後按下 Start 鍵手

機 APP 可即時監看量狀況完成活動後按下停止鍵記錄活動日

期時間活動量等資料

按下上傳鍵利用 APP Inventor TinyWebDB可將記錄資料上

傳到 Google 雲端伺服器

上圖顯示記錄與查看運動狀態資料利用上下頁功能鍵可查

閱 Google 雲端 TinyWebDB 的歷史資料此外APP 也能接收到

血壓心跳體重體溫等生理訊號資料並顯示在手機畫面

74

17手機 App 程式

智慧型手機可使用 App 程式透過 BLE 直接連接穿戴式裝

置可直接顯示健康資料訊息做簡單的健康管理並可下

達指令變更穿戴式裝置的設定做為穿戴式裝置的人機介

面也可以利用連接網際網路方式做為穿戴式裝置與外部

網路轉發訊息的橋樑Apps 程式我們選用 APP Inventor 2

這套 Web 線上開發工具它是簡易式的 Android APP 開發軟

體視覺化的圖形介面設計與拼圖式的程式開發很容易上

手主要包括人機介面的操作藍牙通訊傳輸顯示個人運

動處方提醒運動時間運動資料的記錄調閱與上傳雲端

伺服機運動狀態分析與異常警示hellip等功能

圖六十 手機 APP 成品畫面

75

17-1App Inventor 背景介紹 Google App Inventor 在去年底(2010 年底)時正式開放給所

有使用者使用當然這個 Project 在正式推出之前早已在許

多高中大學校園當中做了許多教學測試可見得 Google 選擇

發展這樣的開發路徑瞄準的就是教育市場希望從校園當中開

始掌握第一批的潛在使用者及開發者這樣的策略其實對於

Android 這樣的開放式平台可說是自然而然的事並且從開發工

具模擬器實機測試等一路上所需使用的軟體均可免費取得

自由測試對於教學用途的使用實在是可說是最理想的方式了

由於是針對學生族群Google 在這個部分特別引入在教育系統

當中頗為成功的 Scratch 來作為拼圖式程式寫作的基礎實際

上 Google App Inventor 負責教授即來自 MIT 與 Scratch 技

術發展有相當深且廣的關聯標榜可以讓使用者完全不需寫任何

程式碼即可完成應用程式開發更驚訝的是已經支援 NXT 樂

高機器人程式開發使得 Android 與 NXT 的結合應用更添了

許多想像空間

由於 App Inventor 突破性的發展使得原本可能是處於高階程

式設計師領域的手機應用程式開發一下子成為國小學童接觸程

式設計的最初入門磚學習 Android 裝置程式設計可以不必

學習較為艱澀的 Java 語法只要使用拼圖模式來組合程式就

可以完成 Android 裝置的應用程式MIT App Inventor 2網站

提供雲端服務讓我們可以免費使用其提供的強大功能來設計

Android 裝置上的 App 應用程式完成作品後還可以上傳到

Google Play 商店Android 作業系統是一個以 Linux 為基礎

的開放原始碼作業系統中文俗稱為「安卓」其起源最早是在

西元 2003 年由安迪魯賓（Andy Rubin）所開發製作目前由

Google 公司成立的開放手持設備聯盟 Open Handset Alliance

（OHA）來持續開發主導

Android 作業系統的應用層面最早是由智慧型手機開始後來

逐漸擴展到平板電腦及其他領域上在西元 2010 年底Android

作業系統成為全球第一大智慧型手機作業系統其市佔率超過

Apple 公司的 iOS 作業系統

Google 公司在西元 2010 年為了讓更多人在沒有程式基礎的

狀況下能夠開發 Android 裝置應用程式推出 Google App

76

Inventor for Android 工具軟體讓使用者可以運用拼圖模式

來組合程式語法進而發展 Android 裝置的應用程式

後來Google 公司在西元 2012 年將此軟體移轉給美國麻省

理工學院（MIT）的行動學習中心（MIT Center for Mobile

Learning）來維護並引導使用者進入 App 應用程式開發的世界

使用者開發完成的程式可以下載到任何使用 Android 作業系

統的裝置包括智慧型手機或平板電腦

在 App 程式開發過程中我們可以使用模擬器或 Android 裝

置來測試應用程式執行的狀況待完成相關開發作業後更可

以將應用程式上傳到 Google Play 商店提供大眾下載安裝

77

18建置「雲端健康管理系統」

在 PC 電腦使用 Apache Server 架設一個私有雲的遠端伺服主機

並使用 PHP程式撰寫雲端健康管理程式透過 MySQL資料庫與 VB 2010

介面監控程式連接將智慧型手機或 PC 電腦的個人健康自主管理資

料上傳雲端提供健康專問題仍需專業醫生或照護人員協助因此

雲端監控技術因應而生可直接將配戴式裝置記錄的健康資料傳送

到雲端健康照護系統提供遠端的家人照護人員與醫生做查詢

診斷與後續的照護處置

Visual basic 與 MySQL 資料庫建置

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程

78

19進度表

19-1預期結果

本計畫結合嵌入式晶片運動感測藍牙技術製作的運動健康管理

用的穿戴式裝置可透過智慧型手機生理訊號監控測與雲端技術

建置一套「運動健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自

主管理工具本計畫預期產出研究成果有

1針對不同運動型態必須偵測身體不同部位的運動特徵值本計畫

製作不同型式的穿戴配件讓使用者可配戴在身體特定部位如頭

部手臂手腕腰部大腿小腿身體各部位的活動量

2由於可配戴在身體不同部位使用智慧型手機透過最新 BLE 無線傳

輸技術做為人機介面方便使用者操作與記錄資料讓穿戴式裝

置有更彈性的配戴方式與應用場合

3運動偵測採用六軸運動感測(MPU-6050 模組三軸加速計+三軸陀螺

儀)比傳統三軸加速計或斜震感測器(計步器)可更精確偵測與分

析運動量與運動姿態的正確性

4穿戴式裝置搭配「雲端健康管理系統」上可為自己量身訂做一套

運動處方透過智慧型手機定時提醒使用者運動時間運動份量

穿戴式裝置的運動記錄與生理訊號量測的資料分析可用來檢視這

套運動處方的成效做為進一步調整或改善的依據

5在執行本計畫過程中本人可以藉此學習到電路設計程式撰寫

月次

工作項目 7 8 9 10 11 12 1 2

1資料搜集整理與研讀

2硬體電路設計與製作

3晶片韌體程式撰寫

4運動訊號分析與辨識

5手機 App 程式撰寫

6建置雲端運動健康管

理系統

7系統功能整合測試

8撰寫報告

79

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

[5] N Ravi N Dandekar P Mysore ML Littmanrdquo Activity

Recognition from Accelerometer Datardquo American

Association for Artifi cial Intelligence (wwwaaaiorg)

2005

[6 ] Yonglei Zheng Weng-Keen Wong Xinze Guan Stewart

Trostrdquo Physical Activity Recognition from Accelerometer

Data Using a Multi-Scale Ensemble Methodrdquo Innovative

Applications of Artificial Intelligence Twenty-Fifth IAAI

Conference2013

[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

Activity Recognition from Accelerometer Data Using a

Wearable Devicerdquo Pattern Recognition and Image Analysis

Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

[9] Holetk Semiconductor IncldquoDatasheet of HT66Fxxrdquo

httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

方法二

(1)進入到模組下載再想到下載的模組選項點右鍵點選[複

製連結網址]

圖五十三 選擇模組下載頁面

(2)回到 Drupal 模組安裝頁面進行安裝將模組網址複製進

[從網址(URL)-安裝]之後點選頁面下面的[安裝]鍵即

可完成安裝

圖五十四 模組安裝頁面

70

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

圖五十五 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十六 模組啟動頁面

71

15本計畫執行步驟將分為 資料搜集與研讀硬體電路設計與製作晶片韌體程式撰寫運動

訊號分析與辨識手機 APP 程式撰寫建置「雲端運動健康管理系統」

系統功能整合測試詳細說明如下

15-1資料搜集與研讀

搜集目前運動與健康管理相關發展情形穿戴式裝置研發的相關

技術與應用研讀 SoC 晶片功能特性與使用六軸運動感測器BLE

技術與模組晶片的相關 Datasheets 資料動作辨認(Activity

Recognition)相關理論與演算論文

15-2硬體電路設計製作

本計畫製作的核心是穿戴式裝置軟硬體設計主要是採用 TI

CC2530 低功耗與多樣化介面功能偵測活動量的六軸運動感測器使

用 IIC 通訊介面連接 BLE 短程無線傳輸模組是 UART 介面按鍵

與指示燈使用 GPIO 接腳

15-3晶片韌體程式

穿戴式裝置的 TI CC2530 軔體程式開發包括下列三部份重點

(1)硬體層的定義必須配合硬體電路的規劃方便函式庫與主程式

的使用(2)針對 UARTIIC 等介面電路的資料傳輸必須先建置好

相對的函式庫方便主控程式取用(3)主程式的流程規劃必須配合

實際的功能規劃並訂定與其他裝置連接的傳輸通訊協定穿戴式

裝置的程式流程如下裝置 POWER ON 或 RESET 後先初始化晶片

等待手機透過 BLE 下達選項設定與啟動指令啟動後開始偵測活動

量並定時將資料透過 BLE 回傳到手機上顯示直到手機下達停

止指令

15-4運動訊號分析與辨識

使用者可配戴在身體特定部位如頭部手臂手腕腰部大腿

小腿透過裝置內建感測器記錄 身體各部位的活動量穿戴式裝

置穿戴在身體不同部位透過 BLE 傳輸到 PC 用 StamPlot 作分析

StamPlot 測試分析的結果找出 六軸運動感測(三軸加速計+三軸陀螺

儀)活動量的變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌體程式做為

活動量計數與分析的依據並可統計動作正確性的百分比本計畫先

從簡單運動開始做分析如走路跑步騎單車甩手功hellip等未來

可做更複雜的運動量分析StamPlot活動量分析如圖 4有關訊號濾

波與辨識演算將參考相關論文StampPlot 測試分析的結果找出活

動量的三軸加速計 xyz 變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌

72

體程式做為活動量計數的依據並統計動作正確性的百分比

圖五十七 StamPlot活動量分析圖

15-5StampPlot StampPlot 為繪圖指示記錄和串行數據的控制典型地由一個微 控制器雖然也可以使用其它源 完全可配置從控制器或通過基於 PC 的宏文件雖然從基本郵票（R） 視差是我們的最愛幾乎所有控制器可以傳達到 PC 機的串口 可以使用的端口 控制器的那個使用 USB 和虛擬串口驅動程序也可以使用

圖五十八 程式啟動頁面

73

StampPlot 分析運動特徵值

圖五十九 運動特徵值

16運動量偵測與記錄測試 穿戴式裝置啟動或重置後智慧型手機 App 程式透過 BLE 或 RF

自動搜尋週圍裝置並逐一確認裝置連線與穿戴位置

確認好偵測部位動作與預計活動時間後按下 Start 鍵手

機 APP 可即時監看量狀況完成活動後按下停止鍵記錄活動日

期時間活動量等資料

按下上傳鍵利用 APP Inventor TinyWebDB可將記錄資料上

傳到 Google 雲端伺服器

上圖顯示記錄與查看運動狀態資料利用上下頁功能鍵可查

閱 Google 雲端 TinyWebDB 的歷史資料此外APP 也能接收到

血壓心跳體重體溫等生理訊號資料並顯示在手機畫面

74

17手機 App 程式

智慧型手機可使用 App 程式透過 BLE 直接連接穿戴式裝

置可直接顯示健康資料訊息做簡單的健康管理並可下

達指令變更穿戴式裝置的設定做為穿戴式裝置的人機介

面也可以利用連接網際網路方式做為穿戴式裝置與外部

網路轉發訊息的橋樑Apps 程式我們選用 APP Inventor 2

這套 Web 線上開發工具它是簡易式的 Android APP 開發軟

體視覺化的圖形介面設計與拼圖式的程式開發很容易上

手主要包括人機介面的操作藍牙通訊傳輸顯示個人運

動處方提醒運動時間運動資料的記錄調閱與上傳雲端

伺服機運動狀態分析與異常警示hellip等功能

圖六十 手機 APP 成品畫面

75

17-1App Inventor 背景介紹 Google App Inventor 在去年底(2010 年底)時正式開放給所

有使用者使用當然這個 Project 在正式推出之前早已在許

多高中大學校園當中做了許多教學測試可見得 Google 選擇

發展這樣的開發路徑瞄準的就是教育市場希望從校園當中開

始掌握第一批的潛在使用者及開發者這樣的策略其實對於

Android 這樣的開放式平台可說是自然而然的事並且從開發工

具模擬器實機測試等一路上所需使用的軟體均可免費取得

自由測試對於教學用途的使用實在是可說是最理想的方式了

由於是針對學生族群Google 在這個部分特別引入在教育系統

當中頗為成功的 Scratch 來作為拼圖式程式寫作的基礎實際

上 Google App Inventor 負責教授即來自 MIT 與 Scratch 技

術發展有相當深且廣的關聯標榜可以讓使用者完全不需寫任何

程式碼即可完成應用程式開發更驚訝的是已經支援 NXT 樂

高機器人程式開發使得 Android 與 NXT 的結合應用更添了

許多想像空間

由於 App Inventor 突破性的發展使得原本可能是處於高階程

式設計師領域的手機應用程式開發一下子成為國小學童接觸程

式設計的最初入門磚學習 Android 裝置程式設計可以不必

學習較為艱澀的 Java 語法只要使用拼圖模式來組合程式就

可以完成 Android 裝置的應用程式MIT App Inventor 2網站

提供雲端服務讓我們可以免費使用其提供的強大功能來設計

Android 裝置上的 App 應用程式完成作品後還可以上傳到

Google Play 商店Android 作業系統是一個以 Linux 為基礎

的開放原始碼作業系統中文俗稱為「安卓」其起源最早是在

西元 2003 年由安迪魯賓（Andy Rubin）所開發製作目前由

Google 公司成立的開放手持設備聯盟 Open Handset Alliance

（OHA）來持續開發主導

Android 作業系統的應用層面最早是由智慧型手機開始後來

逐漸擴展到平板電腦及其他領域上在西元 2010 年底Android

作業系統成為全球第一大智慧型手機作業系統其市佔率超過

Apple 公司的 iOS 作業系統

Google 公司在西元 2010 年為了讓更多人在沒有程式基礎的

狀況下能夠開發 Android 裝置應用程式推出 Google App

76

Inventor for Android 工具軟體讓使用者可以運用拼圖模式

來組合程式語法進而發展 Android 裝置的應用程式

後來Google 公司在西元 2012 年將此軟體移轉給美國麻省

理工學院（MIT）的行動學習中心（MIT Center for Mobile

Learning）來維護並引導使用者進入 App 應用程式開發的世界

使用者開發完成的程式可以下載到任何使用 Android 作業系

統的裝置包括智慧型手機或平板電腦

在 App 程式開發過程中我們可以使用模擬器或 Android 裝

置來測試應用程式執行的狀況待完成相關開發作業後更可

以將應用程式上傳到 Google Play 商店提供大眾下載安裝

77

18建置「雲端健康管理系統」

在 PC 電腦使用 Apache Server 架設一個私有雲的遠端伺服主機

並使用 PHP程式撰寫雲端健康管理程式透過 MySQL資料庫與 VB 2010

介面監控程式連接將智慧型手機或 PC 電腦的個人健康自主管理資

料上傳雲端提供健康專問題仍需專業醫生或照護人員協助因此

雲端監控技術因應而生可直接將配戴式裝置記錄的健康資料傳送

到雲端健康照護系統提供遠端的家人照護人員與醫生做查詢

診斷與後續的照護處置

Visual basic 與 MySQL 資料庫建置

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程

78

19進度表

19-1預期結果

本計畫結合嵌入式晶片運動感測藍牙技術製作的運動健康管理

用的穿戴式裝置可透過智慧型手機生理訊號監控測與雲端技術

建置一套「運動健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自

主管理工具本計畫預期產出研究成果有

1針對不同運動型態必須偵測身體不同部位的運動特徵值本計畫

製作不同型式的穿戴配件讓使用者可配戴在身體特定部位如頭

部手臂手腕腰部大腿小腿身體各部位的活動量

2由於可配戴在身體不同部位使用智慧型手機透過最新 BLE 無線傳

輸技術做為人機介面方便使用者操作與記錄資料讓穿戴式裝

置有更彈性的配戴方式與應用場合

3運動偵測採用六軸運動感測(MPU-6050 模組三軸加速計+三軸陀螺

儀)比傳統三軸加速計或斜震感測器(計步器)可更精確偵測與分

析運動量與運動姿態的正確性

4穿戴式裝置搭配「雲端健康管理系統」上可為自己量身訂做一套

運動處方透過智慧型手機定時提醒使用者運動時間運動份量

穿戴式裝置的運動記錄與生理訊號量測的資料分析可用來檢視這

套運動處方的成效做為進一步調整或改善的依據

5在執行本計畫過程中本人可以藉此學習到電路設計程式撰寫

月次

工作項目 7 8 9 10 11 12 1 2

1資料搜集整理與研讀

2硬體電路設計與製作

3晶片韌體程式撰寫

4運動訊號分析與辨識

5手機 App 程式撰寫

6建置雲端運動健康管

理系統

7系統功能整合測試

8撰寫報告

79

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

[5] N Ravi N Dandekar P Mysore ML Littmanrdquo Activity

Recognition from Accelerometer Datardquo American

Association for Artifi cial Intelligence (wwwaaaiorg)

2005

[6 ] Yonglei Zheng Weng-Keen Wong Xinze Guan Stewart

Trostrdquo Physical Activity Recognition from Accelerometer

Data Using a Multi-Scale Ensemble Methodrdquo Innovative

Applications of Artificial Intelligence Twenty-Fifth IAAI

Conference2013

[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

Activity Recognition from Accelerometer Data Using a

Wearable Devicerdquo Pattern Recognition and Image Analysis

Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

[9] Holetk Semiconductor IncldquoDatasheet of HT66Fxxrdquo

httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

(3)新模組載入完成後點選[Enble newly added modules]

圖五十五 新模組開啟頁面

(4)回到 Drupal 的模組啟動頁面找到新模組進行啟動

圖五十六 模組啟動頁面

71

15本計畫執行步驟將分為 資料搜集與研讀硬體電路設計與製作晶片韌體程式撰寫運動

訊號分析與辨識手機 APP 程式撰寫建置「雲端運動健康管理系統」

系統功能整合測試詳細說明如下

15-1資料搜集與研讀

搜集目前運動與健康管理相關發展情形穿戴式裝置研發的相關

技術與應用研讀 SoC 晶片功能特性與使用六軸運動感測器BLE

技術與模組晶片的相關 Datasheets 資料動作辨認(Activity

Recognition)相關理論與演算論文

15-2硬體電路設計製作

本計畫製作的核心是穿戴式裝置軟硬體設計主要是採用 TI

CC2530 低功耗與多樣化介面功能偵測活動量的六軸運動感測器使

用 IIC 通訊介面連接 BLE 短程無線傳輸模組是 UART 介面按鍵

與指示燈使用 GPIO 接腳

15-3晶片韌體程式

穿戴式裝置的 TI CC2530 軔體程式開發包括下列三部份重點

(1)硬體層的定義必須配合硬體電路的規劃方便函式庫與主程式

的使用(2)針對 UARTIIC 等介面電路的資料傳輸必須先建置好

相對的函式庫方便主控程式取用(3)主程式的流程規劃必須配合

實際的功能規劃並訂定與其他裝置連接的傳輸通訊協定穿戴式

裝置的程式流程如下裝置 POWER ON 或 RESET 後先初始化晶片

等待手機透過 BLE 下達選項設定與啟動指令啟動後開始偵測活動

量並定時將資料透過 BLE 回傳到手機上顯示直到手機下達停

止指令

15-4運動訊號分析與辨識

使用者可配戴在身體特定部位如頭部手臂手腕腰部大腿

小腿透過裝置內建感測器記錄 身體各部位的活動量穿戴式裝

置穿戴在身體不同部位透過 BLE 傳輸到 PC 用 StamPlot 作分析

StamPlot 測試分析的結果找出 六軸運動感測(三軸加速計+三軸陀螺

儀)活動量的變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌體程式做為

活動量計數與分析的依據並可統計動作正確性的百分比本計畫先

從簡單運動開始做分析如走路跑步騎單車甩手功hellip等未來

可做更複雜的運動量分析StamPlot活動量分析如圖 4有關訊號濾

波與辨識演算將參考相關論文StampPlot 測試分析的結果找出活

動量的三軸加速計 xyz 變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌

72

體程式做為活動量計數的依據並統計動作正確性的百分比

圖五十七 StamPlot活動量分析圖

15-5StampPlot StampPlot 為繪圖指示記錄和串行數據的控制典型地由一個微 控制器雖然也可以使用其它源 完全可配置從控制器或通過基於 PC 的宏文件雖然從基本郵票（R） 視差是我們的最愛幾乎所有控制器可以傳達到 PC 機的串口 可以使用的端口 控制器的那個使用 USB 和虛擬串口驅動程序也可以使用

圖五十八 程式啟動頁面

73

StampPlot 分析運動特徵值

圖五十九 運動特徵值

16運動量偵測與記錄測試 穿戴式裝置啟動或重置後智慧型手機 App 程式透過 BLE 或 RF

自動搜尋週圍裝置並逐一確認裝置連線與穿戴位置

確認好偵測部位動作與預計活動時間後按下 Start 鍵手

機 APP 可即時監看量狀況完成活動後按下停止鍵記錄活動日

期時間活動量等資料

按下上傳鍵利用 APP Inventor TinyWebDB可將記錄資料上

傳到 Google 雲端伺服器

上圖顯示記錄與查看運動狀態資料利用上下頁功能鍵可查

閱 Google 雲端 TinyWebDB 的歷史資料此外APP 也能接收到

血壓心跳體重體溫等生理訊號資料並顯示在手機畫面

74

17手機 App 程式

智慧型手機可使用 App 程式透過 BLE 直接連接穿戴式裝

置可直接顯示健康資料訊息做簡單的健康管理並可下

達指令變更穿戴式裝置的設定做為穿戴式裝置的人機介

面也可以利用連接網際網路方式做為穿戴式裝置與外部

網路轉發訊息的橋樑Apps 程式我們選用 APP Inventor 2

這套 Web 線上開發工具它是簡易式的 Android APP 開發軟

體視覺化的圖形介面設計與拼圖式的程式開發很容易上

手主要包括人機介面的操作藍牙通訊傳輸顯示個人運

動處方提醒運動時間運動資料的記錄調閱與上傳雲端

伺服機運動狀態分析與異常警示hellip等功能

圖六十 手機 APP 成品畫面

75

17-1App Inventor 背景介紹 Google App Inventor 在去年底(2010 年底)時正式開放給所

有使用者使用當然這個 Project 在正式推出之前早已在許

多高中大學校園當中做了許多教學測試可見得 Google 選擇

發展這樣的開發路徑瞄準的就是教育市場希望從校園當中開

始掌握第一批的潛在使用者及開發者這樣的策略其實對於

Android 這樣的開放式平台可說是自然而然的事並且從開發工

具模擬器實機測試等一路上所需使用的軟體均可免費取得

自由測試對於教學用途的使用實在是可說是最理想的方式了

由於是針對學生族群Google 在這個部分特別引入在教育系統

當中頗為成功的 Scratch 來作為拼圖式程式寫作的基礎實際

上 Google App Inventor 負責教授即來自 MIT 與 Scratch 技

術發展有相當深且廣的關聯標榜可以讓使用者完全不需寫任何

程式碼即可完成應用程式開發更驚訝的是已經支援 NXT 樂

高機器人程式開發使得 Android 與 NXT 的結合應用更添了

許多想像空間

由於 App Inventor 突破性的發展使得原本可能是處於高階程

式設計師領域的手機應用程式開發一下子成為國小學童接觸程

式設計的最初入門磚學習 Android 裝置程式設計可以不必

學習較為艱澀的 Java 語法只要使用拼圖模式來組合程式就

可以完成 Android 裝置的應用程式MIT App Inventor 2網站

提供雲端服務讓我們可以免費使用其提供的強大功能來設計

Android 裝置上的 App 應用程式完成作品後還可以上傳到

Google Play 商店Android 作業系統是一個以 Linux 為基礎

的開放原始碼作業系統中文俗稱為「安卓」其起源最早是在

西元 2003 年由安迪魯賓（Andy Rubin）所開發製作目前由

Google 公司成立的開放手持設備聯盟 Open Handset Alliance

（OHA）來持續開發主導

Android 作業系統的應用層面最早是由智慧型手機開始後來

逐漸擴展到平板電腦及其他領域上在西元 2010 年底Android

作業系統成為全球第一大智慧型手機作業系統其市佔率超過

Apple 公司的 iOS 作業系統

Google 公司在西元 2010 年為了讓更多人在沒有程式基礎的

狀況下能夠開發 Android 裝置應用程式推出 Google App

76

Inventor for Android 工具軟體讓使用者可以運用拼圖模式

來組合程式語法進而發展 Android 裝置的應用程式

後來Google 公司在西元 2012 年將此軟體移轉給美國麻省

理工學院（MIT）的行動學習中心（MIT Center for Mobile

Learning）來維護並引導使用者進入 App 應用程式開發的世界

使用者開發完成的程式可以下載到任何使用 Android 作業系

統的裝置包括智慧型手機或平板電腦

在 App 程式開發過程中我們可以使用模擬器或 Android 裝

置來測試應用程式執行的狀況待完成相關開發作業後更可

以將應用程式上傳到 Google Play 商店提供大眾下載安裝

77

18建置「雲端健康管理系統」

在 PC 電腦使用 Apache Server 架設一個私有雲的遠端伺服主機

並使用 PHP程式撰寫雲端健康管理程式透過 MySQL資料庫與 VB 2010

介面監控程式連接將智慧型手機或 PC 電腦的個人健康自主管理資

料上傳雲端提供健康專問題仍需專業醫生或照護人員協助因此

雲端監控技術因應而生可直接將配戴式裝置記錄的健康資料傳送

到雲端健康照護系統提供遠端的家人照護人員與醫生做查詢

診斷與後續的照護處置

Visual basic 與 MySQL 資料庫建置

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程

78

19進度表

19-1預期結果

本計畫結合嵌入式晶片運動感測藍牙技術製作的運動健康管理

用的穿戴式裝置可透過智慧型手機生理訊號監控測與雲端技術

建置一套「運動健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自

主管理工具本計畫預期產出研究成果有

1針對不同運動型態必須偵測身體不同部位的運動特徵值本計畫

製作不同型式的穿戴配件讓使用者可配戴在身體特定部位如頭

部手臂手腕腰部大腿小腿身體各部位的活動量

2由於可配戴在身體不同部位使用智慧型手機透過最新 BLE 無線傳

輸技術做為人機介面方便使用者操作與記錄資料讓穿戴式裝

置有更彈性的配戴方式與應用場合

3運動偵測採用六軸運動感測(MPU-6050 模組三軸加速計+三軸陀螺

儀)比傳統三軸加速計或斜震感測器(計步器)可更精確偵測與分

析運動量與運動姿態的正確性

4穿戴式裝置搭配「雲端健康管理系統」上可為自己量身訂做一套

運動處方透過智慧型手機定時提醒使用者運動時間運動份量

穿戴式裝置的運動記錄與生理訊號量測的資料分析可用來檢視這

套運動處方的成效做為進一步調整或改善的依據

5在執行本計畫過程中本人可以藉此學習到電路設計程式撰寫

月次

工作項目 7 8 9 10 11 12 1 2

1資料搜集整理與研讀

2硬體電路設計與製作

3晶片韌體程式撰寫

4運動訊號分析與辨識

5手機 App 程式撰寫

6建置雲端運動健康管

理系統

7系統功能整合測試

8撰寫報告

79

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

[5] N Ravi N Dandekar P Mysore ML Littmanrdquo Activity

Recognition from Accelerometer Datardquo American

Association for Artifi cial Intelligence (wwwaaaiorg)

2005

[6 ] Yonglei Zheng Weng-Keen Wong Xinze Guan Stewart

Trostrdquo Physical Activity Recognition from Accelerometer

Data Using a Multi-Scale Ensemble Methodrdquo Innovative

Applications of Artificial Intelligence Twenty-Fifth IAAI

Conference2013

[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

Activity Recognition from Accelerometer Data Using a

Wearable Devicerdquo Pattern Recognition and Image Analysis

Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

[9] Holetk Semiconductor IncldquoDatasheet of HT66Fxxrdquo

httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

15本計畫執行步驟將分為 資料搜集與研讀硬體電路設計與製作晶片韌體程式撰寫運動

訊號分析與辨識手機 APP 程式撰寫建置「雲端運動健康管理系統」

系統功能整合測試詳細說明如下

15-1資料搜集與研讀

搜集目前運動與健康管理相關發展情形穿戴式裝置研發的相關

技術與應用研讀 SoC 晶片功能特性與使用六軸運動感測器BLE

技術與模組晶片的相關 Datasheets 資料動作辨認(Activity

Recognition)相關理論與演算論文

15-2硬體電路設計製作

本計畫製作的核心是穿戴式裝置軟硬體設計主要是採用 TI

CC2530 低功耗與多樣化介面功能偵測活動量的六軸運動感測器使

用 IIC 通訊介面連接 BLE 短程無線傳輸模組是 UART 介面按鍵

與指示燈使用 GPIO 接腳

15-3晶片韌體程式

穿戴式裝置的 TI CC2530 軔體程式開發包括下列三部份重點

(1)硬體層的定義必須配合硬體電路的規劃方便函式庫與主程式

的使用(2)針對 UARTIIC 等介面電路的資料傳輸必須先建置好

相對的函式庫方便主控程式取用(3)主程式的流程規劃必須配合

實際的功能規劃並訂定與其他裝置連接的傳輸通訊協定穿戴式

裝置的程式流程如下裝置 POWER ON 或 RESET 後先初始化晶片

等待手機透過 BLE 下達選項設定與啟動指令啟動後開始偵測活動

量並定時將資料透過 BLE 回傳到手機上顯示直到手機下達停

止指令

15-4運動訊號分析與辨識

使用者可配戴在身體特定部位如頭部手臂手腕腰部大腿

小腿透過裝置內建感測器記錄 身體各部位的活動量穿戴式裝

置穿戴在身體不同部位透過 BLE 傳輸到 PC 用 StamPlot 作分析

StamPlot 測試分析的結果找出 六軸運動感測(三軸加速計+三軸陀螺

儀)活動量的變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌體程式做為

活動量計數與分析的依據並可統計動作正確性的百分比本計畫先

從簡單運動開始做分析如走路跑步騎單車甩手功hellip等未來

可做更複雜的運動量分析StamPlot活動量分析如圖 4有關訊號濾

波與辨識演算將參考相關論文StampPlot 測試分析的結果找出活

動量的三軸加速計 xyz 變化的特徵值再將結果寫入單晶片的韌

72

體程式做為活動量計數的依據並統計動作正確性的百分比

圖五十七 StamPlot活動量分析圖

15-5StampPlot StampPlot 為繪圖指示記錄和串行數據的控制典型地由一個微 控制器雖然也可以使用其它源 完全可配置從控制器或通過基於 PC 的宏文件雖然從基本郵票（R） 視差是我們的最愛幾乎所有控制器可以傳達到 PC 機的串口 可以使用的端口 控制器的那個使用 USB 和虛擬串口驅動程序也可以使用

圖五十八 程式啟動頁面

73

StampPlot 分析運動特徵值

圖五十九 運動特徵值

16運動量偵測與記錄測試 穿戴式裝置啟動或重置後智慧型手機 App 程式透過 BLE 或 RF

自動搜尋週圍裝置並逐一確認裝置連線與穿戴位置

確認好偵測部位動作與預計活動時間後按下 Start 鍵手

機 APP 可即時監看量狀況完成活動後按下停止鍵記錄活動日

期時間活動量等資料

按下上傳鍵利用 APP Inventor TinyWebDB可將記錄資料上

傳到 Google 雲端伺服器

上圖顯示記錄與查看運動狀態資料利用上下頁功能鍵可查

閱 Google 雲端 TinyWebDB 的歷史資料此外APP 也能接收到

血壓心跳體重體溫等生理訊號資料並顯示在手機畫面

74

17手機 App 程式

智慧型手機可使用 App 程式透過 BLE 直接連接穿戴式裝

置可直接顯示健康資料訊息做簡單的健康管理並可下

達指令變更穿戴式裝置的設定做為穿戴式裝置的人機介

面也可以利用連接網際網路方式做為穿戴式裝置與外部

網路轉發訊息的橋樑Apps 程式我們選用 APP Inventor 2

這套 Web 線上開發工具它是簡易式的 Android APP 開發軟

體視覺化的圖形介面設計與拼圖式的程式開發很容易上

手主要包括人機介面的操作藍牙通訊傳輸顯示個人運

動處方提醒運動時間運動資料的記錄調閱與上傳雲端

伺服機運動狀態分析與異常警示hellip等功能

圖六十 手機 APP 成品畫面

75

17-1App Inventor 背景介紹 Google App Inventor 在去年底(2010 年底)時正式開放給所

有使用者使用當然這個 Project 在正式推出之前早已在許

多高中大學校園當中做了許多教學測試可見得 Google 選擇

發展這樣的開發路徑瞄準的就是教育市場希望從校園當中開

始掌握第一批的潛在使用者及開發者這樣的策略其實對於

Android 這樣的開放式平台可說是自然而然的事並且從開發工

具模擬器實機測試等一路上所需使用的軟體均可免費取得

自由測試對於教學用途的使用實在是可說是最理想的方式了

由於是針對學生族群Google 在這個部分特別引入在教育系統

當中頗為成功的 Scratch 來作為拼圖式程式寫作的基礎實際

上 Google App Inventor 負責教授即來自 MIT 與 Scratch 技

術發展有相當深且廣的關聯標榜可以讓使用者完全不需寫任何

程式碼即可完成應用程式開發更驚訝的是已經支援 NXT 樂

高機器人程式開發使得 Android 與 NXT 的結合應用更添了

許多想像空間

由於 App Inventor 突破性的發展使得原本可能是處於高階程

式設計師領域的手機應用程式開發一下子成為國小學童接觸程

式設計的最初入門磚學習 Android 裝置程式設計可以不必

學習較為艱澀的 Java 語法只要使用拼圖模式來組合程式就

可以完成 Android 裝置的應用程式MIT App Inventor 2網站

提供雲端服務讓我們可以免費使用其提供的強大功能來設計

Android 裝置上的 App 應用程式完成作品後還可以上傳到

Google Play 商店Android 作業系統是一個以 Linux 為基礎

的開放原始碼作業系統中文俗稱為「安卓」其起源最早是在

西元 2003 年由安迪魯賓（Andy Rubin）所開發製作目前由

Google 公司成立的開放手持設備聯盟 Open Handset Alliance

（OHA）來持續開發主導

Android 作業系統的應用層面最早是由智慧型手機開始後來

逐漸擴展到平板電腦及其他領域上在西元 2010 年底Android

作業系統成為全球第一大智慧型手機作業系統其市佔率超過

Apple 公司的 iOS 作業系統

Google 公司在西元 2010 年為了讓更多人在沒有程式基礎的

狀況下能夠開發 Android 裝置應用程式推出 Google App

76

Inventor for Android 工具軟體讓使用者可以運用拼圖模式

來組合程式語法進而發展 Android 裝置的應用程式

後來Google 公司在西元 2012 年將此軟體移轉給美國麻省

理工學院（MIT）的行動學習中心（MIT Center for Mobile

Learning）來維護並引導使用者進入 App 應用程式開發的世界

使用者開發完成的程式可以下載到任何使用 Android 作業系

統的裝置包括智慧型手機或平板電腦

在 App 程式開發過程中我們可以使用模擬器或 Android 裝

置來測試應用程式執行的狀況待完成相關開發作業後更可

以將應用程式上傳到 Google Play 商店提供大眾下載安裝

77

18建置「雲端健康管理系統」

在 PC 電腦使用 Apache Server 架設一個私有雲的遠端伺服主機

並使用 PHP程式撰寫雲端健康管理程式透過 MySQL資料庫與 VB 2010

介面監控程式連接將智慧型手機或 PC 電腦的個人健康自主管理資

料上傳雲端提供健康專問題仍需專業醫生或照護人員協助因此

雲端監控技術因應而生可直接將配戴式裝置記錄的健康資料傳送

到雲端健康照護系統提供遠端的家人照護人員與醫生做查詢

診斷與後續的照護處置

Visual basic 與 MySQL 資料庫建置

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程

78

19進度表

19-1預期結果

本計畫結合嵌入式晶片運動感測藍牙技術製作的運動健康管理

用的穿戴式裝置可透過智慧型手機生理訊號監控測與雲端技術

建置一套「運動健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自

主管理工具本計畫預期產出研究成果有

1針對不同運動型態必須偵測身體不同部位的運動特徵值本計畫

製作不同型式的穿戴配件讓使用者可配戴在身體特定部位如頭

部手臂手腕腰部大腿小腿身體各部位的活動量

2由於可配戴在身體不同部位使用智慧型手機透過最新 BLE 無線傳

輸技術做為人機介面方便使用者操作與記錄資料讓穿戴式裝

置有更彈性的配戴方式與應用場合

3運動偵測採用六軸運動感測(MPU-6050 模組三軸加速計+三軸陀螺

儀)比傳統三軸加速計或斜震感測器(計步器)可更精確偵測與分

析運動量與運動姿態的正確性

4穿戴式裝置搭配「雲端健康管理系統」上可為自己量身訂做一套

運動處方透過智慧型手機定時提醒使用者運動時間運動份量

穿戴式裝置的運動記錄與生理訊號量測的資料分析可用來檢視這

套運動處方的成效做為進一步調整或改善的依據

5在執行本計畫過程中本人可以藉此學習到電路設計程式撰寫

月次

工作項目 7 8 9 10 11 12 1 2

1資料搜集整理與研讀

2硬體電路設計與製作

3晶片韌體程式撰寫

4運動訊號分析與辨識

5手機 App 程式撰寫

6建置雲端運動健康管

理系統

7系統功能整合測試

8撰寫報告

79

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

[5] N Ravi N Dandekar P Mysore ML Littmanrdquo Activity

Recognition from Accelerometer Datardquo American

Association for Artifi cial Intelligence (wwwaaaiorg)

2005

[6 ] Yonglei Zheng Weng-Keen Wong Xinze Guan Stewart

Trostrdquo Physical Activity Recognition from Accelerometer

Data Using a Multi-Scale Ensemble Methodrdquo Innovative

Applications of Artificial Intelligence Twenty-Fifth IAAI

Conference2013

[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

Activity Recognition from Accelerometer Data Using a

Wearable Devicerdquo Pattern Recognition and Image Analysis

Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

[9] Holetk Semiconductor IncldquoDatasheet of HT66Fxxrdquo

httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

體程式做為活動量計數的依據並統計動作正確性的百分比

圖五十七 StamPlot活動量分析圖

15-5StampPlot StampPlot 為繪圖指示記錄和串行數據的控制典型地由一個微 控制器雖然也可以使用其它源 完全可配置從控制器或通過基於 PC 的宏文件雖然從基本郵票（R） 視差是我們的最愛幾乎所有控制器可以傳達到 PC 機的串口 可以使用的端口 控制器的那個使用 USB 和虛擬串口驅動程序也可以使用

圖五十八 程式啟動頁面

73

StampPlot 分析運動特徵值

圖五十九 運動特徵值

16運動量偵測與記錄測試 穿戴式裝置啟動或重置後智慧型手機 App 程式透過 BLE 或 RF

自動搜尋週圍裝置並逐一確認裝置連線與穿戴位置

確認好偵測部位動作與預計活動時間後按下 Start 鍵手

機 APP 可即時監看量狀況完成活動後按下停止鍵記錄活動日

期時間活動量等資料

按下上傳鍵利用 APP Inventor TinyWebDB可將記錄資料上

傳到 Google 雲端伺服器

上圖顯示記錄與查看運動狀態資料利用上下頁功能鍵可查

閱 Google 雲端 TinyWebDB 的歷史資料此外APP 也能接收到

血壓心跳體重體溫等生理訊號資料並顯示在手機畫面

74

17手機 App 程式

智慧型手機可使用 App 程式透過 BLE 直接連接穿戴式裝

置可直接顯示健康資料訊息做簡單的健康管理並可下

達指令變更穿戴式裝置的設定做為穿戴式裝置的人機介

面也可以利用連接網際網路方式做為穿戴式裝置與外部

網路轉發訊息的橋樑Apps 程式我們選用 APP Inventor 2

這套 Web 線上開發工具它是簡易式的 Android APP 開發軟

體視覺化的圖形介面設計與拼圖式的程式開發很容易上

手主要包括人機介面的操作藍牙通訊傳輸顯示個人運

動處方提醒運動時間運動資料的記錄調閱與上傳雲端

伺服機運動狀態分析與異常警示hellip等功能

圖六十 手機 APP 成品畫面

75

17-1App Inventor 背景介紹 Google App Inventor 在去年底(2010 年底)時正式開放給所

有使用者使用當然這個 Project 在正式推出之前早已在許

多高中大學校園當中做了許多教學測試可見得 Google 選擇

發展這樣的開發路徑瞄準的就是教育市場希望從校園當中開

始掌握第一批的潛在使用者及開發者這樣的策略其實對於

Android 這樣的開放式平台可說是自然而然的事並且從開發工

具模擬器實機測試等一路上所需使用的軟體均可免費取得

自由測試對於教學用途的使用實在是可說是最理想的方式了

由於是針對學生族群Google 在這個部分特別引入在教育系統

當中頗為成功的 Scratch 來作為拼圖式程式寫作的基礎實際

上 Google App Inventor 負責教授即來自 MIT 與 Scratch 技

術發展有相當深且廣的關聯標榜可以讓使用者完全不需寫任何

程式碼即可完成應用程式開發更驚訝的是已經支援 NXT 樂

高機器人程式開發使得 Android 與 NXT 的結合應用更添了

許多想像空間

由於 App Inventor 突破性的發展使得原本可能是處於高階程

式設計師領域的手機應用程式開發一下子成為國小學童接觸程

式設計的最初入門磚學習 Android 裝置程式設計可以不必

學習較為艱澀的 Java 語法只要使用拼圖模式來組合程式就

可以完成 Android 裝置的應用程式MIT App Inventor 2網站

提供雲端服務讓我們可以免費使用其提供的強大功能來設計

Android 裝置上的 App 應用程式完成作品後還可以上傳到

Google Play 商店Android 作業系統是一個以 Linux 為基礎

的開放原始碼作業系統中文俗稱為「安卓」其起源最早是在

西元 2003 年由安迪魯賓（Andy Rubin）所開發製作目前由

Google 公司成立的開放手持設備聯盟 Open Handset Alliance

（OHA）來持續開發主導

Android 作業系統的應用層面最早是由智慧型手機開始後來

逐漸擴展到平板電腦及其他領域上在西元 2010 年底Android

作業系統成為全球第一大智慧型手機作業系統其市佔率超過

Apple 公司的 iOS 作業系統

Google 公司在西元 2010 年為了讓更多人在沒有程式基礎的

狀況下能夠開發 Android 裝置應用程式推出 Google App

76

Inventor for Android 工具軟體讓使用者可以運用拼圖模式

來組合程式語法進而發展 Android 裝置的應用程式

後來Google 公司在西元 2012 年將此軟體移轉給美國麻省

理工學院（MIT）的行動學習中心（MIT Center for Mobile

Learning）來維護並引導使用者進入 App 應用程式開發的世界

使用者開發完成的程式可以下載到任何使用 Android 作業系

統的裝置包括智慧型手機或平板電腦

在 App 程式開發過程中我們可以使用模擬器或 Android 裝

置來測試應用程式執行的狀況待完成相關開發作業後更可

以將應用程式上傳到 Google Play 商店提供大眾下載安裝

77

18建置「雲端健康管理系統」

在 PC 電腦使用 Apache Server 架設一個私有雲的遠端伺服主機

並使用 PHP程式撰寫雲端健康管理程式透過 MySQL資料庫與 VB 2010

介面監控程式連接將智慧型手機或 PC 電腦的個人健康自主管理資

料上傳雲端提供健康專問題仍需專業醫生或照護人員協助因此

雲端監控技術因應而生可直接將配戴式裝置記錄的健康資料傳送

到雲端健康照護系統提供遠端的家人照護人員與醫生做查詢

診斷與後續的照護處置

Visual basic 與 MySQL 資料庫建置

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程

78

19進度表

19-1預期結果

本計畫結合嵌入式晶片運動感測藍牙技術製作的運動健康管理

用的穿戴式裝置可透過智慧型手機生理訊號監控測與雲端技術

建置一套「運動健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自

主管理工具本計畫預期產出研究成果有

1針對不同運動型態必須偵測身體不同部位的運動特徵值本計畫

製作不同型式的穿戴配件讓使用者可配戴在身體特定部位如頭

部手臂手腕腰部大腿小腿身體各部位的活動量

2由於可配戴在身體不同部位使用智慧型手機透過最新 BLE 無線傳

輸技術做為人機介面方便使用者操作與記錄資料讓穿戴式裝

置有更彈性的配戴方式與應用場合

3運動偵測採用六軸運動感測(MPU-6050 模組三軸加速計+三軸陀螺

儀)比傳統三軸加速計或斜震感測器(計步器)可更精確偵測與分

析運動量與運動姿態的正確性

4穿戴式裝置搭配「雲端健康管理系統」上可為自己量身訂做一套

運動處方透過智慧型手機定時提醒使用者運動時間運動份量

穿戴式裝置的運動記錄與生理訊號量測的資料分析可用來檢視這

套運動處方的成效做為進一步調整或改善的依據

5在執行本計畫過程中本人可以藉此學習到電路設計程式撰寫

月次

工作項目 7 8 9 10 11 12 1 2

1資料搜集整理與研讀

2硬體電路設計與製作

3晶片韌體程式撰寫

4運動訊號分析與辨識

5手機 App 程式撰寫

6建置雲端運動健康管

理系統

7系統功能整合測試

8撰寫報告

79

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

[5] N Ravi N Dandekar P Mysore ML Littmanrdquo Activity

Recognition from Accelerometer Datardquo American

Association for Artifi cial Intelligence (wwwaaaiorg)

2005

[6 ] Yonglei Zheng Weng-Keen Wong Xinze Guan Stewart

Trostrdquo Physical Activity Recognition from Accelerometer

Data Using a Multi-Scale Ensemble Methodrdquo Innovative

Applications of Artificial Intelligence Twenty-Fifth IAAI

Conference2013

[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

Activity Recognition from Accelerometer Data Using a

Wearable Devicerdquo Pattern Recognition and Image Analysis

Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

[9] Holetk Semiconductor IncldquoDatasheet of HT66Fxxrdquo

httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

StampPlot 分析運動特徵值

圖五十九 運動特徵值

16運動量偵測與記錄測試 穿戴式裝置啟動或重置後智慧型手機 App 程式透過 BLE 或 RF

自動搜尋週圍裝置並逐一確認裝置連線與穿戴位置

確認好偵測部位動作與預計活動時間後按下 Start 鍵手

機 APP 可即時監看量狀況完成活動後按下停止鍵記錄活動日

期時間活動量等資料

按下上傳鍵利用 APP Inventor TinyWebDB可將記錄資料上

傳到 Google 雲端伺服器

上圖顯示記錄與查看運動狀態資料利用上下頁功能鍵可查

閱 Google 雲端 TinyWebDB 的歷史資料此外APP 也能接收到

血壓心跳體重體溫等生理訊號資料並顯示在手機畫面

74

17手機 App 程式

智慧型手機可使用 App 程式透過 BLE 直接連接穿戴式裝

置可直接顯示健康資料訊息做簡單的健康管理並可下

達指令變更穿戴式裝置的設定做為穿戴式裝置的人機介

面也可以利用連接網際網路方式做為穿戴式裝置與外部

網路轉發訊息的橋樑Apps 程式我們選用 APP Inventor 2

這套 Web 線上開發工具它是簡易式的 Android APP 開發軟

體視覺化的圖形介面設計與拼圖式的程式開發很容易上

手主要包括人機介面的操作藍牙通訊傳輸顯示個人運

動處方提醒運動時間運動資料的記錄調閱與上傳雲端

伺服機運動狀態分析與異常警示hellip等功能

圖六十 手機 APP 成品畫面

75

17-1App Inventor 背景介紹 Google App Inventor 在去年底(2010 年底)時正式開放給所

有使用者使用當然這個 Project 在正式推出之前早已在許

多高中大學校園當中做了許多教學測試可見得 Google 選擇

發展這樣的開發路徑瞄準的就是教育市場希望從校園當中開

始掌握第一批的潛在使用者及開發者這樣的策略其實對於

Android 這樣的開放式平台可說是自然而然的事並且從開發工

具模擬器實機測試等一路上所需使用的軟體均可免費取得

自由測試對於教學用途的使用實在是可說是最理想的方式了

由於是針對學生族群Google 在這個部分特別引入在教育系統

當中頗為成功的 Scratch 來作為拼圖式程式寫作的基礎實際

上 Google App Inventor 負責教授即來自 MIT 與 Scratch 技

術發展有相當深且廣的關聯標榜可以讓使用者完全不需寫任何

程式碼即可完成應用程式開發更驚訝的是已經支援 NXT 樂

高機器人程式開發使得 Android 與 NXT 的結合應用更添了

許多想像空間

由於 App Inventor 突破性的發展使得原本可能是處於高階程

式設計師領域的手機應用程式開發一下子成為國小學童接觸程

式設計的最初入門磚學習 Android 裝置程式設計可以不必

學習較為艱澀的 Java 語法只要使用拼圖模式來組合程式就

可以完成 Android 裝置的應用程式MIT App Inventor 2網站

提供雲端服務讓我們可以免費使用其提供的強大功能來設計

Android 裝置上的 App 應用程式完成作品後還可以上傳到

Google Play 商店Android 作業系統是一個以 Linux 為基礎

的開放原始碼作業系統中文俗稱為「安卓」其起源最早是在

西元 2003 年由安迪魯賓（Andy Rubin）所開發製作目前由

Google 公司成立的開放手持設備聯盟 Open Handset Alliance

（OHA）來持續開發主導

Android 作業系統的應用層面最早是由智慧型手機開始後來

逐漸擴展到平板電腦及其他領域上在西元 2010 年底Android

作業系統成為全球第一大智慧型手機作業系統其市佔率超過

Apple 公司的 iOS 作業系統

Google 公司在西元 2010 年為了讓更多人在沒有程式基礎的

狀況下能夠開發 Android 裝置應用程式推出 Google App

76

Inventor for Android 工具軟體讓使用者可以運用拼圖模式

來組合程式語法進而發展 Android 裝置的應用程式

後來Google 公司在西元 2012 年將此軟體移轉給美國麻省

理工學院（MIT）的行動學習中心（MIT Center for Mobile

Learning）來維護並引導使用者進入 App 應用程式開發的世界

使用者開發完成的程式可以下載到任何使用 Android 作業系

統的裝置包括智慧型手機或平板電腦

在 App 程式開發過程中我們可以使用模擬器或 Android 裝

置來測試應用程式執行的狀況待完成相關開發作業後更可

以將應用程式上傳到 Google Play 商店提供大眾下載安裝

77

18建置「雲端健康管理系統」

在 PC 電腦使用 Apache Server 架設一個私有雲的遠端伺服主機

並使用 PHP程式撰寫雲端健康管理程式透過 MySQL資料庫與 VB 2010

介面監控程式連接將智慧型手機或 PC 電腦的個人健康自主管理資

料上傳雲端提供健康專問題仍需專業醫生或照護人員協助因此

雲端監控技術因應而生可直接將配戴式裝置記錄的健康資料傳送

到雲端健康照護系統提供遠端的家人照護人員與醫生做查詢

診斷與後續的照護處置

Visual basic 與 MySQL 資料庫建置

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程

78

19進度表

19-1預期結果

本計畫結合嵌入式晶片運動感測藍牙技術製作的運動健康管理

用的穿戴式裝置可透過智慧型手機生理訊號監控測與雲端技術

建置一套「運動健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自

主管理工具本計畫預期產出研究成果有

1針對不同運動型態必須偵測身體不同部位的運動特徵值本計畫

製作不同型式的穿戴配件讓使用者可配戴在身體特定部位如頭

部手臂手腕腰部大腿小腿身體各部位的活動量

2由於可配戴在身體不同部位使用智慧型手機透過最新 BLE 無線傳

輸技術做為人機介面方便使用者操作與記錄資料讓穿戴式裝

置有更彈性的配戴方式與應用場合

3運動偵測採用六軸運動感測(MPU-6050 模組三軸加速計+三軸陀螺

儀)比傳統三軸加速計或斜震感測器(計步器)可更精確偵測與分

析運動量與運動姿態的正確性

4穿戴式裝置搭配「雲端健康管理系統」上可為自己量身訂做一套

運動處方透過智慧型手機定時提醒使用者運動時間運動份量

穿戴式裝置的運動記錄與生理訊號量測的資料分析可用來檢視這

套運動處方的成效做為進一步調整或改善的依據

5在執行本計畫過程中本人可以藉此學習到電路設計程式撰寫

月次

工作項目 7 8 9 10 11 12 1 2

1資料搜集整理與研讀

2硬體電路設計與製作

3晶片韌體程式撰寫

4運動訊號分析與辨識

5手機 App 程式撰寫

6建置雲端運動健康管

理系統

7系統功能整合測試

8撰寫報告

79

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

[5] N Ravi N Dandekar P Mysore ML Littmanrdquo Activity

Recognition from Accelerometer Datardquo American

Association for Artifi cial Intelligence (wwwaaaiorg)

2005

[6 ] Yonglei Zheng Weng-Keen Wong Xinze Guan Stewart

Trostrdquo Physical Activity Recognition from Accelerometer

Data Using a Multi-Scale Ensemble Methodrdquo Innovative

Applications of Artificial Intelligence Twenty-Fifth IAAI

Conference2013

[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

Activity Recognition from Accelerometer Data Using a

Wearable Devicerdquo Pattern Recognition and Image Analysis

Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

[9] Holetk Semiconductor IncldquoDatasheet of HT66Fxxrdquo

httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

17手機 App 程式

智慧型手機可使用 App 程式透過 BLE 直接連接穿戴式裝

置可直接顯示健康資料訊息做簡單的健康管理並可下

達指令變更穿戴式裝置的設定做為穿戴式裝置的人機介

面也可以利用連接網際網路方式做為穿戴式裝置與外部

網路轉發訊息的橋樑Apps 程式我們選用 APP Inventor 2

這套 Web 線上開發工具它是簡易式的 Android APP 開發軟

體視覺化的圖形介面設計與拼圖式的程式開發很容易上

手主要包括人機介面的操作藍牙通訊傳輸顯示個人運

動處方提醒運動時間運動資料的記錄調閱與上傳雲端

伺服機運動狀態分析與異常警示hellip等功能

圖六十 手機 APP 成品畫面

75

17-1App Inventor 背景介紹 Google App Inventor 在去年底(2010 年底)時正式開放給所

有使用者使用當然這個 Project 在正式推出之前早已在許

多高中大學校園當中做了許多教學測試可見得 Google 選擇

發展這樣的開發路徑瞄準的就是教育市場希望從校園當中開

始掌握第一批的潛在使用者及開發者這樣的策略其實對於

Android 這樣的開放式平台可說是自然而然的事並且從開發工

具模擬器實機測試等一路上所需使用的軟體均可免費取得

自由測試對於教學用途的使用實在是可說是最理想的方式了

由於是針對學生族群Google 在這個部分特別引入在教育系統

當中頗為成功的 Scratch 來作為拼圖式程式寫作的基礎實際

上 Google App Inventor 負責教授即來自 MIT 與 Scratch 技

術發展有相當深且廣的關聯標榜可以讓使用者完全不需寫任何

程式碼即可完成應用程式開發更驚訝的是已經支援 NXT 樂

高機器人程式開發使得 Android 與 NXT 的結合應用更添了

許多想像空間

由於 App Inventor 突破性的發展使得原本可能是處於高階程

式設計師領域的手機應用程式開發一下子成為國小學童接觸程

式設計的最初入門磚學習 Android 裝置程式設計可以不必

學習較為艱澀的 Java 語法只要使用拼圖模式來組合程式就

可以完成 Android 裝置的應用程式MIT App Inventor 2網站

提供雲端服務讓我們可以免費使用其提供的強大功能來設計

Android 裝置上的 App 應用程式完成作品後還可以上傳到

Google Play 商店Android 作業系統是一個以 Linux 為基礎

的開放原始碼作業系統中文俗稱為「安卓」其起源最早是在

西元 2003 年由安迪魯賓（Andy Rubin）所開發製作目前由

Google 公司成立的開放手持設備聯盟 Open Handset Alliance

（OHA）來持續開發主導

Android 作業系統的應用層面最早是由智慧型手機開始後來

逐漸擴展到平板電腦及其他領域上在西元 2010 年底Android

作業系統成為全球第一大智慧型手機作業系統其市佔率超過

Apple 公司的 iOS 作業系統

Google 公司在西元 2010 年為了讓更多人在沒有程式基礎的

狀況下能夠開發 Android 裝置應用程式推出 Google App

76

Inventor for Android 工具軟體讓使用者可以運用拼圖模式

來組合程式語法進而發展 Android 裝置的應用程式

後來Google 公司在西元 2012 年將此軟體移轉給美國麻省

理工學院（MIT）的行動學習中心（MIT Center for Mobile

Learning）來維護並引導使用者進入 App 應用程式開發的世界

使用者開發完成的程式可以下載到任何使用 Android 作業系

統的裝置包括智慧型手機或平板電腦

在 App 程式開發過程中我們可以使用模擬器或 Android 裝

置來測試應用程式執行的狀況待完成相關開發作業後更可

以將應用程式上傳到 Google Play 商店提供大眾下載安裝

77

18建置「雲端健康管理系統」

在 PC 電腦使用 Apache Server 架設一個私有雲的遠端伺服主機

並使用 PHP程式撰寫雲端健康管理程式透過 MySQL資料庫與 VB 2010

介面監控程式連接將智慧型手機或 PC 電腦的個人健康自主管理資

料上傳雲端提供健康專問題仍需專業醫生或照護人員協助因此

雲端監控技術因應而生可直接將配戴式裝置記錄的健康資料傳送

到雲端健康照護系統提供遠端的家人照護人員與醫生做查詢

診斷與後續的照護處置

Visual basic 與 MySQL 資料庫建置

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程

78

19進度表

19-1預期結果

本計畫結合嵌入式晶片運動感測藍牙技術製作的運動健康管理

用的穿戴式裝置可透過智慧型手機生理訊號監控測與雲端技術

建置一套「運動健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自

主管理工具本計畫預期產出研究成果有

1針對不同運動型態必須偵測身體不同部位的運動特徵值本計畫

製作不同型式的穿戴配件讓使用者可配戴在身體特定部位如頭

部手臂手腕腰部大腿小腿身體各部位的活動量

2由於可配戴在身體不同部位使用智慧型手機透過最新 BLE 無線傳

輸技術做為人機介面方便使用者操作與記錄資料讓穿戴式裝

置有更彈性的配戴方式與應用場合

3運動偵測採用六軸運動感測(MPU-6050 模組三軸加速計+三軸陀螺

儀)比傳統三軸加速計或斜震感測器(計步器)可更精確偵測與分

析運動量與運動姿態的正確性

4穿戴式裝置搭配「雲端健康管理系統」上可為自己量身訂做一套

運動處方透過智慧型手機定時提醒使用者運動時間運動份量

穿戴式裝置的運動記錄與生理訊號量測的資料分析可用來檢視這

套運動處方的成效做為進一步調整或改善的依據

5在執行本計畫過程中本人可以藉此學習到電路設計程式撰寫

月次

工作項目 7 8 9 10 11 12 1 2

1資料搜集整理與研讀

2硬體電路設計與製作

3晶片韌體程式撰寫

4運動訊號分析與辨識

5手機 App 程式撰寫

6建置雲端運動健康管

理系統

7系統功能整合測試

8撰寫報告

79

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

[5] N Ravi N Dandekar P Mysore ML Littmanrdquo Activity

Recognition from Accelerometer Datardquo American

Association for Artifi cial Intelligence (wwwaaaiorg)

2005

[6 ] Yonglei Zheng Weng-Keen Wong Xinze Guan Stewart

Trostrdquo Physical Activity Recognition from Accelerometer

Data Using a Multi-Scale Ensemble Methodrdquo Innovative

Applications of Artificial Intelligence Twenty-Fifth IAAI

Conference2013

[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

Activity Recognition from Accelerometer Data Using a

Wearable Devicerdquo Pattern Recognition and Image Analysis

Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

[9] Holetk Semiconductor IncldquoDatasheet of HT66Fxxrdquo

httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

17-1App Inventor 背景介紹 Google App Inventor 在去年底(2010 年底)時正式開放給所

有使用者使用當然這個 Project 在正式推出之前早已在許

多高中大學校園當中做了許多教學測試可見得 Google 選擇

發展這樣的開發路徑瞄準的就是教育市場希望從校園當中開

始掌握第一批的潛在使用者及開發者這樣的策略其實對於

Android 這樣的開放式平台可說是自然而然的事並且從開發工

具模擬器實機測試等一路上所需使用的軟體均可免費取得

自由測試對於教學用途的使用實在是可說是最理想的方式了

由於是針對學生族群Google 在這個部分特別引入在教育系統

當中頗為成功的 Scratch 來作為拼圖式程式寫作的基礎實際

上 Google App Inventor 負責教授即來自 MIT 與 Scratch 技

術發展有相當深且廣的關聯標榜可以讓使用者完全不需寫任何

程式碼即可完成應用程式開發更驚訝的是已經支援 NXT 樂

高機器人程式開發使得 Android 與 NXT 的結合應用更添了

許多想像空間

由於 App Inventor 突破性的發展使得原本可能是處於高階程

式設計師領域的手機應用程式開發一下子成為國小學童接觸程

式設計的最初入門磚學習 Android 裝置程式設計可以不必

學習較為艱澀的 Java 語法只要使用拼圖模式來組合程式就

可以完成 Android 裝置的應用程式MIT App Inventor 2網站

提供雲端服務讓我們可以免費使用其提供的強大功能來設計

Android 裝置上的 App 應用程式完成作品後還可以上傳到

Google Play 商店Android 作業系統是一個以 Linux 為基礎

的開放原始碼作業系統中文俗稱為「安卓」其起源最早是在

西元 2003 年由安迪魯賓（Andy Rubin）所開發製作目前由

Google 公司成立的開放手持設備聯盟 Open Handset Alliance

（OHA）來持續開發主導

Android 作業系統的應用層面最早是由智慧型手機開始後來

逐漸擴展到平板電腦及其他領域上在西元 2010 年底Android

作業系統成為全球第一大智慧型手機作業系統其市佔率超過

Apple 公司的 iOS 作業系統

Google 公司在西元 2010 年為了讓更多人在沒有程式基礎的

狀況下能夠開發 Android 裝置應用程式推出 Google App

76

Inventor for Android 工具軟體讓使用者可以運用拼圖模式

來組合程式語法進而發展 Android 裝置的應用程式

後來Google 公司在西元 2012 年將此軟體移轉給美國麻省

理工學院（MIT）的行動學習中心（MIT Center for Mobile

Learning）來維護並引導使用者進入 App 應用程式開發的世界

使用者開發完成的程式可以下載到任何使用 Android 作業系

統的裝置包括智慧型手機或平板電腦

在 App 程式開發過程中我們可以使用模擬器或 Android 裝

置來測試應用程式執行的狀況待完成相關開發作業後更可

以將應用程式上傳到 Google Play 商店提供大眾下載安裝

77

18建置「雲端健康管理系統」

在 PC 電腦使用 Apache Server 架設一個私有雲的遠端伺服主機

並使用 PHP程式撰寫雲端健康管理程式透過 MySQL資料庫與 VB 2010

介面監控程式連接將智慧型手機或 PC 電腦的個人健康自主管理資

料上傳雲端提供健康專問題仍需專業醫生或照護人員協助因此

雲端監控技術因應而生可直接將配戴式裝置記錄的健康資料傳送

到雲端健康照護系統提供遠端的家人照護人員與醫生做查詢

診斷與後續的照護處置

Visual basic 與 MySQL 資料庫建置

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程

78

19進度表

19-1預期結果

本計畫結合嵌入式晶片運動感測藍牙技術製作的運動健康管理

用的穿戴式裝置可透過智慧型手機生理訊號監控測與雲端技術

建置一套「運動健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自

主管理工具本計畫預期產出研究成果有

1針對不同運動型態必須偵測身體不同部位的運動特徵值本計畫

製作不同型式的穿戴配件讓使用者可配戴在身體特定部位如頭

部手臂手腕腰部大腿小腿身體各部位的活動量

2由於可配戴在身體不同部位使用智慧型手機透過最新 BLE 無線傳

輸技術做為人機介面方便使用者操作與記錄資料讓穿戴式裝

置有更彈性的配戴方式與應用場合

3運動偵測採用六軸運動感測(MPU-6050 模組三軸加速計+三軸陀螺

儀)比傳統三軸加速計或斜震感測器(計步器)可更精確偵測與分

析運動量與運動姿態的正確性

4穿戴式裝置搭配「雲端健康管理系統」上可為自己量身訂做一套

運動處方透過智慧型手機定時提醒使用者運動時間運動份量

穿戴式裝置的運動記錄與生理訊號量測的資料分析可用來檢視這

套運動處方的成效做為進一步調整或改善的依據

5在執行本計畫過程中本人可以藉此學習到電路設計程式撰寫

月次

工作項目 7 8 9 10 11 12 1 2

1資料搜集整理與研讀

2硬體電路設計與製作

3晶片韌體程式撰寫

4運動訊號分析與辨識

5手機 App 程式撰寫

6建置雲端運動健康管

理系統

7系統功能整合測試

8撰寫報告

79

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

[5] N Ravi N Dandekar P Mysore ML Littmanrdquo Activity

Recognition from Accelerometer Datardquo American

Association for Artifi cial Intelligence (wwwaaaiorg)

2005

[6 ] Yonglei Zheng Weng-Keen Wong Xinze Guan Stewart

Trostrdquo Physical Activity Recognition from Accelerometer

Data Using a Multi-Scale Ensemble Methodrdquo Innovative

Applications of Artificial Intelligence Twenty-Fifth IAAI

Conference2013

[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

Activity Recognition from Accelerometer Data Using a

Wearable Devicerdquo Pattern Recognition and Image Analysis

Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

[9] Holetk Semiconductor IncldquoDatasheet of HT66Fxxrdquo

httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

Inventor for Android 工具軟體讓使用者可以運用拼圖模式

來組合程式語法進而發展 Android 裝置的應用程式

後來Google 公司在西元 2012 年將此軟體移轉給美國麻省

理工學院（MIT）的行動學習中心（MIT Center for Mobile

Learning）來維護並引導使用者進入 App 應用程式開發的世界

使用者開發完成的程式可以下載到任何使用 Android 作業系

統的裝置包括智慧型手機或平板電腦

在 App 程式開發過程中我們可以使用模擬器或 Android 裝

置來測試應用程式執行的狀況待完成相關開發作業後更可

以將應用程式上傳到 Google Play 商店提供大眾下載安裝

77

18建置「雲端健康管理系統」

在 PC 電腦使用 Apache Server 架設一個私有雲的遠端伺服主機

並使用 PHP程式撰寫雲端健康管理程式透過 MySQL資料庫與 VB 2010

介面監控程式連接將智慧型手機或 PC 電腦的個人健康自主管理資

料上傳雲端提供健康專問題仍需專業醫生或照護人員協助因此

雲端監控技術因應而生可直接將配戴式裝置記錄的健康資料傳送

到雲端健康照護系統提供遠端的家人照護人員與醫生做查詢

診斷與後續的照護處置

Visual basic 與 MySQL 資料庫建置

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程

78

19進度表

19-1預期結果

本計畫結合嵌入式晶片運動感測藍牙技術製作的運動健康管理

用的穿戴式裝置可透過智慧型手機生理訊號監控測與雲端技術

建置一套「運動健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自

主管理工具本計畫預期產出研究成果有

1針對不同運動型態必須偵測身體不同部位的運動特徵值本計畫

製作不同型式的穿戴配件讓使用者可配戴在身體特定部位如頭

部手臂手腕腰部大腿小腿身體各部位的活動量

2由於可配戴在身體不同部位使用智慧型手機透過最新 BLE 無線傳

輸技術做為人機介面方便使用者操作與記錄資料讓穿戴式裝

置有更彈性的配戴方式與應用場合

3運動偵測採用六軸運動感測(MPU-6050 模組三軸加速計+三軸陀螺

儀)比傳統三軸加速計或斜震感測器(計步器)可更精確偵測與分

析運動量與運動姿態的正確性

4穿戴式裝置搭配「雲端健康管理系統」上可為自己量身訂做一套

運動處方透過智慧型手機定時提醒使用者運動時間運動份量

穿戴式裝置的運動記錄與生理訊號量測的資料分析可用來檢視這

套運動處方的成效做為進一步調整或改善的依據

5在執行本計畫過程中本人可以藉此學習到電路設計程式撰寫

月次

工作項目 7 8 9 10 11 12 1 2

1資料搜集整理與研讀

2硬體電路設計與製作

3晶片韌體程式撰寫

4運動訊號分析與辨識

5手機 App 程式撰寫

6建置雲端運動健康管

理系統

7系統功能整合測試

8撰寫報告

79

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

[5] N Ravi N Dandekar P Mysore ML Littmanrdquo Activity

Recognition from Accelerometer Datardquo American

Association for Artifi cial Intelligence (wwwaaaiorg)

2005

[6 ] Yonglei Zheng Weng-Keen Wong Xinze Guan Stewart

Trostrdquo Physical Activity Recognition from Accelerometer

Data Using a Multi-Scale Ensemble Methodrdquo Innovative

Applications of Artificial Intelligence Twenty-Fifth IAAI

Conference2013

[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

Activity Recognition from Accelerometer Data Using a

Wearable Devicerdquo Pattern Recognition and Image Analysis

Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

[9] Holetk Semiconductor IncldquoDatasheet of HT66Fxxrdquo

httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

18建置「雲端健康管理系統」

在 PC 電腦使用 Apache Server 架設一個私有雲的遠端伺服主機

並使用 PHP程式撰寫雲端健康管理程式透過 MySQL資料庫與 VB 2010

介面監控程式連接將智慧型手機或 PC 電腦的個人健康自主管理資

料上傳雲端提供健康專問題仍需專業醫生或照護人員協助因此

雲端監控技術因應而生可直接將配戴式裝置記錄的健康資料傳送

到雲端健康照護系統提供遠端的家人照護人員與醫生做查詢

診斷與後續的照護處置

Visual basic 與 MySQL 資料庫建置

圖六十一 Visual basic 與 MySQL 資料庫建置流程

78

19進度表

19-1預期結果

本計畫結合嵌入式晶片運動感測藍牙技術製作的運動健康管理

用的穿戴式裝置可透過智慧型手機生理訊號監控測與雲端技術

建置一套「運動健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自

主管理工具本計畫預期產出研究成果有

1針對不同運動型態必須偵測身體不同部位的運動特徵值本計畫

製作不同型式的穿戴配件讓使用者可配戴在身體特定部位如頭

部手臂手腕腰部大腿小腿身體各部位的活動量

2由於可配戴在身體不同部位使用智慧型手機透過最新 BLE 無線傳

輸技術做為人機介面方便使用者操作與記錄資料讓穿戴式裝

置有更彈性的配戴方式與應用場合

3運動偵測採用六軸運動感測(MPU-6050 模組三軸加速計+三軸陀螺

儀)比傳統三軸加速計或斜震感測器(計步器)可更精確偵測與分

析運動量與運動姿態的正確性

4穿戴式裝置搭配「雲端健康管理系統」上可為自己量身訂做一套

運動處方透過智慧型手機定時提醒使用者運動時間運動份量

穿戴式裝置的運動記錄與生理訊號量測的資料分析可用來檢視這

套運動處方的成效做為進一步調整或改善的依據

5在執行本計畫過程中本人可以藉此學習到電路設計程式撰寫

月次

工作項目 7 8 9 10 11 12 1 2

1資料搜集整理與研讀

2硬體電路設計與製作

3晶片韌體程式撰寫

4運動訊號分析與辨識

5手機 App 程式撰寫

6建置雲端運動健康管

理系統

7系統功能整合測試

8撰寫報告

79

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

[5] N Ravi N Dandekar P Mysore ML Littmanrdquo Activity

Recognition from Accelerometer Datardquo American

Association for Artifi cial Intelligence (wwwaaaiorg)

2005

[6 ] Yonglei Zheng Weng-Keen Wong Xinze Guan Stewart

Trostrdquo Physical Activity Recognition from Accelerometer

Data Using a Multi-Scale Ensemble Methodrdquo Innovative

Applications of Artificial Intelligence Twenty-Fifth IAAI

Conference2013

[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

Activity Recognition from Accelerometer Data Using a

Wearable Devicerdquo Pattern Recognition and Image Analysis

Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

[9] Holetk Semiconductor IncldquoDatasheet of HT66Fxxrdquo

httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

19進度表

19-1預期結果

本計畫結合嵌入式晶片運動感測藍牙技術製作的運動健康管理

用的穿戴式裝置可透過智慧型手機生理訊號監控測與雲端技術

建置一套「運動健康管理系統」提供人們更方便有效的健康運動自

主管理工具本計畫預期產出研究成果有

1針對不同運動型態必須偵測身體不同部位的運動特徵值本計畫

製作不同型式的穿戴配件讓使用者可配戴在身體特定部位如頭

部手臂手腕腰部大腿小腿身體各部位的活動量

2由於可配戴在身體不同部位使用智慧型手機透過最新 BLE 無線傳

輸技術做為人機介面方便使用者操作與記錄資料讓穿戴式裝

置有更彈性的配戴方式與應用場合

3運動偵測採用六軸運動感測(MPU-6050 模組三軸加速計+三軸陀螺

儀)比傳統三軸加速計或斜震感測器(計步器)可更精確偵測與分

析運動量與運動姿態的正確性

4穿戴式裝置搭配「雲端健康管理系統」上可為自己量身訂做一套

運動處方透過智慧型手機定時提醒使用者運動時間運動份量

穿戴式裝置的運動記錄與生理訊號量測的資料分析可用來檢視這

套運動處方的成效做為進一步調整或改善的依據

5在執行本計畫過程中本人可以藉此學習到電路設計程式撰寫

月次

工作項目 7 8 9 10 11 12 1 2

1資料搜集整理與研讀

2硬體電路設計與製作

3晶片韌體程式撰寫

4運動訊號分析與辨識

5手機 App 程式撰寫

6建置雲端運動健康管

理系統

7系統功能整合測試

8撰寫報告

79

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

[5] N Ravi N Dandekar P Mysore ML Littmanrdquo Activity

Recognition from Accelerometer Datardquo American

Association for Artifi cial Intelligence (wwwaaaiorg)

2005

[6 ] Yonglei Zheng Weng-Keen Wong Xinze Guan Stewart

Trostrdquo Physical Activity Recognition from Accelerometer

Data Using a Multi-Scale Ensemble Methodrdquo Innovative

Applications of Artificial Intelligence Twenty-Fifth IAAI

Conference2013

[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

Activity Recognition from Accelerometer Data Using a

Wearable Devicerdquo Pattern Recognition and Image Analysis

Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

[9] Holetk Semiconductor IncldquoDatasheet of HT66Fxxrdquo

httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

並了解穿戴式裝置與藍牙無線技術運動感測與動作辨識的演算理

論系統整合等的知識與應用技術

19-2需要指導教授指導內容

在計畫規劃階段由指導教授指導研讀穿戴式裝置的開發技術藍

牙與運動感測動作辨識技術原理嵌入式晶片功能特性感測元件與

網路介面技術等相關資料經與指導教授討論之後撰寫計劃書並

擬訂工作項目與執行進度表

在計畫執行階段由指導教授提供嵌入式晶片六軸運動感測元

件藍牙無線模組與開發工具進行電路與程式開發工作運動訊號

分析與辨識並透過定期討論共同解決相關問題並請指導教授對

計畫進度的進度做定期考核以期計畫能依時程順利完成

80

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

[5] N Ravi N Dandekar P Mysore ML Littmanrdquo Activity

Recognition from Accelerometer Datardquo American

Association for Artifi cial Intelligence (wwwaaaiorg)

2005

[6 ] Yonglei Zheng Weng-Keen Wong Xinze Guan Stewart

Trostrdquo Physical Activity Recognition from Accelerometer

Data Using a Multi-Scale Ensemble Methodrdquo Innovative

Applications of Artificial Intelligence Twenty-Fifth IAAI

Conference2013

[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

Activity Recognition from Accelerometer Data Using a

Wearable Devicerdquo Pattern Recognition and Image Analysis

Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

[9] Holetk Semiconductor IncldquoDatasheet of HT66Fxxrdquo

httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

20參考資料 [1] 健康生活動起來手冊 (出版年月101 年 5 月)衛生福利部國民

健康署

[2] DIGITIMESrdquo2014 年穿戴電子技術設計最新發展趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2014 年 4 月 3 日

[3] DIGITIMES競逐穿戴市場 整合 2 種無線技術成趨勢rdquo

DigiTimes 電子時報2013 年 11 月 7 日

[4]陳弘仁rdquo微機電系統的市場發展現況及未來趨勢 rdquo國家奈米

元件實驗室奈米通訊2012

[5] N Ravi N Dandekar P Mysore ML Littmanrdquo Activity

Recognition from Accelerometer Datardquo American

Association for Artifi cial Intelligence (wwwaaaiorg)

2005

[6 ] Yonglei Zheng Weng-Keen Wong Xinze Guan Stewart

Trostrdquo Physical Activity Recognition from Accelerometer

Data Using a Multi-Scale Ensemble Methodrdquo Innovative

Applications of Artificial Intelligence Twenty-Fifth IAAI

Conference2013

[7] Pierluigi Casale Oriol Pujol and Petia Radevardquo Human

Activity Recognition from Accelerometer Data Using a

Wearable Devicerdquo Pattern Recognition and Image Analysis

Lecture Notes in Computer Science Volume 6669 2011

[8] Scott McGregor ldquoWEARABLE TECHNO-LOGIES-ENABLING THE NEXT

WAVE OF INTERNET OF THINGS INNOVATIONrdquoCASPA 華美半導體

協會

[9] Holetk Semiconductor IncldquoDatasheet of HT66Fxxrdquo

httpwwwholtekcomtwchinesedocumuc66fx0htm

[10] ISSC Technologies Corprdquo Datasheet of

Bluetooth-BM77SPP03MC2 Modulerdquo

httpwwwissc-techcomtwproductsphp

[11] Hyonyoung Han Yunjoo Lee Jung Kim ldquoDevelopment of

a wearable health monitoring device with motion artifact

reduced algorithmrdquoControl Automation and Systems 2007

ICCAS 07 International Conference

[12] J M Rodriguez Ascariz Luciano BoqueteInstrumentation

81

and Measurement Technology Conference - IMTC 2007 Warsaw

Poland May 1-3 2007

[13]httpwwwhellosantacomtwDrupalE7B6B2E7AB99E

8A8ADE8A888E59CA8windowsE792B0E5A283E4

B88BEFBC8CE588A9E794A8xampp-E5AE89E8A39

D-drupal [14] httpssofreeccinstall-drupal-module

82

附錄

指導老師林振漢 教授 在電機系林振

漢老師平易近人

的風格中蘊藏

著極強大的感染

力他的笑容裡

總 是 懸 掛 著 靦

腆聲調裡夾帶

著熱切的真誠

甚麼事情都是實

實在在對事始

終全力以赴而

帶著學生追求突

破性的成長是他給自己最重大的使命

具備近代物理背景又是教育科班出身的振漢老師選擇了專屬於我們

修平的教育者生涯他主持的「無線感測網路實驗室」是個研發科技

應用如何帶來幸福生活的地方是個不斷為人群生活送來福祉的尚善之

地

來到實驗室的學生往往帶著各自的人生課題振漢老師一一與他們深

談用心傾聽他們幽微的心聲並給予準確的回應協助許多學生重新

認識自己他從不擔心學生的程度一切唯心態是問他認為任何知

識或技能只要肯用心學習沒有學不會的因此學生在他這裡獲

得更寬廣的空間去發展和成就他們自己這個極簡的理念就是他引發

學生的希望之芽和帶來爆炸性成長的秘訣

在實驗室裡他和學生只追求最佳方案成員間消弭了界線鮮明反映

科技領域求新求變的文化屬性他用自由尊重真誠引爆學生的潛能

啟動成長的引擎讓這些看似平凡的學子開始在遼闊的天地裡展翅飛

翔創造一個接一個的奇蹟發現了另一個值得期待的自己他讓來自

光華宜寧青年慈明致用helliphellip等友校的學生經過修平的雕琢

再進入台科北科雲科高第一清華交大helliphellip等學府進修實現

他們成為優質工程師的熱望

在我們修平的校園裡振漢老師始終以他平正寬厚的作風像鄰家大哥

一樣地跟學生與同事相處每個跟振漢老師近距離相處的學生都能得

到用無比的智慧與愛心所給予最適當的啟發讓學生願意為他們自己不

停地奮發不停地成長進而成就他們不平凡的一生

83

團隊介紹陳敬元與洪浚升的交集

陳敬元來自馬來西亞的孩子四年前第一次離開家裡到

國外深造家人抱著滿是希望的眼神看著我的背影漸漸離去而

我卻不敢回頭再看一眼因為我不想讓他們看見我強忍的淚水

為我憂心憂慮

身懷全家人希望的我初次到來修平科技大學在學四年

遇到了很多非常關心我關懷我和特別照顧我的老師再次我

很感謝老師們的照顧教導了我很多東西無論是在生活上社

會經念上都賦予了我太多太多的指導與協助

第一次為校爭光由謝承達教授帶領我到中國大陸珠海比賽

第二次榮譽由林振漢教授帶領我參加全國比賽

第三次榮耀由林振漢教授和林玉華教授共同指導下取的

Linker 全國行銷創意企劃書第三名實現了老師所期望的跨領

域

第四次再次爭光由林振漢教授帶領我到福州 6˙13 創新創意發

明展取的金牌回歸台灣

84

一次次地突破自己的極限一次次的接受新事物新思考

新環境每位教師都不吝嗇的傳授我內力希望我有一天可以學

以致用

洪浚升是位非常棒的隊員全身充滿積極向上的超能力

從來不覺得這專題帶來困難是困擾反而非常有能力的把問題

找出來想盡辦法解決以求達到最好的成效

自從加入了這團隊漸漸的開始覺得不能混著過日子看著

身邊的人為了未來為了夢想積極的努力克服一切在這情景下

的我沒有因此感到非常壓力反之我漸漸的被這氛圍感染了

看著隊員的堅持讓我也學會了堅持我所把握的機會雖然我這

隊長是個工作狂當對於我們的比賽專題及負責項目從不馬

虎反而是拿出比一般人還有多幾倍的經理去完成好經常會要

我做一起我覺得不可能做到的事但是在他的鼓勵和推動下自

認為不可能的事卻發生了一次次被他逼上絕路又一次次突破極

限讓我對他無言以對

林振漢指導老師在我的學習上也給了我很多指點帶領著我

踏出校園與全國大專生比賽還為老師得到很好的成績家人也

因此在我學習上認可這個實驗室讓我學習到很多意想不到的

人事物讓我在人生的經歷上有了好的開始好的一切

85

歷年成績 勝群杯榮獲第九屆勝群杯優勝獎

DSP數位訊號處裡創意設計競賽健康照護應用組第三名

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福州 6˙13創新創意發明展 金牌

Linker 全國行銷創意企劃書第三名

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      • 17-1App Inventor 背景介紹

團隊介紹陳敬元與洪浚升的交集

陳敬元來自馬來西亞的孩子四年前第一次離開家裡到

國外深造家人抱著滿是希望的眼神看著我的背影漸漸離去而

我卻不敢回頭再看一眼因為我不想讓他們看見我強忍的淚水

為我憂心憂慮

身懷全家人希望的我初次到來修平科技大學在學四年

遇到了很多非常關心我關懷我和特別照顧我的老師再次我

很感謝老師們的照顧教導了我很多東西無論是在生活上社

會經念上都賦予了我太多太多的指導與協助

第一次為校爭光由謝承達教授帶領我到中國大陸珠海比賽

第二次榮譽由林振漢教授帶領我參加全國比賽

第三次榮耀由林振漢教授和林玉華教授共同指導下取的

Linker 全國行銷創意企劃書第三名實現了老師所期望的跨領

域

第四次再次爭光由林振漢教授帶領我到福州 6˙13 創新創意發

明展取的金牌回歸台灣

84

一次次地突破自己的極限一次次的接受新事物新思考

新環境每位教師都不吝嗇的傳授我內力希望我有一天可以學

以致用

洪浚升是位非常棒的隊員全身充滿積極向上的超能力

從來不覺得這專題帶來困難是困擾反而非常有能力的把問題

找出來想盡辦法解決以求達到最好的成效

自從加入了這團隊漸漸的開始覺得不能混著過日子看著

身邊的人為了未來為了夢想積極的努力克服一切在這情景下

的我沒有因此感到非常壓力反之我漸漸的被這氛圍感染了

看著隊員的堅持讓我也學會了堅持我所把握的機會雖然我這

隊長是個工作狂當對於我們的比賽專題及負責項目從不馬

虎反而是拿出比一般人還有多幾倍的經理去完成好經常會要

我做一起我覺得不可能做到的事但是在他的鼓勵和推動下自

認為不可能的事卻發生了一次次被他逼上絕路又一次次突破極

限讓我對他無言以對

林振漢指導老師在我的學習上也給了我很多指點帶領著我

踏出校園與全國大專生比賽還為老師得到很好的成績家人也

因此在我學習上認可這個實驗室讓我學習到很多意想不到的

人事物讓我在人生的經歷上有了好的開始好的一切

85

歷年成績 勝群杯榮獲第九屆勝群杯優勝獎

DSP數位訊號處裡創意設計競賽健康照護應用組第三名

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福州 6˙13創新創意發明展 金牌

Linker 全國行銷創意企劃書第三名

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認為不可能的事卻發生了一次次被他逼上絕路又一次次突破極

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踏出校園與全國大專生比賽還為老師得到很好的成績家人也

因此在我學習上認可這個實驗室讓我學習到很多意想不到的

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      • 10-1-5改進資料庫支援
      • 更好的分發安裝支援
      • 10-1-6擴展性
      • 17-1App Inventor 背景介紹

霧太達利社區成果展

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• 8-1由VB衍生的語言
• 8-2語言特性
• 8-3術語
• • 總結
  • 基本的套裝軟體
  • 圖形套裝軟體
  • 資料庫套裝軟體
  • XML 套裝軟體
  • PHP 套裝軟體
  • 其他套裝軟體
  • • 10-1功能
    • • 10-1-1靈活的內容管理
      • 更好的版型機制
      • 10-1-2無障礙設計
      • 10-1-3圖片與檔案
      • 10-1-4自動化程式碼測試
      • 10-1-5改進資料庫支援
      • 更好的分發安裝支援
      • 10-1-6擴展性
      • 17-1App Inventor 背景介紹