
俯視美麗的澎湖列島,中屯村位居列嶼中央,風車矗立的海岸邊,一條自行車道彎繞其間,正是追風少年悠遊之處。
採訪/黃彥慈 ● 撰文/ 林秋玫
一年一度的全國電子設計創意競賽(高工中組),總是吸引許多才華洋溢的小小發明家們來此一展身手。參賽項目涵括:電子類、資通類、綜合類、行動app以及大數據分析等五大類別,是青少年朋友們在專業領域展現技藝的創意擂台。
來自澎湖高級海事水產職業學校的電子科學生張維哲、林俊宇、蔡文雄、李崇本的四人研究小組,在莊曲霖老師的指導下,於今年一月組隊報名參加電子類設計競賽,很幸運的他們的作品 「自行車夜間警示器」,於3/15公告入圍,一路過關斬將,在四十多組的作品中脫穎而出,於3/25進入決賽, 最終獲得第13屆競賽第二名的殊榮,抱走銀牌獎和 5000元獎金。

張維哲、林俊宇、蔡文雄、李崇本和莊曲霖老師(右一)頒獎合影

張維哲(左一)與弟弟、表姊在澎湖七美小島浮潛
這則小小發明家獲獎的訊息立刻引起我們高度關注,於是特別邀請「野放小記者」彥慈來採訪這位古靈精怪的小表弟張維哲。深夜時刻,彥慈一邊吃著小蛋糕一邊喝茶,悠閒地等待視訊連線,不多久,電腦螢幕上便出現一張三分可愛七分帥氣,正被青春痘突襲的青澀臉龐!啊,原來這就是來自澎湖水產學校正窩在同學家玩的張維哲同學。

維哲和表姊彥慈在澎湖白沙海岸邊,充當電影廣告的人形看板。(看來手被牽得很無奈!)

跳躍在澎湖夢幻沙灘的維哲,背景是當地特殊地景「玄武岩」。
關於張維哲的小秘密
自稱「酷哲」的張維哲,18歲,身高175公分,天蠍座,個性害羞內向,注重飲食健康,喜歡注意細節,愛整齊,最喜歡把浴室刷得亮晶晶。平日喜歡彈吉他,打電動,修東西,改造音響的接頭連接手機,家中的冷氣或電錶若有任何問題,有他就搞定了。個性機敏,善於觀察的維哲對於如何在退潮岸礁採集貝類和紅蚵,早已練就一身獨門秘技,總是能在很短的時間內採集到豐富的漁獲。另外,他會把握難得的時機盡量學習,比如:在澎湖花火節時向負責施放煙火的高手請益,因此,他得以近距離觀察工程師們如何以電腦程式來施放煙火。


澎湖中屯村海潮退去時,裸露的礁岩灘地是維哲和家人、朋友去採集貝類和紅蚵的好去處。
自製「迷你音樂煙火秀」
表姊彥慈對於維哲自製的「迷你音樂煙火秀」印象極為深刻,覺得那根本是「把妹」的必勝絕技,她向著螢幕裡的維哲說:「耶,你說說看哪,你曾用『愛的鼓勵』做鞭炮響聲,鞭炮一點,就會有節奏地響起,我覺得十分有趣,你是怎麼做的呢?」維哲抓抓頭髮,不好意思地笑著解釋說:「一般工程師在施放煙火的時候,會將花火秀的引爆時間精確地輸入電腦程式裡,但我對電腦程式編寫的能力還不夠,所以我就只好用土法煉鋼的方式,利用控制時間差的原理,將控制版上24個點,每點以0.2秒的間距,設計出一小段「愛的鼓勵」的節奏。因此,一旦鞭炮被點燃,就會因為時間差距的緣故,產生有節奏的聲響,聽起來會讓人有小小驚喜。」彥慈讚美:「你真聰明,天才喔!」「哎呀,我都快忘了有這件事了。對了,說真的,姊,今年花火節妳會回澎湖嗎 ? …..」突然,話題一轉,維哲的臉露出殷切期待的眼神…


澎湖水產學校鄰近的彩虹橋平日僅供行人徒步,每年清明過後,天氣舒適宜人,是澎湖花火節施放煙火的理想地點。
你們如何組隊參賽?介紹一下夥伴吧!
彥慈繼續吃著小蛋糕,一副「以逸待勞」的模樣,問道:「你們當初怎麼組團研究的?如何分工?大家感情好嗎?」維哲推推眼鏡,語帶神氣地說:「一開始老師指定我來找隊員,我就找平常相處起來很麻吉的同學:林俊宇、蔡文雄、李崇本等人一起組成研究團隊。李崇本同學負責計劃書的撰寫,其他同學負責依照進度實作和修正。平常大家會找時間聚在一起烤烤肉,聯絡一下感情。

如何發想這個有趣又實用的題目?
訪談進行到中場休息時間,彥慈小記者又下吞下幾顆小番茄和葡萄,電腦螢幕裡的維哲忍不住探出頭來抗議說:「姊,妳怎麼一直在吃東西?還有什麼快問啦!」彥慈揚起手中的小叉子說:「少囉嗦,說說看你們是怎麼決定做這個主題的?」 維哲一本正經地說:「那是我們四個人一起討論出來的,原因是來自澎湖鄉下的生活經驗,我們上學外出時都以自行車為主要交通,爸媽總是很擔心我們的安全,因為有些社區夜間照明不足,家人也曾發生騎自行車時被後方來車追撞的意外事故。因此我們對於這個現象感觸很深,於是決定發明一款「自行車夜間警示器」以避免類似的悲劇發生。」
澎湖中屯村漁港的美麗夕陽
如何選用理想的發光器
改善行車照明,提醒後方來車注意,的確是可行的辦法,果真令人讚嘆,我補問一句:「很好奇你們怎麼想出發光器,有參考哪些書?或是上網查資料?」維哲馬上搖搖頭率性地說:「我們沒有看書,也沒上網找耶。」「啥?!什麼?沒看書!」我和彥慈不約同放下茶杯,詫異地對看一眼,再貼近螢幕提高嗓門大聲回應:「你是說 ─ 沒看書!」只見他悠哉地回應:「對呀!我們看摩托車轉彎時閃爍的方向燈就有靈感了。用摩托車方向燈裡的電極器為發想,利用它的閃光原理來製作自行車的紅色尾燈並加上投影功能,讓紅色燈光投射在地面上產生醒目的效果。」話才剛說完,只見維哲的手機突然響起,原來天色已晚,媽媽正催他趕緊回家。

在計畫進行中,有發生什麼困難?如何克服?大家意見不同時,如何溝通取得共識?
在等待的過程中,彥慈和我一起欣賞了維哲被惡搞成可愛小兔的生活照和彈吉他的精采影片。不到五分鐘的時間,維哲又出現在電腦螢幕,畫面中的他剛回到小窩,呼吸看來還有些急促,我們很驚訝他的動作如此神速。稍後,彥慈問:「大家意見不同時,如何溝通取得共識?」只見他表情靦腆地說:「因為準備參賽的時間很緊迫,如果有誰搞砸了好不容易弄出來的進度,大家會互相吐槽,罵一罵,發洩一下情緒,然後就沒事了,畢竟大家都不是故意的。」「如果意見不同的時候,就經由討論,選出最優的改善設計,想盡辦法動手去完成。」

整個研究過程中,花了多少時間?都利用哪些時段進行?共花了多少費用?
大家都是利用星期六、日在學校和秘密基地(林俊宇家)中討論和實作,經常是俊宇的爸爸提供專業工具,林爸爸傳授實作的技術,提昇大家的戰鬥力,經常從早上八點一直忙到晚上八點才結束,在三個月中共花了21個工作天,材料費約3000元。指導老師莊曲霖(澎湖海事電子科主任)會教大家改良電路板的接點,以減少毀損,並教我們簡單的電腦程式編寫,統合我們的設計觀點,並在電子材料不足時即時救援幫忙訂購,經常需等3-4天才能補貨。另外,我們獲得樹德大學陳志勇教授的指導,在今年寒假時,大家北上高雄花了三天學習電腦程式編寫,對這次的參賽幫助很大。

將汽車用的雷射指示燈裝於自行車上,運用機車的方向燈原理,利用繼電器來達成閃爍的效果。
採訪到此逐漸進入尾聲,我們很滿意維哲落落大方的表現和條理分明的解說。最後,我追問:「你喜歡改良後的自行車夜間警示器嗎?你會在騎車時使用它嗎?」維哲率真地回答:「會不好意思用啦!」「為什麼?」「因為它的樣子還有點土,不夠拉風!」他的回答立刻引起我們哈哈大笑。看來,要符合這位澎湖「追風少年」的美感要求,還得讓「自行車夜間警示器」全面升級,打造一副酷炫外型才能過關。

最後,為大家簡單說明一下,自行車夜間警示器的設計原理吧!
維哲說,「自行車夜間警示器」有三大功能:方向警示燈、煞車警示燈、偵測警示燈。第一、二功能直接觸發Arduino UNO板,經過程式編寫,觸發繼電器後導通雷射指示燈。第三功能則需經過超音波模組。我們的創新點在於把裝於汽車上的雷射指示燈裝於自行車上,且運用機車的方向燈原理,利用繼電器來達成閃爍的效果。

Arduino UNO板和超音波模組及雷射指示燈
研究小組共分四個階段來改良自行車夜間警示器
第一階段:在考慮燈的選材方面,先排除光照度不足的led燈,最後選用具有不易毀損特性的雷射光,結果效果很不錯。提醒後方來車保持距離。為使後方駕駛會不會因視覺疲勞而產生危險,解決方法是利用繼電器,使發光二極體與汽車追尾燈以閃爍的方式呈現。

正面成品圖(改良前)

側面成品圖(改良前)
第二階段:將壓克力盒改為3d列印,控制版縮小1/5,安裝時只要用兩個螺絲固定,拆裝十分方便。
第三階段:將發電方式改為齒輪和馬達,靠踩踏就能產生12伏特電力。(蔡文雄提出建議)
第四階段:可依警示器安裝的角度不同,投射出大約直徑一公尺的光,光的形狀有圓形,扇形,或愛心型。

右方向燈功能示意圖

煞車警示燈功能

正後方偵測警示燈功能示意圖

右後方偵測警示燈功能示意

左後方偵測警示燈功能示意圖
你下一個感興趣的研究題目是什麼?
經過這次電子設計創意競賽的洗禮,張維哲同學表示,他希望改良後的自行車夜間警示器,體積更迷你,外觀更時尚,希望將來可以被應用在You Bike的自行車系統。展望未來的學習之路,他表示對太陽能板的研發興趣濃厚,如何使太陽能板的材料更為便宜並廣為大家所接受,是他下一個挑戰的目標。
【參考文獻】
- 施翔文,前車方向燈與煞車燈的視覺偵測 / 國立中央大學資訊工程研究所碩士論文。
- 張家維,全天候嵌入式車輛盲點警示系統 / 國立交通大學電機與控制工程研究所碩士論文。
- 蔡旻諭,嵌入式即時車輛盲點安全輔助系統,國立交通大學電控工程研究所碩士論文。
【影片分享】張維哲和麻吉們的吉他成果發表會
