本研究著重於ZigBee點字顯示器控制系統之設計與製作。點字顯示器的控制系統採用邏輯閘控制，將傳輸介面之串列訊號轉換為並列控制訊號，使點字顯示方可隨插即用，增加維護的方便性。ZigBee無線傳輸具有一對一與一對多無線傳輸的功能，將此功能應用於點字顯示器上，可協助教師在課堂教學上實行同步教學與個別教學，增加學習的效率。
    ZigBee點字顯示器控制系統包含訊號傳輸介面控制機板、邏輯控制機板、游標按鍵機板、點字顯示方與無線訊號傳輸器等五個部份。訊號傳輸介面控制機板包含傳輸介面模組、訊號控制模組與功能鍵。傳輸介面模組以ZigBee傳輸為主，另結合了藍芽、USB與RS232傳輸介面，以增加介面相容性。訊號控制模組採用微處理器來處理傳輸介面模組與功能鍵所傳入之訊號並使其穩定。邏輯控制機板上的邏輯控制晶片組採用邏輯晶片來控制訊號，並將訊號顯示於點字顯示方上。游標按鍵機板能夠使視障者標記所選定的點字顯示方。插置於電腦之無線訊號傳輸器可使電腦與多台點字顯示器進行一對一或一對多無線傳輸。經測試軟體之驗證，電腦確能於點字顯示器間完成一對一與一對多無線傳輸，並將電腦端之訊息顯示於指定之點字顯示器上。

This study examines the design and implementation of a wireless ZigBee Braille display control system designed by logic gate control. In this system, serial signals of transmitted interfaces are transformed into parallel control signals. This design provides Braille cells with plug-and-play capabilities, and enables convenient maintenance of Braille displays. ZigBee wireless transmission has both one-to-one and one-to-many wireless transmission functions. These functions enable teachers to enhance the quality of their classroom instruction. Teachers can use the Braille display to implement simultaneous or individualized teaching, and increase learning efficiency.

    The Braille display of a ZigBee control system includes the following five ports: the signal interface board, the logic control board, the cursor button board, Braille cells, as well as the ZigBee and Bluetooth dongle. The signal interface board includes a transmission interface module, signal control module, and function keys. The ZigBee interface is chose as the major interface of the transmission interface module. To increase the interface compatibility, Bluetooth, USB, and RS232 interfaces are also included in the transmission interface module. The signal control module uses a microprocessor to manage signals from the transmission interface module and the function keys to ensure stability. The logic control board includes the logic control chipsets, which use logic IC to control the display of Braille cells. The cursor button board can mark the Braille cell selected by a visually impaired person. A plug installed in the computer’s wireless dongle enables a computer to link multiple Braille displays and perform one-to-one and one-to-many wireless transmissions. Results of the system validation test proved that the Braille display can perform one-to-one and one-to-many wireless transmissions, and computer messages can also be correctly shown on the wireless ZigBee Braille display.

中文摘要	  I
英文摘要	  III
目  錄	  V
圖目錄	  VII
表目錄	  X
第一章 緒  論	  01
1.1 前言	           01
1.2 研究動機與目的	  02
1.3 文獻回顧	  04
1.4 論文架構	  18
第二章 設計要點	  20
2.1 傳輸介面設計	  20
2.1.1 RS232傳輸架構 22
2.1.2 USB傳輸架構	  24
2.1.3 藍芽傳輸架構	  28
2.1.4 ZigBee傳輸架構 32
2.2 控制系統設計	  34
2.2.1 單方串列控制壓電致動點字顯示方	  35
2.2.2 多方串列控制壓電致動點字顯示方	  36
2.2.3 並列控制電磁拍擊器點字顯示方	  37
2.3 游標按鍵設計	  39
2.3.1 採用並列轉串列輸出晶片控制的方式 40
2.3.2 採用鍵盤掃描控制的方式	  43
2.4電路板設計與製作	  45
第三章 控制系統之設計與製作	  47
3.1 控制系統架構	  47
3.2 訊號傳輸介面控制機板	  48
3.3 邏輯控制機板	  58
3.4 游標按鍵機板	  61
3.5 無線訊號傳輸器	  63
3.6 點字顯示方	  64
第四章 點字顯示器測試報告 66
4.1 測試裝置	  66
4.2 驅動程式安裝	  68
4.3 測試流程	  70
4.4 測試結果	  72
第五章 結論與未來展望 81
5.1 結論	  81
5.2 未來展望 82
參考文獻	  84
附錄A	  88
附錄B	  91
 
圖  目  錄
圖1-1 ：盲用資訊輔具之示意圖	  02
圖1-2 ：一對一與一對多教學概念圖	  03
圖1-3 ：六點點字方與八點點字方之示意圖 04
圖1-4 ：歷年研究文獻	  07
 圖1-5 ：電磁拍擊致動機構之作動示意圖  08
圖1-6 ：氣壓致動機構作動示意圖	  11
 圖1-7 ：形狀記憶合金線圈致動機構之作動示意圖	  12
圖1-8 ：壓電薄樑示意圖	            12
圖1-9 ：壓電致動機構作動示意圖	   13
圖1-10：壓電線性馬達致動機構作動示意圖 14
圖1-11：電活性聚合物機構作動示意圖	   15
圖1-12：並列控制系統架構圖	            16
圖1-13：觸覺顯示器並列控制系統架構圖	   17
圖1-14：多方串列控制系統架構圖	   18
圖2-1 ：RS232連接線腳位圖	            22
圖2-2 ：UART串列埠傳輸格式	            23
圖2-3 ：USB接頭連接方式之示意圖	   25
圖2-4 ：USB接頭之示意圖	  26
圖2-5 ：USB3.0接頭之示意圖	  26
圖2-6 ：藍芽通訊協定架構圖	  29
圖2-7 ：ZigBee協定層之架構圖 32
圖2-8 ：單方串列控制壓電致動點字顯示方之排針腳位 36
圖2-9 ：串列轉並列高壓輸出晶片之腳位圖	   37
圖2-10：多方串列控制壓電致動點字顯示方之排針腳位 37
圖2-11：並列控制電磁拍擊器致動點字顯示方之腳位   38
圖2-12：游標按鍵功能概念圖	           40
圖2-13：8bit並列轉串列輸出晶片腳位圖	  41
圖2-14：並列轉串列訊號輸出晶片之轉換流程圖	     42
圖2-15：游標按鍵之8bit並列轉串列輸出晶片控制電路圖 43
圖2-16：游標按鍵之鍵盤掃描控制電路示意圖	     44
圖2-17：電路板設計流程圖	           46
圖3-1 ：點字顯示器之控制系統架構圖	  48
圖3-2 ：訊號傳輸介面控制機板架構圖	  49
圖3-3 ：滑動開關切換電路	  50
圖3-4 ：多通道RS232驅動/接收晶片之週邊電路圖	  51
圖3-5 ：串列訊號轉換為並列訊號之流程圖	  51
圖3-6 ：USB轉UART訊號轉換晶片之系統架構圖	  52
圖3-7 ：USB轉UART訊號轉換晶片之週邊電路圖	  52
圖3-8 ：藍芽模組之週邊電路圖	  53
圖3-9 ：ZigBee模組之週邊電路圖	  54
圖3-10：微處理器之週邊電路圖	  55
圖3-11：3態8路緩衝器電路圖	  56
圖3-12：功能鍵示意圖	  57
圖3-13：訊號傳輸介面控制機板成品之正面 57
圖3-14：訊號傳輸介面控制機板成品之背面 57
圖3-15：邏輯控制晶片組電路圖	  59
圖3-16：邏輯控制模組之系統流程圖	  60
圖3-17：邏輯控制機板之成品	  61
圖3-18：游標按鍵電路圖	  62
圖3-19：游標按鍵機板之成品	  62
圖3-20：ZigBee無線訊號傳輸器成品	  63
圖3-21：藍芽無線訊號傳輸器成品	  63
圖3-22：電磁拍擊器致動式點字顯示方	  64
圖3-23：訊號傳輸介面控制機板、邏輯控制機板、游標按鍵
        機板、無線訊號傳輸器與點字顯示方之組合圖 65
圖4-1 ：測試軟體面板	           67
圖4-2 ：藍芽傳輸模組連結完成圖	  68
圖4-3 ：ZigBee傳輸模組連結完成圖	  69
圖4-4 ：USB傳輸介面連結完成圖	  69
圖4-5 ：安裝點字顯示方之點字顯示器	  70
圖4-6 ：訊號傳輸控制機板之LED燈顯示電源開啟	  71
圖4-7 ：USB傳輸介面之LED燈顯示電源開啟	  71
圖4-8 ：藍芽傳輸介面之LED燈顯示電源開啟	  71
圖4-9 ：點字顯示方1~8方單方輸出測試之測試結果	  73
圖4-10：點字顯示方33~40方單方輸出測試之測試結果 74
圖4-11：功能鍵控制測試之測試結果	  76
圖4-12：游標按鍵控制測試之測試結果	  78
圖4-13：點字顯示器一對一與一對多傳輸測試之示意圖   79
圖4-14：點字顯示器一對一與一對多傳輸測試之測試結果 80
圖 B-1：蛇型天線尺寸圖	  91
圖 B-2：F型天線尺寸圖	  91

 
表  目  錄
表 1-1 ：市售點字顯示器傳輸介面比較表 10
表 2-1 ：藍芽與ZigBee傳輸技術之比較表 21
表 2-2 ：RS232腳位定義表	           23
表 2-3 ：並列與串列控制方式比較表	  39
表 2-4 ：游標按鍵控制方式比較表	  45
表 4-1 ：測試軟體面板之功能說明表	  67
表A-1 ：游標按鍵低態掃描動作分析表	  88
表A-2 ：3轉8線路解碼晶片之訊號控制表	  90
表A-3 ：資料閂鎖器之訊號控制表	  90

1.H. Yuze, C. Wang, S. Sugiura, T. Otofuji, and T. Aikawa, “A Prototype System to Support the KJ Method by Cooperation between Visually-Impaired Persons and Sighted Persons”, 22nd International Advanced Information Networking and Applications - Workshops, pp. 38-43, 2008.
2.F. F. Zeng, “Application Research of Voice Control in Reading Assistive Device for Visually Impaired Persons”, 2010 International Conference on Multimedia Information Networking and Security, pp. 14-16, 2010.
3.杞昭安，“盲用電腦之教學與應用研究”，行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告，國立台灣師範大學特殊教育學系，2000。
4.F. H. Yeh, H. S. Tsay, and S. H. Liang, “Applied CAD and ANFIS to the Chinese Braille Display Optimization”, Displays, Vol. 24, pp. 213-222, 2003.
5.F. H. Yeh, H. S. Tsay, and S. H. Liang, “Application of an Adaptive-Network-Based Fuzzy Inference System for the Optimal Design of a Chinese Braille Display,” Biomedical Engineering- Applications, Basis & Communications, Vol. 17, No. 1, pp. 50-60, 2005.
6.J. Javier, J. Olea, J. Torres, I. Alonso, D. Harder, and K. Fischer, “Biography of Louis Braille and Invention of the Braille Alphabet”, Survey of Ophthalmology, Vol. 54, NO. 1, PP. 142-149, 2009.
7.萬明美，“視覺障礙教育”，五南圖書出板公司，1996。
8.葉豐輝，“可攜式多功能中文盲用電腦整合設計與實作(I)”，國科會計畫報告NSC 88-2614-E-032-001，1998。
9.F. H. Yeh, H. S. Tsay, and S. H. Liang, “Human Computer Interface and Optimized Electro-Mechanical Design for Chinese Braille Display”, Mechanism and Machine Theory, Vol. 43, No. 12, pp. 1495-1518, 2008.
10.吳林駿，“中文盲用電腦點字觸摸顯示器之熱傳分析與量測”，碩士論文，淡江大學機械與機電工程學系，1999。
11.陳展昭，“盲用電腦點字顯示方之電腦輔助設計與力學分析”，碩士論文，淡江大學機械與機電工程學系，2000。
12.黃子能，“點字顯示方之力學與熱破壞分析”，碩士論文，淡江大學機械與機電工程學系，2002。
13.吳銘宗，“應用專家系統於盲用電腦點字顯示方射出成型之研究分析”，碩士論文，淡江大學機械與機電工程學系，2002。
14.徐永和編著，“USB2.0高速周邊裝置設計之實務應用(修訂版)”，全華圖書股份有限公司，2008。
15.蘇威碩，“應用USB與藍芽介面技術於崁入式中文盲用電腦軟硬體之開發”，碩士論文，淡江大學機械與機電工程學系，2004。
16.程威得，“新型點字印表之控制系統與傳輸介面整合設計”，碩士論文，淡江大學機械與機電工程學系，2006。
17.潘冠廷，“掌上型藍芽無線點字顯示器控制系統設計與製作”，碩士論文，淡江大學機械與機電工程學系，2008。
18.L. Yobas, M. A. Huff, F. J. Lisy, and D. M. Durand, “A Novel Bulk Micromachined Electrostatic Microvalve with a Curved-Compliant Structure Applicable for a Pneumatic Tactile Display”, Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. 10, No. 2, pp. 187-196, 2001.
19.L. Yobas, D. M. Durand, G. G. Skebe, F. J. Lisy, and M. A. Huff, “A Novel Integrable Microvalve for Refreshable Braille Display System”, Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. 12, No. 3, pp. 252-263, 2003.
20.Y. Haga, W. Makishi, K. Iwami, K. Totsu, K. Nakamura, and M. Esashi, “Dynamic Braille Display using SMA Coil Actuator and Magnetic Latch”, Sensors and Actuators, Vol. 119, pp. 316-322, 2005.
21.H. C. Cho, B. S. Kim, J. J. Park, and J. B. Song, “Development of a Braille Display using Piezoelectric Linear Motors”, SICE-ICASE International Joint Conference 2006, pp. 1917-1921, 2006.
22.I. Koo, K. Jung, J. Koo, J. D. Nam, Y. Lee, and H. R. Choi, “Wearable Fingertip Tactile Display”, SICE-ICASE International Joint Conference 2006, pp. 1911-1916, 2006.
23.葉豐輝，“盲用點字顯示器傳輸介面與控制系統整合設計(I) ”，國科會計畫報告NSC 93-2213-E-032-028，2004。
24.葉豐輝，“盲用點字顯示器傳輸介面與控制系統整合設計(II) ”，國科會計畫報告NSC 94-2614-E-032-002，2005。
25.S. C. Kim, C. H. Kim, T. H. Yang, G. H. Yang, S. C. Kang, and D. S. Kwon, “SaLT：Small and Lightweight Tactile Display using Ultrasonic Actuators”, Proceedings of the 17th IEEE International Symposium on Robot and Human Interactive Communication, pp. 430-435, 2008.
26.S. Mad Saad, F. Razaly, M. Z. Zain, M. Hussein, M. S. Yaacob, A. R. Musa, and M. Y. Abdullah, “Application of PIC Microcontroller for Controlling Piezoelectric Braille Cell”, Proceedings of the 9th WSEAS International Conference on Applications of Computer Engineering, pp. 225-229, 2010.
27.張希誠譯，“RS232介面研究”，第三波文化事業公司，1987年。
28.杉浦彰彥原著、蘇慶輝、蘇慶宏編著，“藍芽技術解說”，全華圖書股份有限公司，2001。
29.林俊宏、楊順興等編譯，“藍芽－無線連結技術”，全華圖書股份有限公司，2001。
30.鄭立原著、孫棣編譯、葉明貴審閱，“ZigBee開發手冊”，全華圖書股份有限公司，2008。
31.R. Jussi, R. Raisamo, L. Jani, S. Veikko, R. Jukka, S. Katri, P. Toni, and H. Arto, “Methods for Presenting Braille Characters on a Mobile Device with a Touchscreen and Tactile Feedback”, IEEE Transactions on Haptics, Vol. 2, No. 1, pp. 28-39, 2009.