Github Link : https://github.com/KitSprout/WheelLED

　　本作品由裝在車輪上打氣孔的 LED 燈而發想的，並結合電影 ＂創：光速戰記＂ 裡的機車照明設計，構想了一個車輪燈照明的設計，但在實現的過程中發現市面上已有類似照明概念的車燈 Revolights，所以在製作上我們的設計了有別於 Revolights 的機構來固定 LED，同時結合了車輪車燈在照明方面可調整照明仰角的特色，加入穿戴式裝置手套來控制，並針對個人騎乘自行車時所遇到的問題與憂心處做解決方案，從而設計出此作品。目前基本照明功能都已實現，因現於製作時間的限制，仍有許多的想法功能尚未實現，但已具有一定的完程度，與驗證其製作上的可行性，相信這會是一個改善騎車體驗、增加行車安全的作品！

一、作品簡介

　　隨著全球健康意識與環保意識抬頭，自行車運動不僅減少二氧化碳的排放，同時長時間騎乘自行車也屬於有氧運動，可以有效消耗脂肪與熱量，增加騎乘者的運動量與肺活量，但普遍的自行車在行車安全與財產安全方面的並沒有像汽機車等齊全及完善。

　　在 2010 年間，美國卡內基美隆大學的學生提出了Project Aura [1][2] 專案，改善了在夜間行車安全方面的問題，但仍然需要裝前方的照明與後方的警示燈，為了更加完善與改善自行車在夜間的行車及財產方面的安全，在 Project Aura 與 Revolights 的基礎上，構想了一個除了原本的功能外，還可以自動或手動調整照明亮度、照明傾角，且具有剎車警示功能的自行車車燈，並搭配穿戴式的自行車手套來連結人與車，達到人車互動以及防盜的效果。

二、作品特色

本作品主要有以下特色：

• 安裝簡潔 → 實際的照明與控制部分如下圖所示，本作品將照明裝置、感測器、控制系統全部的裝置都集中安裝在車輪內框與車輪軸心上（紅色部分），車輪外不需要安裝任何東西，捨棄傳統旋轉編碼器測量車輪轉速的方案，改以加速度計與陀螺儀等感測器為基礎的演算法來估測當下車輪的旋轉速度與角度，藉此減少整體安裝的複雜程度，使自行車整體架構更為簡潔。

• 前輪可調照明亮度與仰角 → 可手動調整照明亮度與照明仰角來為騎乘者提供更好更安全的行車體驗。細部安裝架構與照明示意圖如下圖所示，藍色與綠色部分為固定 PCB 與 LED 燈的機構，機構為自行設計並採用 3D Printer 印製(Wayne設計)，以便易於相容不同規格的輪胎，讓更多的使用者不需購買特定規格的輪胎即可使用本產品。黃色部分由數顆 LED 燈組成，LED 燈照明方向從輪胎旋轉軸心向輪胎外胎照射，透過車輪上感測器的回授轉速與角度來控制 LED 燈亮暗的時機，藉此實現視覺暫留與固定照明方向的效果。

• 後輪煞車燈警示 → 後輪結構、硬體裝置與前輪相同，透過車輪上的感測器來感測自行車車輪的轉速，當感測到後輪車輪轉速變化大於預先設定數值時，後輪的車燈會顯示出對應的訊息與燈號來警示後方車輛，減少後車因自行車減速而造成後方車輛追撞問題。

• 停車智慧省電 → 自行車照明是必須從騎乘開始到結束都必須可以正常工作的裝置，若在行車途中突然沒電或是故障，對於夜間行車安全是一大問題，所以在節能部分利用停車的空檔，調小或關閉車燈，藉此延長行車的照明時間。

• 傾斜振動警示 → 當自行車子與使用者間距離超過特定距離時，且車體發生不尋常的傾斜或震動，表示可能車子正在遭竊或是被撞到撞倒，此時車上的裝置將會發送警示訊息，以告知使用者自行車有財產安全上的疑慮。

• 穿戴式裝置的人車互動 → 穿戴式裝置設計如下圖所示，將電路與控制器結合到自行車手套上，裝置分成兩部分，一部分（綠色）放置在手腕上，主要由振動馬達與微控制器組成，另一部分（藍色）則放置在食指上，由感測器與按鍵（紅色）組成，也可以依需求自行增加感測器在拇指、中指等地方。兩個車輪與穿戴式裝置之間透過低功耗藍牙（Bluetooth Low Energy, BLE）做連結與通訊，並且可以透過白名單的形式，授權給第三方穿戴式裝置使用者，像是朋友、家人… 等等，另外由 BLE 的服務特性，可以很容易使用智慧型手機、手錶等裝置來替代原本的裝置，此特性可以增加使用者的選擇。自行車結合穿戴式裝置，礙於騎乘時的行車安全，穿戴式裝置上不採用顯示螢幕，反而是透過裝置的振動與LED燈亮暗、顏色變化來傳遞訊息，像是電池電量過低、溫度過高、提醒補充水分、使用者與自行車相距距離太遠、自行車不安全等情況，都會透過上述方法告知使用者。使用者也可以透過感測器來感測手部動作，藉此來控制自行車的車燈、控制模式等功能，為防止騎乘自行車的動作誤下指令，設計了按鍵在食指旁，藉由母指按按鍵來進入體感操作。

三、系統架構

作品系統架構主要可以分成三大部分
第一部分 WheelLED-Light，負責控制 LED 亮度角度等資訊。→完成度高
第二部分 WheelLED-Core，用來計算角度、速度等資訊來控制 WheelLED-Light，實現定向照明的效果。
第三部分 WheelLED-Wearable，用來體感控制車燈的照明亮度、角度、範圍。

四、使用情境

• 情境 A － 行進與停止
  
  自行車行進時，前後車輪車燈會自動亮預設的照明仰角、亮度；當停下時，會進入到預先設定的停車燈示，預設的停車燈示為向自行車下方照射，並降低亮度，藉此減少直射前方車輛之狀況，以及減少電量消耗。

• 情境 B － 煞車或減速
  
  當自行車在行進時速度減緩，後輪車燈會自動將減緩的速度變化量直接表現在車燈的亮度上面，也就是說當車速變化越明顯燈會越亮，藉此使後方駕駛更容易了解傳遞的煞車訊息。

• 情境 C － 照明亮度、仰角調整
  
  目前設定了兩種手勢來調整照明亮度與仰角，將手食指指向行車方向，並按下按鍵，左右旋轉手腕，可以調整照明的亮度；將手指食指保持與行車方向垂直，並按下按鍵，上下旋轉，則可以調整車燈的亮度。相較於透過螢幕與按鍵操作亮度與仰角，透過體感控制的方法，可以有效減少在行車間注意力分散的問題。

• 情境 D － 短暫離開自行車
  
  在需要短暫離開自行車時可以透過體感方式，鎖定自行車，使自行車進入安全模式，其方法為將食指指向地上，按下按鍵，順時針或逆時針旋轉至水平，若車燈同時閃爍，表示鎖定完成；若要解鎖，則與鎖定動作相反，由水平旋轉至垂直，車燈會連續閃爍兩次，表示解鎖完成。

• 情境 E － 與自行車距離太遠
  
  在短暫離開自行車的情況下（安全模式），穿戴式裝置上的藍牙會透過接收訊號強度（RSS）來，來判斷與自行車距離是否會太遠，若超過預先設定的距離時，穿戴式裝置會讓振動馬達連續短震，直到距離小於設定距離，藉此警告使用者，超過距離自行車可能不安全。

• 情境 F － 離開自行車時車體傾斜
  
  在安全模式下，若車體發生不尋常的傾斜或震動，表示可能車子正在遭竊或是被撞、撞倒，此時穿戴式裝置會讓振動馬達連續一長震兩短震震動，並且會閃爍紅色LED燈，藉此告知使用者自行車有財產安全上的疑慮。

• 情境 G － 建議補充水分
  
  穿戴式裝置會自動在騎乘時計時騎乘時間，若騎乘時間超過預先設定的時間時，裝置會閃爍綠色 LED 燈，並長震馬達 4~6 次，告知使用者需要補充水分，防止使用者在無意間因流汗過多而導致脫水。

五、實際操作