The article designs a laser beam measurement system(LBMS) by using laser diode matched up with photo sensor of photo transistor or photo resistor, and innovation develop related measurement equipment with physics experiments、disabilities、and sports. The article uses PSoC and the laser beam measurement system to realize the following equipments: (1) Rolling ball speed and acceleration measurement gauge – Let a golf rolls down in a conduit at various inclination angle, the device uses the laser beam measurement system to calculate average speed and acceleration speed of the rolling ball. using a simple devices with PSoC replace conventional photoelectric timer.(2) Chessboard mouse positioned – Detect coordinates of user’s finger touching photo net, with 2-D laser beam established photo net, and feedback to computer controlling mouse cursor, to verify feasibility of photo net detection. To reach the mouse cursor positioning control. Can be used as physical and mental disorders rehabilitation.(3) Ball jump measurement gauge – Measuring a sphere falling from a specified height, after the ball rebound after two frame height. Detected only when the ball down from a specified height, then find out rebound height of ball, and can be avoided errors of camera Angle difference.(4) Ball through speed positioning gauge – Establish two-layer photo net structure with two layers framework, whereby to detect ball speed of passing through two-layer framework, detect coordinates of in-out framework and ball inning angle, through bluetooth transfer to PC or smartphone APP, thus can be used as auxiliary appliance for training baseball pitcher. The advantages of using laser diode are as followings: (1) Laser beam irradiation distance is far, so that the distance between transmitting end and receiving end can be extended easily. (2) Laser beam is not prone to diverge, when objects passing through laser beam, photo source can be completely shielded. (3) Precision and response speed are very high, even when objects passing at high speed, photo sensors of both ends of transmitting and receiving are able to sense. (4) When multiple set of laser beam measurement system aligned closely together, mutual interference will not occur, so that application range expanded from linear beam measurement to two-dimensional photo net measurement. (5) Photo source of laser diode is strong and radiation distance is very far, no need for extra circuit to solve distance and receiving problems, so that circuit design simplified, hardware cost greatly reduced.In addition, theory of laser beam measurement system rested on that when objects passing through laser beam measurement system, photo source shield leading to photo sensor resistance change at receiving end, so that voltage variation generated in the photo sensor, thus according to these voltage levels, PSoC determines whether objects passed laser beam measurement system.

本文利用雷射二極體配合光電晶體或光敏電阻等光感元件設計一雷射光量測系統(Laser Beam Measurement System; LBMS)，並創新開發物理實驗、身心障礙對象及運動相關量測設備。其方法係結合PSoC晶片及雷射二極體之雷射光量測系統實現以下設備：(1) 滾球速度與加速度測量儀－測量不同傾斜角度的水管內，球體滾動之平均速度與加速度，利用簡單的元件結合PSoC取代傳統高價的光電計時器。(2) 平面式復健輔助器材－利用雙維雷射光建立平面光網，偵測使用者手指觸摸光網的座標回傳至電腦主機後，達成滑鼠游標定位控制，可做為身心障礙患者復健用。 (3) 球體彈跳高度測量儀－測量球體從指定高度落下，經過兩層框架後之球體回彈高度，檢測時僅需將球從指定高度放下，即可得知球體的回彈高度，也可避免攝影機視角差造成的誤差。 (4) 球體投擲測速定位儀－透過兩層框架建立双維光網的結構，測量球體通過兩層框架之球速及路徑角度，並透過藍芽傳送至電腦或手機，作為投擲訓練的輔助器材。本文採用雷射二極體的優點如下: (1) 雷射光照射距離遠，使得發射與接收端的距離得以輕易的延伸 (2) 雷射光束不易發散，當物體通過雷射光束時，容易完全遮蔽光源 (3) 雷射光量測系統的精密度與反應速度非常之高，即使物體高速通過，收發端的光感元件也能夠確實地接收 (4) 多組雷射光量測系統排放在一起時不會互相干擾，使得應用範圍由直線的光束量測擴展至平面的光網量測 (5) 雷射二極體的光源強烈且照射距離極遠，不需要額外電路來解決距離與接收的問題，使得電路設計簡單，大幅降低硬體成本。此外，雷射光量測原理係物體通過雷射光路徑遮斷光源時，將增加接收端光感元件之電阻值，進而提升光感元件之壓降，PSoC根據這個電壓準位判斷物體是否有通過雷射光量測系統。

Abstract i
摘 要 iii
目 次 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
第一章 緒論 1
第一節 研究動機 1
第二節 文獻回顧 6
第三節 研究目的 10
第四節 論文架構 11
第二章 雷射光量測系統與PSoC晶片 12
第一節 雷射光量測系統設計 12
第二節 PSoC晶片介紹 14
第三章 滾球速度與加速度測量儀 17
第一節 硬體架構 17
第二節 理論分析 19
第三節 實驗過程與結果分析 21
第四章 平面式復健輔助器材 28
第一節 硬體架構 28
第二節 實驗過程與結果 30
第五章 球體彈跳高度測量儀 32
第一節 硬體架構 32
第二節 理論分析 34
第三節 實驗結果分析 36
第六章 球體投擲測速定位儀 41
第一節 硬體架構 42
第二節 理論分析 48
第三節 實驗結果與分析 50
第七章 結論與未來研究方向 53
參考文獻 55
作者簡介 57

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