樹藝AI故事機：讓自然素材作品自己說故事

Raspberry Pi Pico W × JQ6500 × HC-SR04 × MicroPython × Thonny

樹藝作品不只是靜態展示品。透過 Raspberry Pi Pico W、JQ6500 語音播放模組、超音波感測器與三個按鈕，我們可以製作一臺會主動迎賓、能讓參觀者自行選擇導覽內容、並在離場時說謝謝的「樹藝AI故事機」。

完成後的互動：作品開機會播放系統訊息；參觀者靠近時播放歡迎詞；按下按鈕可聆聽作品故事、使用材料或設計作者；真正離開後，故事機會播放「謝謝參觀」。

一、樹藝AI故事機的互動流程

1開機
播放系統訊息

2靠近
自動迎賓

3選擇
按下導覽按鈕

4聆聽
播放介紹內容

5離開
播放謝謝參觀

二、需要準備的硬體

元件	用途	說明
Raspberry Pi Pico W	故事機控制核心	執行 MicroPython 程式，讀取感測器與按鈕，發送播放命令。
JQ6500 語音播放模組	播放 MP3	插入 microSD 卡，連接喇叭後播放故事、材料與作者介紹。
HC-SR04 超音波感測器	偵測參觀者靠近或離開	量測距離，作為迎賓與致謝的觸發條件。
按鈕 × 3	選擇導覽內容	建議加上大字標籤：作品故事、使用材料、設計作者。
喇叭與 microSD 卡	輸出語音與保存音檔	建議使用 4Ω、3W 左右的小喇叭；microSD 卡格式化為 FAT32。
1kΩ 與 2kΩ 電阻	保護 Pico W	將 HC-SR04 的 ECHO 5V 訊號降壓為約 3.3V。

三、Pico W、JQ6500、超音波與按鈕接線

1. JQ6500 語音模組

Pico W	JQ6500	用途
VBUS 5V（實體 Pin 40）	VCC	JQ6500 供電
GND（實體 Pin 38 或任一 GND）	GND	共地，必接
GP0／UART0 TX（實體 Pin 1）	RX	Pico W 傳送播放指令
不接	TX	第一版不讀取 JQ6500 狀態，避免 5V 訊號直接進入 Pico W。
SPK+、SPK-	喇叭正、負極	喇叭兩端直接接 JQ6500，不可接到 GND。

2. HC-SR04 超音波感測器

Pico W	HC-SR04	用途
VBUS 5V	VCC	感測器供電
GND	GND	共地
GP14（實體 Pin 19）	TRIG	發出超音波觸發訊號
GP15（實體 Pin 20）	ECHO（經分壓）	接收距離回傳訊號

重要安全提醒：HC-SR04 的 ECHO 是約 5V 輸出，不能直接接 Pico W 的 GP15。請用 1kΩ 與 2kΩ 電阻做分壓，保護 Pico W 的 3.3V GPIO。

HC-SR04 ECHO ── 1kΩ ──┬── Pico W GP15 │ 2kΩ │ GND

3. 三個導覽按鈕

功能	Pico W GPIO	播放音檔
作品故事	GP10	001.mp3
使用材料	GP11	003.mp3
設計作者	GP12	002.mp3

每一個按鈕的一端接對應 GPIO，另一端接 GND。程式使用 Pico W 的內建上拉電阻，因此不需再外接上拉電阻。

四、下載與使用 Thonny 開發 MicroPython

Thonny 是適合初學者的 Python 開發工具，可直接把程式寫入 Pico W，也能在 Shell 視窗查看感測器距離與除錯訊息。

到 Thonny 官方網站下載並安裝 Windows 版本。
第一次使用 Pico W 時，到 Raspberry Pi MicroPython 官方文件下載 Pico W 專用的 UF2 韌體。
按住 Pico W 的 BOOTSEL 按鈕，再插入 USB 資料線；電腦會出現 RPI-RP2 磁碟。
將下載的 UF2 檔拖曳到 RPI-RP2，Pico W 會自動重新啟動。
開啟 Thonny，從右下角選擇「MicroPython (Raspberry Pi Pico)」，並選擇 Pico W 對應的 COM Port。
貼上本文程式，按 Ctrl + S，選擇儲存到「Raspberry Pi Pico」，檔名務必為 main.py。

為什麼要存成 main.py？因為 Pico W 每次通電開機時，會自動執行內部儲存空間中的 main.py，故事機就不必再接著電腦才能運作。

五、完整 MicroPython 程式

本程式加入「七筆距離中位數濾波」與「連續五秒離場確認」，可減少 HC-SR04 因衣物、角度或背景反射造成的重複迎賓與致謝。

from machine import Pin, UART, time_pulse_us
import time

# 樹藝AI故事機：Pico W + JQ6500 + HC-SR04 + 三個按鈕

# JQ6500：Pico W GP0 接 JQ6500 RX
# 第一版只傳送播放命令，JQ6500 TX 可不接
jq6500 = UART(0, baudrate=9600, tx=Pin(0))

# HC-SR04 超音波感測器
trig = Pin(14, Pin.OUT)
echo = Pin(15, Pin.IN)

# 三個按鈕：另一端皆接 GND
button_story = Pin(10, Pin.IN, Pin.PULL_UP)      # 作品故事
button_material = Pin(11, Pin.IN, Pin.PULL_UP)   # 使用材料
button_author = Pin(12, Pin.IN, Pin.PULL_UP)     # 設計作者

# 距離與時間設定
ENTER_DISTANCE = 80        # 小於 80 cm：有人靠近
LEAVE_DISTANCE = 120       # 大於 120 cm：可能離開
WELCOME_WAIT_MS = 6000     # 歡迎詞播放後，等待 6 秒再開放按鈕
LEAVE_CONFIRM_MS = 5000    # 連續 5 秒在離場距離外，才判定離開
BUTTON_DEBOUNCE_MS = 500   # 按鍵防彈跳時間

# 最近 7 筆距離使用中位數濾波，降低錯誤反射的影響
FILTER_SIZE = 7
distance_buffer = []

# 系統狀態變數
person_is_here = False
last_button_time = 0
button_ready_time = 0
far_since = None


def play_file(number):
    """播放 JQ6500 microSD 卡內指定編號的 MP3。"""
    command = bytes([0x7E, 0x04, 0x03, 0x00, number, 0xEF])
    jq6500.write(command)
    print("播放音檔：", number)


def get_distance():
    """讀取 HC-SR04 距離；量測失敗時回傳 999。"""
    trig.value(0)
    time.sleep_us(2)

    trig.value(1)
    time.sleep_us(10)
    trig.value(0)

    try:
        duration = time_pulse_us(echo, 1, 30000)

        if duration < 0:
            return 999

        return duration * 0.0343 / 2

    except OSError:
        return 999


def get_filtered_distance():
    """保留最近 7 筆讀值，取中位數作為穩定距離。"""
    raw_distance = get_distance()
    distance_buffer.append(raw_distance)

    if len(distance_buffer) > FILTER_SIZE:
        distance_buffer.pop(0)

    sorted_distances = sorted(distance_buffer)
    filtered_distance = sorted_distances[len(sorted_distances) // 2]

    return raw_distance, filtered_distance


def check_buttons():
    """參觀者在場時，按鈕可選擇播放內容。"""
    global last_button_time

    now = time.ticks_ms()

    if time.ticks_diff(now, last_button_time) < BUTTON_DEBOUNCE_MS:
        return

    if button_story.value() == 0:
        print("選擇：作品故事")
        play_file(1)       # 001.mp3
        last_button_time = now

    elif button_material.value() == 0:
        print("選擇：使用材料")
        play_file(3)       # 003.mp3
        last_button_time = now

    elif button_author.value() == 0:
        print("選擇：設計作者")
        play_file(2)       # 002.mp3
        last_button_time = now


# 開機程序：004.mp3
print("樹藝AI故事機啟動中……")
time.sleep(2)
play_file(4)
print("系統已就緒，等待參觀者靠近……")


while True:
    raw_distance, distance = get_filtered_distance()
    now = time.ticks_ms()

    # 開發測試時可取消下一行註解，觀察距離變化
    # print("原始：", raw_distance, "cm；濾波後：", distance, "cm")

    # 第一次偵測到有人靠近：播放 005.mp3 歡迎詞
    if distance < ENTER_DISTANCE and not person_is_here:
        print("參觀者靠近：", distance, "cm")
        play_file(5)

        person_is_here = True
        far_since = None
        button_ready_time = time.ticks_add(now, WELCOME_WAIT_MS)

    if person_is_here:
        # 歡迎詞播放一段時間後，開放三個按鈕
        if time.ticks_diff(now, button_ready_time) >= 0:
            check_buttons()

        # 在範圍內：取消離場判斷
        if distance < LEAVE_DISTANCE:
            far_since = None

        # 在範圍外：開始連續離場確認
        else:
            if far_since is None:
                far_since = now

            elif time.ticks_diff(now, far_since) >= LEAVE_CONFIRM_MS:
                print("參觀者已離開：", distance, "cm")
                play_file(6)       # 006.mp3：謝謝參觀

                person_is_here = False
                far_since = None
                time.sleep(1)

    time.sleep_ms(150)

六、microSD 音檔與語音文字稿

音檔	功能	觸發方式
001.mp3	作品故事	按下 GP10 按鈕
002.mp3	設計作者	按下 GP12 按鈕
003.mp3	使用材料	按下 GP11 按鈕
004.mp3	系統開機訊息	故事機通電啟動
005.mp3	歡迎參觀樹藝工坊	參觀者靠近
006.mp3	謝謝參觀	參觀者連續離開感測範圍五秒後

001.mp3作品故事｜《貓頭鷹博士的月光工坊》

很久以前，森林邊有一位愛思考的貓頭鷹博士。他白天站在老樹上，仔細觀察落葉、果實和被風吹落的小樹枝；夜晚，便飛回月光照亮的小工坊，把自然送來的禮物做成有生命的作品。

有一天，森林裡的小動物問博士：「這些不起眼的木頭，真的能變成好看的東西嗎？」博士笑著說：「每一片木頭，都記得陽光、雨水和風吹過的故事。只要用心傾聽，就能找到它的新模樣。」

於是，博士選了一段圓圓的樹枝當身體，用深色木片做成翅膀，再加上兩顆明亮的大眼睛。慢慢地，一隻精神十足的貓頭鷹出現在大家面前。牠不是普通的貓頭鷹，而是守護森林故事的小博士。

從那天起，貓頭鷹博士提醒每一位來訪的人：不要輕易丟棄自然材料，也不要忘記身邊的老樹與土地。只要願意觀察、珍惜與創作，平凡的材料，也能長出新的故事。

002.mp3設計作者｜樹藝工坊／李永謨工藝師

本作品由樹藝工坊的李永謨工藝師設計創作。李永謨老師自一九八九年起投入樹藝自然創作，經常從樹皮、樹葉、葉脈、果實與種子之中，細心尋找最適合創作的自然材料；有些植物甚至只能運用果實來呈現特色。

在李老師眼中，樹皮、葉子與果實雖然不完美，卻都有自己獨特的形狀、色彩、紋理與生命價值。透過巧妙的雙手與細膩的觀察，他將原本容易被忽略的自然素材，創造成栩栩如生的昆蟲、動物與花卉。

樹藝創作不只是手作藝術，更是一種尊重自然的方式。李老師讓看似無用的素材重獲新生，也帶領我們看見樹的另一面生命價值，並從創作中體悟珍惜、感恩與生命的真諦。

003.mp3使用材料

這件貓頭鷹博士作品，主要使用森林與校園中常見的自然素材創作。圓圓的身體是一顆海檬果；頭頂和翅膀使用三片玉米雞羽毛，展現貓頭鷹蓬鬆的羽毛感。

大大的眼睛與臉部輪廓，搭配麻棟、蓮蕉、羊蹄甲和青剛櫟等種子與果實，讓作品有了靈活的表情。作品底座使用一片大的樟木片，小樟木片做為裝飾；兩段樟木枝則像是貓頭鷹停棲的樹枝。最後，以一圈鋁線固定與連接各個部件。

這些材料原本都是自然掉落的果實、種子、羽毛與枝條。透過觀察、整理與創作，它們重新變成守護森林故事的貓頭鷹博士。提醒大家：海檬果不可食用，製作時請由老師或大人協助處理。

004.mp3系統開機訊息

您好，樹藝AI故事機已經啟動。歡迎來到樹藝工坊，邀請您一起認識自然素材所創造的美麗作品。

005.mp3歡迎參觀樹藝工坊

歡迎參觀樹藝工坊。您現在看到的是由自然果實、種子、樹皮、樹葉與羽毛創作而成的作品。請按下按鈕，選擇聆聽作品故事、使用材料或設計作者。讓我們一起發現大自然的另一種生命價值。

006.mp3謝謝參觀

謝謝您的參觀。願您帶著一雙善於觀察的眼睛，重新看見身邊的樹木、葉片、果實與種子。期待您再次來到樹藝工坊，聆聽更多大自然的故事。

七、程式測試技巧：先分開，再整合

故事機包含語音、感測與按鈕三種功能。開發時最有效的原則是：一次只測試一個元件。若一開始就執行完整程式，聲音、距離與按鈕同時出問題時，往往很難快速找出原因。

1. 建議的測試順序

階段	要確認的事情	成功判斷
第一階段：Pico W	Thonny 能連線、程式能儲存到 Pico W。	Shell 出現 `MPY: soft reboot` 後，能看到 `print()` 訊息。
第二階段：JQ6500	供電、喇叭、UART 接線與 microSD 音檔編號正確。	可個別播放 001 至 006 等音檔。
第三階段：按鈕	三個 GPIO 都能讀到按下與放開。	按下不同按鈕，Shell 顯示正確的功能名稱。
第四階段：超音波	量測距離與實際距離大致相符，且不會頻繁跳動。	靠近時讀值變小，離開時讀值變大。
第五階段：整合	迎賓、按鈕導覽、離場致謝能依序運作。	每次靠近只迎賓一次；真正離開後才播放致謝詞。

2. JQ6500 單獨播放測試

先確認 JQ6500、喇叭與 microSD 音檔完全正常，再與感測器整合。將下列短程式存到 Pico W 執行，故事機會每四秒輪流播放開機、歡迎與致謝音檔。

from machine import Pin, UART
import time

jq6500 = UART(0, baudrate=9600, tx=Pin(0))

def play_file(number):
    command = bytes([0x7E, 0x04, 0x03, 0x00, number, 0xEF])
    jq6500.write(command)
    print("播放音檔：", number)

while True:
    play_file(4)   # 系統開機訊息
    time.sleep(4)
    play_file(5)   # 歡迎參觀
    time.sleep(4)
    play_file(6)   # 謝謝參觀
    time.sleep(4)

若沒有聲音，依序檢查：JQ6500 的 VCC 與 GND、喇叭是否接在 SPK+ 與 SPK-、Pico W GP0 是否接到 JQ6500 RX、microSD 是否為 FAT32，以及音檔是否為 MP3 格式與正確編號。

3. 三個按鈕的讀值測試

在還沒有接 JQ6500 前，也可先用 Shell 訊息確認按鈕接線。按鈕另一端必須接 GND；按下時，內建上拉的 GPIO 讀值會變為 0。

from machine import Pin
import time

button_story = Pin(10, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
button_material = Pin(11, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
button_author = Pin(12, Pin.IN, Pin.PULL_UP)

while True:
    if button_story.value() == 0:
        print("按下：作品故事（GP10）")
        time.sleep_ms(300)

    elif button_material.value() == 0:
        print("按下：使用材料（GP11）")
        time.sleep_ms(300)

    elif button_author.value() == 0:
        print("按下：設計作者（GP12）")
        time.sleep_ms(300)

若按下按鈕沒有訊息，先不要修改主程式；請檢查按鈕兩腳是否接在正確的兩側、是否真的接到 GND，以及 GPIO 編號是否與實際接線一致。

4. 超音波感測器單獨測試

先讓 HC-SR04 只負責顯示距離。手持物品靠近感測器，距離數字應逐漸變小；移開後數字應逐漸變大。這一步可協助確認 TRIG、ECHO、分壓電阻與共地是否正確。

from machine import Pin, time_pulse_us
import time

trig = Pin(14, Pin.OUT)
echo = Pin(15, Pin.IN)

def get_distance():
    trig.value(0)
    time.sleep_us(2)
    trig.value(1)
    time.sleep_us(10)
    trig.value(0)

    try:
        duration = time_pulse_us(echo, 1, 30000)
        if duration < 0:
            return 999
        return duration * 0.0343 / 2
    except OSError:
        return 999

while True:
    print("距離：", round(get_distance(), 1), "cm")
    time.sleep_ms(500)

超音波測試提醒：HC-SR04 對柔軟衣物、斜面、細小物件與遠方牆面，可能出現不同反射距離。正式程式使用七筆中位數濾波與五秒離場確認，就是為了避免單次量測跳動而重複播放語音。

5. 善用 Thonny Shell 找問題

開發時保留 print()，例如印出「播放音檔」、「按鈕名稱」與「原始／濾波後距離」。
測試成功後，再將頻繁執行的距離列印註解掉，避免 Shell 訊息太多、影響觀察。
每次只修改一小段程式，儲存、執行、確認結果，再進行下一步；不要一次改接線與程式邏輯。
出現錯誤時，先看 Shell 最後一行的錯誤類型與行號；例如 OSError 常與感測器量測或接線有關。
看到 MPY: soft reboot 是 Thonny 重新執行 Pico W 程式的正常訊息，不是硬體故障。

6. 整合測試紀錄表

測試項目	預期結果	測試結果
通電開機	播放 004.mp3 系統開機訊息	□ 通過　□ 待調整
有人靠近	只播放一次 005.mp3 歡迎詞	□ 通過　□ 待調整
GP10 按鈕	播放 001.mp3 作品故事	□ 通過　□ 待調整
GP11 按鈕	播放 003.mp3 使用材料	□ 通過　□ 待調整
GP12 按鈕	播放 002.mp3 設計作者	□ 通過　□ 待調整
參觀者離開	連續約五秒離場後播放 006.mp3	□ 通過　□ 待調整

八、測試與展示前檢查

確認 Pico W、JQ6500、HC-SR04 的 GND 全部共地。
確認 HC-SR04 的 ECHO 已通過分壓電阻才連到 GP15。
確認 microSD 卡使用 FAT32，音檔以 001.mp3 到 006.mp3 連續命名並依序放入。
通電後確認播放 004.mp3；靠近後確認只播放一次 005.mp3。
測試 GP10、GP11、GP12，確認分別播放作品故事、使用材料、設計作者。
離開感測範圍後，確認約五秒才播放 006.mp3，避免感測值偶爾跳動造成重複播放。

音檔管理建議：JQ6500 對 microSD 的檔案順序較敏感。建議先將記憶卡格式化為 FAT32，再依序放入 001.mp3 至 006.mp3，中間不要缺號。日後若新增內容，可接續使用 007.mp3、008.mp3，並同步修改程式中的播放編號。

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2026年9月6日星期日