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建構生物環境
無線感測伺服器系統
國立台灣大學生物產業機電工程學系
指導教授：方煒 博士
報告人 ：蕭仲興
2006 06.14


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研究目的
1.環境資訊蒐集
溫度量測
 溼度量測
 水位偵測


2.即時控制
3.監測作業


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無線監測系統的問題
 體積
 電源
 連線品質


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系統設計架構
無線區域網路

網際網路

PIC server + 無線 AP

感測器

控制器


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PIC介面卡
9v Input
4 Analog input
8 Digital IO
RJ45
Serial Port


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PIC 介面卡


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PIC 16F877A







電壓的部份是需要8V、100mA的輸入
在硬體上它擁有四組類比輸入點
一組穩定的5V輸出
八組數位的I/O port
一顆 Ethernet 控制器


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PORT A


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PORT E


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I/O PORT硬體接腳介紹

PORTA + PORTE + 數位輸出腳x4 + 5V電源


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設定方式
 RS-232(串列通訊)

 Internet

(HTTP)


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RS-232


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類比輸入

數位輸入

數位輸出


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感測器介紹
含水率(ECH2O-10、 ECH2O-20)
 溫度(Decagon溫度感測器、RHU-300M 、


AD590)


水位開關


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ECH2O-10、20

土壤含水率感測器
使用規格:
2.5V輸入
線性輸出


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Decagon溫度感測器

使用規格:
電源供應: 2.5-5V

線性輸出


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Decagon感測器使用


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AD590溫度感測器

使用規格:
12V電源供應
線性電流輸出


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AD590量測方式

V out
V out


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RHU-300M溫溼度模組
電源提供: 5V

溫度: 0-5V
濕度: 0-5V


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溫度感測
70
2

y = -8.0347x + 49.5x - 11.598
2
R = 0.9961

60
50

t

40
30
20
10
0
0

0.5

1

1.5
v

2

2.5


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rh

濕度感測
100

y = 33.59x - 0.9079

80

R2 = 0.9999

60
40
20
0
0

0.5

1

1.5
v

2

2.5

3


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LM35溫度感測IC
使用範圍: -55℃ - +150 ℃
 工作電壓: 4v – 30v
 輸出訊號特性: 電壓訊號(10mV/ ℃)
 具有線性輸出的特性



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不同形式水位開關


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抽
水
馬
達
運
作
圖


Slide 28

感測器電源供應

EC-10、EC-20 : 2.5V
 RHU-300M : 5V
 AD-590: 12V
 水位感測器 : 3V以上



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感測器電源供應電路圖


Slide 30

控制方法
PIC SERVER

固態繼電器
電晶體+繼電器

控制元件

控制器


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自製的第一代系統

硬體功能說明


Slide 32

固態繼電器


Slide 33

負載介紹
AC 110風扇
AC 220V鹵素燈


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Slide 35


Slide 36

回傳影像與控制網頁畫面


Slide 37

實驗操作方式


Slide 38

檔案記錄方式

Real Time Data

ACCESS資料庫


Slide 39

相對濕度

80
70
60
50
40
30
20
10
0
0

200

400

600

800

1000

時間

RHU-300M相對溼度-時間曲線圖

1200

1400


Slide 40

35
30

溫度

25
20
15
10
5
0
0

200

400

600

800
時間

RHU-300M溫度-時間曲線圖

1000

1200

1400


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自製的第二代系統

硬體說明


Slide 42

觀賞花卉栽培容器遠端監控系統


功能
遠端盆栽監控
超音波加濕器
紅、白光源照射


Slide 43

加濕器電源線
IP Camera電源

固態繼電器SSR x
3

紅光LED電源線

PICNIC卡電源

白光LED電源線
無線AP

加濕器電源

12V電源供應器
提供紅光LED

PICNIC 卡

24V電源供應器提供白
光LED


Slide 44

FS + AP
IP Camera
紅光LED

RHU-300M
溫溼度感測器

觀賞盆栽
白光LED

水槽
水位開關

超音波加溼器


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類比輸入
RA0 (AI)

空氣溫度

RHU-300M

RA1 (AI)

空氣溼度

RHU-300M

RA2 (AI)

介質含水率

Decagon之ECH2O-20

RA3 (AI)
RA4 (AI)

介質溫度
PICNIC內部溫度

Decagon之T sensor


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數位輸入與輸出
高水位

一般水位

低水位

RB0 (DI)
RB1 (DI)
RB2 (DI)

HIGH
HIGH
未用

HIGH
LOW

LOW
LOW

RB3 (DI)

未用

RB4 (DO)

紅光LED on

紅光LED off

RB5 (DO)

白光LED on

白光LED off

RB6 (DO) 水位開關供電 水位開關斷電
RB7(DO) 超音波加溼器on 超音波加溼器off


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連線主頁面


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資料庫讀取頁面


Slide 49

結論-感測與控制




感測器
溫度: Decagon溫度感測器、LM35 、AD590、 RHU-300M
溼度： RHU-300M
水位: Level Switch公司
含水率: Decagon 公司
控制器
鹵素燈、 LED燈具、風扇、超音波加濕器


Slide 50

結論-資料蒐集
使用軟體-VB.NET
 資料蒐集


感測器數據(類比、數位) 、控制器即時狀態


即時控制
即時單一控制


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遠端監控軟體介紹

生物機電所
碩二 雷華德


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遠端監控的目的及應用
 生產自動化

- 傳統產業
- 高科技產業
 每個步驟都受到微電腦的控制及記錄
 管理者不管身在何處，都可對這微電
腦進行資料存取及控制硬體的動作


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傳統的監控
線路繁雜
- 偵測點不均勻
- 耗費成本
- 訊號衰減
 即時資訊無法讓身處遠地的管理者了解現場
狀態
 監測地點必須置放一台電腦



Slide 54

現代化監控
有線變無線
 微電腦晶片搭配電路設計後，具有：
- 類比輸入
- 數位輸入及輸出
- 通訊及處理資訊的能力
 一張介面卡即可代替整台電腦
 資料以有線或是無線傳輸的方式送到資料
收集中心或基地台



Slide 55

核三廠監測

（林, 2003）

（林, 2003）


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生產履歷的應用
建立了可追溯的農產品生產履歷管理系統
（方, 2003）
-ＰＤＡ下載所需巡視農田的基本資料
-利用全球衛星系統即時定位記錄現場管
理情形
-影像監控傳輸
-消費者可在生產履歷資訊系統網站查詢



Slide 57

日本農業總合研究所創的田間伺服器(Field
Server, FS)
 美國柏克萊大學所創的無線感測網路
(Wireless Sensor Network, WSN)
 NASA 噴射引擎實驗室(JPL)所建的感測網
（Sensor Web，SW）
 在生態觀察或農業環境監控，災害防治上
都可提供相當大的幫助



Slide 58

傳輸協定與模式
TCP/IP（ Transmission Control Protocol /
Internet Protocol ）
- 確保資料傳送的準確性和連續性
 UDP（User Datagram Potocol ）
- 接收端亦不會有回應產生及進行檢查以確
認是否收到重複或遺失的封包
- 每個UDP的表頭都包括來源和目的的埠號



Slide 59

資料庫
微軟的Access資料庫軟體
 SQL資料庫管理軟體
 甲骨文公司的Oracle
 免費的MYSQL



Slide 60

Access與SQL比較差異
特徵
資料庫大小
資料庫物件

MS SQL Server 2005
TB
2,147,483,647

MS Access 2002 (JET)
2 GB
32,768

同時使用者數目

無限制
即時還原；容錯移轉
叢集支援
與 Windows 2000 和
Windows NT 的安
全性整合

255

失敗還原
安全性
Analysis
Services(資料
倉儲、資料擷
取和 OLAP)
SMP 系統支援

可復原到最後一次備份
工作群組資訊檔為基礎

內建

無

內建

無


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資料庫的建立與連線


Slide 62

電腦裡所能使用的Provider


Slide 63

圖形化介面
（ G raphical U ser Interface ）
讓不會使用命令行的使用者對作業系統進
行指令輸入
 設計得當的圖形畫面得以幫助使用者快速
了解與尋找功能
 統一的操作方式
 快速熟悉其他程式的操作



Slide 64

程式設計規劃


Slide 65

程式功能介紹


Slide 66

Logo


Slide 67

多重設計介面(MDI)


Slide 68

程式設定


Slide 69

紀錄功能設定


Slide 70


Slide 71


Slide 72


Slide 73

FTP 傳輸


Slide 74

GSM設定


Slide 75


Slide 76

測試畫面


Slide 77

控制設定


Slide 78


Slide 79

監控畫面


Slide 80


Slide 81


Slide 82


Slide 83


Slide 84

資料庫監視


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簡訊通知


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24小時趨勢圖


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Slide 90


Slide 91

資料的重現與搜尋


Slide 92


Slide 93

記憶體分割
大量資料顯示時
將耗費相當大的系統資源!!!


Slide 94

資料的搜尋


Slide 95

按日期搜尋


Slide 96

資料格式的轉換


Slide 97

報告完畢
謝謝聆聽