臺灣博碩士論文加值系統

環境感測器在現今物聯網應用中最具潛力，因為環境偵測和一般人生活息息相關。其中氣體感測器有極大發展潛力和市場商機。而本篇論文採用半導體式氣體感測器，其成本較低，但是精度也相對於其他技術製造的氣體感測器低，因此需要校正讓半導體式的氣體感測器品質能夠更好。

本論文重點在於研究自動校正氣體感測器方法，並撰寫軟體和韌體驗證校正方法的可行性。由Host端透過UART主導命令的發送，並由Master Board透過I2C轉傳命令到Sensor Module，Sensor Module收到命令後再將資料回傳或者存儲資料。最後Host端會有Log檔，方便使用者察看校正結果。

最後第六章的測試，驗證了定義的Protocol是可使用的，並可實現氣體感測器校正。

Environmental sensors are the important roles in the current Internet of things applications because environmental detection is closely related to human life. Gas sensors of the environmental sensor have great development potential and market opportunities. In this thesis, semiconductor gas sensors have been used to build up the low cost digital output gas sensor module. However, the accuracy of the semiconductor gas sensor was lower than other chemical gas sensors and need to be calibrated to improve the sensor quality.

This work was focused on the implementation of automatic calibration system for digital type gas sensors, including the PC terminal software programming, control master / sensor slave hardware and firmware design. The Master Board received commands from Host PC and passed to Sensor Module or received responses from Sensor Module and passed to Host PC. Finally, the Host PC builds Log reports to system manager for reviewing the calibration results.

The verification results of Host commands and digital sensor protocol have been discussed in Chapter 6 and shown very good agreement with all defined specifications.

摘要 i
Abstract ii
致謝 iii
目錄 iv
表目錄 viii
圖目錄 ix
第一章 序論 1
1.1 研究動機 1
1.2 論文概要 2
第二章 感測器自動校正系統架構 3
2.1 感測器自動校正系統整體架構 3
2.2 Gas Chamber Introduction 4
2.3 標準氣體感測器介紹 6
2.4 感測器自動校正系統硬體架構 7
2.4.1 感測器自動校正Power Board架構 8
2.4.2 感測器自動校正Master Board架構 9
2.4.3 感測器自動校正Sensor Board架構 10
2.4.4 感測器自動校正Sensor Module架構 11
第三章 感測器自動校正軟體與韌體規劃 12
3.1 校正流程規劃 12
3.1.1 校正構想 12
3.1.2 Sensor Module校正運作 13
3.1.3 PC端與Master 端與Sensor端通訊Scenario 13
3.1.4 Calibration Scenario 15
3.2 Command Set 16
3.3 Command 封包格式 17
3.3.1 PC與Master Board UART通訊 17
3.3.2 Master Board 與 Sensor Module I2C通訊 17
3.4 軟體撰寫架構 20
3.5 韌體撰寫架構 20
3.5.1 Master Board韌體規劃 20
3.5.2 Sensor Module韌體規劃 21
第四章 感測器自動校正軟體設計 22
4.1 主程式流程圖 22
4.1.1 初始化流程圖 23
4.1.2 事件觸發流程圖 24
4.1.3 ADAM6017流程圖 27
4.1.4 UART流程圖 29
第五章 感測器自動校正韌體設計 31
5.1 感測器自動校正Master Board主程式流程圖 31
5.1.1 微處理器初始化流程圖 32
5.1.2 資料判斷和處理流程圖 34
5.1.2.1 parser_uart_format副程式 34
5.1.2.2 parser_i2c_format副程式 36
5.1.2.3 Move_uart_data_to_i2c副程式 38
5.1.2.4 Move_i2c_data_to_uart副程式 39
5.1.2.5 i2c_select_column副程式 40
5.1.2.6 i2c_select_row副程式 41
5.1.3 I2C流程圖 42
5.1.4 UART流程圖 43
5.2 感測器自動校正Sensor端主程式流程圖 44
5.2.1 初始化流程圖 45
5.2.2 資料判斷和處理流程圖 46
5.2.2.1 Power_on副程式 46
5.2.2.2 Power_off副程式 47
5.2.2.3 write_flash副程式 48
5.2.3.4 erase_flash副程式 49
5.2.3 I2C流程圖 50
5.2.4 Heater 加熱流程圖 52
5.2.5 讀取PPM流程圖 53
第六章 感測器自動校正測試 55
6.1 感測器自動校正測試架構 55
6.2 感測器自動校正Command Set測試 55
6.2.1 Command Set (0x10)測試 57
6.2.2 Command Set (0x20)測試 58
6.2.3 Command Set (0x3N)測試 59
6.2.4 Command Set (0x40)測試 60
6.2.5 Command Set (0x41)測試 61
6.2.6 Command Set (0x51)測試 62
6.2.7 Command Set (0xC0)測試 63
6.3 自動校正軟體測試 64
第七章 結論與未來展望 66
7.1 結論 66
7.2 未來展望 66
參考文獻 67

[1]Advantech ,ADAM-6000 Serial User Manual,Rev.4 - June 2011
[2]Dräger Safety AG & Co. KGaA,Polytron7000 manual,Rev5 – April 2007
[3]Silicon Labs,EFM8BB1 Reference Manual,Rev2
[4]Nexperia,74HC154 Datasheet ,Rev.7 - 29 February 2016
[5]Nexperia,74HC595 Datasheet,Rev.8 - 25 February 2016