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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:李慶淵
研究生(外文):Lee,Ching-Yuan
論文名稱:無線溫度感測器節點之設計
論文名稱(外文):Design of Wireless Simple Node with a Temperature Sensor
指導教授:莊添民
指導教授(外文):Zhuang,Tian-Min
學位類別:碩士
校院名稱:中華大學
系所名稱:電機工程學系(所)
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:44
中文關鍵詞:無線節點nRF24LE1 處理器DS1821溫度感測器傳輸距離
外文關鍵詞:SensorRF transceiverSimple NodenRF24LE1DS1821
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隨著科技的進步,對於環境的指數變化監測也越重視,在家庭自動化方面,為了能做到節能減碳的目的及居家的安全,家庭導入自動化環境監測有其必要。在室內溫度及濕度方面,以往的作法,都是憑藉個人對溫度及濕度的感受進行之間的調節,因為未能多區域的溫度及濕度監控,造成空調多餘的浪費及地球資源的消耗,更增加二氧化碳的排放量,造成溫室的效應。目前家庭自動化的發展趨勢在整合多種感測器(溫度、濕度、紅外線、光亮度及霍爾感測器),使其可達到全面監控的目的,搭配其他家庭電器,可達成家庭自動化及安全控制。
本論文將發展重點擺在無線溫度感測器節點之設計,此節點係以Nordic nRF24LE1 為核心處理器並藉由本身的RF transceiver 進行數據的傳輸,其傳輸頻段為ISM 2.4GHz,不需特別申請無線頻率使用執照,並搭配 Dallas之DS1821溫度感測器。兩者皆為低功率消耗之IC,功率消耗在發射模式為14.7mW,而在待機模式只有9uW,因此本系統可大大延長其使用時間,且傳輸距離亦可達20公尺以上。

As technology advances, changes in the environment monitoring index the more attention, in the home automation, in order to achieve the purpose of saving energy and reducing carbon and home security, home automation into environmental monitoring is necessary. Indoor temperature and humidity, past practice, all with individual pairs of temperature and humidity of the feelings between the adjustment for because it can not multi-region temperature and humidity control can be achieved by a comprehensive monitoring purposes with other home appliances, can reach home automation and security control. The trend of home automation is on the integration of multiple sensors (temperature, humidity, infrared, light intensity and Hall sensors), so that it can achieve the full purpose of monitoring, along with other household electrical appliances, the requirement of digital life and home security can be fulfilled.
This thesis focuses on the design of wireless simple node with temperature sensor. Our simple node uses Nordic nRF24LE1 core processor with its own RF transceiver for data transmission. The transmission spectrum is in the ISM band,2.4GHz, to avoid special licenses for radio frequency use. The companion temperature sensor is Dallas DS1821. Since both ICs are low power consumption, the power are 14.7mW and 9uW on Tx mode and standby mode respectively. This will fully extend its usage time and in the meantime, the transmission distance is over 20 meters.

摘 要.......................................ii
ABSTRACT...................................iii
致謝........................................iv
目錄........................................v
第一章 序論 ..................................1
1-1研究背景與動機 .............................1
1-2研究目的...................................2
1-3 研究步驟與流程.............................3
第二章 家庭自動化與IEEE802.15.4/Zigbee之介紹.....4
2-1家庭自動化之定義.............................4
2-2家庭自動化之目的.............................4
2-3家庭自動化之影響.............................5
2-4 IEEE802.15.4之規範.........................6
2-5 ZigBee 之規範及應用.........................10
第三章 無線溫度感測器系統架構原理與設計.............15
3-1 系統架構....................................15
3-2 nRF24LE1 RF IC 規格及方塊圖..................16
3-3 感測器之種類及規格............................20
3-4 硬體規劃.....................................24
3-5 韌體規劃.....................................26
第四章 天線匹配與系統數據量測.......................29
4-1 天線設計與模擬................................29
4-2 無線溫度感測系統完成...........................31
4-3 無線發射功率與阻抗量測.........................37
4-4 系統功率消耗..................................41
第五章 結論.......................................42
5-1 分析討論......................................42
5-2系統之延伸及未來之應用...........................42
參考文獻..........................................44

[1] J.-H. Chang and L. Tassiulas, "Routing for maximum system lifetime in wireless ad hoc networks," presented at the 37th Annu. Allerton Conf. Communication, Control, and Computing, Monticello, IL, Sept. 1999.
[2] J.-H. Chang and L. Tassiulas, "Maximum lifetime routing in wireless sensor networks," presented at the ATIRP Conf., College Park, MD, Mar. 2000.
[3] M. Ettus, "System capacity, latency, and power consumption in multihop-routed SS-CDMA wireless networks," in Proc. IEEE Radio and Wireless Conf. (RAWCON'98), Colorado Springs, CO, Aug. 1998, pp. 55-58.
[4] 鄧聖明、蔡慶龍、柏小松,天線設計與應用-使用Ansoft HFSS 模擬器,鼎茂圖書出版股份有限公司。民國98年。
[5] 陳華明,天線設計-HFSS 模擬應用,全華圖書股份有限公司。民國99年。
[6] 袁杰,高頻通信電路設計—主動網路,全華圖書股份有限公司。民國82年。
[7] 朱紹堯,天線原理與設計,全華圖書股份有限公司。民國81年。
[8] 李齊雄、游國幹,8051 單晶片微電腦原理與應用,儒林圖書有限公司。民國84年。
[9] 瞿雷、劉盛德、胡咸斌,ZigBee技術及應用,北京航空航天大學出版社。民國96年。

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