臺灣博碩士論文加值系統

智慧家庭是物聯網(IoT)的一環，根據統計資料2020年物聯網的產值可達到3.7 billion，所以各家廠商無不積極投入相關IC(如Realtek(瑞昱)公司之Ameba)及系統應用(如ASUS公司之SmartHome)之開發；參考ASUS SmartHome的架構，一個智慧家庭應該在家電操控、多媒體影音播放及安全監控均能達到自動化才算具備雛型，實驗室前期學長即以此為目標進行相關內容的開發；本論文開發之智慧家庭係在前期學長論文之大架構下改進並增進，在家電操控與多媒體影音播放方面除加強網頁與雲端伺服器(含資料庫)的建置外，亦將其操控能力提升至可在數位電視上操作，若有需要固定螢幕亦可改成移動螢幕(由自走車與Kinect來達成)，至於安全監控方面則是以爐火安全監控為重點來進行開發。
爐火安全監控系統為本論文之核心，系統包含感測器端與監控端設備兩部分，感測器端設備係由爐火溫度感測裝置(採用Thermal Pile與Camera)、控制器、藍牙資料傳輸系統及爐火啟閉機制器等模組所組成；感測器端負責將家中爐火之溫度、爐火使用之現況與一氧化碳的濃度等資料送往雲端資料庫供參考，以及接受命令操控爐火的開啟與關閉，藍牙資料傳輸系統係採用BLE模式(Bluetooth Low Energy)，平均電流功耗極低，可使得整個系統擁有更長的電池壽命；監控端包含藍牙Gateway、WiFi AP、數位電視機上盒及手機等模組，藍牙Gateway負責將信號轉成WiFi信號並透過WiFi AP分別與數位電視機上盒、手機及雲端資料庫做聯繫，其相互間之操控動作均可由其上內建之APP來執行，使用者可在電視或手機上直接觀看家中爐火的使用情形，並可視需要關閉瓦斯；爐火安全監控系統所設計之監控端可與其他智慧家庭之控制中心直接進行整合，以增加原智慧家庭相關設備之效益。

Smart home is part of Internet of Thing (IoT). Statistics show that the total benefit of IoT will reach 3.7 billion in 2020, Thus various manufacturers are all actively involved in the development of related IC (such as Ameba of Realtek) and system applications (such as SmartHome of ASUS). Referring to SmartHome of ASUS, a smart home should at least include the automation of controlling home appliances, multimedia player, and security surveillance, which have been focused and targeted by our lab. This thesis aims at continuing the development of the structure of smart home, which was firstly proposed by senior graduates. The control system of home appliances and multimedia player can operate on digital TV (monitors can also be mobile if needed by using mobile robot with Kinect), and the construction of webpage and cloud server (database included) was also upgraded. As for security surveillance, the development of this thesis focused on the monitoring system for gas leakage.
The monitoring system which includes sensors and monitoring devices for gas leakage is the core of this thesis. The sensors are composed of stove temperature sensing devices (using Thermal Pile and Camera), controllers, Bluetooth transmission system, and stove shut-off switch. The sensors transmit the data to the cloud server such as the temperature, current status of the stove, and concentration of carbon monoxide, and also receive the command to shut off the stove. Bluetooth data transmission system using BLE (Bluetooth Low Energy) mode can retain in longer battery life due to low power consumption. Monitoring devices include Bluetooth Gateway, WiFi AP, digital TV box, and cellular phone. Bluetooth Gateway communicates with digital TV box, cellular phone, and cloud server via WiFi, that is controlled by built-in APP. The user can monitor the stove status and shut off the gas if needed. The monitoring devices for smoke and fire detection system can be integrated with other smart home control systems to achieve more comprehensive performance.

摘 要 i
Abstract ii
誌 謝 iii
目 錄 iv
表目錄 viii
圖目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 研究方法 4
1.3 論文架構 6
第二章 系統架構 7
2.1 系統架構 7
2.2 家電自動化控制系統架構 8
2.3 多媒體影音播放系統架構 9
2.3.1 多媒體影音伺服器(含資料庫)規劃 10
2.3.2 多媒體影音播放系統遠端遙控方式規劃 12
2.3.3 Kinect搭配多媒體影音播放系統使用之構想 12
2.4 安全監控系統架構 13
2.5系統開發之軟硬體需求 16
2.5.1 硬體部分 16
2.5.1.1 Gateway控制器 16
2.5.1.2 溫度感測器模組 17
2.5.1.3 WiFi模組 18
2.5.1.4 藍牙BLE模組 19
2.5.1.5 影像和感測器控制模組(Arduino Yun及Raspberry Pi 2) 22
2.5.1.5.1 Arduino Yun 22
2.5.1.5.2 Raspberry Pi 2樹莓派 23
2.5.1.6 Kinect人體偵測感應裝置 25
2.5.2 系統軟體部分 25
2.5.2.1 機上盒與Gateway開發所需之Eclipse 25
2.5.2.2 網頁伺服器開發所需之WAMP 26
2.5.2.3 Client/Server資料傳輸軟體協定 28
2.5.2.4 Node.js 30
2.5.2.5 Kinect軟體需求 31
第三章 系統設計 33
3.1 家電自動化與雲端影音多媒體系統 33
3.1.1 家電自動化設計 33
3.1.2 家電自動化軟硬體設計 34
3.1.3 家電自動化系統與伺服器通訊設計 37
3.1.4 多媒體播放及遙控同步播放功能 38
3.1.5 利用Kinect完成移動螢幕的設計 41
3.1.5.1 Kinect人體追蹤系統架構 41
3.1.5.2 Kinect骨架偵測與追蹤系統設計 42
3.1.5.3 自走車移動設計 44
3.2 安全監控系統 47
3.2.1 感測器端軟硬體設計 47
3.2.2 電視機上盒與手機遠端介面設計 49
3.2.3 爐火定時倒數功能 53
3.2.4 藍牙BLE(Bluetooth Low Energy) 55
3.2.5 Gateway BLE連線設計 56
3.2.6 Gateway轉傳功能設計 59
3.2.7 異常簡訊通知系統設計 61
3.2.8 DTMF撥打電話功能設計 62
3.2.9 即時監控影像串流 64
3.2.10 雲端資料儲存與資料庫設計 65
3.2.10.1資料儲存 65
3.2.10.2資料庫設計 67
3.2.11 智慧登錄系統設計 68
3.2.12 雲端資料查詢功能設計 69
第四章 系統測試與驗證 72
4.1 自動控制功能測試 72
4.1.1 溫溼度測試 72
4.1.2 自動照明功能測試 73
4.1.3 RFID門禁功能測試 73
4.2 多媒體功能測試 74
4.2.1 遠距離同步功能測試 74
4.2.2 智慧登入系統測試 75
4.2.3 Kinect追蹤測試 76
4.3 爐火安全監控系統功能測試 77
4.3.1 遠端觀看測試 77
4.3.2 遠端關閉爐火測試 78
4.3.3 定時功能測試 79
4.3.4 瓦斯濃度超標功能測試 80
4.3.5 預防災害擴大機制與通報功能測試 82
4.3.6 資料庫查詢功能測試 83
4.4 特殊功能可靠度測試 85
4.4.1 RFID可靠度測試 85
4.4.2 瓦斯開關關閉測試 85
4.4.3 瓦斯遮斷閥切斷測試 86
4.4.4 Thermal pile溫度與距離測試 86
4.4.5 DTMF撥號測試 86
4.4.6 簡訊通知測試 87
4.4.7 遠端即時觀看測試 87
第五章 結論及未來展望 89
5.1 結論 89
5.2 未來展望 90
參考文獻 91
附錄 94

[1]蔡忠儀，“無線家用型有毒氣體(一氧化碳、瓦斯和煙霧)警報系統”，國立中正大學通訊工程研究所，碩士論文，2005年7月。
[2]葉昆耀，“Android 雲端無線感應網路監控系統”，崑山科技大學電機工程研究所，碩士論文，2013年6月。
[3]Smart Home智慧建築系統整合方案(http://www.asuscloud.com/ppt/2014_9.pdf)
[4]內政部消防署(http://www.nfa.gov.tw/)
[5]楊哲瑋，“智慧生活平台整合之開發”，明新科技大學電子工程研究所，碩士論文，2014年6月。
[6]基於WAMP的簡體中文的Moodle架設與性能優化(http://www.izhouran.com/6628.html)
[7]ARM Cortex A9 DMA-IMX6Q開發平台，長高科技股份有限公司，官方網頁 (http://www.dmatek.com.tw/tn/viewproc.asp?id=1814)
[8]melexis.com (http://www.melexis.com/Asset/IR-sensor-thermometer-MLX90614-Datasheet-DownloadLink-5152.aspx)
[9]HLK-RM04無線路由器、串口轉乙太網、串口轉WIFI模組，百度空間(http://hi.baidu.com/hlktech/item/9a224b5378e35517abf6d7de)
[10]什麼是藍牙4.0何謂BLE? 藍牙4.0的特色、介紹、技術 (http://s90304a123.pixnet.net/blog/post/43179931-%E8%97%8D%E7%89%994.0-ble)
[11]Arduino Yun中文介绍 (http://www.openjumper.com/arduino-yun-chinese-2/)
[12]樹莓派， 維基百科，自由的百科全書 (https://zh.wikipedia.org/wiki/樹莓派)
[13]Kinect for Windows，Microsoft，官方網站 (https://www.microsoft.com/en-us/kinectforwindows/)
[14]Eclipse 官方網頁 (http://www.eclipse.org/)
[15]關於PHP的故事(http://www.ncu.edu.tw/~w3meng/train97/winginwind/class1/story.htm)
[16]php網頁課程一(http://www.ncu.edu.tw/~w3meng/train97/winginwind/class1/)
[17]PHP， 維基百科，自由的百科全書 (https://zh.wikipedia.org/wiki/PHP)
[18]領先技術 - 瞭解 WebSocket 的功能 (https://msdn.microsoft.com/zh-tw/magazine/hh975342.aspx)
[19]Autobahn for android (http://autobahn.ws/android/)
[20]Kinect for Windows 開發 (https://msdn.microsoft.com/zh-tw/hh367958.aspx)
[21]Microsoft Visual Studio， 維基百科，自由的百科全書 (https://zh.wikipedia.org/wiki/Microsoft_Visual_Studio)
[22]WebSocket， 維基百科，自由的百科全書(https://zh.wikipedia.org/wiki/WebSocket)
[21]Microsoft Visual Studio， 維基百科，自由的百科全書 (https://zh.wikipedia.org/wiki/Microsoft_Visual_Studio)
[22]WebSocket， 維基百科，自由的百科全書(https://zh.wikipedia.org/wiki/WebSocket)