臺灣博碩士論文加值系統

本論文提出一個具有節能省電、遠端監控路燈、環境狀態的自動化環境監控路燈系統，可大幅提升傳統路燈的附加功能，並可與智慧監控系統整合以提升道路安全。此自動化環境監控路燈之系統使用一單晶片微處理機ATmega32與數個LED路燈控制模組組成，並與Arduino 控制板連接，再利用LoRa低功耗廣域網路系統將控制訊息傳輸到中央控制器進行資料分析與控制，中央控制器可使用一般PC或工業電腦，系統管理者經由螢幕上的使用者圖控介面可輕易設定個別或群組 LED路燈的控制模式或者監看各個路燈回報之狀態信息。個別路燈可依據時間與週遭環境之需求，適當地自動控制燈的明滅及亮度以降低能源的消耗。環境監控部分採用Arduino 控制板連接各種感測器（溫濕度感測器、PM2.5感測器、CO感測器…等），並利用LoRa系統將感測訊息傳輸到中央控制器進行資料分析與相關運用。因此與傳統路燈相較下，本論文提出的自動化環境監控路燈系統具可隨時間、車流、人流自動控制路燈的開啟與亮度並且可以監控周遭的環境狀況之特色。

關鍵詞：智慧型路燈、LED、環境監控

This paper presents an automatic environment monitoring street lamp system to reach energy saving, remote lamp and environment status monitoring objects. This study significantly integrated with the smart monitoring systems to increases the powerful functions for enhancing road safety. This automated environment monitoring system uses a single-chip microprocessor ATmega32 in combination with several LED street light control modules, which is connected into the Arduino control board. The LoRa (Low Power Wide Area Network ) communication module is developed to transmit control messages to the central controller. For data analysis and control purposes, a general PC or industrial computer can be regarded as the central controller. The system administrator can easily set the control mode of individual or group LED street lights to monitor the status information of each street light return via the friendly graphic control interface. An individual street light is automatically regulated the brightness and extinction of lights to reduce the energy consumption according to the defined purposes of the time saving and surrounding environment monitoring. The Arduino control board connects various sensors (temperature and humidity sensors, PM2.5 sensors, CO sensors, etc.), and the LORA communication module is used to sense the information. Collect data is transferred into the central controller for material analysis and its related applications. Compared with the traditional street lamp, the automatic environment monitoring street lamp system put forward in this thesis has the characteristics that the lighting and brightness of the street lamp are controlled based on the time schedule, traffic flow, pedestrian flow, and the surrounding environment changes from the monitored environments.
Key word: Smart street light, LED, environmental monitoring

博碩士紙本論文著作權授權書 ii
國立金門大學碩士學位論文考試審定書 iii
自動化環境監控路燈系統 iv
摘 要 iv
誌 謝 vi
目錄 vii
圖目錄 ix
表目錄 x
符號說明 xi
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機與目的 3
1.3 論文架構 6
第二章 LED道路照明之相關特性介紹 7
2.1 LED 相關特性介紹 7
2.1.1 LED 的發光原理及構造 7
2.1.2 白光 LED 的製造技術 9
2.1.3 LED 的應用領域 10
2.1.4 LED 的調光技術 10
2.2 傳統道路照明光源的介紹 15
2.2.1 螢光燈 15
2.2.2 水銀燈 16
2.2.3 高壓鈉燈 18
2.2.4 複金屬燈 18
2.2.5 各類路燈光源之比較 19
2.3 各類道路用偵測器介紹 20
2.3.1 紅外線偵測器 20
2.3.2 超音波偵測器 22
2.3.3 微波雷達偵測器 22
2.3.4 環路線圈式偵測器 22
2.3.5 影像式偵測器 24
2.3.6 無線射頻偵測器 24
第三章 環境監控系統介紹 25
3.1 設備元件介紹(感測器) 25
3.1.1 麵包板 25
3.1.2 PM2.5感測器 26
3.1.3 濕度感測器 27
3.1.4 溫度感測器 28
3.1.5 CO感測器 29
3.2 感測器結合 30
3.2.1 感測器模組與Arduino結合 30
3.2.2 LoRa連接 31
3.2.3 Arduino單晶片 31
3.2.4 影像式偵測器 32
3.2.5 計算平均照度 32
第四章 LPWAN低功耗廣域網路（Low Power Wide Area Network）介紹 33
4.1 LoRa（Long Range）系統 33
4.1.1 LoRa特性 33
4.1.2 LoRa應用 34
4.1.3 LoRa的網路架構 35
4.1.4 LoRa產業鏈 37
4.2 NB-IoT傳輸系統 38
4.2.1 NB-IoT特性 38
4.2.2 NB-IoT應用 39
4.2.3 NB-IoT網路架設 41
4.2.4 NB-IoT發展 41
4.2.5 車聯網應用 42
第五章「自動化環境監控路燈系統」之實際運作說明 43
5.1 「自動化環境監控路燈系統」之實際運作說明 43
5.2 「 自動化環境監控路燈系統」之設計理念 44
5.3 以模型實現自動化環境監控路燈系統 45
5.4 模型尺寸 45
5.5 預設道路類型 46
5.6 路燈控制平台之電路架構 47
5.7 控制系統之程式開發 50
5.8 系統整合 51
第六章研究結果與分析 53
6.1 收集實驗數據 53
6.2 分析實驗數據 56
6.2.1各地區數據比較 62
6.3 成果評估 66
6.4 結論 67
6.5 未來研究方向 68
參考文獻 69

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