臺灣博碩士論文加值系統

本論文開發一個以 ZigBee 平臺為基礎，應用於長期照護系統。拜科技及醫學進步之賜，人類活得歲數是愈來愈長。再加上某些目前現代的年輕族群不想要生育下一代，或是只有一胎化等等的情況下，造成了社會年齡層分佈不均的現象。為了避免在不久的將來高齡者生活缺乏家人的照顧，或是行動不便的人。以及在老人安養中心等等的，但缺乏家人或是晚輩的照顧，於是發展出一個可以減少人力，提高醫療照護效率及容易監控的設備。

有鑑於此，故採用了目前最先進之技術， MICROCHIP 的 PICDEM-Z 產品。 802.15.4 的 ZigBee 當做所要傳輸這些偵測到的訊號，一有異常立即提供給醫護人員，適時的處理。目的是為了日益高齡化的社會結構改變，提供護理之家或是家庭照護上更為便利的監控系統。

The purpose of the research is to develop a ZigBee based monitoring system to improve the long term healthcare system. Due to high technology and advanced medicine, we live longer life. Furthermore, some young couples do not want babies or single baby policy situation. cause the uneven age distribution of society. In order to avoid lack of taking care of elder family, inconvenient persons, and the elderly in the long term care facilities, we develop a easy monitoring system reducing manpower to improve healthcare efficiency.

摘要…………………………………………………………………………………... i
Abstract……………………………………………………………………………….. ii
目錄…………………………………………………………………………………...iv
圖目錄………………………………………………………………………………...vi
表目錄………………………………………………………………………………..vii

第一章　緒論………………………………………………………………………... 1
1.1 研究的動機和目的…………………………………………………………….1
1.2 研究的範圍…………………………………………………………………….2
1.3 研究的方法…………………………………………………………………….2
1.4 研究的流程…………………………………………………………………….3
1.5 章節結構……………………………………………………………………….4

第二章　文獻探討……………………………………………………………………6
2.1 嵌入式系統介紹……………………………………………………………….6
2.1.1 何謂處理機………………………………………………………………..7
2.1.2 何謂微處理機……………………………………………………………..7
2.1.3 何謂微電腦………………………………………………………………..8
2.1.4 微電腦基本結構…………………………………………………………..8
2.1.5 何謂單晶片微電腦………………………………………………………..9
2.1.6 微控制器介紹……………………………………………………………10
2.1.7 微控制器的分類…………………………………………………………11
2.1.8 依燒錄次數來分的微控制器……………………………………………13
2.1.9 微控制器的優點…………………………………………………………14
2.1.10研究 PIC 微控制器…………………………………………………….14
2.1.11 PIC 微控制器的介紹…………………………………………………...14
2.1.12 PIC 微控制器的優點…………………………………………………...15
2.1.13 PIC18FXXXX 家族瀏覽……………………………………………….17
2.1.14 PIC18FXX2 系列的介紹………………………………………………18
2.1.15 PIC 18F4620 介紹……………………………………………………...20
2.1.16 8051微控制器介紹…………………………………………………….23
2.1.17 8051 微控制器的中斷…………………………………………………23
2.1.18 8051 微控制器的優點…………………………………………………24
2.1.19 ATMEL 89CXX 單晶片………………………………………………..24
2.1.20 8051 微控制器接腳功能………………………………………………25
2.1.21 8051 微控制器開發流程圖……………………………………………26
2.1.22 89S51 微控制器………………………………………………………..28
2.2 網路發展……………………………………………………………………..30
2.3 藍芽的簡介…………………………………………………………………..30
2.3.1 何謂藍芽………………………………………………………………...31
2.3.2 藍芽的歷史……………………………………………………………...31
2.4 ZigBee 的介紹………………………………………………………………..32
2.4.1 IEEE 802.15.4和ZigBee 的關係……………………………………….32
2.4.2 ZigBee 技術簡介………………………………………………………...33
2.4.3 ZIGBEE 和 Wi-Fi 及藍芽的比較……………………………………...34
2.5 感測器是什麼………………………………………………………………...35
2.5.1 研究焦電型人體紅外線感測器…………………………………………35
2.5.2 焦電型人體紅外線的理論基礎…………………………………………35
2.5.3 研究溫度感測器…………………………………………………………40
2.5.4 人體體溫感測器…………………………………………………………40
2.6 關於RS-232 ………………………………………………………………….41
2.6.1 RS-232接腳說明…………………………………………………………43
2.6.2 RS-232的標準訊號規格…………………………………………………44
2.6.3 RS-232資料傳輸的設定…………………………………………………45
2.6.3.1 鮑率………………………………………………………………….45
2.6.3.2 資料位元…………………………………………………………….46
2.6.3.3 同位元檢查………………………………………………………….46
2.6.3.4 終止位元…………………………………………………………….46
2.6.4 RS-232 的優缺點………………………………………………………..46
2.6.5 RS-232 的驅動及接收電路圖…………………………………………..47

第三章　系統的架構……………………………………………………………….48
3.1 研究方法……………………………………………………………………..48
3.2 理論基礎……………………………………………………………………..48
3.2.1 典型的ZigBee™ 節點硬體……………………………………………48
3.2.2 ZigBee是什麼產品……………………………………………………...49
3.2.3 PICDEM-Z DEMO KIT 的介紹………………………………………...50
3.2.4 CHIPCON-CC2420 之 ZIGBEE 晶片…………………………………54
3.2.5 PICDEM Z 2.4 GHz RF 卡……………………………………………...55
3.3 研究規劃……………………………………………………………………..57
3.4 PIC 單晶片的程式規劃設計………………………………………………...57
3.5 PICDEM-Z DEMO KIT 和焦電型人體紅外線感測器的結合……………..58
3.6 方法架構……………………………………………………………………..59

第四章　實證分析………………………………………………………………….62
4.1 實際研究上碰到的問題……………………………………………………..62
4.2 焦電型人體紅外線電路說明………………………………………………..65
4.2.1 焦電型人體紅外線系統電路圖………………………………………...66
4.2.2 焦電型人體紅外線系統動作說明……………………………………...67
4.2.3 89S51 微控制器部分程式………………………………………………68
4.2.4 VB 監控畫面…………………………………………………………….70
4.2.5 VB 人體活動監控畫面部分程式……………………………………….75
4.2.6 焦電型人體紅外線所用材料…………………………………………...77
4.2.7 成品照片………………………………………………………………...78
4.2.8 實際應用：老人房間內活動的感測應用……………………………...78
4.3 額外的研究—人體體溫感測系統之研究…………………………………..79
4.3.1 人體體溫感測電路說明………………………………………………...81
4.3.2 人體體溫感測系統電路圖……………………………………………...82
4.3.3 人體體溫感測系統動作說明……………………………………………82
4.3.4 VB 監控畫面…………………………………………………………….82
4.3.5 VB 監控畫面部分程式………………………………………………….88
4.3.6 人體體溫感測所用材料………………………………………………...91
4.3.7 成品照片………………………………………………………………...92
4.3.8 實際應用：老人房間內體溫的感測應用……………………………...92
4.4 Flexipanel 生產的 ZigBee 母板和 CC2420 整合版……………………...93

第五章　結論……………………………………………………………………….97

參考文獻…………………………………………………………………………….99

附錄…………………………………………………………………………………102

圖目錄

圖1.1 人體活動感測流程圖…………………………………………………………4
圖2.1 PC 基本架構對照單晶片微處理機架構圖…………………………………..7
圖2.2 微電腦系統方塊圖……………………………………………………………9
圖2.3 嵌入式系統架構圖…………………………………………………………..16
圖2.4 嵌入式系統的資料流程……………………………………………………..16
圖2.5 PIC18 家族產品代碼說明…………………………………………………...18
圖2.6 PICLF4620的功能接腳圖……………………………………………………22
圖2.7 Port A ~ E 對應的單晶片接腳位置圖…………………………………….....22
圖2.8 8051 微控制器接腳圖……………………………………………………….25
圖2.9 單晶片微電腦開發流程圖…………………………………………………..28
圖2.10 焦電型人體紅外線感測器………………………………………………....38
圖2.11 OP放大器的焦電型人體紅外線感測器方塊圖……………………………39
圖2.12 動作時VS的變化………………………………………………………….39
圖2.13 感測器動作示意圖說明…………………………………………………....40
圖2.14 RS-232 接腳說明圖………………………………………………………...43
圖2.15 串列資料11001010時序圖………………………………………………..45
圖2.16 RS-232 驅動接收電路圖…………………………………………………...47
圖3.1 典型的 ZigBee™ 節點硬體（添加了控制訊號）………………………..49
圖3.2 PICDEM-Z DEMO KIT 母板和 RF 子卡………………………………….50
圖3.3 PICDEM Z 開發工具的功能介紹…………………………………………...53
圖3.4 Chipcon CC2420 晶片………………………………………………………..54
圖3.5 RF 卡………………………………………………………………………….56
圖3.6 發射端和接收端的示意圖…………………………………………………..59
圖3.7 焦電型人體紅外線感測器…………………………………………………..60
圖3.8 動作時VS的變化…………………………………………………………...60
圖3.9 RFD 端和 PIR SENSOR 電路架構圖……………………………………...61
圖4.1(a) Coordinator 和 RFD 使用個人電腦模擬傳輸畫面……………………..63
圖4.1(b) Coordinator 和 RFD 使用個人電腦模擬傳輸畫面……………………..64
圖4.1(c) Coordinator 和 RFD 使用個人電腦模擬傳輸畫面……………………..64
圖4.2 焦電型人體紅外線和 89S51 整合 Layout 圖…………………………….66
圖4.3 活動監控畫面………………………………………………………………..71
圖4.4 活動正常畫面………………………………………………………………..73
圖4.5 活動異常畫面………………………………………………………………..74
圖4.6 焦電型人體紅外線感測和 89S51 整合零件面與成品圖…………………78
圖4.7 RFD 端和 COORDINATOR 端示意圖…………………………………….79
圖4.8 DS1821 的外觀………………………………………………………………81
圖4.9 為人體體溫感測系統零件面與 Layout 圖………………………………...82
圖4.9 人體體溫監控畫面…………………………………………………………..84
圖4.10 體溫正常畫面…..…………………………………………………………..86
圖4.11體溫異常畫面……………………………………………………………….87
圖4.12 人體體溫感測和 89S51 整合成品圖……………………………………..92
圖4.13 為 RFD端和Coordinator端示意圖………………………………………93
圖4.14 Flexipanel 生產的 ZigBee 母板和 CC2420 整合版…..………………...94
圖4.15 Flexipanel 生產的 RF 卡接腳圖………………………………………….95
圖4.16 Flexipanel 生產的 RF 卡外觀……………………………………………..95
圖4.17 Flexipanel 生產的 母板加 RF 卡架構圖…………………………………95
圖4.18 Flexipanel 生產的 母板加 RF 卡外觀圖…………………………………96

表目錄

表2.1 CISC 與 RISC 的說明表……………………………………………………12
表2.2 CISC 和 RISC 的比較表……………………………………………………13
表2.3 QTP 與 MTP 的比較表……………………………………………………..13
表2.4 PORT 3 的特殊功能表……………………………………………………….26
表2.5 ZigBee 基本規格……………………………………………………………..34
表2.6 RS-232 各腳位說明………………………………………………………….44
表2.7 RS-232 電壓範圍和邏輯準位……………………………………………….45
表3.1 PIC® 微控制器 I/O 接脚 與RF 收發器接脚…………………………….57
表4.1 使用的材料表………………………………………………………………..77
表4.2 使用的材料表………………………………………………………………..91

中文部分
施慶隆、劉晏維（2004）。PIC18FXX2 微控制器原理與實作。台北市：宏友圖書開發股份有限公司。
逸塵、艾倫，（2003）。8051 單晶片教學範本。台北市：金禾資訊股份有限公司。
陳明熒（2003）。單晶片 8051 實作入門—最新版。台北市：文魁資訊股份有限公司。
施慶隆（2003）。PIC16F87X 微控制器原理實習與專題應用。台北市：全華科技圖書股份有限公司。
張正賢、鍾自立（2002）。8051 實作與燒錄器製作。台北市：宏友圖書開發股份有限公司
施慶隆（2003）。PIC16F87X 微控制器原理實習與專題應用。台北市：全華科技圖書股份有限公司。
施慶隆、李文猶、劉晏維（2003）。PIC16F87 微控制器原理與實作。台北市：宏友圖書開發股份有限公司。
施威銘研究究室（1996）。微電腦控制 PIC 單晶片實作。台北市：旗標出版股份有限公司。
鍾文仁、陳佑任（2003）。IC 封裝製程與 CAE 應用。台北市：全華科技圖書股份有限公司。
張正賢（2004）。肌肉萎縮症環控系統之開發。國立中央大學電機工程學系碩士論文。
莊奕琪（2004）。藍芽革命－顛覆未來生活的無線通訊技術。台北市：書泉出版社。
蘇慶輝（2001）。藍芽技術解說。台北市：全華科技圖書股份有限公司。
李純（2003）。無線通訊技術探索藍芽。台北市：五南圖書出版股份有限公司。
許績偉（2003）。新興短距離無線通訊技術 – ZigBee 與 UWB。零組件雜誌，第 136 期，第 107-116 頁，2003。
曹永偉（2001）。感測器技術入門。台北市：全華科技圖書股份有限公司。
孫清華，（1992）。感測器應用電路的設計與製作。台北市：全華科技圖書股份有限公司。
吳瑞娟（2003）。以溶膠-凝膠法製備鈮鉭酸鋰焦電薄膜感測元件之研究，國立中山大學碩士論文，民國92年6月
楊曉薇（2005）。溶膠-凝膠法製備之鋯鈦酸鉛(PZT)厚膜於表面聲波生物感測器上的應用，長庚大學化工與材料工程研究所碩士論文，民國92年
周顯達（2000）。前驅溶液製備條件對溶膠-凝膠法製備之鋯鈦酸鉛溶膠及薄膜特性影響之探討，長庚大學化學工程研究所，民國89年。
吳朗（1994）。電子陶瓷─壓電。台北市：全欣科技圖書。
許怡儒（2001）。鋯鈦酸鉛(PZT)薄膜於聲波感測元件之應用探討，國立台灣科技大學機械工程系碩士學位論文，2001
黎嘉晏（2002）。鋯鈦酸鉛(PZT)壓電薄膜及表面聲波感測元件溶膠-凝膠法製備之探討，長庚大學化工及材料工程研究所碩士論文。
于光浩，吉剛儀與陳顧升(2003)。追人自走車。逢甲大學自動控制工程學系專題製作專題論文，未出版，台中市。
林叔志、王居尉編譯（2000）。無線個人通訊系統／DAVID J. GOODMAN 原著。台北市：全華科技圖書股份有限公司。

西文部分
PIC18F2525/2620/4525/4620 Data Sheet(2004).U.S.A: Microchip Technology Incorporated.
PICDEM™ ZigBee™ Technology Demonstration Kit (2004).U.S.A: Microchip Technology Incorporated.
Chipcon AS SmartRF® CC2420 Preliminary Datasheet (rev 1.2).(2004).U.S.A:Chipcon.
Sriskanthan, N.; Tan, F.; Karande, A.（2002）Bluetooth based home automation system
Microprocessors and Microsystems Volume: 26, Issue: 6, August 10, 2002, pp. 281-289
ZigBee Alliance, Network Layer Specification 1.0, Dec. 2004.
http://www.zigbee.org
802.15.4-2003 IEEE Siandmd for Information
Technology-Part 15.4: Wireless Medium Access Control
(MC) and Physical Layer (F“ specifications for Low
Rate Wireless Personal Area Networks (LR- WPANS),
2003.
IEEE Standard 802, part 15.4: Wireless Medium Access Control (MAC)
and Physical Layer (PHY) Specifications for Low Rate Wireless
Personal Area Networks (WPANs), 2003.