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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:李玠德
研究生(外文):Chieh-Te Li
論文名稱:無線感測網路與嵌入式架構於太陽電池監測之應用
論文名稱(外文):The Applications of Wireless Sensor Network and Embedded System for Solar Panel Monitoring
指導教授:毛偉龍毛偉龍引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立虎尾科技大學
系所名稱:光電與材料科技研究所
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:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:70
中文關鍵詞:無線感測網路
外文關鍵詞:Wireless Sensor Network
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ZigBee無線通訊技術是一種短距離無線通訊標準,具有低成本、低耗電、雙向傳輸、高可靠度,以及「監控」角色高於「通訊」功能的特性,ZigBee聯盟目前針對Home Automation 、Building Automation、Industrial Automation三大市場方向制定相關應用標準。控制性:管理建築物相關的自動化系統以達到節能、靈活以及安全性。節能性:有效管理空調、燈光等系統來達到節約的能源。靈活性:可快速根據環境需求調整或擴充升級。
本研究主要提出ZigBee無線通訊網路結合電壓、溫度傳感器為無線監測單元,並監測各太陽能板之電壓狀況,最後在嵌入式電腦開發平台撰寫視窗監控介面程式接收ZigBee傳送之資料做即時資料判斷,取代傳統個人電腦(PC),而接著將資料藉由網路傳送上遠端資料庫儲存。實驗中的實驗硬體採用歐洲Jennic公司的ZigBee無線通訊模組,其RF模組之SOC晶片型號為JN-5121,並自行設計一量測太陽能版電壓之簡易量測電路,將太陽能板之電壓藉由A/D轉換將資料轉成12-bits解析度之數位資訊,之後再利用ZigBee RF模組傳送資料給網路中心協調者。ZigBee程式方面使用Code::Blocks開發,程式規劃範圍從ZigBee堆疊中之網路層以上至應用層部分,主要以星狀(Star)網路架構設計,將ZigBee各終端角色之感測器所感測之溫度、電壓資料定時傳送至網路中心協調者(Coordinator),並進入休眠模式的省電機制,使Soc在非工作時段進入睡眠模式,達到省電之效果。嵌入式平台選擇長高科技DMA-2440嵌入式系統平台,首先在一般電腦上使用提供之BSP建立DMA-2440之WinCE 5.0系統印象檔,接著使用Microsoft Visual Basic 2005開發一視窗介面程式,藉由DMA-2440之RS-232埠與ZigBee之Coordinator角色溝通,接著利用平台Socket功能將資料傳送至遠端資料庫,供ZigBee感測之溫度、電壓資料存放位置。
將本實驗應用於太陽能版檢測系統上,可以取代繁雜的人工量測,一方面可以隨時檢測太陽能板是否正常發電,又可以減少人力上的耗費,未來希望將此系統用在大範圍的太陽能板場所,實現自動化監測技術的應用。
This thesis presents a ZigBee wireless communication network combined with the voltage and temperature sensors to be a wireless monitoring unit. This system monitors the real-time situation of the solar panel, builds the transmission interface to receive information and determines real-time information in the embedded platform.The purpose of embedded computer is that can be more flexible and efficient than the traditional personal computer. The embedded system sends monitoring signals to the remote database through TCP/IP network.
The Jennic JN-5121 wireless module is utilized and developed in our experiments. The A / D converter transforms the analog voltage signal into a 12-bit digital data, and transmits to the Zigbee Coordinator. After End-device sends out the message, it will enter the sleep mode, that is why ZigBee so low cost power. TheDMA-2440 Embedded System Platform is utilized and developed in our experiments.We build up platform''s operating system (OS) by Board Support Package (BSP) in Windows CE 5.0.And the Windows interface program develops by Microsoft Visual Basic 2005.The system has now completed the End-device circuit production, and the system can link six End points by star protocol.The point between the transmission distances up to 100 meters. In this thesis, we make it can monitor solar panels, to achieve the purpose of measurement to replace the manual, hope to expand this technology into the production of more effective technology in the future.
摘要 ..................................................... i
Abstract ................................................ ii
誌謝或序言 ............................................. iii
目錄 .................................................... iv
表目錄 .................................................. vi
圖目錄 ................................................. vii
第一章、論文概論 ......................................... 1
1.1. 研究背景、動機與目的 ................................ 1
1.2. 系統架構 ............................................ 2
1.3. 論文架構 ............................................ 3
第二章、無線感測網路介紹 ................................. 4
2.1. 無線感測網路簡介 .................................... 4
2.2. 無線感測網路架構與應用 .............................. 6
2.3. IEEE 802.15.4通訊概述 ............................... 7
2.3.1. ZigBee簡介 ........................................ 7
2.3.2. ZigBee通訊協定 .................................... 8
2.3.3. ZigBee資料傳送模式 ............................... 10
2.3.4. ZigBee內部結構 ................................... 12
2.3.4.1. IEEE 802.15.物理層 ............................. 13
2.3.4.2. IEEE 802.15.4媒體存取控制層 .................... 15
2.3.4.3. ZigBee網路層 ................................... 18
2.3.4.4. ZigBee應用層 ................................... 20
第三章、系統軟硬體架構 .................................. 22
3.1. FT-6200感測模組 .................................... 22
3.1.1. JN-5121系統單晶片簡介 ............................ 22
3.1.2. 溫度感測IC 簡介 .................................. 25
3.1.2.1. SHT1X系列接腳功能 .............................. 26
3.1.3. 電壓量測電路 ..................................... 28
3.2. JN-5121軟體概述 .................................... 30
3.2.1. 軟體架構 ......................................... 30
3.2.2. JN-5121程式堆疊架構 .............................. 33
3.2.3. 網路建立流程 ..................................... 34
3.3. DMA-2440嵌入式平台硬體架構 ......................... 39
3.3.1. 嵌入式電腦概述 ................................... 39
3.3.2. 嵌入式系統組成 ................................... 40
3.3.3. 核心硬體 ......................................... 41
3.3.4. WinCE作業系統與開發工具 .......................... 43
第四章、系統軟體實做與測詴 .............................. 45
4.1. 系統概論 ........................................... 45
4.2. 太陽電池量測電路實作 ............................... 46
4.2.1. 實測紀錄 ......................................... 46
4.2.2. 實驗硬體說明 ..................................... 48
4.3. 程式設計實作流程 ................................... 51
4.3.1. ZigBee主程式流程.................................. 51
4.3.2. 嵌入式應用程式流程 ............................... 52
4.3.3. 嵌入式系統開發 ................................... 57
4.4. 實作結果 ........................................... 60
第五章、結論與未來展望 .................................. 63
Reference ............................................... 65
英文簡介大綱 ............................................ 67
簡歷 .................................................... 70
[1]. Visual Basic 2005與自動化系統監控 - RS232串列通訊篇, 陳立元〃範逸之〃廖錦棋, 2006.09
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