臺灣博碩士論文加值系統

本論文應用雲端技術針對一般常用之感測元件進行量測平台的開發與整合，並將之分為開關感測、溫度感測、光線感測三類進行實測，且提供虛擬示波器量測與資料紀錄功能、簡易電源供應、基本波形產生器、以及各種資料擷取等相關平台的應用。而平台架構採用研華科技提供的通用串列匯流排(Universal Serial Bus，簡稱USB) I/O設備進行相關技術的整合。由於現今網路的普及與技術蓬勃發展，因此，本論文利用雲端技術將量測平台架構於雲端網路之上，從網路伺服的架設、量測平台的建置、以及最後實測結果與相關應用，透過Visual Basic的整合開發環境(IDE)撰寫成網路控制元件(ActiveX components)，使用戶端的USB設備能夠透過網路快速連接整合平台進行量測，因此達到儀器虛擬化、可攜性、隨時隨地量測、快速結合相關應用、以及資源共享的目的。

This study examines the development and implementation of an integrated sensor platform based on cloud technology. This work focuses mainly on determining the state of different switch sensors, temperature sensors, photosensors, etc. and to display the sensor state results on the platform using Web-based technology. This platform supports Virtual oscilloscope's capability of measurement and data records, simple power supply, basic waveform generator, and the application of the relevant kinds of data acquisition platform, and the platform hardware structure of based on Advantech Universal Serial Bus (USB) I/O portable data acquisition module, and the integration of related technologies. Recently, the development of network technologies flourishing and popularity, therefore, application of cloud technology based on Internet for multi-functional measurement platform, starts in setting up the web server, multi-functional measurement platform, and related applications and measured results finally, through the integrated development environment (IDE) to write into the network components or call ActiveX components. It could be quick and convenient through internet to link measurement of integrated platform for USB device by clients, hence, it could be achieved with purpose of virtual Instruments, portable device, measured at any time, rapid integration of related applications, and resource sharing.

目錄
謝誌 I
中文摘要 II
英文摘要 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 XIV
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2研究動機 3
1.3研究目的 4
1.4論文架構 5
第二章 雲端技術之系統架構與原理 7
2.1遠端監控系統架構與原理 7
2.2雲端技術之基礎架構與原理 8
2.3多功能感測整合平台系統架構與原理 10
2.4多功能感測整合平台資料庫架構與原理 11
第三章 感測器與USB I/O硬體架構 13
3.1感測器硬體架構 13
3.1.1開關感測 13
3.1.2溫度感測 21
3.1.3光線感測 28
3.2 USB I/O硬體架構 35
3.2.1 USB I/O 4711A整合開關感測架構 41
3.2.2 USB I/O 4718整合溫度感測架構 42
3.2.3 USB I/O 4716整合光線感測架構 43
第四章 雲端多功能感測整合平台建構與實測 45
4.1感測電路實測 45
4.1.1 開關感測電路實測 46
4.1.2 溫度感測電路實測 52
4.1.3 光線感測電路實測 58
4.2訊號產生器實測 65
4.3示波器與資料紀錄實測 70
4.4簡易電源供應實測 76
4.5其他相關應用實例 81
第五章 結論及未來展望 95
5.1結論 95
5.2未來展望 96
參考文獻 97
附錄 100

圖目錄
圖2-1遠端監控系統架構圖 7
圖2-2雲端技術之基礎系統架構圖 9
圖2-3多功能感測整合平台系統架構圖 10
圖2-4多功能感測整合平台資料庫架構圖 11
圖3-1水平開關內部結構圖 14
圖3-2水平開關感測模組 14
圖3-3電感式近接開關內部檢知電路 15
圖3-4電容式近接開關內部檢知電路 16
圖3-5近接開關感測模組 16
圖3-6水銀開關內部結構圖 17
圖3-7水銀開關感測模組 17
圖3-8極限開關內部結構圖及符號表示 18
圖3-9極限開關感測模組 18
圖3-10磁簧開關內部結構圖 20
圖3-11磁簧開關感測模組 20
圖3-12 PT-100的電阻與溫度響應曲線圖 22
圖3-13 PT-100溫度感測器 22
圖3-14熱敏電阻(Thermistor) 23
圖3-15熱敏電阻與電阻式溫度感測器(RTD)溫度曲線的比較 24
圖3-16熱電偶輸出電壓與溫度之關係曲線圖 25
圖3-17熱電偶(Thermocouple) 25
圖3-18 AD590輸出電流及溫度曲線圖 26
圖3-19 AD590感溫IC 26
圖3-20單電源與雙電源模式下之攝氏溫度量測範圍 27
圖3-21 LM35溫度感測器 27
圖3-22光敏電阻(CDS)內部結構圖 28
圖3-23光度與電阻值的特性曲線及光譜響應圖 29
圖3-24照度變化與時間的響應圖 29
圖3-25光敏電阻(CDS) 29
圖3-26光電晶體等效電路 30
圖3-27照度與逆向電流之特性曲線 30
圖3-28光電晶體(Phototransistor) 30
圖3-29光纖傳輸(Fiber)內部結構圖 31
圖3-30光纖傳輸基本原理圖 32
圖3-31光纖傳輸(Fiber)感測模組 32
圖3-32太陽電池(Solar Cell)內部結構圖 33
圖3-33太陽電池光譜特性曲線圖 34
圖3-34太陽電池(Solar Cell)感測元件 34
圖3-35 USB I/O 4711A量測模組I/O配置圖 35
圖3-36 USB I/O 4718量測模組I/O配置圖 37
圖3-37 USB I/O 4716量測模組I/O配置圖 39
圖3-38 USB I/O 4711A開關感測硬體架構圖 41
圖3-39 USB I/O 4718溫度感測硬體架構圖 42
圖3-40 USB I/O 4716光線感測硬體架構圖 43
圖4-1 雲端多功能感測整合平台的系統頁面 45
圖4-2 雲端多功能感測整合平台之應用程式選單 46
圖4-3 水平開關(Level Switch)電路 47
圖4-4 擷取水平開關(Level Switch)狀態 47
圖4-5 水銀開關(Mercury Switch)電路 48
圖4-6 擷取水銀開關(Mercury Switch)狀態 48
圖4-7 近接開關(Proximity Switch)電路 49
圖4-8 擷取近接開關(Proximity Switch)狀態 49
圖4-9 極限開關(Limit Switch)電路 50
圖4-10 擷取極限開關(Limit Switch)狀態 50
圖4-11 磁簧開關(Reed Switch)電路 51
圖4-12 擷取磁簧開關(Reed Switch)狀態 51
圖4-13 PT-100溫度感測器電路 53
圖4-14 擷取PT-100作溫度測量時的電壓值 53
圖4-15 熱敏電阻溫度感測器電路 54
圖4-16 擷取熱敏電阻(Thermistor)作溫度測量時的電壓值 54
圖4-17 熱電偶溫度感測器電路 55
圖4-18 擷取熱電偶(Thermocouple)溫度值 55
圖4-19 AD590溫度感測電路 56
圖4-20 擷取AD590作溫度測量時的電壓值 56
圖4-21 LM35溫度感測電路 57
圖4-22 擷取LM35作溫度測量時的電壓值 57
圖4-23 光敏電阻(CDS)電路 58
圖4-24 光敏電阻(CDS)量測畫面 59
圖4-25 光敏電阻(CDS)受光源影響之量測畫面 59
圖4-26 光電晶體(Phototransistor)電路 60
圖4-27 光電晶體(Phototransistor)量測畫面 60
圖4-28 光電晶體(Phototransistor)受光源影響之量測畫面 61
圖4-29 太陽電池(Solar Cell)電路 61
圖4-30 太陽電池(Solar Cell)量測畫面 62
圖4-31 太陽電池(Solar Cell)受光源影響之量測畫面 62
圖4-32 光纖傳輸(Fiber)模組電路 63
圖4-33 光纖傳輸(Fiber)量測畫面 64
圖4-34 啟動方波1HZ信號量測畫面 64
圖4-35 關閉方波1HZ信號量測畫面 65
圖4-36 MatLab模擬訊號產生之正弦波圖 66
圖4-37 正弦波訊號產生輸出監控圖 66
圖4-38 示波器實際量測USB I/O之正弦波訊號 67
圖4-39 MatLab模擬訊號產生之方波圖 67
圖4-40 方波訊號產生輸出監控圖 68
圖4-41 示波器實際量測USB I/O之方波訊號 68
圖4-42 MatLab模擬訊號產生之三角波圖 69
圖4-43 三角波訊號產生輸出監控圖 69
圖4-44 示波器實際量測USB I/O之三角波訊號 70
圖4-45 四通道之示波器畫面 71
圖4-46 四通道之歷史訊息畫面 71
圖4-47 示波器量測監控畫面 72
圖4-48 USB I/O AO、AI訊號線路圖 73
圖4-49 示波器量測資料紀錄畫面 73
圖4-50 示波器量測Save as資料紀錄 74
圖4-51 示波器量測Save as (time)資料紀錄 74
圖4-52 歷史資料載入檔案畫面 75
圖4-53 歷史資料顯示畫面 76
圖4-54 Simple Power Supply程式畫面 77
圖4-55 0~5V的輸出畫面 77
圖4-56 0~5V的示波器量測數據 78
圖4-57 0~10V的輸出畫面 78
圖4-58 0~10V的示波器量測數據 79
圖4-59 -5~5V的輸出畫面 79
圖4-60 -5~5V的示波器量測數據 80
圖4-61 -10~10V的輸出畫面 80
圖4-62 -10~10V的示波器量測數據 81
圖4-63 結合雲端平台之機電整合系統架構圖 83
圖4-64 傳統PLC的系統架構圖 84
圖4-65 USB I/O元件配置圖 85
圖4-66 USB I/O與機電整合系統配置圖 86
圖4-67 機電整合系統配置圖 87
圖4-68 程式動作流程圖 88
圖4-69 手動介面實測 89
圖4-70 自動控制介面實測 89
圖4-71 紅色金屬物料實測1 90
圖4-72 紅色金屬物料實測2 91
圖4-73 黑色金屬物料實測1 92
圖4-74 黑色金屬物料實測2 92
圖4-75 黑色金屬物料實測3 93
圖4-76 非金屬物料實測1 94
圖4-77 非金屬物料實測2 94

表目錄
表3-1 USB I/O 4711A量測模組硬體規格 36
表3-2 USB I/O 4718量測模組硬體規格 38
表3-3 USB I/O 4716量測模組硬體規格 39
表4-1 USB I/O及感測元件配置表 85

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