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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:王昱凱
研究生(外文):Yu-Kai Wang
論文名稱:應用灰色預測與模糊推論之智慧型家庭系統設計與實作
論文名稱(外文):Design and Implementation for Smart Home Systems Based on Grey Prediction and Fuzzy Reasoning
指導教授:李俊賢李俊賢引用關係
口試委員:黃正民徐勝均賴建良
口試日期:2012-07-24
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:電機工程系研究所
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:73
中文關鍵詞:灰色預測模糊推論無線技術智慧型家庭室內環境監測
外文關鍵詞:Grey PredictionFuzzy ReasoningWireless TechnologySmart HomeIndoor Environmental Monitoring
相關次數:
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近年來,全球天氣有時會發生極端的現象,以及家庭常發生一氧化碳中毒事件,與室內二氧化碳濃度過高時,造成人們不舒服、疲倦或頭痛,甚至出現嘔吐。然而,目前市面上的室內環境監測系統,並沒有對環境監測等級做一個更精細的分類,也沒有預測的功能,且有些感測器是有線傳輸模式,架設與配線工作麻煩也是一大問題。
因此,為了改善這些問題,本論文提出一個將灰色預測與模糊推論應用於環境危險程度評估的智慧型家庭系統之研究。其中智慧型家庭系統分為兩大部分,分別為智能家電控制與室內環境監測。系統結合無線感測網路(wireless sensor network, WSN)改善感測器架設與配線困難的問題,以及提供室內家電無線監控與感測器數據採集,遠端方面是使用智慧型手機結合全球行動通訊系統(global system for mobile communications, GSM)來與遠端家電做控制,並提供簡訊服務方便查詢遠端電器狀態。而電腦監控端會將一氧化碳、二氧化碳、溫度感測器的數據收集後做分析,利用灰色預測將收集到溫度數據做下一時段預測,將預測溫度與目前溫度比較,得到溫度變化量。最後使用模糊推論將溫度變化量、一氧化碳、二氧化碳數據做運算,推論出目前室內的環境危險等級,並給予相關對應措施意見,提供更為安全的家庭生活環境。


In recent years, global weather has caused extreme phenomenon. The family often stays in carbon monoxide poisoning, and the high indoor carbon dioxide concentration causes people uncomfortable, tired or headachy, event vomiting. However, in present market condition, the indoor environmental monitoring system does not do a finer classification for the environmental monitoring level without predict function. In addition, most sensors are wired, and difficult for deployment.
Therefore, in order to improve these problems, this paper proposes a grey prediction and fuzzy reasoning application to the degree of environmental risk assessment of the smart home system. In our framework , the smart home system is divided into two parts, the control of smart appliances and indoor environmental monitoring. The system combines wireless sensor networks (WSN) to improve the problems of the sensor erection and wiring difficulties, as well as provides indoor appliance wireless monitoring and sensor data acquisition. The remote user can use smart phones with the global system for mobile communications (GSM) to control the remote home appliance, and use SMS services to look up a remote electrical state simple. While the computer monitor end collects the data of carbon monoxide, carbon dioxide, temperature sensor data to analyze, making use of grey projected to collect temperature data for the next period forecast, comparing with the forecast temperature and the current temperature to get the temperature change. Finally, by using the fuzzy reasoning of temperature change, carbon monoxide, carbon dioxide data to do calculations to infer the indoor environmental risk rating, the proposed system provides corresponding measures to have a more secure family living environment.


摘 要 i
ABSTRACT ii
致 謝 iv
目 錄 v
表目錄 viii
圖目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1研究背景 1
1.2研究動機與目的 1
1.3文獻回顧 2
1.4研究方法 4
1.5研究貢獻 4
1.6 論文架構 5
第二章 智慧型家庭系統相關知識與研究 6
2.1智慧型家庭架構 6
2.2家庭監控系統設計之比較 7
2.3 ZigBee無線感測網路 8
2.3.1無線感測網路 8
2.3.2 ZigBee介紹 8
2.3.3 IEEE802.15.4 9
2.3.4 ZigBee網路 10
2.4全球行動通訊系統 12
2.5環境因子介紹 13
2.5.1 一氧化碳對人體之影響 13
2.5.2 二氧化碳對人體之影響 14
2.5.3 溫度變化對人體之影響 15
第三章 灰色預測理論與模糊控制理論 16
3.1 灰色系統理論 16
3.1.1灰色模型 17
3.1.2 灰預測演算法 17
3.2 模糊理論 20
3.2.1 模糊理論介紹 20
3.2.2 模糊邏輯控制器 20
3.3 本文提出於環境危險程度評估之灰色預測結合模糊推論演算法 25
3.3.1 系統之灰色預測 25
3.3.2 系統之模糊推論 27
第四章 系統架構設計 32
4.1 硬體部分 32
4.1.1單晶片介紹 32
4.1.2 ZigBee感測器模組 35
4.1.3 GSM模組 37
4.1.4語音IC晶片 38
4.1.5電控按鈕式風扇 39
4.1.6 觸控檯燈 40
4.1.7 人體紅外線感測器 40
4.2 控制架構 41
4.2.1 電腦監控端傳輸控制板 41
4.2.2主控制板 42
4.2.3電控按鈕式風扇 42
4.2.4觸控檯燈 43
4.3 軟體部分 44
4.3.1 遠端使用者手機介面Java eclipse開發環境 44
4.3.2 系統監控介面端Microsoft Visual C#開發環境 45
4.3.3 富士通單晶片Keil uVision4開發環境 46
第五章 系統實現 47
5.1 智慧型家庭系統實現 47
5.2電腦監控端傳輸控制板 48
5.3 主控制板實現 49
5.3.1 語音電路 50
5.3.2 GSM串列傳輸轉換電路 51
5.3.3 LCD介面 51
5.4 電控按鈕式風扇控制板實現 52
5.5 觸控檯燈控制板實現 53
5.6 感測節點電路實現 54
5.7 遠端控制家電實際測試 55
5.7.1智慧型手機介面設計與說明 55
5.7.2 手機遠端控制家電 56
5.8 警報系統實現 57
第六章 實驗結果分析 59
6.1灰色預測演算法於溫度預測實驗 59
6.1.1預測結果 59
6.1.2預測誤差分析 61
6.2模糊推論演算法於環境危險等級評估實驗 63
6.2.1 實驗環境 63
6.2.2 實驗結果 63
6.2.3 環境監測系統比較 67
第七章 結論與未來工作 68
7.1結論 68
7.2未來工作 68
參考文獻 70

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