臺灣博碩士論文加值系統

家庭是人類的生活中最重要的一部份，如何讓人們在家庭的生活方式更便捷，也是許多廠商積極投入的一塊領域。從前幾年著重網路和多媒體結合的數位家庭，加上近幾年來對於環保節能及自動化控制的投入，使得數位家庭進化為智慧大樓及智慧空間。而在日常生活中，冷氣機一直是個高耗電的家電產品，如何減少其耗電量並增加其運作效率，是在智慧空間研究上一個重要議題。本論文所研發的『嵌入式智慧空調系統』，主要的目的是為了使大範圍的區域其空調溫度能有效率地受到控制，並達節能省碳之目的。在系統實作上，則是利用嵌入式平台，開發獨立的中央控制模組和溫度感測模組，先利用佈建在眾多區域的『溫度感測模組』收集室內各處的溫度，透過Zigbee通訊協定傳送回中央控制模組，中央控制模組再經過仔細的比對及運算，瞭解溫差情況，並自動切換冷氣機的運轉模式，使得冷氣機的運轉效率得到最大的效益，也讓使用者可以不需要花大筆金錢更換智慧家電，以最少的成本建制出智慧空調的功能，享受到智慧家庭的生活。

Air conditioner is a power-hungry appliance in our life. Reducing power con-sumption and optimizing operational efficiency are important topics in smart space development. This paper builds an intelligent air conditioning system based on embedded modules. The temperature sensor module detects the surrounding temperature and transmits the collected data to the central control module via Zigbee protocol. Upon receiving the data from the temperature sensor module, the central control module analyzes the temperature in the room and further operates via IR transmitters to optimize the working parameters of the air conditioner according to the latest temperature data. This development not only shows the intellect of electrical appliances, but also achieves the purpose of saving energy.

目錄 III
圖目錄 IV
表目錄 VI
第一章、 背景、動機與目的 1
第二章、 相關技術 3
2.1 Sensor Network System 3
2.2 HomeOS 4
第三章、 智慧空調系統背景知識 8
3.1 硬體元件 8
3.2 軟體開發環境 11
第四章、 智慧空調硬體設計與實作 18
4.1 系統架構 18
4.2 中央控制模組硬體設計 – Central Control Module 19
4.3 溫度感測模組硬體設計 – Temperature Sensor Module 23
第五章、 智慧空調軟體開發與實作 27
5.1 中央控制模組軟硬體運作流程 27
5.2 溫度感測模組軟硬體運作流程 34
第六章、 系統實測 42
第七章、 結論與未來展望 45
參考文獻 46
附錄-英文論文 48

圖目錄
圖 1、Zigbee Gateway 示意圖 4
圖 2、HomeOS 架構圖 5
圖 3、HomeOS 運作示意 7
圖 4、Arduino 硬體架構圖 9
圖 5、Xbee 晶片及其載板 10
圖 6、XBee 載板及Arduino 開發板連結圖 11
圖 7、Arduino 官方IDE 開發界面 12
圖 8、Eclipse 官方下載畫面 14
圖 9、Android ADT Plugin 軟體安裝步驟 14
圖 10、Android SDK packages 下載安裝畫面 15
圖 11、Android 虛擬平台安裝畫面 16
圖 12、Android 虛擬平台啟動畫面 17
圖 13、智慧空調系統架構圖 19
圖 14、中央控制模組硬體線路圖 20
圖 15、紅外線接收元件與Arduino 連接線路圖 21
圖 16、紅外線發送元件與Arduino 連接線路圖 22
圖 17、藍芽接收及發送元件與Arduino 連接線路圖 23
圖 18、溫度感測模組硬體線路圖 24
圖 19、溫度感測元件與Arduino 連接線路圖 25
圖 20、XBee 載板與Arduino 連接線路圖 26
圖 21、中央控制模組軟硬體運作流程設計 28
圖 22、中央控制模組系統流程圖 29
圖 23、紅外線分析程式碼1 31
圖 24、紅外線分析程式碼2 32
圖 25、紅外線發送程式碼 33
圖 26、手持裝置控制界面 34
圖 27、溫度感測模組軟硬體運作流程圖 35
圖 28、溫濕度偵測程式碼 36
圖 29、溫濕度偵測顯示圖 37
圖 30、XBee 晶片偵測及搜尋 38
圖 31、XBee 晶片設定值讀取 39
圖 32、XBee 晶片寫入設定完成圖 41
圖 33、智慧空調系統測試環境示意圖 42
圖 34、智慧空調系統測試數值分析圖 43

表目錄
表1、Arduino的IDE功能說明表 13

[1] 郭宏志，“深入淺出Android專題實作”，博碩文化股份有限公司，2011.
[2] 謝文川、黃光徹、趙士元，“藍芽技術理論與實作”，碁峰資訊股份有限公司，2005.
[3] 鄭立，“Zigbee開發手冊”，全華圖書股份有限公司，2008.
[4] Michael Margolis，“Arduino Cookbook”，O’Reilly Media,Inc，2011.
[5] Harold Timmis，“Practical Arduino Engineering”， Springer-Verlag New York Inc，2011.
[6] Sensor Network System for Smart Homes：Online available at：http://www.murata.com/new/news_release/2011/0930b/index.html
[7] HomeOS：Online available at：http://research.microsoft.com/pubs/157701/homeos.pdf
[8] Z-Wave Alliance：Online available at：http://www.z-wavealliance.org/modules/AllianceStart/
[9] Arduino：Online available at：http://www.arduino.cc/en/Guide/Introduction
[10] Android Developers：Online available at：http://developer.android.com/
[11] Eclipse Classic ：Online available at：http://www.eclipse.org/downloads/
[12] Android SDK packages link ：Online available at：http://developer.android.com/sdk/index.html
[13] SHT11：Online available at：http://www.sensirion.com/en/products/humidity-temperature/humidity-sensor-sht11/
[14] SHT1X Library：Online available at：https://github.com/practicalarduino/SHT1x
[15] X-CTU：Online available at：http://www.digi.com/support/productdetail?pid=3352&osvid=57&type=utilities