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研究生:江俊瑩
研究生(外文):Jiang,Jyun-Ying
論文名稱:自動水質監測系統之研究
論文名稱(外文):Research of Automatic Water Quality Monitoring System
指導教授:王漢堃
指導教授(外文):Wang,Han-Kuen
口試委員:王漢堃張博綸鄭慕德謝飛虎謝鴻琳
口試委員(外文):Wang,Han-KuenChang,Po-LunCheng,Mu-TeHsieh,Fei-HuHsieh,Hung-Lin
口試日期:2014-07-24
學位類別:碩士
校院名稱:龍華科技大學
系所名稱:電機工程系碩士班
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:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:54
中文關鍵詞:Arduino控制器水質監測RS485傳輸MODBUS通訊協定
外文關鍵詞:Arduino controllerwater quality monitoringRS485 transmissionMODBUS protocol
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本論文將嵌入式系統與水質監測做結合,以降低系統設備成本,以及縮小控制端所佔的設備空間,本論文以Arduino控制器結合RS485傳輸所開發的自動水質監測系統,傳統的水質監測系統多以現場PLC結合RTU為主,與Arduino控制器的水質監測系統相較之下,既耗費大量成本,又佔據龐大的控制盤空間,故Arduino控制器的水質監測系統將逐漸取代傳統的PLC控制的水質監測系統。
本論文利用Arduino控制器開發出自動的水質監測系統,此系統透過RS485傳輸介面進行與現場量測設備進行通訊,並將MODBUS通訊協定加入RS485的通訊中,以符合市面上系統所需求及增加系統可擴充性,同時結合伺服器進行遠端的水質監測。藉由試驗分析,比較pH計表頭顯示數值與Arduino控制器所讀取的數值差異,未來可應用於遠端監測。

In this thesis, embedded systems and water quality monitoring will be done in conjunction, in order to reduce the cost of system equipment, as well as reduce the control terminal equipment space occupied. In this thesis, Arduino controller via RS485 automatic transmission developed water quality monitoring system. The traditional water quality monitoring systems are mostly PLC combined with RTU.
In this thesis, the use of Arduino controller developed automatic water quality monitoring system. This system via RS485 Interface site transmission header, and agreed to join the RS485 MODBUS communications systems to meet the market demand, while increasing system scalability. This system is also combined with a remote server for water quality monitoring. By test analysis, comparing the pH me ter meter display numerical difference between the value of the Arduino controller reads, the future can be applied to remote monitoring.

摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 1
1.3 論文貢獻 2
1.4 研究架構 2
第二章 文獻探討與背景介紹 3
2.1 文獻探討 3
2.2 SCADA概述 4
2.2.1 SCADA功能 4
2.2.2 SCADA特色 5
2.2.3 SCADA架構 5
2.3 主監測站的建置規劃 6
2.3.1 Apache伺服器介紹 6
2.3.2 資料庫 7
2.3.3 展示介面 9
2.4 水質監測 11
2.4.1 水質監測標準 11
2.4.2 水質參數說明 13
2.5 開發工具與測試軟體 14
2.5.1 Arduino IDE 14
2.5.2 Namo WebEditor 16
2.5.3 phpMyAdmin 18
2.5.4 測試軟體Simply Modbus Master/Slave7.1 19
第三章 系統架構 21
3.1 簡介 21
3.2 硬體設備 22
3.2.1 pH計與pH電極 22
3.2.2 Arduino控制器 23
3.2.3 傳輸模組 24
3.3 Modbus通訊協定 27
3.3.1 主僕架構 27
3.3.2 Modbus-RTU命令格式 28
3.3.3 CRC演算 29
3.4 軟體架構 30
3.4.1 系統功能 30
3.4.2 系統程式開發 31
3.4.3 Arduino端程式功能 32
3.4.3.1 RS485發送與接收程式 32
3.4.3.2 Modbus-RTU通訊協定格式程式 33
3.4.3.3 Arduino傳值程式 36
3.4.3.4 Arduino端軟體流程圖 37
3.4.4 Server端程式功能 38
3.4.4.1 Server端接收程式 38
3.4.4.2 pH門檻值判斷程式 38
3.4.4.3 Server端的軟體流程圖 39
第四章 實驗結果 40
4.1 採集水樣地點 40
4.2 系統測試 41
4.2.1 pH、EC與DO水質參數的量測 42
4.2.1.1 pH計的校正 42
4.2.1.2 系統量測 43
4.2.2 Arduino控制器端與三種水質指標表頭端的數值比較 44
4.2.3 伺服器的呈現 48
4.3 Arduino控制器與 PLC控制器比較 50
4.3.1 Arduino與PLC的價格比較 51
4.3.2 Arduino與PLC的體積比較 51
第五章 結論與未來展望 52
5.1 結論 52
5.2 未來展望 52
參考文獻 53

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[13]廖文煇,圖形監測實務,新北市:全華圖書,第104-148頁(2008)。
[14]Apache 伺服器網站,http://epaper.gotop.com.tw/pdf/ACA011200.pdf
[15]Programmer Club 網站,http://www.programmer-club.com
[16]ASP、JSP、PHP 三種技術比較,http://www.webmasterclub.org/
[17]ASP 程式寫作入門,http://www.spps.tp.edu.tw/documents/memo/asp/asp.htm
[18]PHP5網管實驗室,http://www.php5.idv.tw/html.php
[19]行政院環保署-全國環境水質監資網,http://wq.epa.gov.tw/WQEPA/Code/Business/Standard.aspx
[20]台北翡翠水庫管理局,http://www.feitsui.gov.tw/
[21]科儀工程,http://www.koy.com.tw/
[22]Rao, A.S. , Marshall, S. , Gubbi, J. , Palaniswami, M. , Sinnott, R. ,Pettigrovet, V. “Design of low-cost autonomous water quality monitoring system” 2013 International Conference on Advances in Computing, Communications and Informatics , Mysore, 14 – 19(2013).
[23]Simply Modbus, http://www.simplymodbus.ca/manual.htm

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