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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:蔡委倫
研究生(外文):Wei-Lun Tsai
論文名稱:嵌入式智能居家安全及環控系統的研發
論文名稱(外文):Development of an Embedded Intelligent Home Security and Environmental Control System
指導教授:王進德
指導教授(外文):Jinn-Der Wang
口試委員:李嘉陵王進德張文宇
口試委員(外文):Jia-Ling LeeJinn-Der WangW.Y. Chang
口試日期:2014-07-04
學位類別:碩士
校院名稱:聖約翰科技大學
系所名稱:資訊工程系碩士班
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:104
中文關鍵詞:智慧家庭
外文關鍵詞:SMART HOME
相關次數:
  • 被引用被引用:6
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近幾年來,智慧居家已成為未來生活趨勢,隨著科技的進步,
家不僅有住的功能,還具備自動化控制、安全性、健康照護以及娛
樂多媒體等功能。在本論文中,為建構一個低成本的智慧居家監控
系統,我們研發了一套嵌入式智能居家安全與環控系統;此系統包
含三個子系統:(1)居家安全子系統、(2)自動報警機、(3)居家環控
子系統。

【居家安全子系統】包含 CO 瓦斯偵測器、門禁偵測器、及離
床偵測器;使用 Arduino 單晶片做分散式偵測,並透過 Zigbee 傳輸
訊號到 Raspberry Pi 主機進行處理訊號及管理,處理完後再透過
WiFi 將訊號傳送至 Android 人機介面,使用者可透過 Android 人機
介面設定偵側器的危險警報值,並查看偵測器的目前狀態值。

【自動報警機】包含 Android 行動裝置與自行撰寫的 Android
APP。當居家安全子系統中的 Raspberry Pi 主機進行訊號處理時,
若發生危險警報,會將警報訊號透過無線藍牙,傳送至自動報警
機;報警機會自動撥打電話及寄送 E-mail 給相關聯絡人;同時報警
機還具備設定聯絡人及設定排程的功能,當排程時間到時,報警機
會自動連線 Raspberry Pi 主機,啟動警報功能。

【居家環控子系統】包含温濕度偵測器、人數偵測器、紅外線
模組、冷氣及 Zigbee 電燈。使用者可透過自行撰寫的 Android 人機
介面,手動控制家中的電燈及電器;也可開啟自動化控制,搭配溫溼
度偵測器及人數偵測器,設定是否自動開啟冷氣或是 Zigbee 電燈。

本論文所研發的系統,使用主機為 Linux 作業系統的
Raspberry Pi,並以 Python 程式語言撰寫程式;搭配 Arduino 單晶
片及 Zigbee 無線模組,建構了一套低成本的居家安全系統;同時整
合了温濕度感測器、人數感測器、紅外線通訊模組,建構了一套智
能居家環控系統。我們以 2 台 Andriod 行動裝置,分別撰寫
Android App,使其成為自動報警機及人機監控介面,讓使用者可以
方便查詢家中的安全狀況、操控和設定家中電器,也會在發生警報
訊號時,自動撥打電話通知我們,達到智能安全化及智能環控的目
標。
In recent years, smart home life has become the current trend.
Due to the technology advances, the home features not only live, but also
with automatic control, security, health care and entertainment
multimedia functions. In this paper, in order to construct a low-cost
smart home monitoring system, we have developed a set of embedded
intelligent home security and environmental control systems. This
system consists of three subsystems: (1) Home security subsystem, (2)
Automatic alarm machine, (3) Home environmental control subsystem.
The home security subsystem contains CO gas detectors, door
sensors and detectors from the bed. The Arduino single chip is used to
do distribute detect and transmit signals via Zigbee to the host Raspberry
Pi. The host processes and manages transmitted signals and sent the
processed signals via the WiFi to the Android user interface. Using the
Android human interface, users can set the hazard warning value of the
detectors and view the current state of the sensor value.
The automatic alarm machine includes Android mobile devices and
the self-written Android APP. When the host of the home security
subsystem detects an alarm signal, the Raspberry Pi host will send the
alarm signal to the automatic alarm machine via the Bluetooth wireless.
Then the automatic alarm machine will automatically call and send E-mail
to the appropriate contact person. Meanwhile, we can use the
automatic alarm machine to set alarm contacts and automated scheduling
function.
Home environmental control subsystem includes temperature and
humidity sensors, the number of detectors, air-conditioning and Zigbee
infrared lamp. The Android user interface is proposed to manual control
of lights and home appliances. With temperature and humidity sensors,
we can auto control the air-conditioning. And with the number of
detectors, we also can control Zigbee lights automatically.
In this paper, the Raspberry Pi host of the developed system uses
the Linux operating system and the Python language is used to write
programs. To construct a set of low-cost home security and
environment control system, we use Arduino single chip with Zigbee
wireless module and integrate the temperature humidity sensors, the
number of sensors, and infrared communication modules. Meanwhile,
we have two sets of Andriod mobile devices, namely writing Android
App, making it the automatic alarm monitoring machines and human-
machine interface. Users can easily check home security, control and
set the home appliances. Therefore, in this paper, we have proposed a
system which enables us a way to achieve the objectives of intelligent
home security and environmental control.
論文摘要 I
Abstract IV
目錄 VI
圖目錄 IX
表目錄 XI
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 2
1.3 研究目的 2
1.4 論文架構 3
第二章 相關技術探討 4
2.1 文獻探討 4
2.2 相關硬體技術 6
2.2.1 Raspberry Pi 6
2.2.2 Arduino 7
2.2.3 藍牙模組 8
2.2.4 磁簧開關 8
2.2.5 壓力感測器 9
2.2.6 人體紅外線感測器 10
2.2.7 溫溼度感測器 11
2.2.8 Xbee模組 12
2.2.9 離床感測器 13
2.2.10 紅外線集收控制器 14
2.3 相關軟體技術 16
2.3.1 Eclipse 16
2.3.2 Android 作業系統 17
2.3.3 Android 程式語言 17
2.3.4 Linux作業系統 17
2.3.5 Python程式語言 18
第三章 系統分析與設計 19
3.1 系統架構 19
3.1.1 居家安全子系統 20
3.1.2 自動報警機 20
3.1.3 居家環控子系統 21
3.1.4 門禁模組電路圖 22
3.1.5 CO瓦斯偵測模組電路圖 22
3.1.6 離床偵測模組電路圖 23
3.1.7 溫溼度偵測模組電路圖 24
3.1.8 人數偵測模組電路圖 25
3.2 系統流程 27
3.2.1 居家安全子系統 30
3.2.2 自動警報機 31
3.2.3 居家環控子系統 32
3.2.3.1 自動化冷氣環控 32
3.2.3.2 人數偵測模組 33
3.2.3.3 自動化Zigbee電燈環控 35
3.2.3.4 手動冷氣控制 36
3.2.3.5 手動Zigbee電燈控制 37
3.3 系統情境分析 38
3.3.1 情境一:自動報警機 39
3.3.2 情境二:目前門禁模組狀態 40
3.3.3 情境三:目前溫溼度模組偵測值以及自動化冷氣設定 41
3.3.4 情境四:CO瓦斯模組偵測值超過濃度 42
3.3.5 情境五:離床模組狀態 43
3.3.6 情境六:自動化開關Zigbee電燈 44
3.3.7 情境七:離線觀看危險紀錄 45
3.3.8 情境八:下載最新危險紀錄資訊 46
3.3.9 情境九:控制電燈 47
3.3.10 情境十:控制冷氣 48
第四章 研究成果與系統展示 49
4.1 研究成果 49
4.1.1 居家安全子系統 50
4.1.2 自動報警機 50
4.1.3 居家環控子系統 51
4.1.4 Android人機監控介面 52
4.2 系統展示 53
4.2.1 自動報警機連線實際操作 53
4.2.2 自動報警機電話設定實際操作 55
4.2.3 自動報警機E-mail設定實際操作 56
4.2.4 自動報警機自動排程設定實際操作 56
4.2.5 自動報警機撥打電話及寄送E-mail 58
4.2.6 目前各偵測器狀態查詢實際操作 59
4.2.6.1 CO瓦斯偵測模組 60
4.2.6.2 門禁偵測模組 61
4.2.6.3 離床偵測模組 61
4.2.6.4 溫溼度偵測模組 62
4.2.6.5 人數偵測模組 63
4.2.7 危險紀錄查詢與更新實際操作 63
4.2.7.1 查詢危險紀錄總表 63
4.2.7.2 更新危險紀錄 64
4.2.8 電燈控制實際操作 66
4.2.9 冷氣控制實際操作 68
4.3 系統程式碼說明 69
4.3.1 自動報警機 69
4.3.2 居家安全子系統 74
4.3.3 居家環控子系統 78
4.3.4 Android人機觀看介面 80
第五章 結論與未來展望 85
5.1 結論 85
5.2 未來展望 87
參考文獻 88

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[2]臺北市政府-健康城市,網址:http://healthycity.taipei.gov.tw/。
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[25]楷鑫電子,網址:http://www.cashtec.com.tw/。
[26]飆機器人,網址:http://www.playrobot.com/。
[27]Digi官方網站,網址:http://www.digi.com/。
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[29]煒達興有限公司,網址:http://www.wdh.com.tw/ 。
[30]Eclipse基金會,網址:http://wiki.eclipse.org/。
[31]Android官方網站,網址:http://www.android.com/。
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[33] 黃彬華,“Android 2.X手機程式開發教戰手冊”, 碁峰,2011。
[34]Mednieks,Zigurd,“Programming Android”, Oreilly & Associates Inc,2012。
[35]Haseman, Chris,“Creating Android Applications: Develop and Design”, Pearson P T R,2011。
[36]William E. Shotts Jr.,“Linux指令大全”, 碁峰資訊,2014。
[37]Robert Love,“Linux系統程式設計(第二版)”, 歐萊禮,2013。
[38]石永峰、宋磊、王靜文,“Linux指令隨你查”, 上奇資訊,2010。
[39]黃書逸,“Python 3技術手冊”, 碁峰資訊,2009。
[40]張若愚,“徹底研究Python科學計算”, 上奇資訊,2012。

QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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