臺灣博碩士論文加值系統

「隨手關燈」一詞，常見於政府機關推廣節約能源之宣傳品上，面對全球能源日益缺乏及溫室效應，世界各國無不積極尋找新能源技術的開發應用及節能省碳的方法。在新能源技術尚未普遍應用發展可完全替代現有能源時，節能省碳遂為最快速、最立即可達成的效益，也是當前政府機關大力推廣之政策。
一般小區域可視範圍照明關燈如僅用傳統控制方式，常發現有多項缺點，易造成電力浪費。如採現場手動關燈控制，常忘記操作而持續亮燈。如採區域型紅外線人體熱感應模組控制，則有關燈延遲時間過長或過短之時間設定不適當問題。如採定時排程控制，也有設定時段訂定與實際需求不符情形，常造成燈光該關閉不關閉，不該關閉卻關閉情形發生。從而無法滿足控制與節能需求間最佳化的效益。
本論文係利用單位時間內人員計數之數據相關資料，收集、分析、歸納後找出適當的模糊規則，再應用模糊理論之模糊化、模糊法則、模糊推論引擎、解模糊化等方法，找出適當關燈延時時間參數設定。研究項目主要是針對人員行進計數及應
用模糊理論的方法達成智慧化控制器之製作。並輔以各種情境需求，綜合成一高效能照明延時控制器製作，以改良現有照明延時控制之用。

“Turn off lights not in use” is an expression that government agencies commonly print in promotional materials to promote energy saving. Faced with the greenhouse effect and increasingly scarce global energy, countries worldwide are actively working to develop new energy technologies as well as energy-saving and carbon-reduction methods. However, because new energy technologies are uncommon, incomplete, and insufficient to fully replace existing energy sources, energy-saving and carbon-reduction methods have subsequently become the most achievable method and the method featuring the most immediate effect. Energy-saving and carbon-reduction policies are also vigorously promoted by government agencies.
For small-area, visible-range lighting, traditional light switch control methods are generally ineffective as they result in waste of electricity. For example, light switch controls
manually leads to unnecessary lighting if occupants forget to turn off the light switch. Similarly, lights that are switch controlled via regional-based, infrared body heat sensors are inadequate if the switch off latency is improperly set (i.e., too long or too short). Likewise, lights that are switch controlled using fixed timers may create situations in which the switch on–off time fails to match actual occupant needs such as lights being turned on when occupants are away and turned off when occupants are present. These methods are thus unable to create a balance between light switch control and energy-saving needs.
This study first collected and analyzed relevant numerical data (i.e., counting the number of occupants per unit of time) before inferring the fuzzy rules. Next, methods based on fuzzy theories such as fuzzification, fuzzy rules, fuzzy inference engine, and defuzzification were employed to find the suitable parameter settings for optimal switch off latency. The study operation primarily involved counting the number of occupants and applying fuzzy theories to produce a smart controller. Various light control scenarios were subsequently used to facilitate the production of a highly efficient light switch featuring a delay controller to improve current light switch controllers.

目 錄

摘 要 i
ABSTRACT iii
誌 謝 v
目 錄 vii
表目錄 x
圖目錄 xi
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究內容 3
1.4 研究步驟 4
1.5 研究貢獻 6
1.6 論文架構 6
第二章 系統架構與硬體介紹 8
2.1 前言 8
2.2 常見照明延時控制方式比較 8
2.3 系統架構 9
2.4 常見主電路控制方式 15
2.5 手動機械式開關控制方式介紹 17
2.6 定時控制器控制方式介紹 20
2.7 區域型紅外線人體熱感應器控制方式介紹 21
2.8 遠端控制器控制方式介紹 22
2.9 本章結論 24
第三章 模糊控制器的製作 25
3.1 前言 25
3.2 模糊理論簡介 26
3.3 模糊化 27
3.4 模糊規則 31
3.5 模糊推論引擎 34
3.6 解模糊化 35
3.7 本章結論 36
第四章 系統設計與實驗 37
4.1 前言 37
4.2 軟體工具參數初始設定 37
4.3 軟體工具模擬結果 42
4.4 系統硬體組裝 56
4.5 程式碼撰寫 60
4.6 實驗步驟 62
4.7 實驗內容結果與分析 66
4.8 本章結論 76
第五章 結論與未來研究方向 77
5.1 結論 77
5.2 未來研究方向 78
參考文獻 80
附錄一 Matlab “m檔案”程式碼 82
附錄二 輸出歸屬函數集合數值表 92
附錄三 Matlab Fuzzy 工具箱fis檔案程式碼 97
作者簡介 100、表目錄

表2.1 常見照明延時控制類型概要表 8
表2.2 系統模式選擇開關功能概要表 13
表3.1 二值邏輯與模糊集合差異比較表 26
表3.2 輸入變數之模糊化名稱與語意表 28
表3.3 輸出變數之模糊化名稱與語意表 29
表3.4 模糊規則表 33
表3.5 常用解模糊化法比較表 36
表4.1 主電路組裝器件表 56
表4.2 控制器組裝器件表 58
表一 輸出C1的歸屬函數集合表 93
表二 輸出C2的歸屬函數集合表 94
表三 輸出C3的歸屬函數集合表 95
表四 模糊推論引擎合成後之歸屬函數集合表 96、圖目錄

圖1.1 照明延時控制系統研究步驟示意流程圖 5
圖2.1 照明延時控制系統架構示意圖 10
圖2.2 照明延時控制系統流程圖 14
圖2.3 一處開關照明控制接線示意圖 15
圖2.4 二處開關照明控制接線示意圖 15
圖2.5 三處開關照明控制接線示意圖 16
圖2.6 三處以上開關照明控制接線示意圖 16
圖2.7 開關面板動作類型(a)動作型及(b)非動作型 17
圖2.8 開關接點off時間類型(a)立即型及(b)延遲型 18
圖2.9 開關動作指示標記類型(a)顏色型及(b)燈光指示型 19
圖2.10 定時開關類型(a)機械式及(b)電子式 20
圖2.11 紅外線熱感應器類型(a)牆面型及(b)天花板型 21
圖2.12 二線式遙控系統架構示意圖 22
圖2.13 二線式遙控系統基本線路接線示意圖 23
圖2.14 二線式遙控系統照明迴路控制接線示意圖 24
圖3.1 模糊理論架構圖 25
圖3.2 輸入輸出的模糊化歸屬函數集合之圖形 30
圖3.3 Mamdani推論引擎合成示意圖 35
圖4.1 Matlab工具軟體主畫面 38
圖4.2 Matlab工具軟體”m檔案”編輯畫面 38
圖4.3 輸入a的模糊化圖形 39
圖4.4 輸入b的模糊化圖形 40
圖4.5 輸出c的模糊化圖形 41
圖4.6 輸入數值計算後模擬結果圖形 42
圖4.7 Matlab工具軟體主畫面模糊工具箱呼叫指令 44
圖4.8 Matlab模糊工具箱編輯程式 45
圖4.9 Matlab模糊工具箱輸入輸出變數圖形建立視窗 46
圖4.10 Matlab模糊工具箱輸入a模糊化圖形建立 47
圖4.11 Matlab模糊工具箱輸入b模糊化圖形建立 48
圖4.12 Matlab模糊工具箱輸出c模糊化圖形建立 49
圖4.13 Matlab模糊工具箱模糊規則建立 50
圖4.14 Matlab模糊工具箱第一種輸出圖形變化結果 51
圖4.15 Matlab模糊工具箱第二種輸出圖形變化結果 52
圖4.16 Matlab模糊工具箱第三種輸出圖形變化結果 53
圖4.17 Matlab模糊工具箱第四種輸出圖形變化結果 54
圖4.18 Matlab模糊工具箱第五種輸出圖形變化結果 55
圖4.19 系統主電路接線完成圖 57
圖4.20 控制器組裝接線完成圖 59
圖4.21 Arduino整合式設計編輯器主畫面 60
圖4.22 Arduino草稿碼上傳開發板示意圖 61
圖4.23 主電路實驗步驟流程圖 62
圖4.25 控制器模式切換實驗步驟流程圖 64
圖4.26 系統整合實驗步驟流程圖 65
圖4.27 控制器與主電路安裝配置圖 66
圖4.28 控制器上系統故障旁通開關開啟狀態 67
圖4.29 傳統單切開關開啟狀態 67
圖4.30 傳統單切開關關閉狀態 68
圖4.31 系統故障旁通開關關閉狀態 68
圖4.32 液晶顯示模組顯示狀態 69
圖4.33 液晶顯示模組顯示開機初始訊息 69
圖4.34 模式0狀態 70
圖4.35 模式1狀態 70
圖4.36 模式2偵測狀態 71
圖4.37 模式2延時狀態 71
圖4.38 模式3偵測狀態 72
圖4.39 模式3計數狀態 72
圖4.40 模式3延時狀態 73
圖4.41 模式4遠端遙控字元0狀態 73
圖4.42 模式4遠端遙控字元1狀態 74
圖4.43 模式4遠端遙控字元輸入錯誤狀態 74

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