臺灣博碩士論文加值系統

循環型農園可促進永續發展及循環經濟，本研究因而延續研究群的DIY綠花園(DIYGreen)成果設計開發屋頂型循環型農園，首先開發構建循環型農園所需的回字循環蚯蚓養殖法、空中取水套件及可彈性擴充防蟲罩。回字循環蚯蚓養殖法乃是與專家及同學合作開發，用於消化生廚餘產生優質有機蚓肥供DIYGreen植物生長，已實證可易於取蚓肥；空中取水套件結合太陽能板及致冷晶片，雖成本仍高，但實測結果可取得預期水量彌補長期乾旱儲水不足；可移式及可卸式防蟲罩可搭配DIYGreen套件有效避免菜被蟲吃，種植出健康且漂亮的蔬菜。
屋頂型循環型則開發了低維護種菜法、三種山式及一種攀藤式循環型農園，低維護種菜法顛覆傳統需要土地、澆水及施肥方能種菜，除了初期加水及蚓肥，生長期不太需要澆水也不必施肥及太多維護即可種出優質健康的蔬菜；山式以DIYGreen框型套件設計了A/B/C三種型式，增加垂直空間利用率及單雙層組合增加植物種植的多元性，雖A/B二種型式均可成功結合回字蚯蚓養殖法，但操作上較複雜，故本研究建議採用山C式；攀藤式則再增加垂直擴充藤架建立百香果香草園，進一步實證可增加種植多樣性，可供在屋頂生產零食物里程的安全且優質食物。
本研究亦採用Arduino建立物聯網環境監測器系統，戶外以太陽能為電源供能，在Wi-Fi環境下監測農園空氣溫溼度及土壤溫溼度等變化，將資料傳輸至MySQL資料庫儲存，使照顧植栽更智慧且容易。

Circular farms could support sustainable development and the circular economy. Based on previously developed DIYGreen kits, this study designed and developed a circular rooftop farm. A loop-based earthworm cultivating (LEC) method, an atmospheric water generator, and expandable anti-insect nets were first explored. The LEC method was developed in collaboration with an expert and a classmate to cultivate earthworms that feed on kitchen waste and produce nutrient-rich vermicast, which can be used as fertilizer to grow plants. Experiments confirmed that it is easy to obtain vermicast by the method. The atmospheric water generator was composed of a solar panel and a cooling device. Although we could not significantly reduce the cost of the generator, measurement results showed that it could generate sufficient quantities of water in sunshine dry weather. The portable and detachable anti-insect net can effectively protect the plants from insect predation.
Several rooftop circular systems were developed and established, including a low maintenance vegetable planting (LMVP) method, three types (A, B, and C) of vertical structures, and a vine frame circular farm. The LMVP method, with minimal labor input for watering and fertilizer application, were proven to be able to grow high quality and healthy vegetables. All these structures could increase the area available for planting. The staggered single- and double-layer arrangement made it possible to cultivate a large variety of vegetables. However, although types A and B could successfully integrate the DIYGreen earthworm incubator, the operations were complex. Therefore, type C, for its compact size and planting variety, is recommended. The vine frame system was built to grow passion fruit and vanilla, and confirmed the versatility of the system. With the systems, safe and high quality food could be produced with zero food miles.
This study also applied an Arduino platform to build an environmental monitoring system, it was powered by a solar panel. Under a Wi-Fi-enabled environment, the system could monitor ambient temperature and humidity as well as soil temperature and moisture for the rooftop circular farms. The data collected are sent to a MySQL database. The monitoring system could make farm care more intelligent.

摘要 i
Abstract ii
誌謝 iv
目錄 v
圖目錄 ix
表目錄 xi
第一章 前言 1
1.1. 研究緣起 1
1.2. 研究目的 3
1.3. 論文內容 4
第二章 文獻回顧 5
2.1. DIY綠花園/綠屋頂發展歷程 5
2.2. 蚯蚓養殖及取蚓肥 7
2.3. 空中取水 10
2.4. 屋頂農園 14
2.4.1. 防蟲罩 14
2.4.2. 屋頂農園 14
2.5. 物聯網環境監測 15
第三章 研究流程與方法 17
3.1. 研究流程 17
3.2. 資料收集與整理 21
3.3. 回字循環蚯蚓養殖法 22
3.3.1 功能需求 23
3.3.2 設計開發 24
3.3.3 操作方法 25
3.4. 空中取水 27
3.4.1 功能需求 29
3.4.2 套件功能開發 29
3.4.3 實驗操作方式 31
3.5. DIY屋頂循環型農園設計開發 33
3.5.1 低維護種菜法 33
3.5.2 DIYGreen 防蟲罩設計開發 36
3.5.2.1 可移式 36
3.5.2.2 可卸式 36
3.5.3 山式 37
3.5.3.1 山A式 38
3.5.3.2 山B式 38
3.5.3.3 山C式 39
3.5.4 攀藤式 40
3.5.4.1 攀藤網 40
3.5.4.2 高引水套蓋 41
3.5.4.3 百香果花草園 41
3.6. 物聯網農園環境監測 43
3.6.1 套件功能需求 43
3.6.2 套件設計開發 45
第四章 結果與討論 47
4.1. 回字循環蚯蚓養殖法 47
4.1.1. 實驗流程 47
4.2. 空中取水 51
4.2.1. 初期實驗-70W 51
4.2.2. 185W實驗 54
4.3. DIY屋頂循環型農園 59
4.3.1. 低維護種菜法 59
4.3.2. DIYGreen防蟲罩設計開發 63
4.3.2.1 可移式防蟲罩 63
4.3.2.2 可卸式防蟲罩 65
4.3.3. 山式 66
4.3.3.1 山A式 66
4.3.3.2 山B式 69
4.3.3.3 山C式 71
4.3.4. 攀藤式 74
4.3.4.1 高引水套蓋 76
4.4. 物聯網農園環境監測 78
第五章 結論與建議 82
5.1. 結論 82
5.2. 建議 84
參考文獻 85
附錄A. 蚯蚓飼養箱建置流程 90
附錄B. 空中取水套件安裝流程 93
附錄C. 防蟲網安裝流程 98
附錄D. 山式安裝流程 109
附錄E. 攀藤式安裝流程 116
附錄F. 物聯網環境監測套件方程式 121

卜馨儀，（2015），智慧監控系統應用於安撫寵物犬情緒之研究與創作，國立臺北科技大學，碩士論文，台北市。
中央研究院，(2013)，Arduino基本介紹，http://newsletter.ascc.sinica.edu.tw/news/read_news.php?nid=2782(accessed on 2020/07/014)。
中央氣象局，(2019)，觀測資料查詢，https://e-service.cwb.gov.tw/HistoryDataQuery/index.jsp(accessed on 2020/07/014)。
內政部，(2018)，人口統計資料，https://www.ris.gov.tw/app/portal/346(accessed on 2020/07/014)。
王啟川，(2019)，面談指導，國立交通大學機械系教授，新竹市。
王勝雄，(2019)，Scratch 結合Arduino開放硬體對國中學生程式設計學習成效之研究，國立臺中教育大學，碩士論文，台中市， https://hdl.handle.net/11296/2ys2c7(accessed on 2020/07/014)。
王銘宏，(2012)，蚓糞自動採集系統開發與設計，國立臺南大學，碩士論文，台南市，https://hdl.handle.net/11296/z28x3q(accessed on 2020/07/014)。
江佳憲，(2019)，LoRa通訊技術應用於梨園監測預警系統之開發，國立宜蘭大學，碩士論文，宜蘭縣，https://hdl.handle.net/11296/yzgzyy(accessed on 2020/07/014)。
吳柏毅，(2017)，論發展循環經濟之機會與挑戰，國立清華大學，碩士論文，新竹市，https://hdl.handle.net/11296/xr4k4w(accessed on 2020/07/014)。
李居芳，(2010)，冷凍空調概論，全華圖書.
杜烱林，(2017)，LoRa於物聯網資料蒐集系統之開發，崑山科技大學，碩士論文，台南市，https://hdl.handle.net/11296/qybv7k(accessed on 2020/07/014)。
周子翔，(2017)，物聯網用於魚菜共生系統中水質監控及預警，中原大學，碩士論文，桃園
林孟薇，(2018)，回收瓶為基座之透氣型DIY組合植栽框件開發設計，國立交通大學，碩士論文，新竹市。
林昀璇，(2016) ，無線通訊新技術LoRa 興起，匯流新聞網， https://cnews.com.tw/%E7%84%A1%E7%B7%9A%E9%80%9A%E8%A8%8A%E6%96%B0%E6%8A%80%E8%A1%93lora-%E8%88%88%E8(accessed on 2020/07/014)。
凃嘉宇，(2005)，溫度感測器結合ZigBee技術應用於護理之家之研究，亞洲大學，碩士，台中市，https://hdl.handle.net/11296/56rr55(accessed on 2020/07/014)。
洪敏郎，(2006)，家電型除濕機技術規格介紹，pp. 89-94。
徐基軒，(2008)，薄膜太陽電池-致冷晶片混成系統應用於電動車輛冷氣設計評估，清華大學，http://www.AiritiLibrary.com/Publication/Index/U0016-2002201314223264(accessed on 2020/07/014)。
高健哲，(2017)，熱帶地區溫網室之環控系統研究，國立中興大學，碩士論文，台中市，https://hdl.handle.net/11296/mhgyua(accessed on 2020/07/014)。
張惠娟，(2016)，屋頂可食地景之降溫研究，東海大學，碩士論文，台中市， https://hdl.handle.net/11296/8963w3(accessed on 2020/07/014)。
梁忠霖，(2017)，熱電晶片致冷效應之研究，宜蘭大學， http://www.AiritiLibrary.com/Publication/Index/U0046-0208201716500800(accessed on 2020/07/014)。
莊淑君，(2004)，蚯蚓照射紫外線A或紫外線B(UV-AorUV-B)後對爬行行為、呼吸及體表氧化壓力之研究，(博士)，國立臺灣大學，台北市，https://hdl.handle.net/11296/ek4fkc(accessed on 2020/07/014)。
郭丞晉，(2019)，基於Sigfox低功耗廣域網路之疲勞駕駛警示系統，南臺科技大學，碩士論文，台南市，https://hdl.handle.net/11296/hz63pj(accessed on 2020/07/014)。
陳妙如，(2016)，塑膠熱交換器用於除濕輪式除濕機之性能改善研究，國立交通大學，碩士論文，新竹市，https://hdl.handle.net/11296/gx3yg3(accessed on 2020/07/014)。
陳玟如，(2016)，改良型監控式魚菜共生系統實作，國立勤益科技大學，碩士論文，台中。
陳盈茹，(2018)，Android應用程式與LinkIt 7697嵌入式物聯網平台之BLE無線通訊技術應用探討與實作，明新科技大學，碩士論文，新竹縣， https://hdl.handle.net/11296/3vgnr2(accessed on 2020/07/014)。
陳家和，(2013)，以循環經濟為基之農業新生機-以K公司為例，逢甲大學，碩士論文，台中市，https://hdl.handle.net/11296/zak728(accessed on 2020/07/014)。
彭聖閔，（2017），回收寶特瓶為基座組合式植栽大盆件套件開發設計，國立交通大學，碩士論文，新竹市。
曾偉智，(2002)，高效率變頻空調壓縮機驅動器之研製，國立中山大學，碩士論文，高雄市，https://hdl.handle.net/11296/w5ub2s(accessed on 2020/07/014)。
項子娟，(2019)，DIY獨立型組合植栽盆件與循環型農園雛型系統開發設計，國立交通大學，碩士論文，新竹市。
黃士銘，（2015），寶特瓶中空式綠屋頂隔熱降溫實驗分析，國立交通大學，碩士論文，新竹市。
黃孔生，(2014)，基於太陽能結合熱電致冷晶片之車輛空調應用，國立高雄應用科技大學，碩士論文，高雄市，https://hdl.handle.net/11296/t6aq3n(accessed on 2020/07/014)。
黃暉升，(2020)，致冷晶片專家，新北市。
黃瑞彰, 江汶錦, 潘佳辰與王瓊慧，（2015），「點糞成金-蚓糞堆肥介紹」，臺南區農業專訊，91(3)，pp. 15-19。
楊詠翔，(2019)，DIY直立型與回收輪胎型植栽組合套件開發設計，國立交通大學，碩士論文，新竹市。
雷科技 (2014)，[【雷聲】Arduino與樹莓派RPi的優缺點]。
趙堃鎮，(2018-2020)，養蚯蚓專家，台中市。
劉耕溢，(2018)，回收瓶為基座之DIY室內植栽套件開發設計，國立交通大學，碩士論文，新竹市。
練宥宏，(2007)，利用熱電致冷的冷敷裝置之製作與性能測試，大同大學，碩士論文，台北市，http://www.AiritiLibrary.com/Publication/Index/U0081-0607200917243141(accessed on 2020/07/014)。
蔡建泓，(2012)，薄層屋頂綠化植栽選種及灌溉量之研究—以台北、台中、台南為例，國立勤益科技大學，碩士論文，台中市，https://hdl.handle.net/11296/wv6twb
蔡嘉展，(2003)，蒸發器、膨脹閥與壓縮機之系統模擬---外均壓式膨脹閥調整控制與蒸發過程之熱流特性，國立清華大學，碩士論文，新竹市， https://hdl.handle.net/11296/b59xqk(accessed on 2020/07/014)。
鄭盈信，（2017），以無線供電之水族箱監控系統，國立虎尾科技大學，碩士論文，雲林縣。
蕭明哲，(2008)，冷凍空調概論，全華圖書。
環保署，(2019)，台北市，https://www.epa.gov.tw/mp.asp?mp=epa (accessed on 2020/07/014)。
聯發科技創意實驗室，(2019)，聯發科技LinkIt開發平台系https://labs.mediatek.com/zh-tw(accessed on 2020/07/014)。
謝宜敏，（1997），蚯蚓的利用與養殖，五洲出版社，台北市，p. 198。
謝宜敏，(1997)，蚯蚓的利用與養殖，台北市，五洲出版社。
簡紹祐，(2015)，評估蚓糞堆肥之安全性及其對萵苣生長及抗氧化能力之影響，國立中興大學，碩士論文，台中市，https://hdl.handle.net/11296/752d7s(accessed on 2020/07/014)。
蘇博尹，(2010)，ZigBee在環境監控的應用與ZigBee模組的開發研究，華梵大學，碩士論文，新北市，https://hdl.handle.net/11296/9r9bfm(accessed on 2020/07/014)。
iBT數位建築，(2018)，一探究竟Sigfox、LoRa、NB-IoT-物聯網世代的無線傳輸技術，iBT數位建築雜誌，http://www.ibtmag.com.tw/new_article.asp?ar_id=25557&fbclid=IwAR2LeVvtForC3OIxeCBVGsCOCB31ioKWESN9X1fuFUqI0opRlPMUUOtNauM(accessed on 2020/07/014)。
T客邦，(2015)，Maker 經驗談：開發板到底有多少種？初學者挑選又該從哪一塊板子入手，https://www.techbang.com/posts/26072-cao-yongzhong-board-maker-iot?fbclid=IwAR2X1VQC_IsaFMjGl8zIUAjyd2gVF4HodjNwBlNjnL8knsBw(accessed on 2020/07/014)。
DIYGreen，(2020)，交通大學DIY綠花園∕綠屋頂，http://diygreen.ev.nctu.edu.tw/(accessed on 2020/07/014)。
Abulsoud, M., Emam, M., and El-Rahman, N. (2015). “The Potential Use of Vermicompost in Soilless Culture for Producing Strawberry.” International Journal of Plant & Soil Science, 8, 1-15.
Astee, L. Y. and Kishnani, N. T. (2010). “Building Integrated Agriculture: Utilising Rooftops for Sustainable Food Crop Cultivation in Singapore.” Journal of Green Building, 5, 105-113.
Boneta, A., Rufi-Salis, M., Ercilla-Montserrat, M., Gabarrell, X., and Rieradevall, J. (2019). “Agronomic and Environmental Assessment of a Polyculture Rooftop Soilless Urban Home Garden in a Mediterranean City.” Frontiers in Plant Science, 10.
Elvira, C., Sampedro, L., Benitez, E., and Nogales, R. (1998). “Vermicomposting of sludges from paper mill and dairy industries with Eisenia andrei: A pilot-scale study.” Bioresource Technology, 63(3), 205-211.
Fontus，(2020)， http://fontus.at/(accessed on 2020/07/014)。
Grard, B. J. P., Chenu, C., Manouchehri, N., Houot, S., Frascaria-Lacoste, N., and Aubry, C. (2017). “Rooftop farming on urban waste provides many ecosystem services.” Agronomy for Sustainable Development, 38.
Jusselme, M. D., Pruvost, C., Motard, E., Giusti-Miller, S. Frechault, S.,Alphonse, V., Balland-Bolou-Bi, C., Dajoz, I., and Mora, P. (2019). “Increasing the ability of a green roof to provide ecosystem services by adding organic matter and earthworms.” Applied Soil Ecology, 143, 61-69.
Kabilan, N. and Selvi, M. S. (2016). "Surveillance and steering of irrigation system in cloud using Wireless Sensor Network and Wi-Fi module." Recent Trends in Information Technology (ICRTIT), Chennai, India, 1-5.
Khan, A. (2006). Vermicomposting of poultry litter using Eisenia foetida [electronic resource].
Kim, H. (2018). Development of adsorption-based atmospheric water harvesting and thermal energy storage technologies. Massachusetts Institute of Technology , 139-146.
Kodali, R. K., Mandal, S., and Haider, S. S. (2017). "Flow based environmental monitoring for smart cities." Advances in Computing, Communications and Informatics (ICACCI), Udupi, India, 455-460.
Kumar, M. S., Chandra, T. R., Kumar, D. P. and Manikandan, M. S. (2016). "Monitoring moisture of soil using low cost homemade Soil moisture sensor and Arduino UNO." Advanced Computing and Communication Systems (ICACCS), Coimbatore, India, 1-4.
Lleo, T., Albacete, E., Barrena, R., Font, X., Artola, A, and Sanchez, A. (2013). “Home and vermicomposting as sustainable options for biowaste management.” Journal of Cleaner Production, 47, 70-76.
Mahaly, M., Senthilkumar, A. K., Arumugam, S., Kaliyaperumal, C., and Karupannan, N. (2018). “Vermicomposting of distillery sludge waste with tea leaf residues.” Sustainable Environment Research, 28, 223-227.
Manh, V. H. and Wang, C.H. (2014). “Vermicompost as an Important Component in Substrate: Effects on Seedling Quality and Growth of Muskmelon (Cucumis Melo L.).” APCBEE Procedia, 8, 32-40.
Parameswaran, G. and Sivaprasath, K. (2016). "Arduino based smart drip irrigation system using internet of things." Int. J. Eng. Sci, 6(8), 5518-5521.
Pagan, T. and Rachelle, S. (2004). The worm guide: a vermicomposting guide for teachers. California: California Integrated Waste Management Board (CIWMB).
Reddy, A. M. and Rao, K. R. (2016). "An android based automatic irrigation system using a WSN and GPRS Module. " Indian Journal of Science and Technology, 9(30), pp. 1-6.
Sinha, R. K., Herat, S., Chauhan, K., and Valani, D. (2009). “Earthworms vermicompost: a powerful crop nutrient over the conventional compost & protective soil conditioner against the destructive chemical fertilizers for food safety and security.” American-Eurasian Journal of Agricultural and Environmental Science, 5, 14-22.
Steen, T. P. R. (2004). The worm guide: a vermicomposting guide for teachers. California Integrated Waste Management Board (CIWMB), California, 48.
Water from Air，(2020)，https://www.waterfromair.co.za/products(accessed on 2020/07/014)。/
Webster, K. (2018). The circular economy: A wealth of flows. 2nd ed. Ellen MacArthur Foundation. UK.
Zhao, D. and Tan, G. (2014). “A review of thermoelectric cooling: Materials, modeling and applications.” Applied Thermal Engineering, 66, 15-24.