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研究生:邱耀民
研究生(外文):CHIOU,YAO-MIN
論文名稱:手持裝置Wi-Fi通訊應用於流體元件運動控制之研究
論文名稱(外文):Research on Handheld Device Wi-Fi Communication Applied to Motion Control of Fluid Components
指導教授:任志強任志強引用關係鄭秦亦
指導教授(外文):RENN,JYH-CHYANGCHENG,CHIN-YI
口試委員:任志強鄭秦亦江茂雄張中平
口試委員(外文):RENN,JYH-CHYANGCHENG,CHIN-YICHIANG, MAO-HSIUNGCHANG, CHUNG-PING
口試日期:2020-07-14
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:機械工程系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2020
畢業學年度:108
語文別:中文
論文頁數:112
中文關鍵詞:物聯網WiFi無線控制氣壓系統網頁伺服器雲端資料庫
外文關鍵詞:Internet of ThingsWiFiWireless for pneumatic control systemWeb serverCloud Database
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隨著科技日新月異,現今5G網路傳輸逐漸朝向具有大容量傳輸、低延遲、巨量物連網的特性發展,物聯網更可藉由高速網路通訊,進行設備與廠區監控快速掌握各機台設備運作情況,以往控制器只需高速處理內部程式速度,而因網路速度的提升及通訊規格逐步統一,控制器也開始加入無線網路傳輸功能介面,能夠接受遠端調整參數後,改變受控體的運作狀態,透過通訊位址IP跟通訊埠port,就可以連接到控制器內部調整設備參數與資料擷取。
本研究以WiFi無線通訊為設備元件的訊號傳遞技術,透過無線傳輸將控制訊號傳輸到手機介面上,本文控制架構上分為三個部分:無線傳輸模式、雲端網路通訊、元件硬體控制,其中本文利用無線控制方式導入開迴路與閉迴路系統,開迴路系統則以三種控制模式進行,分別是次數控制模式、次數時間控制模式、順序控制模式並輔以手機裝置虛實遠端遙控輸入參數,而閉迴路系統部分則新增運動控制、資料庫資料儲存與讀取兩大功能,運動控制方面利用PID控制法則,控制氣壓無桿缸執行定位控制與弦波控制探討其響應結果,資料庫部分以外網的方式,將資料送進以Node.js架設的網頁伺服器,並連接mariadb關聯式資料庫,進行相關資料的儲存。最終本文成功整合WiFi無線傳輸、虛實同步、網頁伺服器、資料庫,完成開迴路監控系統與閉迴路控制系統的目標。

In this paper introduces an integrated wireless ubiquitous monitoring system for pneumatic component management and better operators in factories or dangerous environments, in this paper algorithm with extended cell phone independent pneumatic open loop and close loop control. This paper focuses on flexible, cost friendly wireless factory automation system which would be based on an Android App. The app will be working with the help of also Internet of Things. The App would be featuring the process of network databased that would be taking commands from user in order to control different pneumatic appliances that would be connected via IoT. The Android based app communicates with the micro web-server via internet using the WiFi based web service. The mobile app that is created, contains all the commands like pneumatics witching valve, pneumatic cylinder and rodless cylinder, etc. Thus this concept basically contains the smart appliances in a factory that can be controlled by WiFi connected wirelessly with the mobile phones. Finally, this article successfully integrated WiFi wireless transmission, virtual and real integration, web server, cloud database and completed the open-loop and closed-loop remote control monitoring system.
摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iii
目錄 iv
表 目 錄 vii
圖 目 錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 3
1.3 文獻回顧 5
1.4 論文大綱 14
第二章 無線傳輸與網路通訊 15
2.1.1 主流無線傳輸種類 15
2.1.2 藍牙 15
2.1.3 LoRa 16
2.1.4 Wi-Fi 17
2.2 網路通訊協定 18
2.2.1 TCP/UDP 18
2.2.2 HTTP 21
2.3 Wi-Fi模組晶片比較 22
2.3.1 DT-06無線WiFi 模組 22
2.3.2 Nodemcu 23
2.3.3 ESP32 24
2.3.4 Linkit 7697 25
2.3.5 arduino yun 26
2.3.6 模組比較 27
第三章 基本控制理論 28
3.1 開迴路控制系統 28
3.2 閉迴路系統 29
3.3 PID控制理論 30
3.3.1 傳統PID 30
3.3.2 切換式PID 34
3.3.3 低通濾波器 36
第四章 硬體架構與APP介面介紹 39
4.1 開迴路控制系統之硬體架構 39
4.1.1 雙動氣壓缸 40
4.1.2 三口二位復歸型單控電磁閥 40
4.1.3 紅外線距離感測器 41
4.2 閉迴路控制系統之硬體架構 41
4.2.1 氣壓無桿缸 42
4.2.2 比例式方向閥 43
4.2.3 拉線式位移計 44
4.3 實驗設備 45
4.3.1 微電腦控制器(MCU) 45
4.3.2 ESP32 46
4.3.3 16 bit數位轉類比模組 47
4.4 軟體介紹 48
4.4.1 App inventor 2 程式介紹 51
4.4.2 Node.js網路伺服器 52
4.4.3 MariaDB資料庫管理系統 53
4.4.4 Lua ESPlorer -ESP程式編輯環境 54
4.5 運動控制APP介面及功能介紹 55
第五章 無線傳輸開迴路控制系統實驗結果 61
5.1 無線傳輸開迴路控制系統架構 61
5.2 實驗流程 65
5.3 系統實際測試 66
5.3.1 氣壓缸之次數控制(Multiple number of times) 66
5.3.2 氣壓缸之時間控制(Multiple times control) 68
5.3.3 多氣壓缸之順序控制(Multiple sequense control) 70
5.4 實驗結果與討論 73
第六章 無線傳輸之閉迴路控制系統與資料庫實驗結果 74
6.1 無線傳輸閉迴路控制之系統架構 74
6.2 資料庫系統架構 75
6.3 系統實際測試 75
6.3.1 氣壓無桿缸之PID單點定位控制 76
6.3.2 氣壓無桿缸之切換式PID之弦波輸入控制 86
6.3.3 氣壓無桿缸之切換式PID全行程之多點定位控制 90
6.3.4 資料庫 93
6.4 實驗結果與討論 95
第七章 結論 96
7.1 結論 96
7.2 未來展望 97
參考文獻 98


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