臺灣博碩士論文加值系統

近年來，無線資料傳輸的技術蓬勃發展，其結合感測器已普遍應用於物聯網領域，本文目的主要探討無線資料擷取技術於旋轉撓性負載控制系統的可行性；一般而言，撓性負載會使馬達輸出扭力對負載端位移的動態系統增加2階，使控制器的設計非常困難，若能在負載端增加角加速度或急跳度的訊號回授，可大幅降低控制器設計的難度；然而旋轉軸安裝感測器最大問題是需克服訊號線在旋轉體上線纏繞的情況，本文希望利用無線訊號擷取的技術來克服此問題。
本文探討幾款無線收發模組，如Wi-Fi、RF射頻等，並進行傳輸速度的比較。其中，以具SPI通訊介面的nRF24L01+ 模組，資料傳輸速度最快，約可達3.3k位元組/秒，文中搭配12位元的類比數位轉換器(A/D)及數位類比轉換器(D/A)，進行訊號擷取的實測，比較原始波形與經過A/D、無線傳輸及D/A後輸出之類比訊號，兩者訊號的延遲時間約1.7毫秒，該延遲時間可作為評估未來控制系統應用的參考。

In recent years, the technology of wireless data transmission has developed vigorously, and its combination with sensors has been widely used in the field of Internet of Things. The purpose of this paper is to discuss the feasibility of wireless data acquisition technology in rotating compliant load control system. Generally speaking, the compliant load will increase the dynamic order of the motor output torque to the load angular displacement by 2 , which makes the design of the controller very difficult. If the signal of angular acceleration or jerk of the load can be fed back, the difficulty of controller design can be greatly reduced. However, the main problem of installing the sensor on the rotating shaft is to overcome the situation that the signal wire is entangled on the rotating body. The purpose of this paper is to use the technology of wireless signal acquisition to overcome this problem.
Here, several wireless transceiver modules, such as Wi-Fi, RF radio frequency, etc. are interested where the transmission speed are compared. Among them, the nRF24L01+ module with SPI communication interface has the fastest data transmission speed, up to 3.3k bytes per second. In this paper, a 12-bit analog-to-digital converter (A/D) and the digital-to-analog converter (D/A) are used to carry out the actual measurement of signal acquisition. The original waveform and the analog signal output after A/D, wireless transmission and D/A are compared,and the delay time between them is about 1.7 milliseconds. This delay time can be used as a reference for evaluation of control system design.

目錄
摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 VIII
第1章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 文獻回顧 1
1.3 本文架構 3
第2章 無線通訊傳輸介紹 4
2.1 無線通訊傳輸技術 4
2.2 命令傳輸介面 6
2.3 無線訊號傳輸於旋轉負載控制系統的應用 11
第3章 實驗方法 15
3.1 單晶片AT89S53 16
3.2 無線傳輸模組 18
3.3 類比數位轉換器及數位類比轉換器 26
3.4 加速規 29
第4章 結果與討論 32
4.1 無線收發模組傳輸速度實驗 32
4.2 無線收發模組的比較 36
4.3 小結 37
4.4 無線資料擷取綜合實驗 38
第5章 結論和未來展望 42
5.1 結論 42
5.2 未來展望 43
參考文獻 44
附錄1 47
附錄2 49
附錄3 52
附錄4 53

圖目錄
圖2.1 資料封包組成 7
圖2.2 UART 串列埠之雙向通訊 8
圖2.3 典型的 I²C bus 電路 8
圖2.4 單一主機對單一從機 9
圖2.5 單一主機對多個從機 10
圖2.6 旋轉型撓性負載 12
圖2.7 感測器安裝配置圖 12
圖 2.8 馬達驅動撓性負載示意圖 14
圖 2.9 控制系統方塊圖 14
圖 3.1 (a) 發射端 15
圖 3.1 (b) 接收端 15
圖3.2 8051 腳位 16
圖3.3 AT89S53外觀圖 18
圖3.4 ESP-01S外觀圖 20
圖3.5 HC-12外觀圖 22
圖3.6 nRF24L01+ 外觀圖 23
圖3.7 nRF24L01+ 數據包結構 24
圖3.8 MCP3204腳位及外觀圖 26
圖3.9 MCP3204 SPI時序圖 27
圖3.10 MCP4921腳位及外觀圖 28
圖3.11 MCP4921 SPI時序圖 29
圖3.12 ADXL345外觀圖 29
圖3.13 ADXL345 SPI寫入指令之時序圖 29
圖3.14 ADXL345 SPI讀取指令之時序圖 30
圖3.15 ADXL345 寄存器0X31—DATA_FORMAT 30
圖4.1 (a) 傳送端的電路圖 (ESP-01S和AT89S53) 32
圖4.1 (b) 接收端的電路圖 (ESP-01S和AT89S53) 32
圖4.2 使用ESP-01S傳輸 6個Bytes的時間 33
圖4.3 (a) 傳送端的電路圖 (HC-12和AT89S53) 34
圖4.3 (b) 接收端的電路圖 (HC-12和AT89S53) 34
圖4.4 使用HC-12傳輸 4個Bytes的時間 34
圖4.5 (a) 傳送端的電路圖 (nRF24L01+ 和AT89S53) 35
圖4.5 (b) 接收端的電路圖 (nRF24L01+ 和AT89S53) 35
圖4.6 使用nRF24L01+傳輸 2個Bytes的時間 35
圖4.7 使用nRF24L01+傳輸 3個Bytes的時間 36
圖4.8 無線資料擷取綜合實驗流程 38
圖4.9 原始正弦波頻率10HZ與還原後之波形比較 39
圖4.10 原始正弦波頻率50HZ與還原後之波形比較 39
圖4.11 原始正弦波頻率100HZ與還原後之波形比較 39
圖4.12 原始正弦波頻率200HZ與還原後之波形比較 40
圖4.13 無線資料擷取綜合實驗之傳輸延遲 40

表目錄
表2.1 SPI四種操作模式 11
表3.1 TCP和UDP傳輸層協議通訊差異 19
表3.2 ESP-01S腳位說明 20
表3.3 HC-12腳位說明 22
表3.4 nRF24L01+腳位說明 23
表4.1 無線模組間之比較 37
表4.2 無線資料擷取綜合實驗的時間分布 41

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[24] http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/21897b.pdf
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