臺灣博碩士論文加值系統

本研究以控制區域網路(Controller Area Network, CAN) Bus通訊傳輸技術為基礎，取代一般在智能建築上RS-485的通訊技術。主要是一種不分主從架構、高傳輸率(1Mbps)、傳輸距離長(10Km)、穩定性高、完善的除錯及防碰撞機制的通訊技術。其主要的應用範圍有車輛通訊、醫療儀器、工業控制、區域監控及自動化等。
本研究提出的應用主要分為兩部分。第一部分為智能建築的照明控制系統利用遠端控制繼電器及二線式互控繼電器控制照明設備，以監控各樓層照明設備，此外還添加觸控開關取代傳統式電機械開關在成本上的開銷。
第二部分為智能建築的居家看護系統利用指尖式心跳訊號、肌電訊號、心電訊號、呼吸訊號量測透過CAN傳送至監控端做長期記錄及追蹤。在嵌入式平台上開發一監控界面程式來接收及傳送各樓層的資訊，利用監控界面將無人樓層的照明設備關閉，以各生醫感測器量測生理資訊送至監控界面做觀察並定期將記錄送至醫院做專業的評估。若有危急發生時，監控端可立即通知醫院。這樣就達到節能減碳的效果，而慢性病患可藉由完整的居家看護系統使其在家中也能得到生理資訊，可降低人力資源以及住院時各種的成本開銷。
本研究的基礎架構為PIC18F4580及MCP2551，主要負責處理照明設備及生醫感測器的訊號和UART、CAN Bus資料的接收及傳送。以ARM11 T1NY6410嵌入式平台為生醫訊號、照明設備狀態顯示及照明設備控制的監控端，完成智能建築在照明設備控制和居家看護的應用。

In this paper, we based on Controller Area Network (CAN) Bus communication transmission technology to replace the general RS-485 communication technology in the intelligent building. It is a communication technology that the main characteristics is regardless of master-slave architecture, high data rate (1Mbps), long distance transmission (10Km), high stability, complete debugging and anti-collision mechanism. It is main scope of application are car communication, medical instrument, industrial control, regional monitoring, automation…etc.
The application proposed in this research is divided into two parts. The first part of the intelligent building lighting control system use a remote control relay and mutual control relay to control lighting equipment to monitor each floor of the lighting equipment. Also, we add a touch switch to replace the traditional electro-mechanical switch in the overhead cost.
The second part of intelligent building home care system using fingertips heartbeat signal, electromyography signal, electrocardiography signal, respiratory signal measurements through the CAN transmission to the monitoring client for long-term recording and tracking. The builds monitoring interface program to receive and transmit information of each floor in the embedded platform, using monitored interface to turn off lighting device in the vacant floor, using the biosensor measured physiological information and sent to the monitoring interface observation and sent records regularly to the hospital for professional assessment. If emergency occurs, the monitoring client can be notified to the hospital immediately. This achieves the effect of conserving energy to reduce emission, while patients with chronic illnesses can also get physiological information by using a complete home care system at home. It can reduce human resources and hospital overhead costs.
This research infrastructure for the PIC18F4580 and MCP2551, mainly responsible for handling lighting equipment and biomedical signals from sensors and UART, CAN Bus data reception and transmission. Using ARM11 T1NY6410 embedded platform based biomedical signal, lighting equipment status display and lighting equipment of control monitoring client to complete the application of intelligent building lighting control and home care.

摘要..............................i
Abstract.......................iii
誌 謝............................v
表目錄...........................ix
圖目錄............................x
第一章 概論........................1
1.1 研究背景、動機與目的.............1
1.2 系統架構.......................2
1.3 論文架構.......................3
第二章 相關知識與原理介紹.............4
2.1 CAN的起源.....................4
2.1.1 OSI通訊協定..................4
2.1.2 CAN應用層的協定...............6
2.2 CAN的主要特性...................7
2.2.1 CAN的傳輸速率、傳輸距離、編碼....7
2.2.2 CAN的檢測錯誤機制..............8
2.2.3 CAN的容錯機制.................8
2.2.4 CAN的防碰撞機制...............10
2.2.5 CAN的優勢....................12
2.3 CAN的訊框格式...................13
2.3.1 資料訊框(Data Frame)..........14
2.3.2 遠端要求訊框(Remote Frame).....17
2.3.3 錯誤訊框(Error Frame).........17
2.3.4 超載訊框(Overload Frame)......19
2.4 CAN的位元結構....................20
2.5 CAN的硬體架構....................21
2.6 RS-232通訊介面介紹...............22
2.7 探討RS-485通訊介面...............24
第三章、系統軟硬體架構.................26
3.1 CAN節點軟硬點架構................26
3.1.1 CAN微控制器...................26
3.1.2 CAN的收發器...................28
3.1.3 軟體概述......................29
3.2 嵌入式平台架構...................31
3.2.1 嵌入式電腦概述.................32
3.2.2 嵌入式系統組成.................32
3.2.3 核心硬體......................33
3.2.4 WinCE作業系統與開發工具.........33
3.3 CAN訊號驗證.....................34
第四章、照明控制系統軟硬體設計與測試.....37
4.1 照明控制系統概論.................37
4.2 磁保持型繼電器原理及特色...........38
4.2.1 遠端控制繼電器.................38
4.2.2 二線式互控繼電器...............39
4.3 觸控開關與CAN節點的結合...........41
4.4 照明控制系統設計.................42
4.4.1 照明控制系統硬體設計............42
4.4.2 照明控制系統軟體設計............46
4.5 照明控制系統測試與結果............49
第五章、居家看護系統軟硬體設計與測試.....53
5.1 居家看護系統概論.................53
5.2 生醫模組原理及設計...............54
5.2.1 指尖式心跳原理及設計...........54
5.2.2 呼吸量測原理及設計.............55
5.2.3 EMG量測原理及設計.............55
5.2.4 ECG量測原理與設計.............56
5.3 居家看護系統設計................57
5.3.1 居家看護系統硬體設計...........57
5.3.2 居家看護系統軟體設計...........59
5.4 居家看護系統測試與結果...........61
第六章、結論與未來展望...............65
參 考 文 獻.......................66
Extended Abstract................68
簡 歷............................72

[1]陳佳慧，蘇美如，黃秀梨，陳少傑，戴玉慈，陳恆順，2004，“遠距居家照護系統”，醫學資訊學，8卷，6期，頁837~845。
[2]BOSCH,1991,“CAN Specification 2.0”,Robert Bosch GmbH.
[3]吳章銘，唐任威，職念文，劉聖路，趙驚人，張宏義，王俊成，2005，網路概論與實務，初版，學貫行銷，台北。
[4]ISO-IS 11898,1993,“Road Vehicles – Interchange of Digital Information – Controller Area Network (CAN) for High Speed Communication”.
[5]Keith Pazul,1999,“Controller Area Network (CAN) Basics”,Microchip Technology Inc..
[6]吳建男，2009，“具CAN-Bus功能車用儀表之研發”，國立虎尾科技大學機械與機電工程研究所，碩士論文。
[7]Microchip Technology Inc.,2002,“CAN Workshop 601 Slide”.
[8]陳予柔，民93，“控制區域網路之節點自動偵測與資料傳輸效率提昇”，國立彰化師範大學，碩士論文。
[9]CAN in Automation,1996,“CANopen: Communication Profile for Industrial System Based on CAL.”,Version 3.0,CiA Draft Standard DSP 301.
[10]Micro Switch Specification,1995,“Application Layer Protocol Specification Version 2.0”, SDS Component Modeling Specification.
[11]DeviceNet Specification,1997,“Vol.1: Communication Model and Protocol, Vol.2: Device Profiles and Object Library”, Release 2.0 .
[12]謝錫郎，2005，“遠端告警系統與通信系統整合之研究-CAN節點製作與整合”，國立彰化師範大學機電工程學系，碩士論文。
[13]黃榮文，李旺軒，民91，“汽車控制網路之原理與技術”，中華民國汽車工程學會，16期，頁98~107。
[14]Microchip Technology Inc.,“CAN 202 Workshop”.
[15]CEVT，“CAN Bus簡介”。
[16]Microchip Technology Inc.,2001,“AN754”.
[17]孫成啟，民91，“CAN BUS網路之鋼板熱軋溫度監控系統”，元智大學機械工程學系，碩士論文。
[18]陳立元，範逸之，廖錦棋，2006，Visual Basic 2005與自動化系統監控-RS232串列通訊篇，文魁。
[19]廣州周立功單片機發展有限公司，2003，“CAN-bus 現場總線應用方案RS485升級到CAN”。
[20]Microchip Technology Inc.,2007,“PIC18FXX80 Data Sheet”.
[21]Microchip Technology Inc.,2003,“MCP2551”.
[22]Microchip Technology Inc.,2001,“AN738”.
[23]長高科技股份有限公司，2008，“ARM S3C2440與嵌入式WinCE6.0設計實務”。
[24]王金龍，蘇瑞元，江叔盈，遲文麗，2007，嵌入式作業系統開發與應用程式，初版，碁峰，台灣。
[25]ZEROPLUS TECHNOLOGY CO.,LTD，2009，“CAN BUS在車用儀表板應用之量測”。
[26]SINEW SYSTEM TECH CO.,LTD，2011，“SINEW TPC 複合式全二線 控制系統”。
[27]Azoteq(Pty)Ltd,2010,“IQS127 Datasheet CN v1.5”.
[28]曾蜂元，2010，“Zigbee感測網路架設與綠色能源自動監測之應用”，國立虎尾科技大學光電與材料所，碩士論文。
[29]Raising Technology CO.,LTD，“生醫教學子板使用手冊”。