臺灣博碩士論文加值系統

本論文應用嵌入式系統，結合ZigBee無線感測網路通訊，整合負載啟斷模組與冷氣溫控模組，研發一套嵌入式負載監控系統，達成無所不在負載迴路電力監控。應用Visual Studio Visual Basic (VB)視覺化程式語言，開發圖形化負載監控人機介面，將負載監控應用程式，部署至嵌入式開發平台，執行各迴路負載監控。為達節能減碳目的，本論文提出負載限制監控與時間電價負載監控策略。負載限制監控，即當冷氣與各迴路負載(電阻器)總負載量，超過負載限制設定上限時，即執行負載限制監控策略，意即選擇各迴路負載總和，最接近且大於負載限制監控量的各迴路負載進行卸載；若無法滿足負載限制監控量時，便透過冷氣溫控模組，進行冷氣溫度調升控制，來跳脫冷氣壓縮機，直到冷氣卸載量滿足負載限制監控量為止。時間電價負載監控，即考慮時間電價，直接執行卸載監控策略，優先執行各迴路負載用電卸載，當卸載量不足時；再考慮調升冷氣溫度，達到冷氣卸載量滿足時間電價負載監控量目的。本論文所開發嵌入式負載監控系統，經測試結果驗證，不但可提供各迴路負載即時監視，而且可以有效控制冷氣與各迴路負載卸載量，降低系統尖峰負載，達到節能省電目的。

In this thesis, integrating the load interrupting module and the air- conditioning temperature control one, an embedded system with ZigBee wireless communication is applied to develop the embedded load monitoring and control system for implementing power monitoring and control of ubiquitous load loop. By using Visual Studio Visual Basic (VB) software, the graphic load monitoring and control human-machine interface can be developed. The application program of load monitoring and control can be deployed to embedded development platform for executing power monitoring and control of individual load loop. For the purpose of energy conservation and carbon reduction, the load limit monitoring and time pricing load monitoring strategies have been proposed in this thesis. As soon as the total load of air conditioner and individual loop load (resistor) exceed the upper limit of load limit, the load limit monitoring strategy will be executed, i.e., selecting the total sum of individual loop load, while it is the closest to, and greater than the load limit monitoring amount of individual loop load, the load reduction monitoring strategy will be executed. If the load limit monitoring amount can’t be satisfied, then through the air-conditioning temperature control module, air conditioner will be turned up to trip compressor until amount of the reduction to match the load limit monitoring. Time pricing load monitoring, i.e., considering time of use (TOU) rate, directly executes load reduction monitoring strategy. Priority to execution of the individual loop load reduction, when reduction amount is insufficient, air conditioner will be turned up until reduction to match the amount of time pricing load monitoring. Test results demonstrate that the embedded load monitoring and control system not only provides the individual loop load real-time monitoring, but also load shedding can be effectively controlled to reduce system peak load for achieving the goal of energy conservation.

中文摘要 I
Abstract II
目錄 III
圖目錄 V
表目錄 VII
第一章 緒論 1
1-1 研究背景與動機 1
1-2 研究內容 3
1-3 論文架構 5
第二章 ZigBee無線通訊網路 6
2-1 ZigBee無線通訊 6
2-2 IEEE 802.15.4功能設備 10
2-3 ZigBee無線通訊模組 12
2-4 通訊協定 15
2-4-1 Modbus-RTU協定 15
2-5 網路架構 17
第三章 系統軟硬體架構 19
3-1 系統架構 19
3-2 嵌入式系統 20
3-2-1 嵌入式系統之定義 21
3-2-2 嵌入式開發平台 23
3-3 數位電表 24
3-4 冷氣溫控模組 26
3-4-1 紅外線發射電路 26
3-4-2 紅外線接收電路 27
3-5 負載啟斷模組 29
3-6 監控系統人機介面 31
3-7 ZigBee監控 34
第四章 負載監控測試與結果 36
4-1 負載監控測試 36
4-2 負載即時監控 37
4-2-1 負載強制監控 38
4-2-2 負載超約卸載 41
4-2-3 冷氣溫控調升 43
4-3 負載限制監控 45
4-3-1 負載限制監控(3500W以下) 48
4-3-2 負載限制監控(3000W以下) 51
4-3-3 負載限制監控(2500W以下) 54
4-3-4 負載限制監控(2000W以下) 57
4-4 時間電價負載監控 60
4-4-1 時間電價負載監控(每2分鐘降500W) 62
4-4-2 時間電價負載監控(每2分鐘降1000W) 65
4-4-3 時間電價負載監控(每2分鐘降1500W) 68
4-4-4 時間電價負載監控(每2分鐘降2000W) 71
4-5 監控測試結果 74
第五章結論與未來研究方向 75
5-1 結論 75
5-2 未來研究方向 77
參考文獻 78

[1]宋進壽，“整合需量反應之電能管理系統設計”，國立中山大學電機工程研究所碩士論文，98年6月。
[2]趙奕昕、林郁修、蔡孟伸(2012)，「無線ZigBee智慧型插座開發」，2012電力工程研討會，台灣台北，12月。
[3]黃唯豪、詹舜宇、陳冠文、林子揚、鄧人豪(2014)，「節能管理系統之設計與開發」，2014電力工程研討會，台灣台中，12月。
[4]丘焙安、葉彥智、蔡孟伸(2014)，「ZigBee應用於智慧電表之開發」，2014電力工程研討會，台灣台中，12月。
[5]凌拯民、李政航、陳品濂(2014)，「ZigBee技術於家庭電能管理系統之應用」，2014電力工程研討會，台灣台中，12月。
[6]經濟部能源局，http://web3.moeaboe.gov.tw/ECW/populace/home/HOME.aspx。
[7]國立台灣大學，http://www.csie.ntu.edu.tw/。
[8]華亨科技股份有限公司，http://www.hhnet.com.tw/。
[9]齊碩股份有限公司，http:// www.joseph-tech.com.tw/。
[10]集合住宅與家庭節能，http://www.ecct.org.tw/97collection/pagw2.asp。
[11]ZigBee介紹，http://eshare.stust.edu.tw/EshareFile/2010_6/2010_6_3e0233ac.pdf。
[12]李光庭，“ZigBee無線通訊介面之應用”，國立台灣師範大學工業教育學系碩士論文，96年。
[13]蔡明晃，“太陽能追日系統及其無線監控系統之研製”，高苑科技大學電機工程研究所碩士論文，101年7月。
[14]毛偉龍、周伯衡、沈自、劉偉行、李玠德，「ZigBee 無線通訊技術之設計與應用」，2008系統科學與工程研討會，台灣宜蘭，6月
[15]ZigBee標準發展與技術特性，http://pcs.comm.yzu.edu.tw/~wrlai1/content/pcsbook/extension/ZigBee-Introduction.pdf
[16]XBee PRO Znet 2.5 OEM RF Modules Datasheet， http://www.digi.com/.
[17]廖文煇，2014，圖形監控實務(第二版)，全華圖書股份有限公司，台北。
[18]Modicon, Inc. “Modicon Modbus Protocol Reference Guide”,，http://www.modbus.org/specs.php,，U.S.A.， 1996.。
[19]AET電子技術應用，http://www.chinaaet.com/article/107760。
[20]嵌入式系統，維基百科，https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%B5%8C%E5%85%A5%E5%BC%8F%E7%B3%BB%E7%BB%9F。
[21]長高科技有限公司，http://www.dmatek.com.tw/tn/index.asp。
[22]技合家科技有限公司，CP-318系列多功能型數位電表型錄。
[23]辜德典、林科亦、林暘景、吳瑋峻、陳朝順(2009)，「應用電力線載波技術於智慧型空調控制器之設計」，2009電力工程研討會，台灣桃園，11月。
[24]曹祖聖、李同顯、林義証、蔡文龍，2007，Visual Basic 2005程式設計經典(第二版)，碁峰資訊股份有限公司，台北。
[25]宓哲民、劉春山、戴源良，2007，VB圖形監控-F(A)X系列PLC(第二版)，新文京開發出版股份有限公司，台北。
[26]Visual Basic，維基百科，https://zh.wikipedia.org/wiki/Visual_Basic?oldformat=true。