建構生物環境無線感測伺服器系統國立台灣大學生物產業機電工程學系指導教授：方煒 博士報告人 ：蕭仲興2006 06.14

研究目的1. 環境資訊蒐集

溫度量測溼度量測水位偵測

2.即時控制3.監測作業

無線監測系統的問題體積電源連線品質

系統設計架構

PIC server + 無線 AP

感測器 控制器

無線區域網路 網際網路

PIC 介面卡99vv Input Input4 A4 Analog inputnalog input8 D8 Digital IOigital IORJ45RJ45Serial PortSerial Port

PIC 介面卡

PIC 16F877A

電壓的部份是需要 8V 、 100mA 的輸入 在硬體上它擁有四組類比輸入點 一組穩定的 5V 輸出 八組數位的 I/O port 一顆 Ethernet 控制器

PORT A

PORT E

I/O PORT 硬體接腳介紹

PORTA + PORTE + 數位輸出腳 x4 + 5V 電源

設定方式RS-232( 串列通訊 ) Internet (HTTP)

RS-232

類比輸入

數位輸入

數位輸出

感測器介紹 含水率 (ECH2O-10 、 ECH2O-20) 溫度 (Decagon 溫度感測器、 RHU-300M 、 A

D590) 水位開關

土壤含水率感測器使用規格 :

2.5V 輸入 線性輸出

ECH2O-10 、 20

使用規格 : 電源供應 : 2.5-5V

線性輸出

Decagon 溫度感測器

Decagon 感測器使用

使用規格 :

12V 電源供應 線性電流輸出

AD590 溫度感測器

V outV out

AD590 量測方式

RHU-300M 溫溼度模組電源提供 : 5V

溫度 : 0-5V

濕度 : 0-5V

溫度感測y = -8.0347x2 + 49.5x - 11.598

R2 = 0.9961

0102030

40506070

0 0.5 1 1.5 2 2.5v

t

濕度感測y = 33.59x - 0.9079

R2 = 0.9999

020406080

100

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3v

rh

LM35 溫度感測 IC

使用範圍 : -55 - +150 ℃ ℃ 工作電壓 : 4v – 30v 輸出訊號特性 : 電壓訊號 (10mV/ )℃ 具有線性輸出的特性

不同形式水位開關

抽水馬達運作圖

感測器電源供應 EC-10 、 EC-20 : 2.5V RHU-300M : 5V AD-590: 12V 水位感測器 : 3V 以上

感測器電源供應電路圖

控制方法

固態繼電器電晶體 +繼電器

PIC SERVER 控制元件 控制器

自製的第一代系統 硬體功能說明

固態繼電器

AC 110 風扇AC 220V 鹵素燈

負載介紹

回傳影像與控制網頁畫面

實驗操作方式

檔案記錄方式

ACCESS 資料庫

Real Time Data

01020304050607080

0 200 400 600 800 1000 1200 1400時間

相對

濕度

RHU-300M 相對溼度 - 時間曲線圖

0

5

10

15

20

25

30

35

0 200 400 600 800 1000 1200 1400時間

溫度

RHU-300M 溫度 - 時間曲線圖

自製的第二代系統 硬體說明

觀賞花卉栽培容器遠端監控系統 功能

遠端盆栽監控超音波加濕器紅、白光源照射

無線 AP

24V 電源供應器提供白光 LED

PICNIC 卡

固態繼電器 SSR x 3

加濕器電源

IP Camera 電源 PICNIC 卡電源

白光 LED 電源線

12V 電源供應器提供紅光 LED

紅光 LED 電源線加濕器電源線

RHU-300M溫溼度感測器觀賞盆栽

IP Camera

紅光 LED

白光 LED

超音波加溼器水槽

FS + AP

水位開關

類比輸入RA0 (AI) 空氣溫度 RHU-300M

RA1 (AI) 空氣溼度 RHU-300MRA2 (AI) 介質含水率 Decagon 之 ECH2O-20

RA3 (AI) 介質溫度 Decagon 之 T sensor

RA4 (AI) PICNIC 內部溫度

高水位 一般水位 低水位RB0 (DI) HIGH HIGH LOWRB1 (DI) HIGH LOW LOWRB2 (DI) 未用RB3 (DI) 未用

RB4 (DO)

紅光 LED on 紅光 LED off

RB5 (DO)

白光 LED on 白光 LED off

RB6 (DO)

水位開關供電 水位開關斷電RB7(DO) 超音波加溼器 on 超音波加溼器 off

數位輸入與輸出

連線主頁面

資料庫讀取頁面

結論 - 感測與控制 感測器溫度 : Decagon 溫度感測器、 LM35 、 AD590 、 RHU-300

M 溼度： RHU-300M

水位 : Level Switch 公司含水率 : Decagon 公司

控制器 鹵素燈、 LED 燈具、風扇、超音波加濕器

結論 -資料蒐集 使用軟體 -VB.NET 資料蒐集

感測器數據 ( 類比、數位 ) 、控制器即時狀態 即時控制

即時單一控制

遠端監控軟體介紹生物機電所 碩二 雷華德

遠端監控的目的及應用生產自動化 - 傳統產業 - 高科技產業 每個步驟都受到微電腦的控制及記錄 管理者不管身在何處，都可對這微電腦進行資料存取及控制硬體的動作

傳統的監控 線路繁雜 - 偵測點不均勻 - 耗費成本 - 訊號衰減 即時資訊無法讓身處遠地的管理者了解現場狀態 監測地點必須置放一台電腦

現代化監控 有線變無線 微電腦晶片搭配電路設計後，具有： - 類比輸入 - 數位輸入及輸出 - 通訊及處理資訊的能力 一張介面卡即可代替整台電腦 資料以有線或是無線傳輸的方式送到資料收集中心或基地台

核三廠監測

（林 , 2003）

（林 , 2003）

生產履歷的應用 建立了可追溯的農產品生產履歷管理系統 （方 , 2003） -ＰＤＡ下載所需巡視農田的基本資料 -利用全球衛星系統即時定位記錄現場管 理情形 -影像監控傳輸 -消費者可在生產履歷資訊系統網站查詢

日本農業總合研究所創的田間伺服器 (Field Server, FS)

美國柏克萊大學所創的無線感測網路 (Wireless Sensor Network, WSN)

NASA 噴射引擎實驗室 (JPL) 所建的感測網（ Sensor Web ， SW） 在生態觀察或農業環境監控，災害防治上都可提供相當大的幫助

傳輸協定與模式 TCP/IP （ Transmission Control Protocol /

Internet Protocol ） - 確保資料傳送的準確性和連續性 UDP （ User Datagram Potocol ） - 接收端亦不會有回應產生及進行檢查以確認是否收到重複或遺失的封包 - 每個 UDP 的表頭都包括來源和目的的埠號

資料庫 微軟的 Access 資料庫軟體 SQL 資料庫管理軟體甲骨文公司的 Oracle免費的 MYSQL

Access 與 SQL 比較差異 特徵 MS SQL Server 2005 MS Access 2002 (JET)

資料庫大小 TB 2 GB資料庫物件 2,147,483,647 32,768

同時使用者數目 無限制 255

失敗還原 即時還原；容錯移轉叢集支援 可復原到最後一次備份安全性 與 Windows 2000 和

Windows NT 的安全性整合 工作群組資訊檔為基礎Analysis Service

s( 資料倉儲、資料擷取和 OLAP)

內建 無SMP 系統支援 內建 無

資料庫的建立與連線

電腦裡所能使用的 Provider

圖形化介面 讓不會使用命令行的使用者對作業系統進行指令輸入 設計得當的圖形畫面得以幫助使用者快速了解與尋找功能 統一的操作方式 快速熟悉其他程式的操作

Graphical User Interfa...（

程式設計規劃

程式功能介紹

Logo

多重設計介面 (MDI)

程式設定

紀錄功能設定

FTP 傳輸

GSM 設定

測試畫面

控制設定

監控畫面

資料庫監視

簡訊通知

24 小時趨勢圖

資料的重現與搜尋

記憶體分割大量資料顯示時

將耗費相當大的系統資源 !!!

資料的搜尋

按日期搜尋

資料格式的轉換

...報告完畢 謝謝