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怒结松
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1 投稿類別 : 資訊類篇名 : 作者 : 吳欣樺高雄市立高雄高級工業職業學校資訊三乙呂芯萍高雄市立高雄高級工業職業學校資訊三乙廖珮均高雄市立高雄高級工業職業學校資訊三乙指導老師 : 莊利吉老師

2 壹前言一研究動機隨著科技的成熟, 網路的各種服務早已深入到人類的生活中但這些網路服務主要影響的是人與人間的互動, 可是如果將網路的連結範圍擴展到周遭的各種物品上呢? 這就是物聯網的概念了將物聯網的概念應用到家庭中就構成了所謂的數位家庭 (Digital Home) 數位家庭沒有標準的定義, 長期而言, 真正的意義是透過任何裝置任何時間任何地點, 都可以存取關於各方面的數位內容 ( 林漢鴻,2012) 本研究即以數位家庭中的水資源管理為主要探討層面, 主要希望當家庭的水龍頭馬桶等發生漏水時能及時知曉, 並以簡訊通知指定人員, 以免浪費水電資源二研究目的 1. 開發一個適合每戶家庭使用的智慧型水塔, 此水塔可透過網路來便監控水位的狀態, 並能於馬桶漏水水龍頭忘記關閉等原因發生的漏水時立刻關閉馬達與發出簡訊通知 2. 開發手機 APP 讓家中成員可以遠端監控水塔的水位以及馬達開關 3. 精確偵測發生漏水的管路並關閉該管路, 讓斷水的影響範圍減到最小三研究方法 ( 一 ) 研究步驟 1. 準備期 : 蒐集文獻資料進行探討, 同時建置水塔模型 2. 系統分析 : 討論智慧型水塔的功能系統示意圖與程式使用者介面 3. 網路資料存取器的測試 : 測試如何使用研華公司的 ADAM-6052 乙太網路資料存取器來監控網路上的全加器 4. 水位偵測設計 : 設計一個可從網路上偵測高中低水位的電路與程式 5. 抽水馬達控制 : 探討如何設計一個可從網路上控制抽水馬達的電路與程式 6. 系統測試 : 將上述成果整合成一完整系統進行測試 7. 問題討論 : 整理研究成果, 說明所遭遇的問題及解決方法, 並提出後續研究建議 ( 二 ) 研究工具 1. 硬體 : 個人電腦 :MSI All-in-One PC AE2050 遠端資料擷取器 :Advantech ADAM V AC 揚水高度 30 公分的沉水馬達 2. 軟體 : 作業系統 :Windows 7 開發環境 :Microsoft Visual Studio

3 貳正文一系統架構本系統架構示意圖如下圖 1, 有水位偵測電路網路 I/O 監控 (ADAM-6052) 抽水馬達控制監控程式, 分別說明於下圖 1 系統示意圖二資料結構探討 ( 一 ) 水位偵測電路圖 1 利用 2 個高低不同的浮球, 是否浮起或懸掛來判斷水位的高低當兩顆浮球皆懸空, 代表此時水位極低, 判別為低水位 ; 當水位上升後使較低的浮球浮起, 判別為中水位 ; 當水位再度上升至足以使較高的浮球也浮起, 判別為高水位當讀取的資料送入 ADAM-6052 進行水位的判別, 程式碼如下表 1 表 1 判別水位之程式碼 If adammodbus.modbus().readcoilstatus(1, 2, DI) Then If DI(1) = False AndAlso DI(0) = False Then 低水位.BackColor = Color.Red 中水位.BackColor = Color.Red 高水位.BackColor = Color.Red ElseIf DI(1) = False AndAlso DI(0) = True Then 高水位.BackColor = Color.Azure 中水位.BackColor = Color.Red 低水位.BackColor = Color.Red ElseIf DI(1) = True Then 高水位.BackColor = Color.Azure 中水位.BackColor = Color.Azure 低水位.BackColor = Color.Red Else : MessageBox.Show(" 沒有讀到水位 ") 2

4 ( 二 ) 抽水馬達控制當水塔的水位位於低水位時, 利用程式碼傳送訊息給 ADAM-6052, 使其輸出一電壓至繼電器, 讓繼電器切換至馬達所在之插座端, 讓馬達接收電壓供給而開始運作 ; 當抽水至高水位時, 則傳送訊息使 ADAM-6052 輸出一低電位, 讓繼電器切換至起始端, 馬達因無電壓供給而停止運作, 進而停止抽水使用者亦能利用手動方式於任何狀態下強制開關馬達, 程式碼如下表 2 表 2 抽水馬達控制之程式碼 If DI(1) = False AndAlso DI(0) = False Then ' 高水位關閉 () ElseIf DI(1) = True AndAlso DI(0) = False Then ' 低水位開啟 () Private Sub 開啟 () ' 開啟抽水馬達電源 adammodbus.modbus.forcesinglecoil(17, True) If 馬達手動開關.Checked Then 手動開啟馬達.Enabled = False 手動關閉馬達.Enabled = True ' 手動控制狀態下可以強迫關閉馬達馬達狀態顯示器.Text = " 開啟 " 馬達狀態顯示器.ForeColor = Color.Red Private Sub 關閉 () ' 關閉抽水馬達電源 adammodbus.modbus.forcesinglecoil(17, False) If 馬達手動開關.Checked Then 手動開啟馬達.Enabled = True 手動關閉馬達.Enabled = False ' 手動控制狀態下可以強迫開啟馬達馬達狀態顯示器.Text = " 關閉 " 馬達狀態顯示器.ForeColor = Color.Black ( 三 ) 監控程式監控程式主要功能如下 : 1. 顯示目前水塔中的水位是否漏水馬達狀態等 2. 由使用者設定目前是正常用水或大量用水, 前者會偵測是否有漏水情況, 後者則不會 3. 在沒有漏水的情況下, 當水位在低水位時會啟動抽水馬達, 到達高水位時則關閉馬達 3. 若發生漏水, 使用者可決定是否要發簡訊通知指定的手機 ( 可設定多台 ) 是否要關閉馬達 4. 漏水檢知是以軟體方式達成, 主要由使用者設定幾分鐘內抽水馬達啟動幾次就算漏水 5. 提供人工控制抽水馬達運轉, 以便颱風來臨, 或維修時用 3

5 ( 四 ) 簡訊的發送方法因為使用物聯網的概念, 所以自然想到利用網路平台來發送簡訊, 正好老師手上有台灣簡訊 ( 的點數, 所以程式是利用該公司所提供的 API 來發送簡訊程式中使用 WebBrowser 物件來進行網路訊息傳送, 但這會導致連續發送訊息時失敗, 例如表 3 的程式只有最後一個機號碼可收到簡訊, 其餘的並沒有解決之道是加入延遲 ( 如表 4) 或使用計時器 ( 如表 5) 表 3 簡訊測試 1 Private Sub Button1_Click(ByVal sender As System.Object, ) Handles Button1.Click WebBrowser1.Navigate(" type=now&encoding=big5&mobile= &message= 傳送順位 :0&vldtme=3600") WebBrowser1.Navigate(" type=now&encoding=big5&mobile= &message= 傳送順位 :1&vldtme=3600") 表 4 簡訊測試 2 Private Sub Button1_Click(ByVal sender As System.Object, ) Handles Button1.Click ' 測試 2, 空迴圈次數必須在 10^7 以上方能收到兩個簡訊 For i As Integer = 0 To WebBrowser1.Navigate(" type=now&encoding=big5&mobile= &message= 傳送順位 :" & i & "&vldtme=3600") Next 表 5 簡訊測試 3 Private Tot As Integer Private Sub Form1_Load(ByVal sender As Object, ) Handles Me.Load Timer1.Interval = 500 Private Sub Button1_Click(ByVal sender As System.Object, ) Handles Button1.Click Tot = 0 Timer1.Enabled = True Private Sub Timer1_Tick(ByVal sender As System.Object, ) Handles Timer1.Tick Dim t() As String = TextBox1.Text.Split(",") WebBrowser1.Navigate(" type=now&encoding=big5&mobile=" & t(tot) & "&message= 傳送順位 " & Tot & "&vldtme=3600") Tot = Tot + 1 If Tot = t.length Then Timer1.Enabled = False Private Sub Button2_Click(ByVal sender As System.Object, ) Handles Button2.Click Timer1.Enabled = False 4

三研究成果 ( 一 ) 程式功能本程式主要功能詳述如下 : 1. 設計具遠端控制之手機 APP 程式, 讓使用者能於手機上即時得知家中水塔之水位狀態 2.

能輸入多位使用者手機號碼以及重複發送次數, 預防手機若因故無法接收到簡訊時, 也能於別隻手機上看到漏水之訊息, 避免遺漏掉訊息 7.

6 三研究成果 ( 一 ) 程式功能本程式主要功能詳述如下 : 1. 設計具遠端控制之手機 APP 程式, 讓使用者能於手機上即時得知家中水塔之水位狀態 2. 能設定漏水之警戒參數, 讓程式隨時自動偵測是否漏水 3. 能選擇是否開啟偵測漏水, 避免洗澡等大量用水情形時接收到漏水錯誤訊息 4. 漏水時能選擇是否讓系統傳送漏水簡訊通知使用者, 簡訊內容亦可自行輸入 5. 漏水時能選擇是否讓系統自動關閉馬達, 馬達這時會呈現手動狀態, 並於修復完漏水後, 可取消手動狀態, 讓系統再度恢復正常偵測畫面 6. 能輸入多位使用者手機號碼以及重複發送次數, 預防手機若因故無法接收到簡訊時, 也能於別隻手機上看到漏水之訊息, 避免遺漏掉訊息 7. 會紀錄馬達開啟與關閉的時間於歷史紀錄中, 便於使用者檢視 ( 二 ) 成品展示系統實際成品如下圖 2 圖 3 圖 4, 監控程式的執行畫面如圖 5, 手動控制馬達的執行畫面如圖 6, 漏水時的執行畫面如圖 7,APP 執行畫面如圖 8 圖 2 控制面板 ( 俯視 ) 圖 3 控制面板 ( 前視 ) 圖 4 水塔模型 5

7 圖 5 監控程式執行畫面圖 6 手動控制馬達程式執行畫面圖 8 APP 執行畫面圖 7 漏水偵測執行畫面 6

8 叄結論一本程式用途本系統的主要特色可歸納如下 : 1. 特別適合因在外工作旅遊等原因, 而無法即時處理水塔突發狀況的使用者 2. 系統提供除了能依使用者的使用狀況來偵測是否漏水外, 還提供漏水時自動關閉馬達與及時以簡訊通知使用者水塔狀況, 及顯示水塔水位之狀態畫面 3. 傳送簡訊可依使用者需求設定, 可重複傳送同時傳送多位使用者及自行輸入內容 4. 程式執行時, 提供使用者兩種選擇 : 在正常偵測時, 即可開啟水塔是否漏水之偵測 ; 在不偵測時, 僅啟動水塔水位狀態之畫面經由選取不同步驟來決定是否啟動漏水之偵測 5. 由於不需引入新技術增加使用者負擔, 僅需使用智慧型手機便可, 且可隨時隨地接收到水塔的資訊, 所以預期使用者滿意的程度將會很高二未來研究建議後續研究將會加上樓層分支水管分流的設計, 考慮到家庭用水或大樓用戶的水管將會有樓層分配的問題, 如漏水問題只是因其中一條水管產生問題, 卻要將整個水塔的馬達關閉, 將會影響到其他樓層用水的權益因此, 若可在各個水管中加裝偵測水流之設備, 便可找出漏水的真正主兇, 而只關閉其分支, 不必再影響到全體用戶之用水權益肆引註資料 Tao Liu Dongxin Lu(2012) The application and development of IOT 2012 INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON INFORMATION TECHNOLOGY IN MEDICINE AND EDUCATION,P991~994 Zhao Ju Yanjing Li(2011) Analysis on Internet of Things (IOT) Based on the Subway Supermarket E-Commerce Mode of TESCO 2011 International Conference on Information Management, Innovation Management and Industrial Engineering,P430~433 Weimei Zhang(2011) Study about IOT's Application in " Digital Agriculture " Construction IEEE,2578~2581 莊祐軒羅乃維(2013) 物聯網安全的現況與挑戰 Communications of the CCISA,P16~29 7

智慧型水塔研究

智慧型水塔研究投稿類別 : 資訊類篇名 : 作者 : 劉家豪高雄市立高雄高級工業職業學校資訊三乙何國誌高雄市立高雄高級工業職業學校資訊三乙指導老師 : 莊利吉老師壹前言前言部分有三個小節, 依序是研究動機研究目的與研究方法其中研究方法又分研究步驟與研究工具一研究動機在我們一般所使用的水塔中的水, 有時候會因為一時的疏忽而造成漏水, 讓這個月的水費爆增, 浪費了許多的水資源及錢,