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研究生： 鄭名勝
Ming-Sheng Cheng
論文名稱： 自動排風控制運用於大型戶外LED看板之熱管理
Automatic fan control applied on the thermal management of large-scale outdoor LED signage
指導教授： 林顯群
Sheam-Chyun Lin
口試委員: 林榮慶
黃緒哲
林顯群
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年： 2023
畢業學年度： 111
語文別： 中文
論文頁數： 85
中文關鍵詞： Python程式 、Modbus 、matplotlib 、軸流扇 、LED看板系統
外文關鍵詞： Python, Modbus, matplotlib, axial fan, LED signage system
相關次數： 點閱：168  下載：6 
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    • 中文摘要
    LED應用蓬勃發展使得戶外大型電子看板的需求與日俱增，然而市面上對於LED散熱的解決方案非常少，傳統方式都只採用冷氣機或風扇24小時運轉來達到散熱，既沒有效率也缺監控系統來確認散熱的效果；本研究對大型戶外LED看板設計從LED原理開始檢視，包含系統設計、方案挑選、散熱規劃、程式撰寫、資料蒐集到圖表繪製後，再依應用現場選取最好的解決方案來達到節能效果。本研究中以Python程式撰寫，透過介面讀取每個LED箱體的狀態，以及Modbus協定控制風扇之運轉或關閉，並蒐集箱體運作溫度統計出LED電子看板的每日溫度變化；另一方面透過環境亮度偵測來判斷風扇的啟閉需求，透過matplotlib圖表驗證初期的散熱方案是否符合實際數據，亦可藉資料整理及時發現LED箱體的異常狀態，而得以減少維修成本確保LED電子看板之正常運作。綜合而言，本研究成功地建構一套自動監測與控制的LED電子看板系統，可透過分析溫度變化來調整風扇的啟閉，現場實驗結果顯示所減少風扇運作時間可降低60%電力消耗以達到節能的效果，同時能及時提供維護資訊，值得一提者，未來此系統亦可應用於大型電子設備的散熱分析上。

    Abstract
    The booming of LED application leds the increasing demand for large outdoor signage. However, there are only few LED heat-dissipation solutions for this market. Usually, air conditioners or fans are adopted to operate continuously for dissipating heat, which is neither efficiency nor effective. This work focuses on the outdoor LED signage starting from examining LED principle, system design, solution selection, planning of heat dissipation requirements, program coding, data collection, and chart drawing. Then, the appropriate solution is selected according to the status of site to achieve the cooling effect under the energy-saving consideration. Furthermore, this study implements the LED control method incoportated with the Python codes to read the status from each LED cabinet through the communication interface such as RS-232 and Modbus. Thereafter, the operating temperatures from each LED cabine are analyzed to decide the fan’s on/off operation. Also, it is found that the on/off criteria of the exhausting fans can be judged through the ambient brightness detection. Additionally, the matplotlib drawings of daily temperature changes of LED signage have verified that the initial thermal/flow CFD result is roughly correlated with the actual ourcome. Moreover, the abnormal state of LED cabinet can be identified through the temperature plots easily. It saves the maintenance cost and ensure the operation of LED signage. In conclusion, this study successfully constructed a set of LED signage system with automatic monitoring and control functions, which can instantaneously adjust the fan operation by analyzing the daily temperature changes. The on-site experiment results show that the reduced fan operating time results in 60% reduction of power consumption as the energy-saving effect. Besides, the maintenance information can be provided in a timely manner for ensuring the continuous operation. It is worth mentioning that this system can also be used on thermal analysis of large electronic equipments.

    目錄 中文摘要 I Abstract II 致謝 III 圖目錄 VI 表目錄 X 第1章 緒論 1 1.1 研究背景及目的 1 1.2 文獻回顧 6 1.3 研究方法 8 第2章 LED散熱風扇之規劃 11 2.1 LED系統概述 11 2.2 發熱量的計算 31 2.3 排風扇設計位置 33 第3章 研究方法架構設計 37 3.1 研究設定目標 37 3.2 Python 程式介紹 37 3.3 LED模組控制通訊協定 40 3.4 PLC 控制通訊協定 50 3.5 LED模組資料蒐集程式設計 52 第4章 資料數據分析及對策擬定 54 4.1 LED屏體溫度蒐集 54 4.2 溫度的變化分析 57 4.3 開關風扇的機制分析 66 4.4 耗電量統計 68 第5章 結論 70 5.1 研究結果和效益分析 70 5.2 未來的研究方向 72 參考文獻 74 附件一、LED模組資料蒐集及風扇控制程式 77 附件二、繪製輪廓圖並存檔的程式 84   圖目錄 圖1 1 LED顯示看板的應用 2 圖1 2 MicroLED之年度出貨量統計和預估[3] 2 圖1 3 全球 LED元件市場之規模預測[4] 3 圖1 4 LED 介面溫度與壽命的關係[5] 4 圖1 5 溫度對各色LED亮度的影響[6] 5 圖1 6 元件壽命和晶片溫度的關係[6] 5 圖1 7市售M牌LED看板之內部散熱系統 7 圖1 8市售O牌LED看板之內部散熱系統 7 圖1 9研究進程 10 圖2 1 LED 之發光原理[12] 11 圖2 2 LED 箱體構成 13 圖2 3 典型LED元件之各視角度比較[13] 14 圖2 4不同點間距所呈現出的LED畫質 15 圖2 5 Landolt C定義 15 圖2 6 LED點間距與可視距離之對應表 16 圖2 7 LED 模組之正面與背面圖 17 圖2 8 PWM原理圖 18 圖2 9 LED訊號接收卡 19 圖2 10電源供應器之規格 21 圖2 11 軸流式風扇之規格[15] 22 圖2 12 LED箱體示意圖 23 圖2 13 本研究戶外LED看板之外觀 26 圖2 14 LED 看板之系統架構 27 圖2 15 LED 訊號傳輸架構 28 圖2 16 LED 訊號昇位配置圖 28 圖2 17 LED配電盤 30 圖2 18 軸流扇規格[16] 33 圖2 19 循環扇規格[16] 33 圖2 20 風扇設計位置 35 圖2 21 風扇裝設位置圖 36 圖3 1 Python 之安裝畫面 38 圖3 2 pyserial 3.5以及modbus-tk 1.1.3安裝畫面 39 圖3 3 matplotlib安裝畫面 40 圖3 4 資料傳輸架構圖 40 圖3 5 檢核欄位程式碼 42 圖3 6 要求LED模組內工作狀態程式碼 45 圖3 7 工作狀態回傳程式碼 45 圖3 8 控制亮度偵測器讀取的程式碼 48 圖3 9 解析亮度偵測器的回傳讀值 50 圖3 10 Modbus RTU 通訊功能碼[20] 51 圖3 11控制線圈開關程式 51 圖3 12 PLC編號 51 圖3 13 LED溫度蒐集及風扇控制程式 53 圖4 1 程式執行之回應畫面 54 圖4 2 每日各時段的溫度記錄 55 圖4 3 讀取目錄內所有的CSV檔案 56 圖4 4 繪製輪廓圖並存檔的程式 57 圖4 5 同日各時段之溫度資料繪圖(2022年4月24日) 58 圖4 6 牆面溫度分布圖之示意圖 59 圖4 7 LED 屏體內部之熱流與溫度模擬圖 61 圖4 8 LED 屏體之內部溫度與環境亮度的關係圖 64 圖4 9不合理的溫升位置 65 圖4 10完整一日的溫度與環境亮度之關係圖 67 圖4 11 LED溫度與當地氣象變化之關係圖 67 圖4 12長期的溫度、環境亮度與風扇啟閉之關係圖 69 圖4 13陰天與雨天的溫度、環境亮度與風扇啟閉之關係圖 69   表目錄 表 2-1 LED箱體之規格 25 表 2-2 LED屏體之規格 31 表 3-1 傳輸封包定義 41 表 3-2 要求LED模組內工作狀態傳輸封包 43 表 3-3 回應LED模組內工作狀態傳輸封包 44 表 3-4 控制外部裝置傳輸封包說明 47 表 3-5 要求多功能卡內亮度讀值的傳輸封包說明 48 表 3-6亮度偵測器取樣的回傳傳輸封包說明 49  

    1. N. Baloch, C. -S. Jun, and B. -I. Kwon, "Design and Performance Evaluation of a Modular Linear Induction Machine for Rotating Electronic Billboard," IEEE Access, vol. 7, pp. 127393-127401, 2019, doi: 10.1109/ACCESS.2019.2940524.

    2. 張書槐，”彩色 LED 顯示模組之色彩品質檢測與補償研究”，國立台灣科技大學自動化及控制研究，碩士論文，2010。

    3. MicroLED顯示市場出貨量至2025年達3.3億片. (May.2018). 科技產業資訊室。https://iknow.stpi.narl.org.tw/Post/Read.aspx?PostID=14469

    4. 工研院IEK, 2022全球 LED元件市場，第5頁，April 2022。

    5. N. Narendran and Y. Gu, "Life of LED-based white Light Sources," Journal of Display Technology, vol. 1, no. 1, pp. 167-171, Sept. 2005, doi: 10.1109/JDT.2005.852510.

    6. LED照明產品之散熱技術介紹，工業材料雜誌第260期，第136頁。

    7. K. Kato, Kazuto Yukita, Toshiro Matsumura,Yasuyuki Goto, Shunsuke Horie, Daiki Owaki, Masayoshi Hamanaka, and Yuji Iwane, "Relationship between the Set Temperature and Power Consumption of Air Conditioners," 2018 International Conference on Smart Grid (icSmartGrid), Nagasaki, Japan, pp. 294-298, 2018, doi: 10.1109/ISGWCP.2018.8634516.

    8. Y. Peng, Yun Mou, Tao Wang, Hao Wang, Renli Liang, Xinzhong Wang, Mingxiang Chen, and Xiaobing Luo, "Effective Heat Dissipation of QD-Based WLEDs by Stacking QD Film on Heat-Conducting Phosphor-Sapphire Composite," IEEE Transactions on Electron Devices, vol. 66, no. 6, pp. 2637-2642, June 2019, doi: 10.1109/TED.2019.2907700.

    9. R. M. Abdalaal, C. N. M. Ho, C. K. Leung, and H. S. -H. Chung, "A Remotely Central Dimming System for a Large-Scale LED Lighting Network Providing High Quality Voltage and Current," IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 55, no. 5, pp. 5455-5465, Sept.-Oct. 2019, doi: 10.1109/TIA.2019.2924617.

    10. B. Lu, Y. Wang, B. -R. Hyun, H. -C. Kuo, and Z. Liu, "Color Difference and Thermal Stability of Flexible Transparent InGaN/GaN Multiple Quantum Wells Mini-LED Arrays," IEEE Electron Device Letters, vol. 41, no. 7, pp. 1040-1043, July 2020, doi: 10.1109/LED.2020.2994143

    11. X. Zhang, M. Cai, M. Pipattanasomporn, and S. Rahman, "A Power Disaggregation Approach to Identify Power-Temperature Models of HVAC Units," 2018 IEEE International Smart Cities Conference (ISC2), Kansas City, MO, USA, pp. 1-6, 2018, doi: 10.1109/ISC2.2018.8656976.

    12. 國立陽明交通大學光電工程學系，” LED　發光二極體”，https://dop.nycu.edu.tw/ch/field_ii.html?aID=13

    13. Nichia Corporation, NICHIA LEDs for Display. 2015

    14. 衛生福利部國民健康署，兒童視力篩檢及矯治指引，pp. 17。
    https://www.hpa.gov.tw/Pages/ashx/File.ashx?FilePath=~/File/Attach/1077/File_8248.pdf

    15. Delta Electronics Inc., “Fan data sheet”,
    https://www.delta-fan.com/products/AFB1212L.html

    16. 雅速達股份有限公司，2019_雅速達-工廠設備型錄，2019。

    17. A. Mandanici, S. Alessandro Sarà, G. Fiumara, and G. Mandaglio, "Studying Physics, Getting to Know Python: RC Circuit, Simple Experiments, Coding, and Data Analysis with Raspberry Pi," Computing in Science & Engineering, vol. 23, no. 1, pp. 93-96, Jan.-Feb. 2021, doi: 10.1109/MCSE.2020.3037002.

    18. A. G. D. S. Junior, L. M. G. Gonçalves, G. A. De Paula Caurin, G. T. B. Tamanaka, A. C. Hernandes, and R. V. Aroca, "BIPES: Block Based Integrated Platform for Embedded Systems," IEEE Access, vol. 8, pp. 197955-197968, 2020, doi: 10.1109/ACCESS.2020.3035083.

    19. N. Fotiou, V. A. Siris, A. Mertzianis, and G. C. Polyzos, "Smart IoT Data Collection," 2018 IEEE 19th International Symposium on "A World of Wireless, Mobile and Multimedia Networks" (WoWMoM), Chania, Greece, pp. 588-599, 2018, doi: 10.1109/WoWMoM.2018.8449766.

    20. 力誠科技股份有限公司，Modbus 通訊定介紹。
    http://www.vx-hmi.com/doc/Modbus%20RTU%20%E7%B0%A1%E4%BB%8B.pdf

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