基於 ARM Cortex-A53 之智慧家電系統｜國立臺灣科技大學博碩士論文系統

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研究生：	蔡政廷 Cheng-Ting Tsai
論文名稱：	基於 ARM Cortex-A53 之智慧家電系統 Intelligent Appliance System Based on ARM Cortex-A53
指導教授：	賴坤財 Kuen-Tsair Lay 邱炳樟 Bin-Chang Chieu
口試委員:	賴坤財 Kuen-Tsair Lay 邱炳樟 Bin-Chang Chieu 徐敬文 Ching-Wen Hsue
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	電資學院 - 電子工程系 Department of Electronic and Computer Engineering
論文出版年：	2020
畢業學年度：	108
語文別：	中文
論文頁數：	84
中文關鍵詞：	嵌入式系統、資料庫、智慧家電、物聯網、OpenCV
外文關鍵詞：	Embedded System, Database, Intelligent Appliance, IOT, OpenCV
相關次數：	點閱：157 下載：0
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隨著科技進步物聯網技術快速發展和普及，在各行各業都可以看到物聯網技術的應用，物聯網的出現提供人們生活上的便利，許多事情可以遠端監控或自動化執行，使工作上能有效率的完成。
本論文將使用物聯網技術應於家庭中的家電產品實現智慧家庭的應用，解決傳統電器無法自動化和網路功能，因此本論文的系統中將使用嵌入式開發版Raspberry Pi 3控制溫溼度感測器(DHT11)、負離子產器模組、PM2.5感測器(PMS5003)、視訊攝影機(C310)，將讀取的感測器數值通過設計過的後端系統存取到Raspberry Pi 3的資料庫中，使用視訊攝影機搭配OpenCV影像函式庫，使用WEMOS D1 Mini微控制器可透過Wi-Fi連接後端系統中的資料庫數據判斷繼電器開關、調壓器輸出功率大小和回傳水位感測器(Water Sensor)的狀態回資料庫，因此家電產品中的風扇和除濕機能自動化完成工作，另外可以透過APP查詢各感測器傳回的數據和遠端操控風扇的方位。

With the rapid development and popularization of the IOT(Internet of Things), IOT(Internet of Things) applications in various industries, the IOT(Internet of Things) provides convenience in everyone’s life, many things can be remotely monitored or automated, which makes our making work more efficient. The purpose of the study was to IOT(Internet of Things) applications in appliances, resolve the recent problem that traditional appliances cannot be automated and network functions. The system uses the ARM Cortex-A53 single-board computer, Raspberry Pi 3B evaluation board to control the temperature and humidity sensor (DHT11), ionizers module, PM2.5 sensor (PMS5003), video camera (C310), the sensor value is accessed into the database of Raspberry Pi 3 through the back-end system, video camera with OpenCV image library for image recognition. The WEMOS D1 Mini MCU (microcontroller unit) can connect the database data in the back-end system through Wi-Fi to determine the closing and opening of the relay and the output power of the voltage regulator, and return the status of the water level sensor (Water Sensor) back to the database. Therefore, the fan and dehumidifier can automatically complete the work. In addition, APP (Application) can be used to query the sensor data and remotely control the direction of the fan.

第1章    緒論    1
1 前言    1
2 研究動機    2
3 研究目標    3
4 論文架構    4
第2章    開發環境與相關技術    5
1 物聯網    5
1.1 物聯網架構    6
2 Raspberry Pi 3 Model B    7
2.1 Raspberry Pi3  Model B 硬體規格    8
2.2 Raspberry Pi 3 Model B GPIO    9
3 WEMOS D1 mini 開發板    10
3.1 WEMOS D1 mini 硬體規格    11
4 開發環境    12
4.1 Visual Studio Code 開發平台    12
4.2 ARDUINO 開發平台    13
4.3 Android Studio 開發平台    14
4.4 Android Studio 模擬器 AVD Manager    15
4.5 Postman    16
5 步進馬達    17
5.1 28BYJ-48步進馬達    18
5.2 28BYJ-48步進馬達驅動模式    19
5.3 28BYJ-48步進馬達驅動模組    19
6 齒輪減速機    20
6.1 L298N馬達驅動板    21
6.2 L298N馬達驅動邏輯    22
7 矽控調壓器    23
8 AC-DC隔離電源模組(HLK-PM01)    24
9 感測器    25
9.1 PM2.5感測器(PMOS5003)    25
9.2 溫溼度感測器 DHT11    26
9.3 網路攝影機C310    27
9.4 負離子產生器模組    27
9.5 Water Sensor水位感測器    28
9.6 繼電器模組    28
第3章    系統平台及軟體相關技術    29
1 作業系統    29
1.1 Linux 作業系統    30
1.2 Linux 特色介紹    31
2 後端系統與資料庫    32
2.1 MySQL    32
2.2 JavaScript    33
2.3 NodeJS    34
2.4 超文本傳輸協定    35
2.5 表現層狀態轉換    36
3 執行緒(Thread)    37
3.1 Java執行緒    37
4 OpenCV    38
5 UART    39
6 PWM    40
5.1 GPIO的PWM功能    40
第4章    系統設計架構與展示    41
1 智慧風扇系統    41
1.1 Wi-Fi    43
1.1.1 Raspberry Pi 3 Wi-Fi設定    44
1.1.2 WEMOS D1 Mini Wi-Fi設定    45
1.1.3 APP Wi-Fi設定    46
1.2 智慧風扇系統感測器展示    47
1.2.1 DHT11    47
1.2.2 PMS5003    48
1.2.3 C310 HD 視訊攝影機    49
1.3 後端系統與資料庫設計    50
1.3.1 MySQL 儲存溫溼度數據    51
1.3.2 溫溼度API    52
1.3.3 APP讀取溫溼度數據    54
1.4 調壓器控制    55
1.4.1 自動控制調壓器    55
1.4.2 手動控制調壓器    57
1.5 減速馬達控制展示    57
1.5.1 APP控制減速馬達    58
1.6 人臉辨識    59
1.7 智慧風扇展示    60
2 除濕機系統    61
2.1 Water Sensor水位感測器展示    62
2.2 MySQL 儲存水位狀態    63
2.3 水位API    64
2.4 APP讀取水位狀態    65
2.5 WEMOS D1 Mini 讀取濕度數據    65
2.6 智慧除濕機展示    66
第5章    結論與未來展望    67
1 結論    67
2 未來展望    68



                                

[1] A. Kevin, “That Internet of Thing’s thing”, RFID Journal, 2009.
[2] A. Barua, M. Minhazul Hoque, R. Akter, “Embedded Systems: Security Threats and Solutions”, American Journal of Engineering Research (AJER), 2014.
[3] 每日頭條。如何打造屬於自己的物聯網系統—樂創物聯。取自: https://kknews.cc/tech/m9gb5q6.html。
[4] ITU-T，Y系列：全球信息基基礎設施，互聯網的協議問題和下一代網絡，下一代網络 – 框架和功能結構模型，物聯網概述，檔號: Y.2060，2012。
[5] PowenKo，Raspberry Pi。取自: http://www.powenko.com/wordpress/1-1-%E4%BB%80%E9%BA%BC%E6%98%AFraspberry-pi/
[6] Raspberrypi，Raspberry Pi 3 Model B。取自: https://www.raspberrypi.org/products/raspberry-pi-3-model-b/
[7] Raspberrypi，GPIO。取自: https://www.raspberrypi.org/documentation/usage/gpio/
[8] 翰兄，物聯網_Wifi篇 WeMos D1 Mini 設定。取自: https://ahan3312.blogspot.com/2019/04/wifi-wemos-d1-mini.html
[9] 瑋國科技， WeMos D1 Mini 基於ESP8266MOD技術規格。取自: http://www.weiguo.com.tw/d1-mini-esp8266mod.html
[10] Visual Studio Code，Getting Started。取自: https://code.visualstudio.com/docs
[11] BuyIC，28BYJ-48-5V 28BYJ48 5V 步進電機/減速電機 4相5線。取自: https://www.buyic.com.tw/product_info.php?products_id=1088
[12] Matthew Li，步進馬達28BYJ-48拆解研究。取自: https://miteen.hk/share/28BYJ-48/
[13] 台灣智能感測，L298N 原裝ST晶片新版電機驅動板 DC馬達驅動模組。取自: https://www.taiwansensor.com.tw/product/l298n-原裝st晶片新版電機驅動板-dc馬達驅動模組
[14] 台灣智能感測，超大功率可控矽電子調壓器。取自: https://www.taiwansensor.com.tw/product/220v- -交流電機-4000w-大功率可控矽電子調壓器模組-調光-調
[15] 台灣智能感測，HLK-PM01 超小型電源模組 110/220v 轉5v 智能家AC-DC 隔離開關電源。取自: https://www.taiwansensor.com.tw/product/hlk-pm01-超小型電源模組-110-220v-轉5v-智能家居-ac-dc-隔離開關電源/
[16] 阿德的STEAM教學網，PM2.5感測器。取自: http://itcgs.tcgs.tc.edu.tw/yute?cid=2358
[17] 上海宛芯电子科技有限公司，PMS5XXX系列數據手冊，取自: http://itcgs.tcgs.tc.edu.tw/ischool/resources/WID_121_1_d0d8660ed0b4309f2198e7213a58ac79bfa5cc90/CLS_121_1_c45b67db049f419fdd38cb3f6f7d4107cd7439b2/7be24c1bf941b0e89f1ca7bcd90bc252.pdf
[18] 奥松电子有限公司，DHT11 数字濕溫度傳感器的原理和應用範例。取自: https://d1.amobbs.com/bbs_upload782111/files_46/ourdev_683249AKFTJF.pdf
[19] Logitech，C310 HD 720p。取自: https://www.logitech.com/zh-tw/product/hd-webcam-c310
[20] 作業系統介紹。取自: 最新計算機概論(第八版)，碁峯出版社，作者:陳惠貞，2018/05/08。
[21] Linux介紹。取自: 《鳥哥的Linux私房菜(第四版)》，碁峯出版社，作者：鳥哥，2016年
[22] 每日頭條，Linux內核的整體架構簡介。取自:
https://kknews.cc/code/q4bab3o.html。
[23] W3school，JavaScript。取自: https://www.w3school.com.cn/js/js_versions.asp
[24] Node.js介紹。取自: 《Building APIs with Node.js》，Apress出版社，作者: Caio Ribeiro Pereira，2016/02/05。
[25] HTTP介紹。取自: 《HTTP權威指南》，人民郵電出版社，作者:古爾利，2012/09/01。
[26] Roy T. Fielding, Architectural Styles and the Design of Network-based Software Architectures, UNIVERSITY OF CALIFORNIA,IRVINE,2000.
[27] Medium，Program/Process/Thread 差異。取自: https://medium.com/@totoroLiu/program-process-thread-%E5%B7%AE%E7%95%B0-4a360c7345e5
[28] Java多執行緒。取自: 《Java7第五版教學手冊》，旗標出版股份有限公司，作者:洪維恩，2014/07。
[29] Opencv，Introduction。取自: https://docs.opencv.org/4.3.0/d1/dfb/intro.html
[30] U. Nanda and S. K. Pattnaik, “Universal Asynchronous Receiver and Transmitter (UART) ”, 2016 3rd International Conference on Advanced Computing and Communication Systems (ICACCS), pp. 1-5, 2016.
[31] S.R.Bowes, and M.J. Mount, “Microprocessor control of PWM inverters ”, IEE Proceedings B - Electric Power Applications, Nov. 1981.
[32] “IEEE Std 802.11-1997”, IEEE Standards Board.
[33] 行政院環境保護署，空氣品質監測網。取自: https://airtw.epa.gov.tw/CHT/Information/Standard/AirQualityIndicator.aspx
[34] 許玉金、張博雄，臺灣體感溫度初步分析，中央氣象局104年天氣分析與預報研討會，中央氣象局。
[35] 中央氣象局，溫度與濕度。取自: https://www.cwb.gov.tw/Data/knowledge/announce/observe2.pdf

全文公開日期 2025/08/03 (校內網路)
全文公開日期 2035/08/03 (校外網路)
全文公開日期 2035/08/03 (國家圖書館：臺灣博碩士論文系統)

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