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研究生: 詹富傑
Fu-Jie Zhan
論文名稱: 一個應用於智慧農場的環境監控系統-網路與雲端資料庫實作
An Environmental Monitoring and Control System for Smart Farm Applications–Implementation of Networking and Cloud Database
指導教授: 吳傳嘉
Chwan-Chia Wu
黎碧煌
Bih-Hwang Lee
口試委員: 黎碧煌
Bih-Hwang Lee
張俊明
Chun-Ming Chang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2021
畢業學年度: 109
語文別: 中文
論文頁數: 81
中文關鍵詞: 物聯網智慧農場低功耗藍牙網狀網路雲端資料庫
外文關鍵詞: Internet of Things (IoT), Smart Farm, Bluetooth Low Energy (BLE), Mesh Network, Cloud Database
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  • 隨著物聯網技術的成熟,各式應用如雨後春筍般出現,集合各式產業的特色從而達到提高效能或降低消耗的功能,從門禁監視系統的安全管控到各大工廠的產能提升與產品管控,都屬於物聯網技術涵蓋範圍,應用領域十分廣泛。

    農業領域與物聯網的結合,大多應用於溫室內的環境數據收集與控制,透過布建於溫室內的感測器可收集溫度、濕度、氧碳濃度與酸鹼值等各式數據,將收集到數據上傳至雲端可提供使用者進行分析與管控,當溫室內過高會影響農作物的產量或品質時,農場管理員可透過開啟灑水或排風裝置保持適合生物生長之環境溫度。

    本論文提出應用於智慧農場的物聯網監控系統,結合低功耗藍牙協定的特性所構建的BLE Mesh Network傳輸通道,並加入具備存取網際網路的功能,使系統擁有數據收集、遠端遙控以及異常偵測等功能。實體端上,收集數據的裝置稱為周邊裝置,而具備網際網路功能負責資料上傳的裝置稱為中央裝置,結合兩者所構成的,系統流程如下;周邊裝置會每間隔一段時間接收感測器的環境數據,並透過BLE Mesh Network傳送到作為中介的中央裝置後上傳至伺服器資料庫,而手機與網業等終端裝置也可透傳送指令到伺服器取得或是控制裝置的狀態。


    With the rapid development of Internet technology (IoT), the explosive growth of IoT applications comes. Making the industry characteristics closely combined with the Internet of things to optimize the product quality and quantity, such as: environmental monitoring, transportation and mobility, security, safety, assisted living, eHealth, etc.

    Mode of agricultural product supply chain under networked environment is becoming more mature. Through the various sensors, the system will transmit the environment information data, such as temperature, humidity, pH and CO2 concentration collected to the cloud database. Then the farmer can observe status of greenhouse. If temperature is too high in the greenhouse, the farmer will turn on the fans to make it colder.

    This thesis will design an agricultural greenhouse environment monitoring system. The system main deals with collecting the data from sensors, detecting devices that are still online and controlling the status of devices. Devices transmit data to others by Bluetooth mesh Networking that enables many-to-many device communications and is optimized for creating large-scale device networks. It is good at using in large area. Users can analyze, control and detect the greenhouse by website or smart phone application.

    摘要 I Abstract II 目錄 III 圖目錄 VI 表目錄 VIII 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.1.1 文獻探討 1 1.1.2 使用Zigbee概念 2 1.1.3 使用Bluetooth概念 3 1.2 研究動機 3 1.3 研究目的 4 1.4 章節架構 6 第二章 相關技術與文獻介紹 7 2.1 無線區域網路 7 2.1.1 Wi-Fi 7 2.1.2 IEEE 802.11 7 2.2 無線個人區域網路 8 2.2.1 藍牙 8 2.2.2 藍牙低功耗 9 2.2.3 通用訪問協議 9 2.2.3.1 GAP裝置角色 9 2.2.3.2 GAP廣播資料 9 2.2.3.3 GAP廣播流程 10 2.2.3.4 GAP廣播的網路拓撲結構 10 2.2.4 通用屬性協議 11 2.2.4.1 GATT廣播的網路拓撲結構 11 2.2.4.2 GATT廣播流程 11 2.2.4.3 GATT 結構 12 2.3 Arduino 13 2.4 硬體規格 13 2.5 開發環境 14 2.6 NodeMCU-ESP32-S 15 2.7 JDY-101M 16 2.7.1 JDY-101M AT指令 16 2.7.2 JDY-10M 傳輸格式 17 2.8 BLE Mesh Network 18 2.8.1 傳輸方式 19 2.8.2 廣播風暴 20 2.9 Apache 20 2.10 MySQL & MariaDB 21 第三章 系統架構與設計 22 3.1 系統功能概要 22 3.2 系統架構 23 3.3 主要硬體元件 24 3.4 韌體架構 25 3.4.1 周邊裝置 25 3.4.1.1 周邊裝置封包格式 26 3.4.1.2 周邊裝置狀態 27 3.4.1.3 周邊裝置資料結構 28 3.4.1.4 周邊裝置功能區塊 29 3.4.2 中央裝置 32 3.4.2.1 中央裝置關聯表 33 3.4.2.2 中央裝置資料結構 34 3.4.2.3 中央裝置功能區塊 36 3.5 伺服器資料庫架構 38 3.5.1 資料庫格式-使用者帳戶表格 40 3.5.2 資料庫格式-農場表格 41 3.5.3 資料庫格式-溫室表格 42 3.6 資料庫格式-裝置表格 43 3.7 系統流程圖 44 3.7.1 流程圖-搜尋狀態 44 3.7.2 流程圖-傳輸階段 45 3.7.3 流程圖-同步階段 47 3.8 伺服器流程圖 48 3.8.1 伺服器流程圖-上傳請求 49 3.8.2 伺服器流程圖-同步請求 50 第四章 系統架構實踐與成果 51 4.1 周邊與中央裝置操作 51 4.1.1 搜尋中央 51 4.2 上傳數據 53 4.2.1 同步狀態 54 4.3 伺服器請求操作 55 4.3.1 上傳資料至伺服器 55 4.3.2 同步伺服器資訊 57 4.4 使用者操作 59 4.4.1 裝置設置 60 4.4.2 遠端遙控裝置開關 62 4.4.3 裝置自動偵測 64 第五章 結論與未來展望 65 5.1 結論 65 5.2 未來展望 66 參考文獻 67

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    [21] Wikipedia,Apache HTTP伺服器(Jun. 2021)
    https://zh.wikipedia.org/wiki/Apache_HTTP_Server (Aug. 7, 2021)
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    https://fedoraproject.org/wiki/Features/ReplaceMySQLwithMariaDB (Jul. 31, 2021)
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    無法下載圖示 全文公開日期 2022/08/31 (校內網路)
    全文公開日期 2024/08/31 (校外網路)
    全文公開日期 2024/08/31 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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