低成本三軸加速規應用於橋梁安全監測可行性之評估｜國立臺灣科技大學博碩士論文系統

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研究生：	林暐力 Wei-Li Lin
論文名稱：	低成本三軸加速規應用於橋梁安全監測可行性之評估 The feasibility of using low-cost accelerometer in bridge health monitoring
指導教授：	謝佑明 Yu-Ming Hsieh 廖國偉 Kuo-Wei Liao
口試委員:	廖國偉 Kuo-Wei Liao 謝佑明 Yu-Ming Hsieh 楊亦東 Yi-Tung Yang
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工程學院 - 營建工程系 Department of Civil and Construction Engineering
論文出版年：	2018
畢業學年度：	106
語文別：	中文
論文頁數：	113
中文關鍵詞：	物聯網、橋梁監測、三軸加速規、無線通訊技術、橋梁自然振動頻率、降伏地表加速度
外文關鍵詞：	Arduino
相關次數：	點閱：267 下載：2
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上一筆

　　國內橋梁數量眾多，若對所有橋梁進行詳細檢測評估，需要投入大量人力成本與資金。常見的橋梁檢查方法是使用臺灣地區橋梁維護管理系統TBMS-D.E.R.&U.，而以頻率為基礎之檢測則有微震法、移動式量測法等。因使用目視檢測評估法，不僅需要出動大量人力，也因檢測人員不同，導致誤差甚大的可能發生；若改用量測頻率來檢測，所使用的儀器(如速度計或加速度計)其價格通常非常昂貴，增加橋梁維護的成本。
　　本研究主要核心為運用微控制器Arduino連接三軸加速規感測器，透過ZigBee無線技術，能直接連線溝通架設於橋梁上的其它警示燈設備。對於數據採集，我們使用SD卡紀錄感測器所量測到的數值，並且更進一步的在Arduino開發板上進行分析運算量測橋梁頻率，以取代使用電腦分析的高成本執行，本研究硬體成本盡量壓低在3000新台幣以內，盼能有效降低監測成本。

　　There are many bridges in Taiwan. The cost of inspection and safety evaluation process is expensive. In general, one of bridge detection methods is to use Taiwan Bridge Maintenance Management System, “TBMS-D.E.R. & U. “. This method is a visual inspection evaluation process and is operated by human, possibly, resulting in many errors. Alternatively, frequency-based method such as ambient vibration method is also available. If frequency-based method is adopted, the cost of bridge maintenance may increase.
　　One of the main ideas of this research is to use Arduino microcontroller connecting to accelerometer. By utilizing the Zigbee wireless technology, it will activate the warning light equipment, which is setting on the bridge, if the measured ground acceleration is greater than the yielding acceleration. In addition, if the reduction of bridge frequency derived from the measured accelearions, which is recorded using SD card, the waring system will be activated as well. The cost of the developed module is about NTD 3000, which significantly reduces expense.

誌謝    I
摘要    II
ABSTRACT    III
目錄    IV
圖目錄    VII
表目錄    IX
第一章 緒論    1
1 研究背景    1
2 研究動機與目的    2
3 研究方法    3
4 論文架構    5
第二章 文獻回顧    6
1 橋梁檢測分析    6
2 數值分析方法    9
3 Matlab[4]    9
3.1 Simulink[5]    10
4 串列傳輸協定    10
4.1 脈衝寬度調變 PWM[6]    10
4.2 積體電路匯流排I2C[7]    12
4.3 序列周邊介面SPI[9]    14
4.4 通用非同步收發傳輸器UART[12]    18
第三章 硬體介紹與整合    19
1 硬體介紹、比較與選擇    19
1.1 Arduino開發板    19
1.2 繼電器模組    27
1.3 無線通訊模組    31
1.4 三軸加速規    37
1.5 儲存裝置    44
1.6 電源供應    46
1.7 警示燈    47
2 硬體的整合製作    48
3 成本估算    55
第四章 開發環境與實驗儀器    57
1 開發環境    57
1.1 Arduino開發環境    57
1.2 X-CTU    60
2 實驗儀器    64
2.1 CV-374 AV    64
2.2 VSE-15D-6    66
第五章 韌體程式開發    68
1 韌體程式流程    68
2 三軸加速規的程式編譯    71
3 SD卡模組韌體撰寫    73
4 Matlab GUI介面    77
第六章 數值分析    79
1 Matlab運算驗證    79
2 振動台試驗    82
3 現地實測    85
第七章 結論與建議    91
1 結論    91
2 建議    92
參考文獻    93
附錄Ａ    96
附錄B    97

                                

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[28] NXP Semiconductors.<MMA8451Q,3-axis,14-bit/8bit digitial
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Available: http://www.to-soku.co.jp/products/servo/pdf/vse15d6.pdf
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