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系統識別號 U0002-0208201022512800
中文論文名稱 整合無線感測器與音樂模組之嵌入式系統:設計與實作
英文論文名稱 The Design and Implementation of an Embedded System for Sensor Devices and Music Module
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 資訊工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Computer Science and Information Engineering
學年度 98
學期 2
出版年 99
研究生中文姓名 張建陽
研究生英文姓名 Chien-Yang Chang
學號 697410842
學位類別 碩士
語文別 中文
第二語文別 英文
口試日期 2010-06-04
論文頁數 76頁
口試委員 指導教授-黃心嘉
委員-黃心嘉
委員-陳宗禧
委員-陳裕賢
委員-張志勇
中文關鍵字 無線感測網路  音樂樹道  感測節點  異質性網路  Octopus II  TinyOS  RTOS  環境感測  互動藝術 
英文關鍵字 Wireless Sensor Network  Tree-music Sidewalk  Sensor Node  Heterogeneous Network  Octopus II  TinyOS  RTOS  Environment Sensing  Interaction Art 
學科別分類 學科別應用科學資訊工程
中文摘要 本研究將建構一個「人文科藝休閒創意空間感測網」,亦在公共空間(如樹道、壁牆、捷運、公共休閒園區、…等)舖設無線感測節點,使之隨時蒐集環境資訊(溼度、溫度、光線…),並結合人文創意內容與公共藝術造型設計,將實際建造〝無線感測人文科藝休閒創意空間〞,讓民眾於公共空間透過互動感知行為(人數、聲音、動作、位置、呼吸、心跳…)作互動創意賞析。本研究將以無線感測器網路之感測與通訊技術,結合人文創意內容與公共藝術造型設計,本研究的無線感測音樂樹道,乃於樹道上裝置無線感測模組及音樂播放模組,根據環境的溫、濕、亮度以及與行人之相對距離,控制音樂模組所播放的曲目風格以及音量的大小,並期望透過此互動藝術能使環境空間具智慧性、藝術性、創意性、以及當代未來性。未來期望延伸設置於公共空間,讓民眾透過互動感知行為作互動創意賞析、隨時享受自然音響之樂。
英文摘要 This research is cooperated by interdisciplinary with technology and human experts to participate in. We will build a sensor network for creative leisure space with technology and art. That is, we will put wireless sensor nodes in the public space (such as trees, walls wall, MRT, public parks, and so on ...) so that at any time to gather the environment information (humidity, temperature, light ...). First, I will build the protocol for music playing tree with wireless sensors on the sidewalk. I will integrate creative humanities content and plastic design of public art to really construct the sound tree sidewalk and the light humanity wall by “wireless environmental sensor” where people can have the creative appreciation and joy through the interactive behavior. I hope the space can possess intelligence, art, creation, contemporary future, the teams can have the opportunities of dialogue, communication, and learning.
論文目次 目錄 III
圖目錄 IV
表目錄 VII
第一章、 簡介 1
1.1 研究動機與文獻探討 1
1.2 研究目的 4
第二章、 背景知識 5
2.1 硬體背景 5
2.2 軟體背景 11
第三章、 無線感測音樂樹道系統 18
3.1 無線感測音樂樹道之系統設計 20
3.2 硬體通訊與整合技術 21
3.3 感測單元之實作 37
3.4 無線感測音樂樹道之通訊協定設計 40
3.5 封包格式與無線傳輸單元 50
3.6 Octopus II與VS1000的韌體設計 57
第四章、結論、心得與未來工作 65
參考文獻 70
附錄-英文論文 72

圖2.1 Octopus I感測節點 6
圖2.2 Octopus II感測節點 6
圖2.3 Octopus II系統架構圖 7
圖2.4 VS1000音樂播放模組實體照片 10
圖2.5 VS1000音樂播放模組功能方塊圖 11
圖2.6 nesC編譯過程 12
圖2.7 TinyOS元件階層圖 13
圖2.8 TinyOS元件所具有的Uses Interface及Provides Interface 15
圖2.9 元件架構圖 16
圖3.1 「真菌菇」之造型草稿 18
圖3.2 「真菌菇」之實際造型 18
圖3.3 「無線感測音樂樹道」之系統架構圖 20
圖3.4 Octopus II 50 pin擴充腳位定義 22
圖3.5 各代感測節點的發展演進 23
圖3.6 第一代感測節點系統方塊圖 24
圖3.7 第一代感測節點功能分類圖 25
圖3.8 第一代感測節點之實體圖 25
圖3.9 第二代感測節點系統方塊圖 27
圖3.10 第二代感測節點功能分類圖 28
圖3.11 第三代感測節點系統方塊圖 29
圖3.12 Octopus II與VS1000硬體通訊示意圖 30
圖3.13 第三代感測節點功能分類圖 30
圖3.14 邏輯準位轉換電路 31
圖3.15 第三代感測節點之實體照片 32
圖3.16 Octopus II與VS1000硬體通訊方塊結構圖 33
圖3.17 PlatformSerialC元件階層圖 36
圖3.18 Msp430UartP元件階層圖 37
圖3.19 HplMsp430Usart1C元件階層圖 37
圖3.20 Octopus II與三軸加速度計之接線圖 38
圖3.21 Octopus II與微波位移感測器接線圖 39
圖3.22 微波感測器 39
圖3.23 Octopus II與風力計和雨量計之接線圖 40
圖3.24 音樂樹道網路系統架構圖 42
圖3.25 叢集網路的分類 43
圖3.26 無線感測音樂樹道網路場景圖 45
圖3.27 Clusterhead選取與媒體存取協定 46
圖3.28 封包碰撞問題 47
圖3.29 時間偏移關係圖 48
圖3.30 時間同步之封包格式 49
圖3.31 ATmega328與WIFLY晶片電路圖 50
圖3.32 TinyOS的Radio stack 52
圖3.33 802.15.4 Data Frame Format 53
圖3.34 TinyOS Data Frame Format 53
圖3.35 message_t封包存取結構 56
圖3.36 BlinkToRadio實際封包 56
圖3.37 Octopus II to Octopus II封包格式 56
圖3.38 Octopus II to VS1000控制命令格式 57
圖3.39 環境感測模式之軟體架構圖 58
圖3.40 環境感測模式之程式流程圖 60
圖3.41 環境與人之互動模式軟體架構圖 61
圖3.42 環境與人之互動模式之程式流程圖 64
圖4.1 無線感測真菌人文樹道測試環境 65
圖4.2 音樂樹道架設場景 66
圖4.3 無線感測真菌人文樹道實際佈建情況 67
圖4.4 不正確的命令格式 67
圖4.5 未來規畫工作事項 68

表2.1 TinyOS常用的介面 13
表2.2 TinyOS常用的元件 13
表2.3 常用的nesC程式關鍵字 14
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