淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
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系統識別號 U0002-0808201715515900
中文論文名稱 智慧工廠之可見光緊急資料傳輸系統
英文論文名稱 A Visible Light Based Emergency Data Communication System For Smart Factory
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 資訊工程學系資訊網路與多媒體碩士班
系所名稱(英) Master’s Program in Networking and Multimedia, Department of Computer Science and Information Engine
學年度 105
學期 2
出版年 106
研究生中文姓名 蔡明軒
研究生英文姓名 CAI-MING-XUAN
學號 603420240
學位類別 碩士
語文別 中文
第二語文別 英文
口試日期 2017-06-12
論文頁數 62頁
口試委員 指導教授-張世豪
委員-張志勇
委員-鄭欣明
委員-張世豪
中文關鍵字 智慧工廠  可見光通訊  工業4.0  IEEE 802.15.7 
英文關鍵字 IEEE802.15.7  Visible Light Communication  Smart factory  Industry 4.0 
學科別分類
中文摘要 工業4.0又被稱為第四次工業革命,是現在工業製造業科技中自動化與數據使用的趨勢,其包含了網宇實體系統(cyber-physical systems )、物聯網(Internet of Things) 與雲端計算,工業4.0創造了所謂的智慧工廠,將所有工業相關的技術、銷售與產品體業統合起來,透過智慧整合感控系統,建立有一個有感知意識的新型智能工業世界,並做出去中央化的政策。透過物聯網的控制,智慧工廠能自行管理生產鏈、物流與程序,互相整合的系統在機器、資產、程序與物品之間建立起互動的橋樑,智能型機器與裝置可以利用校正程序避免資料之外的失誤。
這些特點使的無線網路在工業上的應用產生新形態的改變,並希望可以在工業通訊的建置與系統維護上的幫助,然而,工業通訊中所要求的即時性主要的含意上是要對工廠控制機器中需要較快速並且精準的遞送控制資料,即時性就會被在適用於工業網路上,但相對而言,無線通訊系統有眾所周知的傳遞問題,如訊號衰落、多徑傳播、訊號被遮蔽和干擾的問題,而這些都會影響工業網路通訊中所要求的即時性。
為了能夠有效的達到工業網路通訊中所要求的即時性,因此,我們設計一套系統,透過可見光的通訊協定送出資料,在一定的空間下,在接收資料過程中,感應器能夠即時接收並處理資料,達到資料傳輸的目的。
英文摘要 Industrial 4.0 also referred to as the fourth industrial revolution and is now industrial manufacturing technology, automation and data usage trends that contains the Web Woo physical system) (cyber-physical systems and the internet of things and internet of things) cloud computing, industrial 4.0 has created the so-called smart factory, all industrial technical, sales, and product and industry integration, through the intelligent integration of the system to create a new awareness-aware Intelligent industrial world and make out centralized policy. The through the Internet Control, Smart factory can manage their own production chains, logistics and procedures and integrated system on the machine, assets, procedures and supplies for the establishment of interaction between the bridges, intelligent machine and device can use the calibration procedure to avoid data errors.
These features make the wireless network in the industrial applications generate new patterns and hope in industrial communication can build and help on the system maintenance, however, the communication industry in the immediacy of the major implication is to control the machine factory requires a fast and accurate routing control data and immediacy is for industrial network, but relatively speaking, wireless communications systems are well known delivery issues, such as signal decay, multi-path propagation, signal obscured and interference issues that will affect the industrial network communications. instantaneous.
In order to be able to effectively reach the industrial network communications requested in real time and therefore, we design a system through the visible light Protocol submit information in a certain spatial information received in the process, the sensor is able to receive and process information in real time to achieve the purpose of the data transfer.
論文目次 目錄
第一章、 緒論…………………………………………………………1
1-1 研究背景與動機……………………………………………1
1-2 研究目的……………………………………………………4
1-3 論文的組織與架構…………………………………………5
第二章、 文獻探討……………………………………………………6
2-1 智慧工廠……………………………………………………6
2-2 IEEE802.15.7………………………………………………8
第三章、 系統架構……………………………………………………14
3-1 應用層………………………………………………………15
3-2 資料處理與辨識……………………………………………15
3-3 智慧物件……………………………………………………15
3-4 無線通道傳輸模型…………………………………………17
第四章、 實驗…………………………………………………………18
4-1 系統實作…………………………………………………… 18
4-1-1 Arduino……………………………………………………18
4-1-2 LED…………………………………………………………19
4-1-3光敏電阻……………………………………………………20
4-2光敏電阻的特性………………………………………………22
4-2-1 照度特性………………………………………………… 22
4-2-2 通訊調變原理…………………………………………… 24
4-2-3 ADC…………………………………………………………27
4-2-4 PWM…………………………………………………………28
第五章、 實驗結果……………………………………………………33
第六章、 結論…………………………………………………………39
第七章、 未來展望……………………………………………………40
參考文獻………………………………………………………………41
附錄-英文論文……….………………………………………………43










圖目錄
圖一、工業4.0發展圖…………………………………………………1
圖二、IEEE 802.15.7拓樸範例………………………………………9
圖三 、「可見光緊急傳輸系統」之系統架構圖………………………14
圖四、Arduino微電腦控制板…………………………………………18
圖五、LED市場趨勢調查………………………………………………20
圖六、光敏電阻器的外型結構與原理圖、符號………………………20
圖七、光敏電阻、不同感光材料的光譜………………………………21
圖八、光敏電阻值與照度曲線…………………………………………22
圖九、LED在不同頻率中對光敏電阻的影響…………………………23
圖十、類比調變技術訊號圖……………………………………………25
圖十一、Arduino傳送端模組…………………………………………30
圖十二、Arduino接收端模組…………………………………………32
圖十三、白天RSS實驗曲線圖…………………………………………34
圖十四、夜晚RSS實驗曲線圖…………………………………………34
圖十五、白天BER實驗曲線圖…………………………………………35
圖十六、晚上BER實驗曲線圖…………………………………………36
圖十七、白天PER實驗曲線圖…………………………………………37
圖十八、晚上PER實驗曲線圖…………………………………………37
表目錄
表一、第一種(PHY1)通訊方式適用通訊速率和調變方法……………10
表二、第二種(PHYⅡ)通訊方式適用通訊速率和調變方法………… 11
表三、第三種(PHY-Ⅲ)通訊方式適用通訊速率和調變方法…………12

參考文獻 參考文獻
[1] 行政院生產力 4.0 發展方案 Taiwan Productivity 4.0 Initiative 民國 105 年至民國 113 年
[2]智慧工廠 工廠未來大趨勢, http://ctee.com.tw/News/Content.aspx?id=614865&yyyymmdd=20150503&f=f7cd8fdcc74a99e1c3166c776041bf1f&h=9c174a5515f6e8f8c9503280cfe1d2a1&t=t5d
[3]賴品君,Study on Quality of Service for Signal of Smart Grid in IEEE 802.15.7 Home Area Networks
[4] 中時電子報,http://www.chinatimes.com/newspapers/20150503000122-260204
[5] 葉建宏、鄒志偉,「LED 可見光通訊的時代到了!!」,CTIMES,2012.
[6] G. Deak,k. Curran,and J. Condell,”A survey of active and passive indoor localization systems,” Computer Communications,vol.35, pp.1939-1954,9/15/2012.
[7]K. Yu,l. Sharp, and Y.J. Guo,Ground-Based Wireless Positioning:Wiley-IEEE Press,2009.
[8]通道模型, http://apwcs2014.nsysu.edu.tw/course/pdfdownload/953G/%E7%AC%AC07%E7%AB%A0-ChannelModel.pdf
[9] Arduino , https://openhome.cc/Gossip/Books/mBlockArduino1-3and1-4.html
[10]台灣LED產業上中下游專利佈局之比較研究
[11] 亮不亮由我決定 - 「光敏電阻」
[12] National instruments, http://www.ni.com/zht/.
[13] Simon Haykin, “Communication Systems, 4th Edition,” New York: John Wiley& Sons,2001.
[14]吳立祥,楊鎧瑋,馮造祥,洪三山; 可攜帶式具RF傳輸 直接讀取氣體偵測器之研製 Portable Directly-reading Air Monitor with RF Transmission
[15]成大資工wiki; http://wiki.csie.ncku.edu.tw/embedded/ADC
[16]Pulse Width Modulation, http://digital.ni.com/public.nsf/allkb/A145793F44FC243386257D9600518F38
[17]PER,BER, http://staffweb.ncnu.edu.tw/sheu/Mypapers/WLAN.pdf

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