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系統識別號 U0002-1106201417210400
中文論文名稱 智慧型家電節能管控系統
英文論文名稱 Energy-Efficiency Management System of Smart Appliance
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 電機工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Electrical Engineering
學年度 102
學期 2
出版年 103
研究生中文姓名 陳志銘
研究生英文姓名 Chih-Ming Chen
學號 601440067
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2014-05-30
論文頁數 44頁
口試委員 指導教授-詹益光
共同指導教授-曾憲威
委員-趙亮琳
委員-詹益光
委員-李揚漢
中文關鍵字 智慧家電  Android  WSN(Wireless Sensor Network)  IEEE 802.15.4  ZigBee 
英文關鍵字 Smart home  Smart appliances  Android  WSN Wireless Sensor Network)  IEEE 802.15.4  ZigBee 
學科別分類 學科別應用科學電機及電子
中文摘要 現今時代中,許多高科技家電問世,讓人們的生活過得十分便利。但越高科技的家電相對消耗的能源也就越多。因此能源消耗速度加快,能源問題也越來越常被各界提出討論。近幾年,國內更是因為發電廠問題而爭論不休。除了能源來源問題,如何去節約能源也變成一個重要課題。
針對節省能源的目的,本論文設計了智慧家電節能管控系統。這系統透過智慧家庭的概念,使用低速率無線個人區域網路ZigBee,對家中各個家電設備進行互相連接。並且使用近年來流行的Android系統,在其系統下設計家電節能管控APP。並將此APP安裝在智慧型手機上,成為整個系統的中央控制中心。之後將中央控制中心與ZigBee無線傳輸網路使用USB OTG傳輸媒介連結,中央控制中心便可透過ZigBee操控家電設備。並且本文也使用WSN (Wireless Sensor Network)概念。在ZigBee無線傳輸網路中,加入Sensor進行環境品質數據偵測,並將量測到的數據回傳給中央控制中心。中心可以依據數據進行家電節能管制動作,減少家電設備在不必要時後啟動工作。讓家電達到高效率與節約能源的目的。
英文摘要 In these days, many high technology home appliances are available to make people quite convenience in daily life. On the other hand, high technology home appliances also consume large amount of energy. As energy consumption gets its speed up, it draws people to worry about the energy resources. In recent years, it has also brought in keen and controversy arguments in Taiwan whether to continue or to stop on the construction of nuclear power plant. How to save energy, in addition to find new energy resources, is also an important issue.
For the goal of energy saving it is in this thesis to consider the design of a smart home appliances energy saving management and control system. It is through the smart family concept to interconnect all home appliances through the use of low-rate wireless personal area network (LR-WPAN) ZigBee . It considers the design of APP under the popular Android system for the system. It also installs this APP onto the smart cell phone to make the cell phone as the central control terminal for the whole energy saving and management control system. It uses the transmission medium USB OTG (On-The-Go) to connect the central control terminal with the ZigBee wireless communication network and then the central control terminal is through the ZigBee network to control the home appliances. In this thesis it also considers the WSN (Wireless Sensor Network) concept to use the sensors that are installed in the ZigBee wireless communication system to monitor the environment quality and then to feedback these measured data to the central control terminal for further analysis. The terminal then bases on the received data to make proper energy saving management and control action to reduce the unnecessary home appliances operation times so as to attain high efficiency and energy saving goals in the running of home appliances network.
論文目次 目錄
誌謝 I
中文摘要 III
英文摘要 IV
目錄 VI
圖目錄 IX
表目錄 XI
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 1
1.3 論文架構 2
第二章 研究方法 3
2.1 文獻探討 3
2.2 Android系統 4
2.2.1 Android系統架構 4
2.2.2 Activity生命週期 6
2.3 USB OTG 傳輸介面 9
2.4 ZigBee無線傳輸系統 11
2.4.1 ZigBee協定架構 12
2.4.1.1 實體層(PHY) 12
2.4.1.2 媒體存取控制層(MAC) 14
2.4.1.3 網路層(NWK) 14
2.4.1.4 應用層(APL) 14
2.4.2 ZigBee裝置類型 15
2.4.3 ZigBee網路拓樸結構 16
第三章 系統架構 19
3.1 家電節能管控APP 20
3.1.1 APP操控介面 21
3.1.2 APP系統架構 23
3.1.3 家電節能管控APP流程 25
3.2 ZigBee傳輸系統 28
3.2.1 ZigBee協調器(Co-ordinator) 32
3.2.2 ZigBee感測節點和家電管控節點 34
3.2.2.1 智慧家電控制板 35
第四章 系統情境模擬驗證與節能比較 36
4.1 情境一:溫、濕度Sensor測試 36
4.2 情境二:家電設備手動控制測試 37
4.3 情境三:使用溫溼度數值進行自動控制測試 37
4.4 節能比較 38
第五章 結論與未來展望 40
5.1 結論 40
5.2 未來展望 40
參考文獻 42

圖目錄
圖 2.1 Android系統架構圖[10] 6
圖 2.2 Android Process 生命週期[11] 8
圖 2.3 USB OTG傳輸介面 9
圖 2.4 以PC主機為主之傳統USB的架構[12][13] 10
圖 2.5 USB OTG點對點架構式意圖[12][13] 11
圖 2.6 ZigBee協定架構圖[15] 12
圖 2.7 ZigBee各個頻段的通道切割[16] 13
圖 2.8 ZigBee網路架構圖 15
圖 2.9 星狀拓樸[17] 17
圖 2.10 樹狀拓樸[ 17 ] 17
圖 2.11 網狀拓樸[ 17 ] 18
圖 3.1 系統架構圖 20
圖 3.2 Samsung S3智慧型手機和OTG傳輸線 21
圖 3.3 智慧家電節能管控APP操作介面 22
圖 3.4 家電節能管控APP架構 25
圖 3.5 APP執行流程圖 27
圖 3.6 FT-6250 ZigBee基礎開發版 28
圖 3.7 ZigBee無線傳輸軟體架構[19] 29
圖 3.8 ZigBee網路建立流程圖[19] 31
圖 3.9 Coordinator至End-Device之資料傳輸[19] 32
圖 3.10 ZigBee傳輸系統流程圖 33
圖 3.11 ZigBee感測節點 34
圖 3.12 智慧家電控制板 35
圖 4.1溫、濕度Sensor測試 36
圖 4.2 家電手動操控測試 37
圖 4.3 使用環境數值進行自動操控 38
圖 4.4 節能測試使用電風扇與消耗功率 39
圖 4.5 使用自動控制模式連續測試 39


表目錄
表 2.1 ZigBee、Bluetooth、Wireless比較[7][8] 4
表 2.2 ZigBee 使用頻帶及參數[ 14 ] 13
參考文獻 [1]智慧生活中華電信智慧家庭,
http://www.fbblife.com.tw/34244877/article/content.aspx?
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[11]Android Activity,
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[13]許永和, USB規格與理論剖析, 儒林出版社, 2009.
[14]802.15.4 IEEE Standard for Information technology Part
15.4: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical
Layer (PHY) Specifications for Low-Rate Wireless
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[15]李俊賢, “無線感測網路與 ZigBee協定簡介,” 電信國家型科技計畫,
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[16]ZigBee and Wi-Fi RF Channels,
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[18]PL2303 driver, https://code.google.com/p/indiserver/
[19]Jennic, “IEEE 802.15.4 Application Development Reference
Manual,” JN-RM-2024, Revision 1.3, 2007.
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