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[應用] 環境品質監控系統

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系統架構 由環境監測元件和運算控制元件所組成的硬體,如圖一所示,再搭配流程控制軟體組成一個完整的系統。每個環境監測元件透過無線網路的方式連接到運算控制元件,將每處環境的數值傳給運算元件,再由運算元件計算出最佳的環境狀態,進而控制電力、空調或風扇 … 等周邊系統。 圖一:環境監控系統方塊圖 圖二:環境監控系統實際架設情況 上圖二是環境監控系統實際架設的情況,分別配有不同 ID 的兩個環境監測元件,圖下方有一個配置網路的運算控制元件。因此,運算控制元件可以收到來自不同 ID 的環境監測數值,搜集道這些數值後可針對環境變化進行最佳化的運算,調整適當的電力控制或空調系統。圖三是用來監測環境的元件方塊圖,由 Arduino 控制器做為元件的核心處理器,晶片上提供常用的通訊介面,因此相當方便再搭配周邊的感測元件。 圖三:環境監測元件的內部方塊圖 下圖四是元件的實體電路,我們可以觀察 LCM 的數據, LCM 上面會顯示當時感測器量測到的溫度 ( 單位 : 攝氏 C) 、溼度 ( 單位 : %) 、照度 ( 單位 : 流明 ) 、 CO2 濃度 ( 單位 : ppm) 、空氣品質、人體移動偵測 … 等。 WiFi 連線的狀態也會顯示在上面,每個數字代表的狀態如下: 0 :指令錯誤,未收到回應。 2 :已連接到 WiFi AP ,獲得 IP 位址,但還未建立 TCP 。 3 :已建立 TCP 連線。 4 :斷開網路連線。 5 :未連接到 WiFi AP 。 圖四:環境監測元件的實體圖         下圖五是環境監控系統的主控制器內部架構圖, ARM 控制器透過 RS-485 介面與 WiFi 模組相連接,用來接收來自環境監測元件的資料。主控制器具有 ethernet 網路介面,可與外部的設備相通訊,利用工業標準 Modbus TCP 通訊協定進行資訊交換。 圖五:主控制器的系統架構圖 規格說明 主控制器的系統規格如下: a) ARM 核心運算時脈達到 120 MHz ,具有 10/100 Mbps 網路通訊   b) 支援 Modbus RTU 或 Modbus TCP 通訊,可以連接 HMI 人機介面   c) 4 秒內迅速開機,