臺灣博碩士論文加值系統

物聯網(Internet of Things；IoT)科技產業於近年來蓬勃發展，廣泛應用於人類生活中各個產業。在農業應用裡，為了提高其產業產值及有效解決農業管理人力斷層問題，許多傳統養殖產業在近年來也紛紛採用農業物聯網技術來建置智慧農業系統，並透過收集感測資訊，做出最有利的決策與控制。但其監控系統的感測訊號的擷取往往會被實際場域環境所限制住。因此，如何將監控系統有效地安裝於各種場域環境中，並解決異質網路間整合，是目前智慧農業所需解決的重要問題之一。
目前市面上所建置的監控系統中，有線網路與無線網路感測兩者往往無法相容共通。因此，在本研究所設計的異質網路監控系統中，採用Modbus通訊協定當作異質網路間共同的通訊協定，使系統能快速整合擷取有線及無線網路感測資料，並結合具備圖控化介面的InduSoft-SCADA監控系統，讓使用者能以視覺化地取得即時感測資訊，進而實現智慧農業的系統應用與設計。
而經過本研究的實地測試，初步驗證本系統已能符合台灣養殖產業需求，並能實際裝設在禽舍養殖場域執行，且系統也能穩定的將數據資料擷取回資料庫儲存，實現建立應用於農業物聯網之異質網路監控系統的目的。
最後，我們將目前現有的禽舍所收集到的相關感測資料進行初步的數據分析。而從溫度、濕度、CO2及差壓等感測數據中，利用分群與關聯性特徵分析方式，能分析出哪種環境關鍵因子會影響到禽隻每天飲水量及採食量。而在未來，更可透過本研究所建置的異質網路監控系統讓使用的養殖戶，規畫出可提高產能的最佳養殖與監控環境，讓智慧農業更往前邁向新的里程碑。

The Internet of Things (IoT) technology industry has flourished in recent years and is widely used in various industries in human life. In agricultural applications, in order to improve their industrial output value and effectively solve the problem of agricultural management manpower faults, many traditional aquaculture industries have adopted agricultural Internet of Things technology to build smart agriculture systems in recent years, and through the collection of sensing information, the most Favorable decision making and control. However, the acquisition of the sensing signals of its monitoring system is often limited by the actual field environment. Therefore, how to effectively install the monitoring system in various field environments and solve the integration between heterogeneous networks is one of the important issues that need to be solved in smart agriculture.
In the monitoring systems currently deployed on the market, both wired networks and wireless network sensing are often incompatible. Therefore, in the heterogeneous network monitoring system designed in this study, the Modbus communication protocol is adopted as a common communication protocol between heterogeneous networks, so that the system can quickly integrate the sensing data of wired and wireless networks, and combined with the map. The InduSoft-SCADA monitoring system of the control interface allows users to visually obtain instant sensing information, thereby enabling system application and design of smart agriculture.
After the field test of this study, it is preliminarily verified that the system can meet the needs of Taiwan's aquaculture industry, and can be actually installed in the poultry farm field, and the system can also stably retrieve the data and retrieve it into the database for storage. Establish the purpose of the heterogeneous network monitoring system applied in agricultural Internet of Things.
Finally, we conduct preliminary data analysis on the relevant sensory data collected by the existing poultry house. From the sensing data such as temperature, humidity, CO2 and differential pressure, using clustering and correlation analysis, we can analyze which environmental key factors affect the daily water consumption and feed intake of birds. In the future, the heterogeneous network monitoring system built by the Institute will allow the farmers to use the best breeding and monitoring environment to increase productivity, and make smart agriculture a new milestone.

摘要 ... i
Abstract ... ii
誌謝 ... iv
目錄 ... v
表目錄 ... vii
圖目錄 ... viii
第一章 緒論 ... 1
1.1 研究背景 ... 1
1.2 動機與目的 ... 1
1.3 國內外之相關研究情況 ... 2
1.4 論文章節概述 ... 4
第二章 系統原理 ... 5
2.1 RS-485 ... 5
2.1.1 RS-485簡介 ... 5
2.1.2 RS-232 、RS-485、RS-422差異對照 ... 5
2.2 乙太網路 ... 6
2.2.1 乙太網路簡介 ... 6
2.2.2 工業乙太網通訊協定 ... 6
2.3 LoRa傳輸技術 ... 6
2.3.1 LoRa簡介 ... 6
2.3.2 LoRa與LoRaWAN ... 7
2.3.3 LoRa應用場域 ... 8
2.4 Modbus通訊協定 ... 8
2.4.1 Modbus簡介 ... 8
2.4.2 Modbus功能碼 ... 9
2.4.3 Modbus封包格式 ... 10
2.5 農業物聯網系統 ... 11
2.5.1 資料收集器 ... 11
2.5.2 I/O控制器 ... 12
2.5.3 RS-485集線器 ... 12
2.5.4 乙太網路交換器 ... 13
2.6 SCADA監控系統 ... 14
2.6.1 SCADA簡介 ... 14
2.6.2 InduSoft ... 15
2.7 資料庫 ... 16
2.7.1 MySQL ... 16
2.7.2 phpMyAdmin ... 16
2.7.3 ODBC通訊 ... 17
2.8 Statistica ... 18
2.8.1 統計分析–p值 ... 19
2.8.2 統計分析–顯著性差異 ... 19
2.8.3 統計分析–虛無假設 ... 19
第三章 系統設計 ... 20
3.1 系統架構 ... 20
3.2 農業物聯網機台設計 ... 21
3.2.1 通訊模組 ... 22
3.2.2 控制模組 ... 27
3.2.3 I/O模組 ... 28
3.2.4 感測與電源模組 ... 29
3.3 感測節點與設備控制設計 ... 29
3.3.1 異質網路感測節點設計 ... 30
3.3.2 設備連接設計 ... 31
3.4 SCADA監控系統設計 ... 32
3.4.1 即時感測資訊 ... 32
3.4.2 設備控制 ... 34
3.4.3 趨勢圖 ... 35
3.4.4 歷史紀錄 ... 37
3.4.5 網頁監控模式 ... 39
3.5 資料儲存設計 ... 40
3.5.1 MySQL資料庫端建立 ... 40
3.5.2 ODBC資料來源建立 ... 40
3.5.3 InduSoft軟體資料上傳資料庫 ... 42
3.6 資料分析設計 ... 45
第四章 系統測試 ... 46
4.1 農業物聯網機台測試 ... 46
4.1.1 感測器擷取測試 ... 47
4.1.2 控制測試 ... 49
4.2 SCADA監控系統測試 ... 51
4.2.1 SCADA監控系統即時感測資訊測試 ... 51
4.2.2 SCADA監控系統設備控制測試 ... 52
4.2.3 SCADA監控系統趨勢圖測試 ... 52
4.2.4 SCADA監控系統歷史紀錄測試 ... 53
4.2.5 SCADA監控系統網頁監控模式測試 ... 54
4.3 異質網路感測節點測試 ... 55
4.4 資料儲存測試 ... 57
4.5 資料分析結果 ... 59
4.5.1 採食量分析 ... 60
4.5.2 飲水量分析 ... 60
第五章 結論與未來展望 ... 61
5.1 結論 ... 61
5.2 未來展望 ... 62
參考文獻 ... 63
Extended Abstract ... 65

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[11]簡介RS232 RS422 RS485，https://used888.blogspot.com/2014/12/rs232-rs422-rs485.html
[12]乙太網路-Wikipedia，https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BB%A5%E5%A4%AA%E7%BD%91
[13]工業乙太網-Wikipedia， https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%B7%A5%E6%A5%AD%E4%BB%A5%E5%A4%AA%E7%B6%B2
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[15]What is LoRaWAN，https://lora-alliance.org/sites/default/files/2018-04/what-is-lorawan.pdf
[16]LoRa無線通訊技術應用於果園環境監測之研究，https://www.coa.gov.tw/office_epaper/epaper/infoexplorer/online/45/content_1.html
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[18]杜雅萍(2018)。基於跳頻的LoRa通訊系統設計與實作。國立台北科技大學自動化科技研究所碩士學位論文，臺北市。取自https://hdl.handle.net/11296/ud6xh7
[19]Modbus-Wikipedia，https://zh.wikipedia.org/wiki/Modbus
[20]Modicon Modbus Protocol Reference Guide，http://modbus.org/docs/PI_MBUS_300.pdf
[21]許禹揚(2018)。開源監控系統之效能評估。國立台北科技大學自動化科技研究所碩士學位論文，臺北市。取自https://hdl.handle.net/11296/4f5bku
[22]Modbus簡介，http://files.bacnet.webnode.tw/200000006-7118072188/Modbusru%E7%B0%A1%E4%BB%8B.pdf
[23]可程式化自動化控制器-Wikipedia， https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8F%AF%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E5%8C%96%E8%87%AA%E5%8B%95%E5%8C%96%E6%8E%A7%E5%88%B6%E5%99%A8
[24]WISE-5231，https://wise.icpdas.com/products/WISE-5231.html
[25]M-7055D，http://www.icpdas.com/root/product/solutions/remote_io/rs-485/i-7000_m-7000/i-7055.html
[26]I-7514U，https://www.icpdas.com/root/product/solutions/industrial_communication/converter/i-7514u.html
[27]NS-205，http://www.icpdas.com/root/product/solutions/industrial_ethernet_switch/ns-205.html
[28]SCADA-Wikipedia， https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%95%B0%E6%8D%AE%E9%87%87%E9%9B%86%E4%B8%8E%E7%9B%91%E6%8E%A7%E7%B3%BB%E7%BB%9F
[29]利用SCADA系統有效達成遠端監控， https://www.digitimes.com.tw/iot/article.asp?cat=130&id=0000269152_1ZY0JIQF68A0UD10UUAM0
[30]泛用型可配置式雲端視覺化監控系統，https://ictjournal.itri.org.tw/Content/Messagess/contents.aspx?MmmID=654304432061644411&MSID=746520215102207655
[31]InduSoft，http://www.podak.com.tw/products_attach/INDUSOFTV8_cht.pdf
[32]InduSoft blog，http://www.indusoft.com/blog/2017/05/01/service-pack-2-for-indusoft-web-studio-8-0-available-for-download-now/
[33]InduSoft v7.1教育訓練手冊
[34]MySQL-Wikipedia，https://zh.wikipedia.org/wiki/MySQL
[35]phpMyAdmin-Wikipedia，https://zh.wikipedia.org/wiki/PhpMyAdmin
[36]ODBC-Wikipedia，https://zh.wikipedia.org/wiki/ODBC
[37]管理ODBC資料來源，
https://support.office.com/zh-tw/article/%E7%AE%A1%E7%90%86-odbc-%E8%B3%87%E6%96%99%E4%BE%86%E6%BA%90-b19f856b-5b9b-48c9-8b93-07484bfab5a7
[38]p值-Wikipedia，https://zh.wikipedia.org/wiki/P%E5%80%BC
[39]顯著性差異-Wikipedia，https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%98%BE%E8%91%97%E6%80%A7%E5%B7%AE%E5%BC%82
[40]虛無假設-Wikipedia，https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%B6%E5%81%87%E8%AE%BE