交通大學系統工程創新教學 控制系統實驗 期末專題

1. 組員: 范鈞翔 0110828
組員: 林佳民 0110722

2.  一、構想
 二、SCAMPER
 三、硬體架構與功能說明
 四、可行性分析與時間規劃
 五、器材介紹
 六、驗證與問題分析
 七、未來展望

3.  韓國寵物保溫機

4.  其它用處:
1.溫室植物栽培：土壤濕度控制
光線控制
2.寵物飼養 ：溫度控制
3.烘焙發酵 ：空氣溫濕度控制
 專題方向-溫室自動監控系統

5. 光線控制系統
溫度控制系統
濕度控制系統
溫度感測器
濕度感測器
Arduino
降溫器
加熱器
灑水器
燈光線感測器

6.  替代(S)
◦ 將感應空氣濕度替換成感應土壤濕度
由於植物對空氣濕度相對上並不太要求，因此將感應空氣濕度改成感應土壤濕度，並可
以此衍生出自動澆花系統。
 調適(A)
◦ 不對光線亮度進行控制，而是單純控制光照時間
植物對細微的光暗亮度變化不太敏感，不如單純控制光照時間，更符合實際植物對光週
期的要求。
 修改(P)
◦ 增加拍攝功能以便觀察植物情況
考量到長期監控，使用者可以藉由拍攝功能來觀察植物的生長情況，或是紀錄植物
的影像來欣賞(如花開過程)。

7. 定時光線系統
溫度控制系統
土壤濕度控制系統
拍攝系統
DHT-11
KSM028
Arduino
Uno
繼電器
12V風扇
保溫燈
馬達
SDcard模組
LS-Y201
LED燈

8.  功能一：溫度控制
◦ 將整體溫室控制在我們預先設定好的溫度。當溫度過高開啟風
扇來降低溫度，溫度過低開啟保溫燈來升高溫度。
 功能二：土壤濕度控制
◦ 將其衍生為自動澆花系統，當濕度過低通知控制器開啟馬達抽
水進行澆花。
 功能三：定時光線控制
◦ 預先設定光照時間來控制燈光開啟的持續時間。
 功能四：拍照系統
◦ 設定拍照間距，每隔一段時間進行拍照可供使用者進行觀察。

9.  平台:
◦ 8051和Arduino由於兩者語言不同的關係，8051可以
比較精準的在時間上進行控制。而我們的系統屬於長期
控制不需要太精確的時間，所以Arduino是比較理想的
選擇。
◦ Arduino使用的語言是我們所較熟悉的C語言。
綜合以上考量我們決定使用Arduino作為我們這次專題的
平台。

10.  技術執行方面
◦ Arduino使用的語言是我們較熟悉的C語言，且市面上
已有許多的Arduino感測模組可以直接供我們使用，我
們主要熟悉Arduino的使用方式，以及各自系統之間的
統合和溝通。
 經濟方面
◦ 大部分的Arduino模組皆在一百塊左右。
◦ 主要花費會在保溫燈以及拍攝鏡頭上。

11. 周次 目標 工作細項
Week11
(5/3~5/9)
1.熟悉Arduino
2.空氣溫濕度感測
1.了解熟悉Arduino運作
2.使用DHT-11感測器
Week12
(5/10~5/16)
1.土壤濕度感測
2.電腦自動存取數值
1.使用KSM-028感測器
2.Log程式抓取Serial Port資料
Week13
(5/17~5/23)
1.定時光線系統
2.風扇、馬達、燈具控制
1.定時器程式
2.繼電器控制開關
Week14
(5/24~5/30)
1.拍攝系統 1.熟悉LS-Y201鏡頭模組

12. 周次 目標 工作細項
Week15
(5/31~6/6)
1.連續拍攝照片
2.照片存取
1.使用LS-Y201鏡頭模組
2.使用SDcard模組存取照片
Week16
(6/7~6/13)
系統整合 將各系統整合並測試
Week17
(6/14~6/20)
緩衝時間
長期驗證
處理剩餘BUG
進行3~5天長期驗證
Week18
(6/21~6/27)
數據整理
報告製作
整理並分析驗證結果

13. DHT11-溫濕度感測器 $90
KSM028-土壤濕度感測器 $120
LS-Y201-攝影模組 $1050
SDcard模組 $60
繼電器模組 $250
澆水馬達 $100
保溫燈組 $450
12V風扇 $150
12V燈泡(用於定時開燈關燈) $20
大致上與預計相同

14. DHT11-空氣溫濕度感測器 KSM028-土壤濕度感測器
感測土壤電阻值

15. 由於我們分別使用了
1.馬達-9V
2.風扇-12V
3.保溫燈-110V
4.LED燈-12V
因此使用繼電器方便控制

16. SD卡模組
將拍攝照片存放於SD卡
鏡頭模組LS-Y201
具有夜視模式

17. 溫控風扇

18. 土壤濕度感測

19. 定時光線

20. 20
22
24
26
28
30
6/18-19
6/18-21
6/18-23
6/19-01
6/19-03
6/19-05
6/19-07
6/19-09
6/19-11
6/19-13
6/19-15
6/19-17
6/19-19
6/19-21
6/19-23
6/20-01
6/20-03
6/20-05
6/20-07
6/20-09
6/20-11
6/20-13
6/20-15
6/20-17
6/20-19
6/20-21
6/20-23
6/21-01
6/21-03
6/21-05
6/21-07
6/21-09
6/21-11
6/21-13
溫度
溫度
0
100
200
300
6/18-19
6/18-21
6/18-23
6/19-01
6/19-03
6/19-05
6/19-07
6/19-09
6/19-11
6/19-13
6/19-15
6/19-17
6/19-19
6/19-21
6/19-23
6/20-01
6/20-03
6/20-05
6/20-07
6/20-09
6/20-11
6/20-13
6/20-15
6/20-17
6/20-19
6/20-21
6/20-23
6/21-01
6/21-03
6/21-05
6/21-07
6/21-09
6/21-11
6/21-13
土壤濕度
土壤濕度
預設控制在24~28度
土壤電阻值變化

22.  溫度控制方面
◦ 經過長期驗證之後，發現溫度控制效果可以更好。
 解決方法
◦ 使用隔熱較好之材質如保麗龍取代紙箱作為外箱
◦ 降溫時可再搭配一組灑水噴霧系統
◦ 使用更高瓦數之保溫燈

23.  土壤濕度控制方面
◦ 在驗證過程中，由於架設問題導致馬達長時間空轉後齒輪
毀損，無法抽水
◦ 長期驗證後感測器之銅箔嚴重氧化，進一步影響電阻值準
確性
 解決方法
◦ 使用電磁閥取代馬達
◦ 定期更換感測器

24.  照片拍攝方面
◦ 使用當作光照之12V燈泡亮度略顯不足，導致LS-Y201誤
啟動夜視模式導致照片過度曝光
 解決方法
◦ 使用瓦數較高之燈泡即可解決

25.  遠端監控
◦ 使用wifi模組搭配手機APP達成遠端即時監控，並可下達
指令遙控系統進行動作。
 更大規模
◦ 並聯使用更多系統，可以使溫室監控規模擴大。

28. 溫溼度感測器DHT-11
左至右的腳位分別為
+、Vout、-
由Vout回傳數值。

29. 濕度感測器KSM028
下方板子從上到下腳位為
+、-、DO、AO
藉由上方版子的銅箔感測
電阻值來量測濕度。
此專題我們使用類比輸出
介面。

30. SD卡模組
使用Serial Peripheral Interface (SPI)
MOSI(Master Out Slave In) – pin11
MISO(Master In Slave Out) – pin12
SCK(Serial Clock) or CLK – pin13
SS (Slave Select) - pin10
CS (Chip Select) – 使用者設定

31. LS-Y201
鏡頭上方為亮度感測器
當亮度過低時自動開啟
鏡頭兩側紅外線LED，
進入夜視模式。

32.  Communication Protocol
Reset
Change baurd rate
Command
(HEX)
Return (HEX)
56 00 26 00 76 00 26 00
Command (HEX) Return (HEX)
56 00 24 03 01 XX XX 76 00 24 00 00
XX XX Data Rate
AE C8 9600
56 E4 19200
2A F2 38400
1C 4C 57600
0D A6 115200

33. Take picture
Read JPG file content
JPG檔是以 FF D8開頭 並以 FF D9結尾
Command (HEX) Return (HEX)
56 00 36 01 00 76 00 36 00 00
Command (HEX)
56 00 32 0C 00 0A 00 00 MH ML 00 00 00 20 00 0A
Return (HEX)
76 00 32 00 00 FF D8 。。。。。。。FF D9