基於Arduino 之感測器量測資料擷取裝置

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姓名

林君翰(Chun-Han Lin) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

基於Arduino 之感測器量測資料擷取裝置
(A general power meter reading data acquisition device using Arduino with OCR functionality)

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摘要(中)

本論文研究目的為設計一可將電表所顯示的用電量資訊傳回電腦並做分析，再將用電量的相關資訊透過電腦分析給使用者知道的裝置，而因為是透過Arduino開發板以及外接的小型相機來擷取相關的資料的關係，所以使用者也可以自己根據不同的需求來加入其他功能，並不會受到廠商硬體規格的限制，而軟體開發的部分因為是採用Arduino的關係，一般的使用者也可以自行撰寫相關的功能，透過這樣的關係讓一般的使用者或開發者可以大大的掌握自己的技術跟想法，而不再局限於市售廠商制式的軟硬體規格。

目前在市面上這種相關的電表用電資訊辨識裝置，大部份都是採用高價位的運算晶片且程式都已經預先寫好燒錄進去，因此功能有限，無法再針對我們自己想要的部分特殊功能再另外加入或修改，且因為採用的晶片價格較高，所以整體裝置的總價格相對高昂，從數千至數萬元不等，而如果因為有其他需求還要額外的購買另外的配備來做結合，整體預算相較於本研究所設計出的裝置高昂許多。

本研究論文透過Arduino Uno Rev3開發板來做為電表資訊辨識裝置的控制板，透過板子控制相機進行電表資訊的擷取接著再透過預先在電腦寫好的辨識程式進行用戶的用電量分析等功能，而Arduino的相關語法淺顯易懂且網路上有很多其他開發者免費公開分享的資料可以學習，且價格便宜好入手，讓一般的使用者可以不再被市場所販售的產品局限功能而進行客制化。

摘要(英)

The purpose of this research is to design an Arduino-based device that can receive a power meter′s usage data for further analysis. By using the Arduino Uno Rev3 development board and the JPEG camera, users can add customized features such as the ones for this research and integrate them into a single device. One significant feature of our device is that it can recognize regular text or numbers that are displayed on any power meter because of reusing the OCR (optical character reader) library. Currently, similar devices on the market are more expensive and do not allow users to develop new functions. Hence, if users want to add more functions, they need to pay for the extension components or plugins, which undoubtedly increase the overall cost. Various font types and characters, which were displayed on power meters and captured by the JPEG camera, were used to test the correctness of our device functionality. The results showed that it can continuously send actual meter readings to a computer for further analysis.

關鍵字(中)

★ Arduino
★ 資料擷取
★ 光學文字辨識

關鍵字(英)

★ Arduino
★ Data acquisition
★ Image processing

論文目次

目錄
摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 v
表目錄 viii
第一章緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究問題與目的 2
1.3 研究範圍與限制 3
1.4 研究流程 4
1.5 論文架構 6
第二章文獻回顧 7
2.1 Arduino 7
2.1.1 Arduino特色 8
2.1.2 Arduino開發板 9
2.1.3 Arduino 擴充版 12
2.1.4 Arduino Uno Rev3 15
2.1.5 Arduino 程式結構及相關語法 17
2.2 Raspberry Pi樹莓派與Arduino 19
2.3 Microsoft .NET 21
2.3.1 Microsoft Visual Studio C# 21
2.3.2 Microsoft Visual Basic Express 22
2.3.3 Microsoft Visual C++ 24
2.4 LinkSprite JPEG Color Camera 24
2.5 Python 25
2.6 Tesseract OCR 26
第三章系統流程 27
3.1 研究流程 27
3.2 Arduino流程(控制相機拍照) 28
3.2.1 Arduino IDE部分(軟體) 30
3.2.2 Arduino 硬體 36
3.2.3 Arduino程式部分 38
3.3 C# 流程(取得序列阜資訊並存檔) 45
3.4 Python流程(將序列阜資料轉為JPG圖檔) 51
3.5 C++ OCR流程(圖檔影像辨識) 54
第四章整體功能整合 58
第五章結論與建議 63
5.1 結論 63
5.2 建議 64
5.2.1 開發層面建議 64
5.2.2 應用層面建議 65
5.3 貢獻 65
參考文獻 66
口試委員意見回應表 67

圖目錄

圖 1-1研究流程圖 5
圖 2-1 ARDUINO UNO REV3 10
圖 2-2ARDUINO MEGA 2560 I/O控制板 10
圖 2-3ARDUINO LILY PAD 11
圖 2-4XBEE SHIELD 12
圖 2-5XBEE SHIELD + ARDUINO UNO REV3 12
圖 2-6ARDUINO UNO REV3開發板 15
圖 2-7ARDUINO UNO REV3規格 16
圖 2-8ARDUINO常用語法 18
圖 2-9ARDUINO與RASPBERRY規格比較表 19
圖 2-10ARDUINO UNO開發板 20
圖 2-11RASPBERRY PI開發板 20
圖 2-12JPEG COLOR CAMERA規格圖 25
圖 3-1整體系統運作循序圖 28
圖 3-2ARDUINO流程圖 29
圖 3-3ARDUINO程式撰寫介面(含範例程式碼) 31
圖 3-4ARDUINO工具列 32
圖 3-5ARDUINO IDE程式撰寫區塊 33
圖 3-6ARDUINO IDE程式運行結果區塊 34
圖 3-7ARDUINO IDE序列阜運行區塊 35
圖 3-8SERIAL PORT輸出結果 35
圖 3-9ARDUINO開發板與相機連結示意圖 37
圖 3-10ARDUINO開發板與相機連結實際圖 38
圖 3-11設定/宣告區塊虛擬碼 39
圖 3-12設定/宣告區塊程式碼 40
圖 3-13主要程式虛擬碼 41
圖 3-14主要程式原始程式碼 42
圖 3-15拍照函式虛擬碼 43
圖 3-16拍照函式原始程式碼 44
圖 3-17C#流程圖 46
圖 3-18序列阜照片資訊 47
圖 3-19錯誤訊息圖 48
圖 3-20序列阜資料儲存至TXT檔 48
圖 3-21TXT檔內16進位資料. 49
圖 3-22C#程式虛擬碼表 50
圖 3-23PYTHON流程圖 52
圖 3-24PYTHON原始程式碼圖 53
圖 3-25照片資料轉換圖 54
圖 3-26C++OCR流程圖 55
圖 3-27C++OCR程式虛擬碼 56
圖 3-28辨識前圖檔 57
圖 3-29辨識後結果 57
圖 4-1開發板與相機連結實圖 58
圖 4-2ARDUINO拍照部分程式碼 59
圖 4-3序列阜監控視窗 59
圖 4-4序列阜錯誤訊息圖 60
圖 4-5照片資料暫存圖 60
圖 4-6轉換成功之圖檔 61
圖 4-7辨識前後結果圖 62

表目錄

表 1 1研究流程圖 5
表 2 1ARDUINO UNO REV3規格 16
表 2 2ARDUINO常用語法 18
表 2 3ARDUINO與RASPBERRY規格比較表 20
表 3 1設定/宣告區塊虛擬碼 39
表 3 2設定/宣告區塊程式碼 40
表 3 3主要程式虛擬碼 41
表 3 4主要程式原始程式碼 42
表 3 5拍照函式虛擬碼 43
表 3 6拍照函式原始程式碼 44
表 3 7C#程式虛擬碼表 51
表 3 8PYTHON流程圖 53
表 3 9C++OCR程式虛擬碼 57

參考文獻

[1]葉難，(2014)，Arduino輕鬆入門：範例分析與實作設計，博碩文化出版。
[2]趙英傑，(2013)，超圖解Arduino互動設計入門，旗標出版社。
[3]Arduino Uno Website, http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardUno.
[4]Adafruit Industries, Unique & fun DIY electronics and kits website,
https://www.adafruit.com/.
[5] Data acquisition and control using Arduino-Android Platform : Smart plug, A.H.
Shajahan, A.Anamed.
[6] An Overview of the Tesseract OCR Engine, Ray Smith, Google Inc.

[7]Mahendran.N, Geo Joe Mathai, Veenesh. M.U, (2013), Multiple Sensor Feeding Supported
Building Automation System Using Arduino Platform With Exposure of 802.15.4
Functionalities, International Journal of Engineering Trends and Technology, Vol. 4
Issue2.
[8]Christopher Johnson - Project Manager, Programmer, Network Security Specialist, (2013),
Non-Static Biometric Identification.
[9] An Electronic Aid for Visually Impaired in Reading Printed Text , D. Sreenivasan, Dr. S.
Poonguzhali.

指導教授

周建成(Chien-Cheng Chou)

審核日期

2015-12-23

推文