嵌入式系統實現電梯物聯網

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姓名

李萬壽(Wan-Shou Lee) 查詢紙本館藏

畢業系所

通訊工程學系在職專班

論文名稱

嵌入式系統實現電梯物聯網
(Elevator Internet of Things Realized by Embedded Systems)

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摘要(中)

在網路通訊基礎設施和雲端服務系統愈趨完備下，全球物聯網市場規模進入高成長的時代，公司行號可藉由物聯網來提升公司營運效率或更佳的了解客戶，以提供更好的服務品質。而微控制器具有體積小、低功耗及低成本的優勢，所以可利用微控制器開發物出電梯物聯網。在施行的計畫上，硬體使用32位元ARM Cortex-M系列微控制器做為嵌入式系統的核心，搭配無線通訊元件；軟體則使用C/C++語言及ARM Mbed OS生態系統做為開發平台，藉由MQTT輕量級的訊息傳遞協議，加上傳輸層安全性協定（TLS）為通訊訊息進行加密，來達成利用物聯網遠端監測電梯的目的，這使得我們能從遠端螢幕即時監控電梯的狀態或得知電梯發出的故障警示，進而能清楚且快速做出決策，這便是電梯物聯網所帶來的價值。

摘要(英)

The global Internet of Things (IoT) market size moves to high growth era when the coming infrastructure and cloud service built more completely. Organizations can use the IoT to improve company operating efficiency or better understand customers to provide better service quality. Microcontrollers have the advantages of small size, low power consumption and low cost, so we can use microcontrollers to develop elevator IoT. The implementation plan is that the hardware uses a 32-bit ARM Cortex-M series MCU as the core of the embedded system, with a wireless communication element. The software uses the C/C++ language and the ARM Mbed OS ecosystem as the development platform. By using MQTT lightweight messaging protocol and transport layer security protocol (TLS) to encrypt communication information to achieve the purpose of remote monitoring elevator using the Internet of things. So we can see the elevator status or fault alerts in real time from a remote screen. That helps us make clear and quick decisions about what to do for next step. This is the value brought by the elevator Internet of things.

關鍵字(中)

★ 物聯網
★ 嵌入式系統
★ 訊息佇列遙測傳輸

關鍵字(英)

★ Internet of things
★ embedded system
★ MQTT

論文目次

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 viii
一、緒論 1
1-1 研究背景 1
1-2 研究動機 1
1-3 研究目的 2
1-4 論文架構 3
二、相關背景研究 4
2-1 物聯網概述 4
2-1-1 物聯網定義 4
2-1-2 網聯網架構 5
2-2 MQTT通訊協定 6
2-2-1 MQTT訊息格式 7
2-2-2 MQTT的構架 8
2-2-3訂閱與發布 9
2-2-4服務品質等級 10
2-3 物聯網安全性 10
2-3-1 TLS協定堆疊 10
2-3-2 加密技術 12
2-3-3 數位簽章 12
2-3-4 認證中心 13
2-3-5 數位憑證 14
2-3-6 傳輸層安全性協定 14
2-4 實作相關介紹 14
2-4-1 ARM處理器 14
2-4-2 MBED開發平台 15
2-4-3 MBED OS執行緒 16
三、系統設計與架構 17
3-1 硬體架構 17
3-1-1 MBED開發板 17
3-1-2 SSD1306顯示模組 19
3-1-3 ESP-12F Wi-Fi模組 19
3-1-4 DS3231時鐘模組 20
3-1-5發光二極體電路 21
3-2周邊配置 22
3-2-1 MQTT伺服器 22
3-2-2儀表板介面 23
3-3 系統架構 23
四、系統實現與結果 28
4-1 實物建立及實物資源管理 28
4-1-1 物聯網實物建立 28
4-1-2 實物資源管理 28
4-2 數位憑證及金鑰 29
4-3 實物資訊取得 33
4-4 程式流程架構 36
4-5 監控端的實現 41
4-5-1儀表板配置 41
4-5-2建立流程 41
4-5-3伺服器設置 42
4-5-4電子郵件節點設定 44
4-5-5函數節點設置 45
4-5-6監控顯示 46
4-6 電子郵件提醒的實現 49
五、結論與未來展望 51
5-1 結論 51
5-2 未來展望 51
參考文獻 53

參考文獻

[1] “IoT Gateway Market”, April 2022, from https://www.maximizemarketresearch.com/market-report/global-iot-gateway-market/25540/
[2] Hong-Ning Dai, Zibin Zheng, & Yan Zhang, “Blockchain for Internet of Things: A Survey” IEEE Internet of Things Journal, May 2019.
[3] “MQTT Version 5.0 OASIS Standard”, 07 March 2019, from https://docs.oasis-open.org/mqtt/mqtt/v5.0/os/mqtt-v5.0-os.html
[4] Erich Styger, “Introduction to Security and TLS”, 14 April 2017, from https://mcuoneclipse.com/2017/04/14/introduction-to-security-and-tls-transport-security-layer/
[5] HIVEMQ, “MQTT Essentials”, February 2022, from https://www.hivemq.com/mqtt-essentials/
[6] Internet Engineering Task Force (IETF), “RFC 8446”, August 2018, from
https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc8446
[7] Joseph Yiu, An overview of the ARM Cortex-M processor family
and comparison, ARM, March 2017
[8] Jacob Beningo, “Accelerate IoT Product Development Using Mbed Ecosystem”, 20 November 2019, from https://www.digikey.tw/en/articles/accelerate-iot-product-development-using-mbed-ecosystem
[9] Nuvoton, “NuMaker-IoT-M487”, from https://www.nuvoton.com/board/numaker-iot-m487/index.html
[10] Nuvoton, “ M480 Series Datasheet”, August 2022, from https://www.nuvoton.com/resource-download.jsp?tp_GUID=DA00-M480
[11] ARM MBED, “NuMaker-IoT-M487”, from https://os.mbed.com/platforms/NUMAKER-IOT-M487/
[12] QNAP, “Online Help Menu”, from https://www.qnap.com/en/support/con_show.php?op=showone&cid=137

指導教授

吳中實(Jung-Shyr Wu)

審核日期

2023-1-18

推文