博碩士論文 985202076 詳細資訊




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姓名 柳家瑋(Jia-wei Liou)  查詢紙本館藏   畢業系所 資訊工程學系
論文名稱 基於GRAFCET虛擬機器之無線感測制動網路
(Wireless Sensor and Actuator Network base on GRAFCET Virtual Machine)
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摘要(中) 無線感測與制動網路應用系統的開發通常是針對特定需求所設計,開發者需要掌握多個領域的知識和技能,如各類感測器與致動器的驅動、控制和通訊協定,以及WSN通訊協定,完整地系統雛形開發經常耗費大量開發成本。此外感測節點的程式在更新,通常都必須透過USB、JTAG等實體線材進行在地(on-site)程式碼燒錄,使得系統佈署和更新耗費更多時間與人力成本。本論文研發了一個WSAN平台,包括無線感測制動網路軟體中介層、感測器節點、制動器節點、閘道器通訊軟體、以及基於乙太網路單晶片的嵌入式Web伺服器。藉由此一平台,遠端的應用系統開發者使用GRAFCET圖形語言描述應用系統的功能和行為,再轉譯成參數表下載至閘道器並傳送至WSAN節點,完成WSAN的快速遠端開發和即時佈署。在論文最後,我們已三個WSAN應用系統的開發實例來驗證本論文所提出的WSAN平台和設計方法論之可行性。
摘要(英) Applications of wireless sensor network are usually customized for a specific requirement, it always take a long time to develop a prototype. Besides, once the developers need to update the program in sensor node, the only way they can chose is by physical wire, such as USB, JTAG and so on. Hence, it will cost more than we expected, whether human resource cost or time cost. In this paper, we proposed a design method based on GRAFCET. Developer could map out software behavior by GRAFCET graphical language, and communicate with sensors, actuators and gateway via middleware that provided by wireless sensor network middle tier. At the last, transmit the coding table of applications to the sensor nodes through internet. We design the GRAFCET virtual machine that install in sensor nodes to receive the coding table and interpret to the binary code of the target processor, update code memory and control the program process. In the experiment, we use the actual wireless sensor network application to verify our system, proof the feasibility the method we proposed.
With our design, developer could develop prototypes of wireless sensor network in a quick way, and update the program in sensor node through the Internet, cost down the develop time and the staff cost.
關鍵字(中) ★ 虛擬機器
★ 無線感測與制動網路
關鍵字(英) ★ GRAFCET
★ WSN
論文目次 摘要 III
ABSTRACT IV
第一章 、緒論 1
1.1研究動機與目標 1
1.2文獻探討 1
1.3論文結構 3
第二章 、無線感測網路 4
2.1IEEE 802.15.4 通訊協定與 Zigbee 5
2.2ZigBee網路層 7
2.2.1網路層簡介 7
2.2.2網路拓樸形態 8
2.3ZigBee應用支援子層(APS) 10
2.3.1應用子層簡介 10
2.3.2端點 10
2.3.3ZigBee裝置物件 11
第三章 、Embedded Web Server 12
3.1開放式系統互聯分層模型 12
3.2TCP/IP 參考模型(TCP/IP Protocol Model) 13
3.3檢查碼 14
3.4網際網路通訊協定(Internet Protocol, IP) 15
3.5傳輸控制協定(Transmission Control Protocol, TCP) 17
第四章 、智慧型控制器開發平台設計 19
4.1GRAFCET圖形語言 19
4.1.1IDEF 19
4.1.2GRAFCET 19
4.2GRAFCET虛擬機器 23
4.3GRAFCET敘述語言 26
4.4視覺化GRAFCET編輯軟體設計 29
4.5乙太網路收發程式 31
4.6參數表(Coding Table) 32
4.7無線感測與制動網路開發流程 35
第五章 、無線感測制動網路中介層設計 37
5.1通訊類中介軟體 37
5.1.1串列通訊 37
5.1.2ZigBee無線通訊 38
5.2控制類中介軟體 39
5.2.1PWM 39
5.2.2高階離散事件行為控制器 40
5.3感測類中介軟體 41
5.3.1運動感測器 41
5.3.2微氣候感測器 42
第六章 、嵌入式系統實作 43
6.1硬體平台 43
6.1.1Zigbee實驗板 43
6.1.2乙太網路模組 44
6.1.3溫溼度感測器 47
6.1.4加速度計/電子羅盤 47
6.2無線感測制動網路系統實作 48
6.2.1閘道器 48
6.2.2無線感測制動網路節點 51
6.3應用系統開發實例 54
6.3.1單一節點應用範例:火災警報器 54
6.3.2無線感測制動網路範例:自動化花園管理系統 55
6.3.3物聯網應用範例:智慧家庭 57
第七章 、結論與未來方向 60
7.1結論 60
7.2未來方向 60
參考文獻 62
附錄 64
感測器電路圖 64
參考文獻 [1] Chen, Ching-Han; Dai, Jia_Hong, “Design and high-level synthesis of discrete-event controller”, National Conference of Automatic Control and Mechtronics System, vol.1, pp. 610–615, 2002
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[4] Beutel, Jan; Kasten, Oliver; Mattern, Friedemann; R‥omer, Kay; Siegemund, Frank; Thiele, Lothar; “Prototyping Wireless Sensor Network Applications with BTnodes”, Lecture Notes in Computer Science, 2004, Volume 2920/2004, pp. 323-338
[5] IEEE 802 Working Group, “Standard for Part 15.4: Wireless Medium Access Control(MAC) and Physical Layer(PHY) Specifications for Low Rate Wireless Personal Area Networks(LR-WPANs),” ANSI/IEEE 802.15.4, Sep. 2006
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[7] ZigBee Alliance, Zigbee Alliance, 2007. [Online] http://www.zigbee.org
[8] TCP/IP Protocol Suite (3rd Edition) by Behrouz A. Forouzan, Sophia Chung Fegan (ISBN:0072460601)
[9] Postel, J., ”Internet Protocol,” RFC 791 (Standard), Internet Engineering Task Force, September 1981. (Updated by RFC 1349).
[10] Postel, J., “Transmission Control Protocol” RFC 793 (Standard), Internet Engineering Task Force, September 1981.
[11] Mayer, R.J.;“IDEF0 Function Modeling”, Air Fprce Systems Command, May,1992.
[12] Petri, C. A., Kommunikation mit Automaten, Schriften des Rheinisch, Westfalischen Institutes fur Intrumentelle Mathematik and Der Universitat Bonn, 1962, translation bt Greene, C. F. Applied Data Research Inc., Suppl. 1 to Tech Report RADC-TR-65-337, N.Y.,1965.
[13] STM32WCB: http://www.st.com/internet/mcu/product/245381.jsp
指導教授 陳慶瀚(Ching-Han Chen) 審核日期 2011-7-18
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