第四章 實場資訊量測系統
第二節 實場資訊量測系統實作
本研究將根據圖 4-1 所示之實場資訊量測系統架構圖進行系統實作，
「實場資訊量測系統」之資訊量測裝置主要設計於 LinkIt ONE 開發板，通 過使用跨平台應用軟件 Arduino IDE 以 C/C++為開發語言，收集各項設備 量測之數據，並搭配 PHP 程式語言，並將收集整理到之資訊上傳至遠端伺 服器；同時在 Apache 網頁伺服器以 PHP 程式語言編寫實時資訊管理程式，
以接受從 LinkIt ONE 開發板傳送之資訊，並將其上傳至使用 MySQL 建立 之「建物實場環境資料庫」達到資訊實時上傳之目的。「實場資訊量測系 統」之開發環境，如表 4-1 所示。
表 4-1 實場資訊量測系統之開發環境
Operation System Windows 10 (x64)
Developing Tool
Arduino IDE 1.8.5
Visual Studio Code 1.27.2
FileZilla 3.42.1
Server Apache 2.4.6
Database 6.3.9-MySQL
資料來源：本研究整理
確定系統開發環境與開發架構後，接下來將進行「實場資訊量測系統」
之實作，以下將詳細說明各項之內容。
一、實時外部風場資訊量測裝置實作 1. 風場量測設備
本研究將風場量測設備固定與目標建築物頂端，通過 LinkIt ONE 開發 板與其連接以收集量測之風速、風向，再通過風洞試驗將設備測得的風速、
風向轉化為實際之風速、風向。風場量測設備使用 WindSonic 超聲波風速 傳感器以精準量測風速、風向，再通過與 LinkIt ONE 開發板相連，達到資 訊上傳之目的。然而因為 WindSonic 超聲波風速傳感器並非是為 Arduino 所製造之感測器，以下為 WindSonic 超聲波風速傳感器規格表。
表 4-2 WindSonic 超聲波風速傳感器規格表
資料來源：本研究整理
為了數據轉發方便，本研究將 WindSonic 超聲波風速傳感器風速測量 範圍由 0-60m/s 調整為 0-50m/s，風向測量範圍保持不變。後將傳感器架設 於目標建物樓頂，以測量建築室外風速(V)與風向(D)，如圖 4-4 所示。
圖 4-4 WindSonic 超聲波風速傳感器架設位置 資料來源：本研究拍攝
WindSonic 超聲波風速傳感器之電源輸入規格為穩定 5.5mA@12V，
而 LinkIt ONE 開發板最多只能提供恆定 5V 之電壓，因此本研究將為 WindSonic 建立電源供應裝置，為其提供溫度之電源，如圖 4-5 所示。
圖 4-5 電源供應裝置 資料來源：本研究拍攝
同時由於 WindSonic 輸出電流範圍為 0-20mA，若直接將其連接 LinkIt ONE 開發板，會導致 LinkIt ONE 開發板負擔過大，故本研究通過使用 250 Ω電阻，將 0-20mA 電源資訊轉換為 0-5V 電壓資訊，以降低 LinkIt ONE
開發板之負擔，並提高資訊的準確性。如圖 4-6 所示。
圖 4-6 信號轉換裝置 資料來源：本研究拍攝
2. 溫濕度量測設備
本研究採用 Arduino DHT-22 溫度模組作為室外溫濕度量測之設備。因 DHT-22 溫濕度傳感器本是一款為 Arduino 開發板使用之量測設備，故可直 接與 LinkIt ONE 開發板連接，達到設備供電與量測資訊收集之目的。由於 DHT-22 溫濕度傳感器並不防水，故將其固定於 WindSonic 超聲波風速傳 感器旁遮雨位置，以達到精準測量室外溫濕度目的。
表 4-3 DHT-22 溫度模組規格表
資料來源：本研究整理
3. 懸浮顆粒物量測設備
本研究使用 Grove Dust Sensor PM2.5 粉塵傳感器傳感器。因此粉塵傳 感器本是一款為 Arduino 開發板使用之量測設備，故可直接與 LinkIt ONE 開發板連接，達到設備供電與量測資訊收集之目的。由於此粉塵傳感器並 不防水，故將其固定於 DHT-22 溫濕度傳感器旁，以達到測量室外懸浮顆 粒物之目的。
表 4-4 Grove Dust Sensor PM2.5 粉塵傳感器傳感器規格表
資料來源：本研究整理
圖 4.7 DHT-22 溫濕度傳感器與粉塵傳感器模組 資料來源：本研究拍攝
4. 實時資訊收集與傳輸
為了達到自動收集環境資訊並自動上傳之目的，本研究採用 LinkIt ONE 開發板進作為實時資訊收集與傳輸設備。
由於 WindSonic 超聲波風速傳感器的電流資訊經過信號轉換，從對於 0-50m/s、0-359º 的 0-20mA 轉換為 0-5V，且由於風速、風向與電流的關係 為等比例函數，故可得風速(V)、風向(D)值與電壓值(Vs)之關係為公式(4-1), 公式(4-2)所示。
(4-1)
(4-2)
同時因為 WindSonic 超聲波風速傳感器、DHT-22 溫濕度傳感器、粉 塵傳感器傳感器之相應時間皆不相同，且室外風場資訊並不需要高頻率上 傳至「建物自然通風決策系統」，同時過多的資訊量會導致資料庫負擔過 大，故本研究取各傳感器十分鐘測量之資訊之平均值代表此時間段的資
訊。
表 4-5 LinkIt ONE 開發板規格表
資料來源：本研究整理
將 WindSonic 超聲波風速傳感器、DHT-22 溫濕度傳感器、粉塵傳感 器傳感器分別連接到 LinkIt ONE 開發板的數位腳位與類比腳位，以收集各 傳感器輸出之電流資訊，再通過燒錄之執行程式的方式，將各項電流資訊
轉換為十分鐘內風速、風向、溫濕度、懸浮顆粒物平均值資訊，最後使用 藍牙與 wifi 天線將 LinkIt ONE 開發板連接網路，將資訊上傳至網頁伺服 器。
本研究通過在 Apache 網頁伺服器，使用 PHP 程序語言編寫之實時資 訊管理程式接收 LinkIt ONE 開發板，並上傳至「建物實場環境資料庫」。
圖 4-8 LinkIt ONE 開發板與藍牙 wifi 天線 資料來源：本研究拍攝
圖 4-9 LinkIt ONE 開發板室外執行程式 資料來源：本研究整理
圖 4-10 室外實時資訊管理程式 資料來源：本研究整理
綜合上述之規劃與設計，以下歸納本研究「實時外部風場資訊量測裝置」所 具備之量測傳感器項目與說明：
表 4-6 實時外部風場資訊量測裝置
圖 4-11 自製窗戶與雌黃開關、DHT-22 溫濕度傳感器 資料來源：本研究拍攝
3.空氣品質量測設備
本研究使用 Grove – Air quality sensor v1.3 空氣品質感測器。因此空氣品質 感測器本是一款為 Arduino 開發板使用之量測設備，故可直接與 LinkIt ONE 開發板連接，達到設備供電與量測資訊收集之目的。達到測量室內空氣品 質之目的。
4. 實時資訊收集與傳輸設備
為了達到自動收集環境資訊並自動上傳之目的，「實時室內通風環境 量測」同樣採用 LinkIt ONE 開發板進行操作。將 DHT-22 溫濕度傳感器、
磁簧開關分別連接到 LinkIt ONE 開發板的數位腳位與類比腳位，以每十秒 收集一次各傳感器輸出之電流資訊。再通過燒錄之執行程式將各項電流資 訊轉換為實時室內溫濕度、通風口開關狀態資訊，最後使用藍牙與 wifi 天 線將 LinkIt ONE 開發板連接網路。並將資訊上傳至網頁伺服器中。
本研究通過在 Apache 網頁伺服器，使用 PHP 程序語言編寫之實時資 訊管理程式接收 LinkIt ONE 開發板，並上傳至「建物實場環境資料庫」。
綜合上述之規劃與設計，以下歸納本研究「實時內部風場資訊量測裝 quality sensor v1.3
空氣品質感測器
室內空氣品質量 測 實時資訊收集
與傳輸設備
LinkIt ONE 開發 板
圖 4-12 LinkIt ONE 開發板室內執行程式 資料來源：本研究整理
圖 4-13 室內實時資訊管理程式 資料來源：本研究整理
圖 4-14 建物實場環境資料庫之實時外部風場資料表 資料來源：本研究繪製
圖 4-15 建物實場環境資料庫之實時室內環境資料表 資料來源：本研究繪製