硬體架構與設計

由 TDR 的自動化監測流程改善可知 TDR 資料擷取儀器在 TDR 監測系統中扮演極為重要的角色，該系統必須能夠在現地進行資料蒐 集、分析與傳輸，提昇TDR 監測資料之資訊效率，且硬體上必須具 備現地低耗電與堅固耐用之特性。另外資料擷取儀器置於現地除負責 資料探測控制、監測資料擷取、分析、備份與傳輸，必須兼具一般傳 感器的相容性，以維持監測系統之應用彈性。對應之韌體與軟體必須 考慮使用便利性。包括遠端使用者界面與預警系統。

為使新式 TDR 資料擷取系統包含上述的功能，必須針對資料擷

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取設備中進行替換。圖3- 2為既有野外資料擷取設備流程圖，主要替 換的部分在資料擷取儀器替換成具有分析能力的 TDR 資料擷取控制 器。

圖3- 2 TDR 資料擷取設備流程概況

3.2.1 嵌入式系統選擇與考量

TDR 資料擷取控制器主要目的在於控制 TDR 傳感器與一般電子 式傳感器之探測，並能提供資料擷取與處理分析，以及結合傳輸模組 之資料傳輸。控制器為資料擷取系統的中控中心，可作為 TDR 自動 化資料擷取儀器的硬體種類如表3- 1，目前現地資料擷取系統主要採 用 CS 公司的 CR1000，具有低耗電量與高穩定性，但即時運算能力 不佳；FPGA（Field Programmable Gate Array）則兼具低耗電量、高 穩定性與運算能力強等優點，但價格昂貴。工業電腦和嵌入式系統有 可程式化、運算能力強和穩定性高的優點，但工業電腦耗電量高，不

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適合野外之資料擷取控制器，如表3- 2所示。因此本研究將考慮嵌入 式系統，具有體積小、低價位、低耗電量、足夠的穩定性與運算能力，

相較於工業電腦，雖然嵌入式系統其周邊不易擴充，但控制器產品有 眾多種類，可選擇最適合連接周邊儀器的介面，因此不至於造成問題。

表3- 1 自動化資料擷取儀器種類

表3- 2 工業電腦與嵌入式系統比較表

40 Acquisition Module，之後簡稱為 DAQ)，5. 嵌入式系統(Embedded system)，6. 通訊系統和 7. 電源供應系統。

嵌入式系統硬體架構與設計元件如圖3- 3。除了要考慮擷取系統 各個元件之外，還必須針對嵌入式系統與其他元件的連接介面，由於 市面上的嵌入式系統種類眾多，嵌入式系統要有足夠且具擴充性的連 接介面與其他元件溝通，從 TDR100 的 RS232 介面，或是一般鍵盤 滑鼠常用的USB(Universal Serial Bus)介。以下為對於嵌入式系統與其 他元件連接介面的需求: RS232，RS485 或 USB 介面，因此預留嵌入式系統的 RS232，RS485 和 USB 介面各一個。DAQ 接其他感測器的介面則視感測器的種

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規畫好硬體元件及必要的連接介面後，即可對硬體考量的需求整 合硬體元件，選擇適合的TDR 監測系統儀器及元件，並實現 TDR 自 動化監測系統。

圖3- 3 硬體元件與連接介面