第三章 軟硬體及整合分析架構
3.2 使用軟體
3.2.2 USART HMI
USART HMI 是在深圳一家液晶顯示器公司推出的液晶螢幕推出的程式，由於 可以自行編輯顯示畫面，透過液晶介面可以顯示文字指令，且支援 Arduino 開發平 台，所以本論文選用此程式及螢幕來當人機介面。
圖 29 USART HMI
圖 30 USART HMI 編輯介面 3.3 感測器
為了在危急的狀態下達成自動調節控制的狀態下，當作輸入訊號源的感測器 及是不可或缺的角色，透過感測器回傳的數據，即可讓控制板判斷接下來需要執 行的動作。
3.4 外觀及硬體說明
本論文運用壓克力板、鋁製支架及簡易居家魚菜共生組合包來製作，在組合 包中分為上中下 3 層塑膠箱當作植物、魚群及水箱的位置，本論文將這 3 層塑膠 箱分開放置架子上，並將乘載值物的栽培箱放值於另外使用壓克力板製作栽培箱 外殼中，再壓克力製作的栽培箱中可提供植物需求的光照及溫度控制系統整體來 高度約 90 公分，整體樣貌如下圖所示。
圖 31 爆炸圖
圖 32 組立圖 3.4.1 栽培箱外箱
栽培箱外箱外觀箱由多塊厚度5mm的壓克力製成，正立方體外箱長寬高各 40cm，除頂蓋為透明壓克力外其餘選用不吸熱的白色壓克力，左右兩側鑽數個孔 孔洞，並裝上風扇散熱，頂部放置燈版故採用透明壓克力製成，讓光線容易穿透，
箱子正下方設計直徑1CM的排水口，供排水使用，前方拉門尺寸為40X30cm，並 鑲入磁鐵，依靠磁力來吸附固定，使用者將栽培箱調整好放入後即可關閉拉門，
防止昆蟲跑入以降低蟲害發生。
圖 33 栽培箱外箱 3.4.2 110V 轉 12V 變壓器
對於系統來說，再好的系統也是需要電的，本論文所使用的系統是使用 12V 與 5V 為主，因此使用電壓 12V 負載可到 3A 的電源供應器來當穩定輸出的電源來 源，並使用降壓模組來將 12V 降為 5V 給控制面板和各項感知器使用。
圖 34 變壓器
3.4.3 ARDUINO 板
ARDUINO 為本系統主要控制核心，負責接收感知器訊號與控制馬達作動 方式，將所需求的控制程式寫入後即可達成本論文所需求的作動樣是。
圖 35 ARDUINO 板 3.4.4 風扇
此風扇為常見的電腦風扇，裝於本體散熱孔外，由 Ardiuno 板控制啟動關閉，並給 予不同的電壓來控制轉速，達成本體散熱需求。
圖 36 電腦風扇
3.4.5 馬達驅動模組
本論文利用馬達驅動模組來控制給予風扇的電壓，讓風扇在不同溫度條件下 有不同的轉速，已達成自動調節溫度與節能減碳的效用。
圖 37 馬達驅動模組 3.4.6 微型直流隔膜幫浦(自吸式)
自吸式馬達放置於支架上，可將水箱的水透過活性碳濾芯直接過濾水中 PH 值，在危急時保護魚類使用，且本馬達抽水量大，可以在短時間內將水中 PH 值調 至正常範圍。
圖 38 微型直流隔膜幫浦(自吸式)
3.4.7 聲寶奈米銀添活性碳濾芯
活性碳濾芯接於過濾馬達之前，可以將 PH 過低的水過濾至需求範圍，因過濾 只會把 PH 值變高，所以只有再 PH 過低時才會啟動馬達。
圖 39 聲寶奈米銀添活性碳濾芯 3.4.8 四路繼電器
馬達運轉與否本論文使用繼電器來控制，透過 Arduino 板來給與的訊號，遙控馬達 啟動達成自動濾水系統的功用。
圖 40 四路繼電器
3.4.9 RGB 彩色圓環 LED 燈(24 位元 WS2812)
在控制植物光照部分使用此 LED 燈，此 LED 燈可支援 Arduino 板的控制，達 成植物所需求的顏色亮度及減少不必要的控制麻煩
圖 41 RGB 彩色圓環 LED 燈 3.4.10 2.4 吋 USART 屏智能串口屏
此面板可顯是目前感知器的資料，透過 Arduino 板控制下，我們可以由面板上 得知目前感知器回傳的數據以及測試馬達目前的狀況，
圖 42 2.4 吋 USART 屏智能串口屏
3.4.11 小方智能攝像機
要做到遠端監控的情況，當然就是使用攝影機最快，本論文選用小米智能攝 影機，透過家中 WIP 網路，可遠端監控面板與植物目前狀況
圖 43 小方智能攝像機 3.4.12 溫濕度感知器
將溫濕度感知器放置於種植箱中，透過溫濕度感知器感知溫度並發送訊號給 Arduino 板，由 Arduino 板來操控風扇運轉速度。
圖 44 溫濕度感知器
3.4.13 土壤濕度感應器模組
將土壤濕度感應器模組放置於培養箱中，來感之目前培養箱中的濕度，由於種植 箱中並無泥土，故使用相同泡棉固定，藉由泡棉來推斷溼度。
圖 45 土壤濕度感應器模組 3.4.14 水位感知器
為了防止水箱水位過低導致馬達空轉損壞，本論文將水位感知器放置於水箱 中，確認水槽中的水位高度是否符合需求。
圖 46 水位感知器
3.4.15 PH 值檢測器
為增加魚群存活率，故增加偵測水 PH 值的檢測儀器，將 PH 檢測器放置於魚 缸中，感知器會回傳資料給 Arduino 板，並由 Arduino 板判斷水質是否適合魚群，
是否需啟動馬達自動過濾水質。
圖 47 PH 值檢測器 3.4.16 沉水馬達
一個永續作動的馬達，放置於水箱中不斷打水給栽培箱中，透過虹吸作用水 由栽培箱流至魚缸中，而魚缸中的水也因水位過高由排水口流回水箱，成為一個 水循環系統
3.5 系統流程圖
本論文利用 HMI 智能串口屏來當作數據顯示及人機介面的溝通橋梁，運用預 先撰寫完成的 Arduino 開發板當處理器，處理由感測器收集回來的數據並換算後呈 現於 HMI 智能串口屏上，一方面給予馬達及風扇告知正確指令動作，使整體可以 達成自動控制系統。
圖 48 系統流程圖 3.6 電路圖
本論文所選用的馬達及感測器均為 12V 及 5V，因此透過變壓器將家用 110V 的電壓轉換為 12V 供給馬達及風扇，再使用降壓模組將 12V 轉化為 5V，提供給感 測器及控制板使用。
圖 49 電路配置圖 3.7 Arduino 接線圖
上述有提到 Arduino 板為本論文的核心控制器，再接線方面，分為輸入的感測 器訊號線及輸出的馬達及 LED 等，板子上 A0 至 A4 為感知器的腳位，LED 燈接 入編號 6，風扇接至 11，馬達接至 12，另外 HMI 智能串口接戰 TX 及 RX 的位置，
配置接法如下圖所示。
圖 50 Arduino 接腳圖 3.8 自動調節溫控功能說明
在植物生長需求的陽光、水及土壤的 3 要素之外，溫度也是非常重要的一個環節，
為了保持栽培箱內的溫度在固定範圍內，本論文運用溫度感知器把量測的數據送 給 Arduino 板，並由 Arduino 板發訊號控制風扇的轉速，運用風扇產生的熱對流效 應來達到降溫的效用。
圖 51 溫度感測判斷流程圖 3.8.1 溫度感測判斷程式碼
if (temp > 27) {
analogWrite(wind_1, 255);
}
else if (temp <= 27 && temp > 23)
3.9.1 PH 值偵測判斷程式碼 if(water<100)
{
digitalWrite(motor_1, LOW);
} else
{
if (las <= 5.5 || las >= 7.5) {
digitalWrite(motor_1, HIGH);
} else {
if(las >= 5.8 && las <= 7.2) {
digitalWrite(motor_1, LOW);
} }
}
第四章 實驗結果
為了測試設計出來的自動調節溫度系統架構及自動過濾系統是否可以正常運 行，並須透過實驗得到正確的參數及需求調整的地方。
4.1 自動調節溫度系統測試
為確認風扇降溫曲線圖，本實驗先使用吹風機將熱氣吹入栽培箱中，並關上 門後開啟面板，啟動風扇後開始做溫度走式並記錄曲線圖，分為冷氣房及室外溫 度來作測試，冷氣房溫度約為 28 度，室外溫度為 31 度，此試驗除了要確認風扇 是否可以如預期協助降溫確保溫度可在預估範圍內。
表 5 自動調節溫度系統測試圖(室外)
表 6 自動調節溫度系統測試圖(冷氣房)
依據表 5 及表 6 實驗結果得知透過風扇可以慢慢降溫，但是降至一定的溫度 後，想在往下降的話需要很長一段時間，另外推測如果不依靠風扇直接開門的話 是否降溫速度會加快，所以又做了以下的實驗
表 7 自動調節溫度系統測試圖(不開風扇)
依據表 7 量測後發現不依靠風扇直接將觀察門打開後降溫速度其實差不多，
但是基於關起門來可有效減少昆蟲迫害，所以風扇還是有一定的效用。
4.2 自動過濾系統測試
為確認濾水效果及速度為何，實驗一開始量測水質 PH 為 5.7，因還未到設定 的 PH5.5 開啟條件，故先使用測試選項讓達運轉，來確認是否可以達到預期的範 圍。
表 8 自動過濾系統測試(1)
實驗後發現水質在短時間內就達到指定水質，量測馬達出來的水質為 PH7.5，
故另外實驗需求多久才能將 PH5.5 變為 PH7.5，所以又做了以下實驗 表 9 自動過濾系統測試(2)
由此實驗得知水質可以在短時間內上升至 7.5，所以另外試驗如果水值過高是 否可以下降，所以使用一些方法將水質升高為 8.5 後開始試驗
表 10 自動過濾系統測試(3)
由上述幾個實驗得知，使用家用濾心濾水的效果很好，可以有效的改善水質 的問題。
4.3 試驗結果探討
依據溫度調節實驗數據結果，配置普通的風扇及可將栽培密室空的溫度降至 室外溫度，如果使用冷風扇及水冷風扇可能可以有效降低溫度進而達到植物成長 需求溫度。
對於自動過濾系統方面，本實驗的配置可以在短時間內有效的改善水質 HP 過 酸或過鹼的問題，另外附加功能可以清潔水箱中多於的雜質，改善流回魚缸的水 質潔淨度，不過也在於本論文所使用的為家用型魚菜共生系統，如果再在大型魚 菜共生農場中就需改為更大的抽水馬達及過濾器。
由於兩種實驗均為由控制板接收感測器訊號後直接判斷做動，所以對於使用者來 說是解決問題的幫手，使用者只需確認好水量及電源是否足夠及可。
4.3 效益分析
效益方面，本論文在網路上有尋找類似相關的產品來作評估比較，尋找的產 品如下:
圖 53 魚缸智能控制系統 表 11 效益評估
由表 11 效益評估中顯示，雖在外觀上較差，但在價格方面較為便宜且自動過濾遠 端監控模有自動調節功能，故評估後判斷此本論文所製作的自動過濾遠端監控模 組較為實用。
第五章 結論
而上升，尤其是在 2018 年的夏天氣溫又破表的情況下，幾乎每天會蒸發 300CC 至
第六章 研究建議及未來展望
6.水箱因盡量防止陽光照射，否則很容易長出青苔，本論文在實驗過程中也因
6.水箱因盡量防止陽光照射，否則很容易長出青苔，本論文在實驗過程中也因