行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
應用於雲端運算電力量測裝置之研製 研究成果報告(精簡版)
計 畫 類 別 ： 個別型
計 畫 編 號 ： NSC 99-2622-E-011-015-CC3
執 行 期 間 ： 99 年 11 月 01 日至 100 年 10 月 31 日 執 行 單 位 ： 國立臺灣科技大學電機工程系
計 畫 主 持 人 ： 張宏展
計畫參與人員： 碩士班研究生-兼任助理人員：許朝翔 博士班研究生-兼任助理人員：黃李堅
中 文 摘 要 ： 綠能產業乃是目前各主要先進國家推動的重要產業之一，除 了可促進經濟發展外，更重要的是可降低碳排放量，減少環 境污染。在政府政策及全民高漲環保意識推動下，綠能產業 已成為新一代的產業革命。於節能產業中，電力量測裝置為 一關鍵零組件，節能之相關技術與作為以及效益評估，均需 仰賴電力量測裝置所量測之電力參數。因此，本案研製具連 結區域及廣域網路功能之電力參數量測裝置。此裝置除具備 量測電壓有效值、電流有效值、主動功率及視在功率等電力 參數量測之功能外，並規劃數位控制接點以控制電源或者其 它設備，使其可達到節能控制之目的。此外，本案將利用 Zigbee 技術及 GPRS 技術，使本裝置具連結區域網路及網際 網路之能力，以實現雲端計算服務，諸如：負載排程管理、
行動管理、用電診斷分析、即時用電資訊及報表等能源管理 服務。經由本合作案之開發，除能培育產業所需之人才外，
期能從事能源管理服務事業之廠商，於國際市場更具競爭 力。
中文關鍵詞： 電力參數量測,GPRS,ZigBee 英 文 摘 要 ：
英文關鍵詞：
行政院國家科學委員會補助產學合作研究計畫成果精簡報告 計畫名稱：應用於雲端運算電力量測裝置之研製
計畫類別：□ 先導型 □ 開發型 ■ 技術及知識應用型 計畫編號：NSC 99－2622－E－011－015－CC3
執行期間：99 年 11 月 1 日至 100 年 10 月 31 日 執行單位：國立台灣科技大學
計畫主持人：張宏展
計畫參與人員： 黃李堅、陳政傳、許朝翔
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一、 研究摘要
綠能產業乃是目前各主要先進國家推動的重要產業之一，除了可促進經濟發展 外，更重要的是可降低碳排放量，減少環境污染。在政府政策及全民高漲環保意識推 動下，綠能產業已成為新一代的產業革命。於節能產業中，電力量測裝置為一關鍵零 組件，節能之相關技術與作為以及效益評估，均需仰賴電力量測裝置所量測之電力參 數。因此，本案研製具連結區域及廣域網路功能之電力參數量測裝置。此裝置除具備 量測電壓有效值、電流有效值、主動功率及視在功率等電力參數量測之功能外，並規 劃數位控制接點以控制電源或者其它設備，使其可達到節能控制之目的。此外，本案 將利用 Zigbee 技術及 GPRS 技術，使本裝置具連結區域網路及網際網路之能力，以實 現雲端計算服務，諸如：負載排程管理、行動管理、用電診斷分析、即時用電資訊及 報表等能源管理服務。經由本合作案之開發，除能培育產業所需之人才外，期能從事 能源管理服務事業之廠商，於國際市場更具競爭力。
二、 人才培育成果說明
為期一年的產學合作計畫，已成功協助合作廠商完成以 Cortex-M0 控制器為核心，開 發本計劃之電能量測模組。而本計畫對於培育合作廠商研發人員的貢獻如下：
1. 協助建置 Cortex-M0 之開發平台。
2. 訓練熟悉 C 語言之撰寫能力。
3. Cortex-M0 相關硬體電路之製作。
4. 使研發人員具利用 Cortex-M0 做為開發相關產品之能力。
5. 提昇軟體架構之設計技巧。
參與本計劃之學校成員可獲致下述之訓練成果：
1. 瞭解 Cortex-M0 晶片硬體架構。
2. 撰寫 Cortex-M0 晶片 C 語言之訓練。
3. 程式架構之規劃與實作訓練。
4. 硬體電路佈線及抗干擾電路設計與實作訓練。
5. 通訊介面電路設計與實做訓練。
6. 人機介面軟硬體整合技巧與實作訓練。
三、 技術研發成果說明
本計劃已成功研製應用於雲端運算電力量測裝置。本電力量測裝置是由先進之 Cortex-M0 以及三相電能量測晶片所架構而成。本案所研製之系統架構圖，如圖 1 所示。
其包含微控制器、記憶體、數位輸入、數位輸出、ZigBee、GPRS 介面、顯示器等介面。
圖 2 為本案之軟體主流程圖，程式於相關硬體暫存器及變數初使化後，首先，讀取數 位輸入及類比輸入，而後讀取三相電力參數，將讀取之電力參數加以計算並轉換為 IEEE-754 格式。接著，檢查是否有接收到遠端之讀取封包；若有，則檢查封包是否正 確並依據封包內容組織回傳封包或者執行相關數位輸出點之控制，而後將封包回傳；
本文以 100W 及 200W 燈泡為負載，各項參數之量測結果符合 1%之精準度。
4 3相電能量測
LM3S811
ZigBee 通訊模組
顯示器界面
GPRS模組
數位輸入
數位輸出 記憶體
I2C
I2C
RS232 SPI
RS232
GPIO
GPIO
圖 1 系統架構圖
週邊初始化
讀取數位輸入
讀取類比輸入
電力參數格式轉換
接收封包?
解析封包
組織回傳封包或 執行命令
回傳封包
A A
開始
讀取電力參數
計算電力參數
是
否
圖 2 軟體主流程圖
四、 技術特點說明
1. 利用合作式排程技術，使裝置具即時性且日後較易維護。
2. 以先進之低階微控制器為核心，成本低。
3. 具 GPRS 通訊能力，可經由網路交換資料。
4. 具 ZigBee 通訊能力，具短距離通訊能力。
五、 可利用之產業及可開發之產品 1. 電能管理監控系統
2. 電力量測裝置 3. 自動化監控系統
六、 推廣及運用的價值
由本計畫所研製之電力參數量測裝置，其支援 GPRS 通訊，使其可與後端平台經由網 際網路連結，可應用許多自動化監控及電能監控及管理等場合。本產品之製造與行銷 成本方面，因其為自行研發之產品，故能有效的掌控製造技術與生產成本，對於價格 競爭能力有莫大之助益。
國科會補助計畫衍生研發成果推廣資料表
日期:2011/12/29
國科會補助計畫
計畫名稱: 應用於雲端運算電力量測裝置之研製 計畫主持人: 張宏展
計畫編號: 99-2622-E-011-015-CC3 學門領域: 電力系統
無研發成果推廣資料
99 年度專題研究計畫研究成果彙整表
計畫主持人：張宏展 計畫編號：99-2622-E-011-015-CC3 計畫名稱：應用於雲端運算電力量測裝置之研製
量化
成果項目 實際已達成
數（被接受 或已發表）
預期總達成 數(含實際已
達成數)
本計畫實 際貢獻百
分比
單位
備 註 （ 質 化 說 明：如 數 個 計 畫 共 同 成 果、成 果 列 為 該 期 刊 之 封 面 故 事 ...
等） 期刊論文 0 0 100%
研究報告/技術報告 1 1 100%
研討會論文 0 1 100%
論文著作 篇
專書 0 0 100%
申請中件數 0 0 100%
專利 已獲得件數 0 0 100% 件
件數 1 1 100% 件
技術移轉
權利金 79 79 100% 千元
碩士生 1 2 100%
博士生 2 1 100%
博士後研究員 0 0 100%
國內
參與計畫人力
（本國籍）
專任助理 0 0 100%
人次
期刊論文 0 0 100%
研究報告/技術報告 0 0 100% 篇 論文著作
其他成果 (無法以量化表達之成 果如辦理學術活動、獲 得獎項、重要國際合 作、研究成果國際影響 力及其他協助產業技 術發展之具體效益事 項等，請以文字敘述填 列。)
協助提升廠商自有技術。
成果項目 量化 名稱或內容性質簡述
測驗工具(含質性與量性) 0
課程/模組 0
電腦及網路系統或工具 0
教材 0
舉辦之活動/競賽 0
研討會/工作坊 0
電子報、網站 0
科 教 處 計 畫 加 填 項
目 計畫成果推廣之參與（閱聽）人數 0
本產學合作計畫研發成 果 及 績 效 達 成 情 形 自 評 表 成果項目 本產學合作計畫預估研究成果及績效指標
（作為本計畫後續管考之參據） 計畫達成情形
技術移轉 預計技轉授權 1 項 完成技轉授權 1 項
國內 預估 0 件 提出申請 0 件，獲得 0 件
專利
國外 預估 0 件 提出申請 0 件，獲得 0 件
博士 1人，畢業任職於業界0人 博士 2人，畢業任職於業界0人
碩士 2人，畢業任職於業界0人 碩士 1人，畢業任職於業界1人 人才培育
其他 0人，畢業任職於業界0人 其他 0人，畢業任職於業界0人
期刊論文 0 件 發表期刊論文 0 件
研討會論文 1 件 發表研討會論文 0 件
SCI論文 0 件 發表SCI論文 0 件
專書 0 件 完成專書 0 件
國內
技術報告 1 件 完成技術報告 1 件
期刊論文 0 件 發表期刊論文 0 件
學術論文 0 件 發表學術論文 0 件
研討會論文 0 件 發表研討會論文 0 件
SCI/SSCI論文 0 件 發表SCI/SSCI論文 0 件
專書 0 件 完成專書 0 件
論文著作
國外
技術報告 0 件 完成技術報告 0 件
其他協助產業發展
之具體績效 新公司或衍生公司 0 家 設立新公司或衍生公司(名稱)：
