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【大氣監控站台開發案例(上)】 大氣監控站建置實例介紹

   
作者:曹永忠、王漢卿、蕭智仁、謝耿順

筆者近年來專注於環境監控系統的開發與推廣,在許多中小學推廣大氣監控站台,期待對於中小學自然科學與資訊科技的跨域整合教學應用,推廣普及到實際基礎教育中。

最常見的環境監控莫過於天氣環境監測的工作,因為在正確的位置和正確的時間獲取準確環境數據是一項非常艱鉅的任務。在農業領域其生產效率對於氣候條件攸關重要,農民和各地政府都努力思考各種方案來應對這種惡劣的天氣條件。

筆者碩士班學生謝耿順在其碩士論文『運用物聯網架構之環境監控系統』一文中(謝耿順, 2020),提出以物聯網架構為核心觀念建立的環境監控系統,所有的感測物件可以進行動態調節,雲端監控平台亦可以透過階層式關聯動態設定,進而顯示監控站與感測資訊的相關資訊。

該研究中並結合政府中央氣象局開放資料,即時將接近全國各地的氣象監控站資料整合到其研究之環境監控系統,其平台亦整合圖資技術(曹永忠, 許智誠, & 蔡英德, 2021a, 2021b),讓本環境監控系統可以用地圖顯示方式顯示所有監控站。

圖1 物聯網為基礎之系統架構(圖片來源:運用物聯網架構之環境監控系統之圖33(謝耿順, 2020))

如上圖所示,筆者相關研究與開發系統中,建立架構與機制可以動態增減其監控站點的感測裝置,透過分散式的架構,可以提供更具彈性且低成本建置環境監控系統,在其物聯網架構下,可以簡化感測器的建置與異動,並且可以即時同步監測與控制對應環境進而達到預警、安全與節能功能。

數據收集器

常見的天氣監測系統中,最常見的氣象資訊是風向、風速、溫度、濕度、降雨量,大氣壓,下雪…等許多環境感測器。

在Yung-Chung Tsao之『An Implementation of IoT-Based Weather Monitoring System』研究中(Tsao, Tsai, Kuo, & Hwang, 2019),可以見到其在台中市清水區吳厝國民小學建立之氣象監控站台。

如圖 2所示,所採用的風速感測器、方向感測器、溫溼度感測器等三種工業級的產品來建構其氣象監控站台之環境感測元件(曹永忠 & 黃朝恭, 2019b, 2021; 曹永忠, 黃朝恭, 謝宏欽, 許智誠, & 蔡英德, 2021b),如下圖(d)所示,並使用RS-485轉TTL訊號轉換器來將風速感測器、方向感測器、溫溼度感測器三種工業級的感測元件進行氣象感測,並透過NodeMCU-32S Lua WiFi開發板(ESPRESSIF SYSTEMS (SHANGHAI) CO., 2021)進行資料收集。

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曹永忠

Author: 曹永忠

國立中央大學資訊管理學系博士,目前在國立暨南國際大學電機工程學系兼任助理教授、國立高雄科技大學商務資訊應用系兼任助理教授自由作家,專注於軟體工程、軟體開發與設計、物件導向程式設計、物聯網系統開發、Arduino開發、嵌入式系統開發。長期投入資訊系統設計與開發、企業應用系統開發、軟體工程、物聯網系統開發、軟硬體技術整合等領域,並持續發表作品及相關專業著作,並通過台灣圖霸的專家認證。

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