以嵌入式系統實作雲端網路通訊模組

1. 以嵌入式系統實作雲端網路通訊模組 隊名 : 老師說的隊 隊員 : 王維寬 指導教授 : 李皇辰博士 一、背景介紹 工廠內的自動化加工機中有部分的可移動性的零件，是會隨著使用的時間與方法不同，而有磨損的狀況，如同汽車的輪胎一樣，要定期檢查、保養或者更換。這些磨耗性的零件，例如滾珠軸承(Ball Screw)等，無法用肉眼或者儀器來直接觀察其磨損的狀況。近來有許多研究，嘗試利用外部的聲音、震動、預壓等感測器，來對機械磨耗性零件進行監測。 本計畫中，根據上述之需求，我們想要用嵌入式系統的技術，設計一個雲端網路通訊模組(如圖一所示)，並結合感測器模組，該模組可將感測器所收集到的資料，透過3G模組直接上載到雲端平台(如Google Apps Engine)。因此只要將這個雲端網路通訊模組安裝在CNC加工機裡面，就可以將收集該加工機的運作資訊，快速且方便的收集到雲端系統內，大量簡化相關系統的資料收集方式，並且可以讓大量安裝於世界各地的磨耗性零件，可以將運作資料匯集起來，提供磨耗模型的建立與評估使用。 • SD card module • 因為microcontroller的內建SRAM有限，當sample rate • 很高時，無法儲存如此大量的資料。故本系統包含SD card • module以儲存震動數據資料，以SPI介面與Arduino溝通。 • ADXL330 • 三軸加速度感測器，感測範圍為±3g，將感測值以類比訊號 • 輸出。 圖2‧實體成果 本系統所使用的雲端平台是Google Apps Engine，它是一個由Google公司開發的一個託管網路應用程式的雲端平台，目前支援JAVA、Python和Go等多種程式語言。而本研究將以microcontroller處理數據資料後，以HTTP protocol的形式，如圖3，將資料送到Google Apps Engine上我們寫好的網路程式。接下來程式會將資料儲存到Google雲端硬碟中，以供進一步的分析(如圖4)。 圖1‧雲端通訊模組系統架構圖 • 二、實作方法 • 以下介紹本模組所用材料 : • Arduino Mega • 為了降低系統的開發成本，本論文採用Arduino Mega。它 • 是使用Atmel的ATmega1280單晶片微處理器的開發板。擔 • 任整個系統的中央處理器，負責處理程式的運作，以及下 • 指令給其他元件。 • ITEAD 3G SHIELD • 使用SIMCom的SIM5216e module為基底的開發套件，以 • AT commands控制。可使Arduino Mega透過3G無線網路連 • 線至Google雲端，並將資料上傳。以UART與Arduino • Mega通訊。 圖3‧以HTTP protocol將震動數據資料以檔案形式上傳 圖4‧將震動資料傳至Google雲端平台，並將數據以折線圖的方式折線，讓使用者能方便的檢閱上船的震動數據 • 三、討論與結論 本專題的構想不只能實現在工廠內磨耗型零件的感測，可同時實現在各種需要感測元件與雲端的結合，例如無線感測網路、智慧家電等等。 未來計畫能將系統的各項參數，包含: 決定是否要上傳的標準、sample rate、各個系統的獨立ID、上傳流程等等。將提供簡易操作的介面讓使用者能在雲端對本系統做初始化，並且在運作時能更改其參數。將此雲端通訊模組大眾化，使任何人都能簡易的讓感測器連結雲端，並且依需求自行設定參數，不須透過電機工程師重新調整，大量的節省工作的時間與成本。