TWI459830B

TWI459830B - 設置無線通訊接收裝置之方法

Info

Publication number: TWI459830B
Application number: TW101145028A
Authority: TW
Inventors: min hao Li; cheng chen Yang; Yi Chih Fan; Jenn Sheng Wu; Wen Yu Lee
Original assignee: Ind Tech Res Inst
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2014-11-01
Also published as: TW201422020A; CN103854459B; CN103854459A

Description

設置無線通訊接收裝置之方法

本揭露係為一種設置無線通訊接收裝置之方法，尤其是有關於一種可設置無線通訊接收裝置於最佳接收訊號位置，以接收無線發送裝置所送出之訊號的方法。

由於傳統自動化生產線(例如，玻璃塗膠)，為避免當有細微灰塵黏著於輸送帶上時，會造成玻璃刮傷，通常會設置有無線振動量測裝置，故可同時基於經驗可歸納出振動值上下限值，當振動量測資料超過設定之上限，代表產線上面出現異常，必須將機台停止避免報廢片產生。或者是，風力發電機及台電等設備，基於設備之維護考量，亦有加裝之振動量測收集器，以便於監控與維護設備。

如圖1所示，每一間廠房空間距離約200^＊ 50公尺，廠房分A、B產線(line)共配18條產線，每一條產線共有6個自動機械(Robot)(如黑點所示)，因此每間廠房整廠至少需要108個振動量測點。自動機械為移動式，由於產線輸送帶之特性，如採用有線式振動量測感知器，輸送帶空間將產生設備與產線干涉問題，因此必須將振動資料以無線方式傳輸。另外一點則是無塵室配線費用非常昂貴。

且傳統的無線發送或接收裝置之通訊方式通常以藍芽規範(Bluetooth Profile，BT Profile)。通常單個序列連接埠(single series port profile，SSPP)、多個序列連接埠(multiple series port profile，MSPP)，這些都是不耗費電腦(PC)本身資源(resource)的連接器(dongle)，電腦內建的藍芽晶片則會消耗電腦資源。受限於藍芽個人網路規範(BT PAN profile)，藍芽模組有以下限制：(1)具有視窗核心(Windows kernel)之一個主裝置(Master)最多可以連接7個從屬裝置(Slave)；(2)單一電腦最多也只能接7個從屬裝置；(3)一般而言，非自動配對的藍芽產品，在windows的電腦下，假若接同一家的藍芽晶片的從屬裝置，或是同一家的驅動軟體，其連接上限就是一對一，換句話說，即使在window的電腦上使用外接藍芽連接器(BT dongle)方式，若非自動配對之特殊晶片，同一家的從屬裝置週邊最多也只能接一個其他裝置；(4)轉換晶片(例如，Cp2102晶片)注意事項，藍芽主裝置及藍芽從屬裝置不能並排，兩兩至少距離10cm以上。兩者相位不能相同(方向要錯開，建議接收端天線方向盡量不要同時朝同一邊，以RJ45接頭轉Rs232介面優於USB介面，USB於廠內有不容易固定及遺失困擾)；(5)同時使用2.4G頻段，80個通道(channel)，1/1600秒自動跳頻，以100^＊ 50公尺的空間建議值低於30組藍芽，再上去可能就會受干擾。以此空間來說等級3(Class 3)會比等級1(Class 1)干擾情況好很多。

因此，傳統的振動量測系統或機台通常有如下之問題：(1)機台借機時間無法太長，會降低機台稼動率，直接影響產能；(2)以單點量測為主，無整廠規劃；(3)高靈敏度感測器(Sensor)以有線居多，無線使用藍芽方案有斷線困擾；(4)廠內無線訊號部署，缺乏簡單相關工具，例如網路分析儀等動輒數百萬，需專業人員進行操作及判斷，事後進行相關係數整理緩不濟急。

在一實施例中，本揭露提供一種設置無線通訊接收裝置之方法，包括：取得至少一個區域座標、至少一個無線發射裝置座標與至少一個障礙物件座標；取得每一個該障礙物件的權重，進而劃定可擺設無線通訊接收裝置之區域；將每一個區域再細劃分成複數個次區域，且以每一個次區域之中心點為基準，進而計算每一個無線發射裝置與每一個次區域間的訊號強度，並根據每一個無線發射裝置與每一個次區域間所設的障礙物件的權重，以取得一評估值；以及根據所得到的評估值，以決定設置該無線通訊接收裝置的位置與數量。

為使貴審查委員能對本發明之特徵、目的及功能有更進一步的認知與瞭解，下文特將本發明之裝置的相關細部結構以及設計的理念原由進行說明，以使得審查委員可以了解本揭露之特點，詳細說明陳述如下：圖2顯示根據本揭露一實施例之設置無線通訊接收裝置之方法。該方法之步驟包括：首先，處理單元(未圖示)藉由輸入介面取得至少一個區域座標、至少一個無線發射裝置座標與至少一個障礙物件座標(步驟S201)；其中處理單元例如是電腦，而輸入介面例如是鍵盤、光碟機或是網路等，處理單元電性連接輸入介面與無線發射裝置；區域座標例如是平面佈置圖。接著，處理單元取得於該平面佈置圖中每一個障礙物件的權重，並取得可設置無線通訊接收裝置之區域R(步驟S202)，例如是由處理單元劃定或由使用者(如廠商)藉由輸入介面提供。再來，處理單元將每一個區域R再細劃分成複數個次區域r，且以每一個次區域r之中心點為基準，進而計算每一個無線發射裝置與每一個次區域r間的訊號強度，並根據每一個無線發射裝置與每一個次區域r間所設的障礙物件的權重，以取得一評估值(步驟S203)。於本實施例，實際運作上亦可先取得可設置無線通訊接收裝置之平面佈置圖以及已設置於該平面佈置圖中之複數個無線通訊發射裝置的位置圖，進而估算與取得該平面佈置圖中可設置無線接收裝置的區域座標、無線發射裝置座標與障礙物件座標。

接著，處理單元根據所得到的評估值，決定該無線通訊接收裝置的位置與數量(步驟S204)。於本實施例，應用一訊號強度法(Received Signal Strength，RSS)來計算每一個無線發射裝置與每一個次區域r間的評估值，且該訊號強度法為訊號強度會隨著距離增加而衰減的特性，來計算參考點與目標物距離，且該訊號強度的公式如下：

其中Pr(d)是接收功率，Pt是傳輸功率，Gt是發射端天線增益，Gr是接收端天線，λ是波長，d是傳送端與接收端之間的距離。另外，前述之評估值可為分數或小數，且該評估值可定義為無線接收裝置接收到無線發射裝置的訊號強度，其單位為毫瓦(mW)，此訊號強度由發射端和接收端的直線距離和其間所有的障礙物件造成的衰減所決定，訊號在障礙物件後的強度為在障礙物件前的強度乘上此障礙物件的權重。

圖3顯示計算評估值的詳細流程圖。於本方法，處理單元更劃定可擺設無線通訊接收裝置之複數個區域R(步驟s301)。接著，處理單元將複數個區域中之第一區域R₁ 劃分成複數更小且固定大小的次區域r，同時，也將其他的區域劃分成複數更小且固定大小的次區域r，直到最後一個區域R_C 被劃分成複數更小且固定大小的次區域r為止(步驟s302)。然後，處理單元再以每一個區域R中之每一個次區域r的中心點為基準，以計算每一個次區域r對應所有的無線發射裝置間之訊號強度，以取得評估值(步驟s303)。接著，將所有次區域r的命名合併為r₁ ~r_t (步驟s304)。

圖4之流程圖進一步顯示本揭露之設置無線通訊接收裝置之方法。故於本方法更包括：處理單元設定每一個該無線接收裝置最大可連結該無線發射裝置的數量，並設定該無線接收裝置最小可接受的評估值(步驟s401)；處理單元根據該數量與最小可接收的該評估值，選出高於最小可接收的該評估值的該無線發送裝置，並且計算每一個該次區域與該些無線發送裝置間之總評估值(步驟s402)；處理單元比較所有的該總評估值，以選出該總評估值最高的次區域以及對應該總評估值最高的該無線發射裝置，以設置一第一無線接收裝置並將對應該總評估值最高的該無線發射裝置分配予該第一無線接收裝置(步驟s403)。

於本方法更包括處理單元剔除已分配予該第一無線接收裝置的該無線發射裝置與已設置該第一無線接收裝置的次區域，並重新計算剩餘的次區域與剩餘的無線發射裝置間之總評估值(步驟s404)。接著，處理單元比較所有的該總評估值，以再次選出該總評估值最高的次區域以及對應該總評估值最高的該無線發射裝置，以設置一下一個無線接收裝置並將對應該總評估值最高的該無線發射裝置分配予該下一個無線接收裝置(例如，一第二無線接收裝置)(步驟s405)，並判斷該無線接收裝置是否分配完畢(步驟s406)，若是，則結束此流程，若否，則回到步驟s404，以重覆分配該無線發射裝置，直到所有的無線發射裝置被分配完為止。

圖5顯示應用本揭露之例子。如圖5所示，先取得一廠房佈置圖及無線發射裝置T₁ 、T₂ 、T₃ …T₉ 的位置。接著，設定於該廠房佈置圖中每一個障礙物件B₁ 、B₂ 、B₃ 、B₄ 的權重W，且障礙物件B之權重可定義為無線訊號通過障礙物件後所剩訊號強度的比例。例如，於本例子，根據障礙物件B₁ 的材質或穿透該障礙物件B₁ 的訊號強度比例，可設其權重W=1。同樣地，根據障礙物件B₂ 的材質或穿透該障礙物件B₂ 的訊號強度比例，可設其權重W=0.5；根據障礙物件B₃ 的材質或穿透該障礙物件B₃ 的訊號強度比例，可設其權重為0；根據障礙物件B₄ 的材質或穿透該障礙物件B₄ 的訊號強度比例，可設其權重為0.8。需說明的是，障礙物件的權重愈高，表示穿透該障礙物件的訊號強度愈高，例如，穿透障礙物件的訊號強度完全沒有改變，可設權重為1，但是，若穿透障礙物件的訊號強度完全被遮蔽(訊號無法通過)，則可設權重為0。

接下來，劃定或由廠商提供可設置無線接收器的區域R₁ 、R₂ ，並再進一步將每一個區域細分為複數個次區域，例如，將區域R₁ 細分為次區域r₁ …r_a 、區域R₂ 分為次區域r_a1 …r_t 。然後，應用訊號強度法，來計算每一個無線發射裝置與每一個次區域r間的訊號強度，再乘上障礙物件的權重，以得到一評估值。例如，於本實施例，可得到區域R₁ 中次區域r₁ …r_a 對每一個無線接收器T所得到的評估值，例如，假設無線發射裝置T₁ 與次區域r₁ 間的訊號強度為0.045，且次區域與無線發射裝置T₁ 間並無任何障礙物件，因此，可得其最後的評估值為0.045；而假設無線發射裝置T₂ 與次區域r₁ 間的訊號強度為0.02，且次區域r₁ 與無線發射裝置T₂ 間並無任何障礙物件，因此，可得其最後的評估值為0.02；而假設無線發射裝置T₃ 與次區域r₁ 間的訊號強度為0.031，且無線發射裝置T₃ 與次區域r₁ 間的障礙物件B₁ 之權重W=1，因此，將T₃ 與r₁ 間的訊號強度0.031乘上B₁ 之權重1可得一評估值0.031；而假設無線發射裝置T₄ 與次區域r₁ 間的訊號強度為0.022次區域r₁ 與無線發射裝置T₄ 間並無任何障礙物件，因此，可得其最後的評估值為0.022；而假設無線發射裝置T₅ 與次區域r₁ 間的訊號強度為0.04且次區域r₁ 與無線發射裝置T₅ 間並無任何障礙物件，因此，可得其最後的評估值為0.04；而假設無線發射裝置T₆ 與次區域r₁ 間的訊號強度為0.042且次區域r₁ 與無線發射裝置T₆ 間並無任何障礙物件，因此，可得其最後的評估值為0.042；而假設無線發射裝置T₇ 與次區域r₁ 間的訊號強度為0.05，但是，無線發射裝置T₇ 次區域r₁ 間的障礙物件B₃ 權重W=0，因此，將T₃ 與r₁ 間的訊號強度0.05乘上B₃ 權重0，可得評估值為0；而假設無線發射裝置T₈ 與次區域r₁ 間的訊號強度為0.011且次區域r₁ 與無線發射裝置T₈ 間並無任何障礙物件，因此，可得其最後的評估值為0.011；而無線發射裝置T₉ 與次區域r₁ 間由於有二個障礙物件B₂ 與B₄ ，因此，必需分二次來計算無線發射裝置T₉ 與次區域r₁ 間的評估值，例如，假設無線發射裝置T₉ 經過障礙物件B₄ 的訊號強度為0.02，且障礙物件B₄ 的權重為0.8，故無線發射裝置T₉ 與障礙物件B₄ 的訊號強度間的評估值為0.016，接著，再應用前述之評估值0.016來計算訊號由障礙物件B₄ 經過障礙物件B₁ ，以到達次區域r₁ 之訊號強度，例如，可得到訊號強度為0.0024，由於障礙物件B₂ 的權重為0.5，因此，可將訊號強度0.0025乘上障礙物件B₂ 的權重0.5，以得到無線發射裝置T₉ 與次區域r₁ 間的最終評估值為0.0012。

同樣地，其餘的次區域r與無線發射裝置T間之評估值可依據前述次區域r₁ 與裝置T間的例子，以計算並類推之。因此，可得到區域R₁ 之次區域r與無線發射裝置T間之評估值的統計表，如表一所示。同樣地，也需依據取得區域R₁ 之次區域r與無線發射裝置T間之評估值的方法，取得區域R₂ 次區域r與無線發射裝置T間之評估值。

在取得區域R₁ 之次區域r與無線發射裝置T間之評估值以及區域R₂ 次區域r與無線發射裝置T間之評估值之後，可將兩區域R₁ 與R₂ 之次區域r作合併。接著，再進一步設定一無線接收裝置最多可允許連結多少個無線發射裝置T，並再設定該無線接收裝置可允許接受最小的評估值s，例如，於本例子，可假設每一個無線接收裝置最多可允許連結6個無線發射裝置，並且無線接收裝置最小可接受的評估值為0.001，因此，如表一所示，次區域r₁ 與裝置T間可選擇T₁ ~T₆ 間之評估值作相加，以得到次區域r₁ 與裝置T間之一總評估值，同樣地，亦對其他的次區域選擇高於無線接收裝置最小可接受的評估值之6個無線發射裝置作相加，以分別得到一總評估值。接著，比較每一個次區域r之總評估值，進而選出總估值最高的次區域r，則此次區域r便為最佳設置無線接收裝置的位置，並且可在最佳位置設置一第一無線接收裝置。

接著，剔除與該第一無線接收裝置所連結並分配好的的無線發送裝置，並再重新計算次區域r與剩下的無線發送裝置間之總評估值，以再次選出總評估值最高的次區域，以設置一第二無線接收裝置，如此不斷重覆前述之步驟，直到所有的無線發射裝置都被無線接收裝置分配完為止。處理單元並可將無線通訊接收裝置的位置與數量輸出至與處理單元電性連接之輸出單元，例如是顯示器、儲存設備或網路。

圖6顯示本揭露取得障礙物件權重之方法。首先，於該障礙物件之一側發射一發射訊號(步驟s501)，接著，於該障礙物件之另一側設置一無線感測器以量測障礙物件另一側之一第一訊號強度(步驟s502)。然後，移除該障礙物件但該無線感測器仍位於量測該障礙物件的相同位置，並再次量測無該障礙物件時之一第二訊號強度(步驟s503)。接著，比較該第一訊號強度與該第二訊號強度，以取得一權重(步驟s504)。前述之感測器可為一藍芽無線感測器。

下列表二為於本揭露量測辨公間隔牆、玻璃與鋼筋水泥牆之權重的實際量測例子。於表二，取得訊號強度以dBm表示，且需再轉換為P _W =瓦(W)。本量測例子雖僅揭露量測辨公間隔牆、玻璃與鋼筋水泥牆之權重，但並不受限於此。

本揭露採用藍芽2.1等級1(Class1)自動配對之晶片 cp2102(傳輸距離理論值100公尺)，針對斷線自動重連做特殊處理。本揭露之無線接收裝置(IPC)為主動式裝置，其具有USB介面MD09P-C1，功率15dBm。本揭露之設備端為被動式裝置，其具有介面MD08R-C1，功率15dBm。使用低成本Ti TMS28035信號處理器(digital signal process，以下簡稱DSP)，內建16組類比/數位轉換器(ADC)(未圖示)，轉換時間267ns，解析度12位元(bit)(類此感測器振動讀值為0~4096)。本揭露之量測裝置，如圖6所示，該量測裝置包括MMA7361L感測器11、驅動器12、放大器13、單條件裝置14、濾波器15、Ti TMS28035信號處理器2、藍芽2.1等級1(Class1)自動配對之藍芽晶片16(例如，cp210)。藍芽採用每組藍芽振動計模組，一顆信號處理器(DSP)2搭配2~4組MMA7361L感測器11，由MMA7361L感測資料手冊(datasheet)可以看出z軸特性較差，兩顆感測器可以組合出6軸，此應用例捨棄Z軸不用，取較佳X,Y軸組合出3軸原始數據(Raw data)輸出。本揭露採用MMA7361L加速度計，感測器讀值單位為mV/g，由DSP進行積分轉成客戶需要的速度單位(mm/s)。本揭露之使用者只須手持一個搭載藍芽讀取器的行動裝置即可進行定位及訊號強度偵測，對於定位系統成本有很大的改善，且透過均勻的布置藍芽從屬裝置與定位演算法提高了資訊傳輸成功率、降低碰撞發生之可能性、最佳化現場發射及接收端部署方式。本揭露可大幅縮短借機測試時間，不影響機台，隨插即用。本揭露之專家系統可揭露部署位置最佳化機制，自動產生部署位置點，即時計算回傳結果，透過位置分析器自動得出部署結果。

唯以上所述者，僅為本發明之範例實施態樣爾，當不能以之限定本發明所實施之範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。

s201~s204、s301~s304‧‧‧步驟

s401~S406、s501~s504‧‧‧步驟

11‧‧‧感測器

12‧‧‧驅動器

13‧‧‧放大器

14‧‧‧單條件裝置

15‧‧‧濾波器

16‧‧‧藍芽晶片

2‧‧‧信號處理器

圖1顯示傳統量測裝置的設置；圖2顯示根據本揭露一實施例之設置無線通訊接收裝置之方法；圖3顯示計算評估值的詳細流程圖；圖4進一步顯示本揭露之設置無線通訊接收裝置之方法；圖5顯示應用本揭露之例子。

圖6顯示量測障礙物件權重之方法圖7顯示應用本揭露之量測裝置。

s201~s204‧‧‧步驟

Claims

一種設置無線通訊接收裝置之方法，包括：取得至少一個區域座標、至少一個無線發射裝置座標與至少一個障礙物件座標；取得每一個該障礙物件的一權重，並取得可設置無線通訊接收裝置之區域；將每一個該區域再細劃分成複數個次區域，且以每一個次區域之中心點為基準，以計算每一個該無線發射裝置與每一個該次區域間的一訊號強度，並根據每一個該無線發射裝置與每一個該次區域間所設的該障礙物件的該權重，以取得一評估值，該評估值為該訊號強度與該權重之乘積；以及根據所得到的該評估值，以決定設置該無線通訊接收裝置的位置與數量。
如申請專利範圍第1項所述之設置無線通訊接收裝置之方法，其中該評估值包括分數或小數。
如申請專利範圍第1項所述之設置無線通訊接收裝置之方法，其中應用一訊號強度法與該障礙物件之該權重，以計算每一個該無線發射裝置與每一個該次區域間的該評估值。
如申請專利範圍第1項所述之設置無線通訊接收裝置之方法，更包括：設定每一個該無線接收裝置最大可連結該無線發射裝置的數量，並設定該無線接收裝置最小可接受的該評估值；根據該數量與最小可接收的該評估值，計算每一個該次區域與每一個該無線發送裝置間之一總評估值，其中該總評估值為該評估值之總和；以及比較該總評估值，以選出該總評估值最高的次區域以及對應該總評估值最高的該無線發射裝置，以設置一第一無線接收裝置並將對應該總評估值最高的該無線發射裝置分配予該第一無線接收裝置。
如申請專利範圍第4項所述之設置無線通訊接收裝置之方法，更包括：剔除已分配予該第一無線接收裝置的該無線發射裝置與已設置該第一無線接收裝置的次區域；重新計算剩餘的次區域與剩餘的無線發射裝置間之該總評估值，以選出該總評估值最高的次區域以及對應該總評估值最高的該無線發射裝置，以設置一下一個無線接收裝置並將對應該總評估值最高的該無線發射裝置分配予該下一個無線接收裝置；以及判斷該些無線發射裝置是否分配完畢。
如申請專利範圍第1項所述之設置無線通訊接收裝置之方法，其中取得該障礙物件的權重之步驟更包括：於該障礙物件之一側發射一發射訊號；於該障礙物件之另一側設置一無線感測器以量測一第一訊號強度；移除該障礙物件但該無線感測器仍位於量測該障礙物件的相同位置，並再次量測無該障礙物件時之一第二訊號強度；以及比較該第一訊號強度與該第二訊號強度，以取得該權重。
如申請專利範圍第6項所述之設置無線通訊接收裝置之方法，其中該無線感測器可為一藍芽無線感測器。