M380524 五、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 】作（了'涉及一種工業即時量測斑監#萝署 指-種具有嵌入式系統之創“ 皿控裝^ ’特別是 【先前技術】 的被m工業的發達1來越多的工廠如雨後春筍， 滿了機台，機台擁精的空間與佈滿管線境中佈 相關人員操作不易之η β"κ ?&深私路的狀嘘’除了 “易問外，&險因素也相對提汽，安全 的=㈣r ’例如：設備故障、人為疏失：然 年來：二因素所帶來的傷害與損失屢見不I羊，所以近 年來’、工廠安全-直是相當受到重視的課題。 因各：勺接：响疋工作部門進行員工安全管理係強調人為 ，本（包括個人身體及認知特徵等因素）’或改蒼 員工之間、員工與上司之間溝通方 往择還 是無法完全解決安全問題。 s理方式’ # 為現今工廢管理者所…重Si::業 創新結構’實係相關業者須再努〆 有鑑於此，創作人本於多年從 發 與設計經驗，針對上述之目抨 ^ χ 產卩。之衣^ 終得-確具實用…加設計與審慎⑼ 【新型内容】 瘅 2故二。何能達成正確而有效率的工業監控操作，實 橡 封 新 #十 本創作之主要目的，係在提供一種 工業即時量測愈虹批驻菩，甘 ”有甘入入式糸 如何研發出1 ;之問碭點，侖 呤且有效率工業監控效益 3 M380524 - 式-工業即時量測監控裝置為目標加以創新 . 本創作解決問題之技術特點，主要是 系統來提升工業安全的品質為目標，本創 線傳輸的技術來做遠端監控，其工業應用 蓋長度篩選、地震感測、重量分級、電流 、溫度監控以及二氧化碳濃度等諸多項目 igBee結合嵌入式系統應用於工業即時量測 ，透過本創作的有線、無線同步量測與監 —成正確而有效率的工業監控操作。 φ 本創作之概略實現方式，在於所述工 控裝置包括多數終端感測器 '一路由節點 一資料管理終端單元、一資料擷取模組（ ee無線傳輸模組、一操控顯示介面所構成 器係藉以整合一嵌入式系統控制平台與該 模組，各該終端感測器係於收到類比訊號 理轉換成多個數位訊號，再經規格化後透 組（DAQ )作有線傳輸，並配合程式執行 由該ZigBee無線傳輸模組將所有分別獨立 . 號整合於該操控顯示介面上，而能集中並 _ 測資料，俾可藉由集中管理而得以達到節 ' 率、大幅降低工業安全預防成本之進步性 效益。 【實施方式】 請參閱第1 、2圖所示，係本創作具 工業即時量測與監控裝置之較佳實施例， 供說明之用，在專利申請上並不受此結構 所述工業即時量測與監控裝置A ’其主要 端感測器10A至10D 、一路由節點器20 ( 突破。 以ZigBee嵌入式 作使用ZigBee無 之測量項目可涵 感測、能源監控 ，本創作使用Z 為一項創新技術 控方式，將能達 業即時量測與監 器（GIO-ZM )、 DAQ ) 、一 ZigB ;所述路由節點 ZigBee無線傳輸 後，透過訊號處 過該貢料操取模 功能監控，再藉 的終端感測器訊 即時掌控多筆感 省人力、提尚效 與較佳產業經濟 有嵌入式系統之 惟此等實施例僅 之限制。本創作 係包括：多數終 GIO-ZM )、用以 作為中 模組40 示介面 管理終 系統控 器10A 多個數 線傳輸 傳輪模 整合於 測資料 其 主機31 間可以 )來實 其 同需求 、能源 感測、 使用者 的作用 央監視功 (DAQ ) 60所構成 端單元3〇 制平台與 至10D係 位訊號， ，並配合 組50將所 該操控顯 0 中，所述 (PC )， 通過藍芽 現資料通 中，所述 而採用多 監控、二 重量分級 對所需資 終端單 傳輪模 顯示介 器20係 輸模紐 後，遠 過該f 控’再 端感濟 能集中 所述路由節點器20，其規格可為： Processor by AMD pcs、 CC2430，所述路由 一欲入式系統控制平台21與ZigBee無線 管系統’採用Endows XP Embedded作業系統 hernet乙太網路連線之功能，能應用於 月匕之一資料管理 ZigBee無線 ，其中，該操控 ’所述路由節點 該ZlgBee無線傳 於收到類比訊號 再經規格化後透 程式執行功能監 有分別獨立的終 示介面60上，而 資料管理終端單元30 該網路伺服器主機31 或其他無線傳輸方式 L之目的。 終端感測器10A至1( 種不同功能的感測器 氧化碳濃度、電流感 、等等感測元件均為 料加以監控之目的， 元30、一資料擷取 組50以及一操控續 面60係設於該資料 藉以整合一嵌入式 50 ’各該終端感漁j 過訊號處理轉換戍 料擷取模組4〇作有 藉由該ZigBee無線 器10A至10D訊藏 並即時掌控多筆感 包括一網路伺服器 該路由節點器20之 如第1圖之L1所示 係可依據使用者不 諸如LVDT、溫溼度 、長度篩選、地震 指，藉此而能實現 而發揮ZigBee平臺
Geode(TM)Integrated 郎點^§ 20係整合了 傳輸技術及資訊控 ’且其具有支援Et 遠端資料收集、邏 M380524 - 輯·控制或排程控制及後端網頁資料庫等網路功能，此外， ' GIO-ZM除了可利用上述各種拓樸或點對點的方式進行短距 離網路連結與資料傳輸之功能外，並可結合乙太網路（Ethe rnet)連線及無線網路（Wireless)功能，進行遠距離無線資料 傳輸搭配整合·，而能形成整體無線架構。本創作可利用該 路由節點器20接收ZigBee無線資料操取模組（ZM04 )所發 送過來的資料，再透過該資料管理終端單元30之操控顯示 介面60 (液晶螢幕）具體顯示出數據資料’。 _ 有關ZigBee嵌入式系統之特性：ZigBee是短距離、架 構簡單、低消耗功率與低傳輸速率之無線通訊技術，傳輸 距離為100公尺，使用頻段為免費的900MHz與2.4GHz頻段 ，傳輸速率係為20K至250Kbps，網路架構具備Master/Slave 之屬性，可達到雙向通信功能，目前ZM03是使用2. 405GHz至 2. 480GHz的頻段，此外ZigBee因傳輸速率低、傳輸資料量亦 少所以訊號的收發時間短。在非工作模式時ZigBee係處於 睡眠模式，而在工作與睡眠模式之間的轉換時間’ 一般睡 φ 眠啟動時間只有15毫秒（ms )，而設備搜索時間為30毫秒 "，使得ZigBee相當省電，也因為ZigBee之MAC層採用碰撞 避免機制（talk-when-ready ):當有資料傳送需求時則立即 傳送，每個發送的資料封包都由接收方確認收到並進行確 認訊息回覆，若沒有得到確認訊息的回覆就表示發生了碰 撞，會再重傳一次，以此方式大幅提高系統資訊傳輸之可 靠度，且一個ZigBee的網路最多包括有255個節點’擴充 性相當高。 接著 ，茲就所述終端感測器之不同具體實施型態與功 6 M380524 能-說明如下： LVDT 感測元件（Linear Variable Differential Transformer ； 簡稱LVDT ;亦稱為線性可變差動變壓器）：其本身是由三 個線圈所組成，分別為初級圈以及兩個次級線圈，在初級 線圈與次級線圈中間插入可移動式的棒狀鐵心，加一交流 電壓於輸入端於初級線圈，與次級線圈產生磁通，隨著鐵 心的移動，二次級線圈會感應出大小不同相位一樣的電壓 。在工業上，LVDT最常被應用來作品管的一種偵測裝置。 由於它本身具有高感度、高精確度、體積小型、重量輕且 使用耐久等優點，可在任何準度測量的場合中使用，而且 它沒有溫度、溼度等限制，因此應用範圍也就更大，此外 還可應用於位移距離的量測，利用其良好的線性度作距離 的量測。另有壓力式LVDT ，將壓力轉變成距離的移動’再 以LVDT的原理，去感應電壓的高低來表達施加壓力的大小 。本創作可利用當LVDT本體的鐵心，測量到某一長度或震 動時會輸出一個與其變動成等比的訊號，然後再經過放大 電路放大後，輸入至有線及無線的裝置中，以此運用於精 密的長度測量、深度測量或震動分級系統’此外’因為本 創作不需對LVDT本體外加電壓，只需輸入± 12V電壓致能 放大電路即可使用，經精密製造後可以相當小的體積裝設 0 電流感測元件：可採用LEM HAS 50-S ’其為一種霍爾元 件再銜接差動放大器所構成的電流感測器。因霍爾元件基 本上為四端元件，同相電壓會累積在霍爾元件中，因此必 須再加接一差動放大器來消除’並使其輸出信號做放大效 7 M380524 - 果-以便於觀察，藉此可用於測量有無過電流或對 ' 的控制，此電流感測元件的預設測量值可為0〜2 流，可依照需求增減其最大測量範圍。又，本創 用所述電流感測元件將其所感應出的電流經霍爾 成電壓訊號，再經過簡單的放大電路放大後，即 有線裝置及無線裝置中。例如以電源供應器產生 爾元件HAS 50-S感應到0至2安培電流，使其輸出 的感應電壓5再經由放大電路將感應電壓放大為 •特。 溫、溼度及二氧化碳濃度感測元件：可採用 是被應用於機器對機器（Machine-to-Machine)的一種 線資料擷取模組（或稱為無線通訊裝置），在硬 ZM04提供了工業標準的數位訊號輸入和達靈頓輸 - 10V到+10V的類比訊號輸入，而無線通訊的部份 用標準802. 15. 4方式來傳遞，同時透過Mesh、Star -tree等彈性網路拓樸，更加提昇網路的信賴度， 各種不同距離無線應用的需求；本創作之ZM04係 、溼度、二氧化碳感測器，也可外接各種感測器 5伏特的信號，再經過類比轉數位的信號處理’ 送到該路由節點器（GiO-ZM )的接收端。 能源監控元件：將負載接到所述能源監控器 能源監控器上能夠顯示感測電流電壓，並具有功 、百分比及功率因數的顯示輸出功能，再由預定 監控，藉此除了可觀察到負載電壓電流及功率因 還可由韌體監控畫面來執行負載開關之切換。 電流大小 安培的電 作係可利 元件轉換 可輸入至 電流使霍 一定範圍 1至5伏 ZM04 ，它 ZigBee 無 體上，該 出，以及 ，則是使 、Cluster 充分滿足 内建溫度 輸出0到 將數據發 之後，該 率、效率 韌體執行 素之外， 8 M380524 • · 厚度篩選感測元件：可使用LVDT來開發，其可應用於 ' 工業測量物品中的厚度篩選，本項後度篩選功能最主要可 作為輸送帶上貨品的厚度量測，以作為品管的依據。 地震感測元件：可使用LVDT來開發，此功能可應用於 工廠機台震動強度（gal)量測，以做為工廠安全依據，其具 體顯示界面型態，係可令儀表顯示兩個數據，一個是欲測 量機台安全震動之強度，一個是實際機台震動強度，當儀 表中量測機台震動強度大於所設定的安全震動強度到時， 籲可藉由顯示紅色燈號表示目前機台震動強度會危及到安全 ，並將發生時間點及強度和次數紀錄下來。 重量分級感測元件：本項感測元件同樣可使用LVDT來 開發，此功能可應用於工業上依照貨物重量來做分級。 接著，有關本創作所述工業即時量測與監控裝置A之 系統運作流程如第2圖所示，是將各該終端感測器10A 、 10B 、10C._.(LVDT、電流感測、二氧化碳濃度、能源監控等 .)訊號經過線性1C放大之後’由資料擷取模組40 ( DAQ ) ® 願取有線部份之訊號’並藉由ZigBee無線傳輸模組50操取 無線部份之訊號，然後，經由ZigBee嵌入式系統’再透過 該操控顯示介面60所預先規劃的有線介面及無線介面來作 顯示與監控。並且，亦能將訊號經過規格化後’由一個七 段顯示器70來顯示輸出。 因為工廠自動化的普遍，廠房内的機台相對變多，不 管是機台或者佈線位置，有些地方是不容易去操作的’且 這些地方危險性相對較高，因此，本創作透過整合ZigBee 嵌入式系統（LVDT、電流感測、二氧化碳濃度、能源監控、 )來做統一監控，再加上有線、無線同步測量之設計’所 9 以·能夠做最即時有致的處 性。 大大促升產程效车及安全 又本釗作運作上，每右 步改變’藉此而方便作；m:變時，無線資料也同 :τ能增加效…，因為同，；=控，所述同步監控 —1此也能增加…:::備作最即 功效說明： 本創作所揭「具有嵌入式系 裝置」藉由該終端感測器、路由節點：::即時量測與監控 元 '資料操取模組、zlgBee無線傳输二、貢料管理终端單 構成之創新獨特設計，俾可集中並即聍ί ，控顯示介面 ，俾可藉由集中管理而得以達到節省二=工^，感測資料 幅降低I業安全預防成本之進步性與 ^=率、大 再加上本創作採用有線、無線同步測量之机二、’’二脅效益； 作最即時有效的處理，進而大大提二=，所以能夠 座5^政率及安全性。 上述實施例所揭示者係藉以具體說明太 雖透過特定的術語進行說明，當不能以此二且文中 之專利範圍；熟悉此項技術領域之人士杏=新型創作 之精神與原則後對其進行變更與修改而達 t解本創作 定之範_中 此等變更與修改，皆應涵蓋於如后所直I目的，而 、 甲5月專利範圍所界 10 M380524 【.圖式簡單說明】 第1圖：本創作工業即時量 第2圖：本創作工業即時量 示意圖。 【主要元件符號說明】 工業即時量測與監控裝置 終端感測 路由節點器 資料管理終端單元 網路伺服器主機 資料擷取模組
ZigBee無線傳輸模組 操控顯示介面 七段顯示器 與監控裝置之結構簡示圖。 與監控裝置之運作流程方塊
0 A、1 Ο B 0 C、1 0 D 0 0 1 0 0 0 0