實務專題報告書 -...

實務專題報告書

室內空氣品質清淨系統

指導老師：林振漢

專題製作學生：

四技電三甲鍾志勳 BD104103

四技電三甲吳盛傑 BD104108

中華民國 1 0 7 年 6 月 2 5 日

修平科技大學電機工程系

DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING

HSIUPING UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

修平科技大學

電機工程系 HSIU-PING UNIVERSITY OF SCIENCE

AND TECHNOLOGY

DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING

指導老師：林振漢

專題製作學生：鍾志勳、吳盛傑

製作日期：107 年 6 月 25 日

摘要

本作品使用嵌入式晶片：Raspberry Pi 3、Ti-CC2541(BLE)、

Ti-CC2530(ZigBee)，感測與控制技術，製作一款空氣品質監控裝置:

「室內空氣品質監控裝置(Raspberry PI)」，透過藍芽、ZigBee、Wi-Fi，

等通訊網路連接到手機、雲端伺服機，將環境感測數據(溫濕度、CO2、

TVOC、PM2.5)以及目前狀況，提供個人查詢與接收警報，掌握當地

環境的空氣品質，建構一個空氣品質監控系統。個人暴露在空氣污染

環境的時間也會做累加計算，提供長期記錄與個人健康追蹤的參考。

此外，這些空氣品質監控裝置傳送雲端伺服機的資料，將可提供每個

民眾上網查詢，或進行大數據分析，提供政府機構、廠商改善空氣汙

染之參考。當空氣品質惡化到一定程度。在室內可以主動啟動空調、

風扇、空氣清淨機等設備，降低空氣汙染的傷害，提供民眾一個健康

的生活環境。

目錄

第一章緒論 .............................. 1

1.1前言 ............................................... 1

1.2 系統構思與架構 ..................................... 3

第二章相關原理與應用 .................... 7

2.1 ZIGBEE嵌入式晶片 TI-CC2530 .......................... 7

2.2 BLE嵌入式晶片 TI-CC2541 ............................ 8

2.3 RASPBERRY PI 3 ..................................... 10

2.4 ARDUINO ........................................... 10

2.4 使用相關軟體介紹 ................................. 12

第三章系統功能介紹 ..................... 17

3.1 室內空氣品質介紹(一) .............................. 19

3.2 室內空氣品質介紹(二) .............................. 20

第四章系統硬體與韌體實作 ............... 21

4.1 環境感測器之硬體與韌體實作 ........................ 21

4.2 ZIGBEE GATEWAY硬體實作與韌體撰寫 ..................... 23

4.3 RASPBERRY PI /冷風扇控制硬體實作與韌體撰寫 ........... 24

第五章系統測試與結果討論 ............... 26

5.1系統測試 .......................................... 26

5.2 結果與討論 ........................................ 26

第六章結論 ............................. 29

參考文獻 ............................... 30

圖目錄圖 1 室內汙染源圖表 ..................................... 2

圖 2 室內空氣品質系統架構 ............................... 3

圖 3 Raspberry Pi 3架構圖 ............................... 5

圖 4 ZigBee嵌入式晶片 Ti-CC2530功能架構 ................. 7

圖 5 BLE嵌入式晶片 Ti-CC2541功能架構 .................... 9

圖 6 Arduino 實際畫面 .................................. 12

圖 7 Node-JS ........................................... 13

圖 8 Node -RED開發示範流程 ............................. 14

圖 9 MYSQL資料庫畫面 ................................... 16

圖 10 五合一氣體品質感測器 ............................. 19

圖 11 空氣品質監控系統架構 ............................. 20

圖 12 環境感測器硬體架構 ............................... 21

圖 13 環境感測器實體圖 ................................. 22

圖 14 環境感測器程式流程圖 ............................. 22

圖 15 ZigBee模組 ....................................... 23

圖 16 ZigBee Gateway硬體架構與實體圖 ................... 23

圖 17 ZigBee Gateway程式流程圖 ......................... 24

file:///C:/Users/user/Desktop/專題報告-3.docx%23_Toc517952288file:///C:/Users/user/Desktop/專題報告-3.docx%23_Toc517952301

圖 18 Raspberry Pi /冷風扇控制硬體架構 ................. 25

圖 19 Raspberry Pi /冷風扇控制程式流程圖 ............... 25

圖 20 空氣濕度實驗圖表 ................................. 28

圖 21 空氣溫度實驗圖表 ................................. 28

1

第一章緒論

1.1前言

近年來台灣的空氣品質日益惡化，嚴重影響國民的健康。許多研究報

告顯示，空氣汙染是無所不在，不限定在某些大家認知高危險地區。

因此僅靠環保署在台灣各地區布建有限的空氣品質監測站，是不足以

提供國民健康安全的資訊。尤其是老人、小孩、體弱病患、甚至一般

民眾，很容易在不知不覺中，陷入高汙染空氣環境中，造成身體無法

彌補的傷害。

國人每人每天約有 80~90%的時間處於室內環境中(包括在住家、辦公

室或其他建築物內)，室內空氣品質的良窳，直接影響工作品質及效

率，因此室內空氣污染物對人體健康影響應當受到重視。有效改善室

內空氣品質，方能維護人體健康。

近年來室內空氣健康危害的議題逐漸被大家所重視，尤其是最近二、

三十年來大眾生活型態的改變，使得人們在密閉的居住空間或是辦公

空間裏享受空調系統帶來的舒適便利之餘，「病態建築物症候群」

（Sick Building Syndrome）也應運而生。在密閉的建築物內，如果室

內通氣量不足時，污染物就容易蓄積而導致室內空氣品質惡化。世界

衛生組織(WHO)於 1982年將「病態建築物症候群」定義為:「凡因

建築物內空氣污染導致人體異常症狀，如神經毒性症狀(含眼，鼻，

2

喉頭感到刺激等)，不好的味道，氣喘發作等。」

另外，室外的污染物也有可能是影響室內空氣品質的因素，包括戶外

汽機車、工廠排放的廢氣，或是因中央空調冷氣系統的外氣進氣口或

濾網未定期清理而孳生的微生物等。台灣地處亞熱帶，屬於長年潮濕

高溫的氣候型態，黴菌及細菌尤其容易孳生，因此必須更注意空調通

風系統的定期維護。

室內空氣品質對於經常在室內的兒童、孕婦、老人和慢性病人更是特

別重要。因為兒童身體正在成長中，呼吸量與體重的比例較成年人高

50％，再加上兒童有 80％以上的時間是生活在室內，因此兒童比成

年人更容易受到室內空氣污染的危害。WHO 的研究報告中指出，因

為室內空氣污染而死於氣喘的人，全球每年有 10萬人，其中有 35％

為兒童。

圖 1 室內汙染源圖表

3

1.2 系統構思與架構

「室內空氣品質監控裝置」，透過藍芽、ZigBee、Wi-Fi，Lora 等通訊

網路連接到手機、雲端伺服機，將環境感測數據(溫濕度、CO2、TVOC、

PM2.5)以及目前狀況，上傳至網頁雲端，掌握室內的空氣品質。讓

每個民眾接收目前室內環境的空氣品質狀態。當空氣品質惡化到一定

程度，啟動空調、風扇、空氣清淨機等設備，智慧型手機行動服務

APP， Raspberry Pi 3，雲端管理平台，建構一個空氣品質監控系統。

設計架構如圖 2。

圖 2 室內空氣品質系統架構

4

1.2.1 環境感測器

CCS811五合一氣體品質感測器

五合一氣體品質感測包含溫度/溼度/甲醛(HCHO)/等效二氧化

碳（eCO2）/總揮發性有機化合物（TVOC）。氣體感測器應用

上常用於酒精偵測、可燃性氣體偵測、環境氣體偵測等，在環

境空氣檢測上可用於室內空氣品質的偵測，搭配溫、溼度、氣

壓計形成智慧空調系統，主動調整室內、車內空間的空氣品質，

並達到節能與安全維護的目的。

1.2.2 ZigBee Gateway

ZigBee Gateway 閘道器提供一個相似網路型態或網路通訊協定相互

連接的方式，在技術上的定義是「用以相互連接相似網路的設備或存

在點」。也就是說 Gateway 扮演「相似網路」，像是不同層次的網路，

如區域網路（LAN）和廣域網路（WAN）的共同存取點。

1.2.3 Raspberry Pi 3

Raspberry Pi 是源自一個開放源程式碼的硬體專案平台,該平台包括

一塊具備簡單 I/O 功能的電路板以及一大堆的 Linux 軟體。Raspberry

Pi 可以用來開發交互產品，比如它可以讀取大量的開關和感測器信號,

並且可以控制電燈、電機和其他各式各樣的物理設備，Raspberry Pi

也可以開發出與 PC 一樣的周邊裝置,也可以運行在 Linux PC 上的軟

5

體進行通信。

Raspberry Pi 3最大的亮點在於它搭載全新的 SoC BCM2837，其處理

器相較於 1 代與 2 代產品採用的單核心 ARM1176JZF-S（700MHz）

與四核心 ARM Cortex-A7（900MHz），Raspberry Pi 3 採用 64位元四

核心 ARM Cortex-A53（1.2GHz），官方宣稱與 1 代產品相較，效能

提高 10 倍以上，與 2 代產品相比，光是時脈就有 33%的提升，再加

上強化架構的效益，32 位元模式的效能可提升 50~60%，有助於讓使

用者開發更複雜強大的程式，如圖 3。

圖 3 Raspberry Pi 3架構圖

6

1.2.4 空氣品質雲端監控系統

在 PC 電腦使用 Apache Server 架設雲端伺服主機，使用 PHP 程式撰

寫雲端空氣品質管理程式。透過 MySQL 資料庫與手機 APP 介面監控

程式連接，可直接查詢各地空氣品質資料。人們只要使用能連接網際

網路的裝置，如個人電腦、平板電腦，手機上網，都可以透過雲端查

詢，做無所不在的空氣品質管理系統。室內空氣品質控制器內建 Linux

作業系統，並安裝 Apache Server +MySQL，或 Node.js網路伺服主機，

當室內空氣遭受汙染，立即發動警示啟動空氣清淨機。

7

第二章相關原理與應用

2.1 ZigBee嵌入式晶片 Ti-CC2530

室內型品質監控裝置的環境感知與控制節點，大都採 ZigBee 無線感

測網路。CC2530晶片是德州儀器公司(TI)於 2009年推出 SOC晶片

-CC2530。這顆晶片是 TI 公司專為 IEEE 802.15.4、ZigBee、

ZigBeeRF4CE 與 Smart Energy 應用量身訂做的 SOC 晶片。擁有高

達 256 KB 容量的大型快閃記憶體，CC2530 適合 ZigBee PRO 應

用。此外，CC2530 將完全整合的高效能 RF 收發器、8051 MCU、

與其他威力強大的功能與周邊相結合，如內建 ADC、SPI、USB…

等功能，方便與其它感測器連接，如圖 4。

圖 4ZigBee嵌入式晶片 Ti-CC2530功能架構

8通道ADC

RF 收發電

路2組 UART

內建穩壓器

8051DMA快速存取

高達256KB之內存

以及 8KB之SRAM

8通道ADC

RF 收發電

路2組 UART

內建穩壓器

8051DMA快速存取

高達256KB之內存

以及 8KB之SRAM

8

2.2 BLE 嵌入式晶片 Ti-CC2541

iBeacon 技術核心 BLE，目前已有整合型嵌入式晶片。德州儀器(TI)

推出最新 CC2541藍牙(Bluetooth® )低耗能系統單晶片 (SoC)，旨在

滿足消費性醫療、運動健身、安全、娛樂以及家庭自動化等 Bluetooth

Smart 感測器應用需求。與 TI 前代 CC2540 SoC 相比，該 SoC 可在

輸出功率爲 1MW 時將功耗降低 33%，充分發揮省電優勢。2.4

GHzCC2541 SoC、免專利費 TI 協定堆疊、基本軟體 (profile

software)、樣品應用、開發套件、技術檔案與支援。使用高彈性、高

整合度的內建解決方案簡化設計；支援藍牙 4.0 版以及 250Kbps、

500Kbps、1Mbps 及 2Mbps 的專有模式；經驗證、穩健的藍牙技術建

立在 CC2540 的成功基礎之上。實現可在單一硬幣型 (coin cell) 電

池上運行超過一年的低功耗感測器産品。CC2541功能架構如圖 5。

9

圖 5 BLE嵌入式晶片 Ti-CC2541功能架構

10

2.3 Raspberry Pi 3

Raspberry Pi 是源自一個開放源程式碼的硬體專案平台,該平台包括

一塊具備簡單 I/O 功能的電路板以及一大堆的 Linux 軟體。Raspberry

Pi 可以用來開發交互產品,比如它可以讀取大量的開關和感測器信號,

並且可以控制電燈、電機和其他各式各樣的物理設備，Raspberry Pi

也可以開發出與 PC 一樣的周邊裝置,也可以運行在 Linux PC 上的軟

體進行通信。

Raspberry Pi 3最大的亮點在於它搭載全新的 SoC BCM2837，其處理

器相較於 1代與 2代產品採用的單核心 ARM1176JZF-S（700MHz）與

四核心 ARM Cortex-A7（900MHz），Raspberry Pi 3採用 64位元四核

心 ARM Cortex-A53（1.2GHz），官方宣稱與 1代產品相較，效能提高

10倍以上，與 2代產品相比，光是時脈就有 33%的提升，再加上強化

架構的效益，32 位元模式的效能可提升 50~60%，有助於讓使用者開

發更複雜強大的程式

2.4 Arduino

Arduino 是一種開放授權的互動環境開發技術，互動裝置其實無所不

在，像是冷氣的恆溫裝置，便是使用感測器偵測環境溫度，進行室內

溫度的自動調節；還有汽車使用的倒車雷達，過於靠近物體便會發出

11

聲音警告駕駛者。這些裝置為生活增加不少安全及便利，互動能帶給

使用者驚喜，有時會以藝術品的方式呈現在生活當中。

以往要處理相關的電子設備時，需要透過工程師，逐一由單一小元件

拼湊出整個電路。大多數的設計工具都是為了工程師設計，除了電路

外還需要廣泛的知識，才有辦法完成電路。還好微處理器有了長足的

進步，除了在使用上變得更為容易，價格上的減少更降低了學習的門

檻。

Arduino 的特色。開放源碼(open-source)。不僅軟體是開放源碼，硬

體也是開放的。軟體的開發環境可在網上免費下載，而 Arduino 的電

路設計圖也可從官方網站自行下載，依據自身之需求進行修，但須要

符合創用 CC 授權條款(創用 CC授權條款)。

開發簡單，參考資料多。在以往的硬體環境中，要開發微控制器的

程式，開發者需要具備電子、電機及相關科系的背景，一般人需花費

大量時間能有機會進入這個開發環境中。Arduino 學習門檻較為簡單，

不需要電子電機相關科系的背景，也可以很容易學會 Arduino 相關互

動裝置的開發。由於 Arduino 以公開共享為基礎，多數人都樂於分

享自己的的創品，網路上能找的創作案子非常豐富。以此會基礎，有

12

時只需要參考分享者的作品，依據自身的需求行調整，就可以在短時

間內完成自己的創作。如圖 6。

圖 6Arduino 實際畫面

2.4 使用相關軟體介紹

2.4.1 Node–JS與 Node - Red

NodeJS 是一個高效能、易擴充的網站應用程式開發框架

(WebApplication Framework) 。它誕生的原因，是為了讓開發者能夠

更容易開發高延展性的網路服務，不需要經過太多複雜的調校、效能

13

調整及程式修改，就能滿足網路服務在不同發展階段對效能的要求。

讓網站開發人員熟悉的 JavaScript 程式語言，也能應用於後端服務程

式的開發，並且具有出色的執行效能。JavaScript 是功能強大的物件

導向程式語言，但是在 JavaScript 的官方規格中，主要是定義網頁

(以瀏覽器為基礎)應用程式需要的應用程式介面 (API) ，對

JavaScript 程式的應用範圍有所侷限。為使 JavaScript 能夠在更多

用途發展，CommonJS 規範一組標準函式庫 (standard library) ，

使 JavaScript 的應用範圍能夠和 Ruby 、 Python 及 Java 等語言同

樣豐富。撰寫 NodeJS 的 JavaScript 程式碼，符合 CommonJS 規範，

可以使用 CommonJS API 為基礎開發程式，並且在不同的

CommonJS 兼容 (compliant) JavaScript 執行環境中，程式碼具有可

攜性。如圖 7。

圖 7Node-JS

14

Node-Red 是一個使用瀏覽器介面的強大物聯網 (IoT) 開發工具，其

視覺開發環境以流程 (flows) 為基礎，使應用程式撰寫更加簡易。本

文將探索如何使用 Node-RED 以及 flows 開發 IoT 應用程式。其

程式語言涵蓋範圍相當廣，包含了多種的程式設計風格以及範例。其

中以指令式以及物件導向程式設計主宰這個領域，但也有為生產軟體

以及快速將點子原型化的替代選擇。Node-RED 採取另一種方式來開

發軟體。首先，它是一個視覺開發語言。 Node-RED 致力於流程化程

式設計，替代以逐行的文字語句敘述撰寫程式。這些流程由相連的節

點構成，每一個節點代表特定的功能 (見圖 8)。雖然 Node-RED 是

用來設計物聯網的程式語言，但其應用範圍不限於此。

圖 8 Node -RED開發示範流程

15

2.4.2MySQL

MySQL是一個多使用者、多執行緒的 SQL資料庫伺服器。SQL（結構

化查詢語言）是世界上最流行的和標準化的資料庫語言，它使得儲存、

更新和存取資訊更容易。例如，你能用 SQL語言為一個網站檢索產品

資訊及儲存顧客資訊。簡單一點來說，MySQL是一個資料庫軟體！例

如：你在設計討論區的時候，由於討論的文章會日漸增多，因此就會

有所謂的資料庫處理的情況，MySQL 的目的就是在處理這些由用戶

端傳送來的資料，作有效的編排、建檔、表格化，以便往後更有效率

的查詢、整理。MySQL 是一套小型、精簡、易使用的資料庫伺服器，

可以與 C、C++、Java、Perl、PHP 等語言互相配合，適用於中小型

應用程式。UNIX 平台、WINDOWS NT 和 WINDOWS 95/98等等。

MySQL的特性使用 C和 C++編寫，並使用了多種編譯器進行測試，保

證原始碼的可移植性。支援 AIX、BSDi、FreeBSD、HP-UX、Linux、

Mac OS、Novell NetWare、NetBSD、OpenBSD、OS/2 Wrap、Solar

is、Windows 等多種作業系統。為多種編程語言提供了 API。這些編

程語言包括 C、C++、C#、Delphi、Eiffel、Java、Perl、PHP、Pytho

n、Ruby 和 Tcl 等。支援多執行緒，充分利用 CPU 資源，支援多使用

者。優化的 SQL 查詢演算法，有效地提高查詢速度。既能夠作為一

16

個單獨的應用程式應用在客戶端伺服器網路環境中，也能夠作為一個

庫而嵌入到其他的軟體中。提供多語言支援，常見的編碼如中文的 G

B 2312、BIG5，日文的 Shift_JIS 等都可以用作資料表名和資料列名。

提供 TCP/IP、ODBC 和 JDBC 等多種資料庫連線途徑。提供用於管

理、檢查、優化資料庫操作的管理工具。可以處理擁有上千萬條記錄

的大型資料庫。如圖 9。

圖 9 MYSQL資料庫畫面

17

第三章系統功能介紹

此系統利用: CC2530(ZigBee)、CC2541(BLE)、Raspberry Pi 3，感

測與控制技術，製作這款空氣品質監控裝置:「室內空氣品質監控裝

置(Raspberry PI3)」，透過 BLE、ZigBee、Wi-Fi ，Lora 等通訊網路

連接到手機、雲端伺服機，將環境感測數據(溫濕度、CO2、TVOC、

PM2.5)以及目前狀況，提供民眾查詢與接收警報，掌握室內的空氣

品質。利用查詢功能，讓每個民眾主動接收目前周遭環境的空氣品

質狀態。當空氣品質惡化到一定程度，立即發出警訊，提醒民眾立

即離開，或啟動空調、風扇、空氣清淨機等設備，智慧型手機行動

服務 APP，Raspberry Pi 3，雲端管理平台，建構一個無所不在的空

氣品質監控系統。

室內空氣品質監控裝置，透過 Raspberry Pi3 連接ZigBee節點，將室

內空氣品質狀況，透過樹梅派將監控的數據與地點(GPS/Beacon)上傳

雲端，提供一般民眾查詢與後續分析。

上述空氣品質監控裝置上傳雲端後，除提供一般民眾查詢與紀錄外，

獲得空氣汙染的相關資訊此外雲端做大數據分析，將可提供政府機構

與廠商改善空氣汙染之參考。

在室內的空氣品質監控，除了建置空氣品質監控網路外、還可結合可

18

改善空氣品質的空調設備、如冷氣、風扇、DC 變頻冷風機，建置「互

動式空氣品質監控」系統，應用在大型公共空間(如大賣場、百貨公

司、體育館、醫院、展場…等)。將民眾的舒適感、環境感知變化、

大型空調、與風扇之間產生互動關聯，做最佳化的調變，提供循環良

好與清新的空氣品質，降低空氣汙染的傷害，達到兼顧健康空氣與人

體舒適感的目的。

1.在空調的使用空間中，選擇適當位置配置具有 ZigBee 無線網路節

點的溫濕度、CO2、TVOC、PM2.5環境感測器。

2.使用第三代樹莓派製作空氣品質控制器，透過 ZigBee Gateway、連

接 ZigBee 無線網路，取得環境感知訊號，經智能運算處理，透過紅

外線或藍芽無線傳輸，下達指令給 DC 變頻節能冷風扇，做風量大小

調控、風擺與致冷開關控制。

3. DC變頻節能冷風扇經由紅外線或藍芽無線傳輸接收指令，做風量

大小調控、風擺與致冷開關控制。

4. 空氣品質控制器內建 Linux 作業系統，並安裝 Apache Server

+MySQL，或 Node.js 網路伺服主機，提供電腦或手機上網，監控此

一系統。也可以透過 Wi-Fi 連接外部雲端伺服器做整合型的空氣品質

與溫濕度管理。

19

3.1 室內空氣品質介紹(一)

(1) 「環境感測器」 :

利用五合一氣體品質感測包含溫度/溼度/甲醛(HCHO)/等效二

氧化碳（eCO2）/總揮發性有機化合物（TVOC）。氣體感測器應用上

常用於酒精偵測、可燃性氣體偵測、環境氣體偵測等，在環境空氣檢

測上可用於室內空氣品質的偵測，搭配溫、溼度、氣壓計形成智慧空

調系統，主動調整室內、車內空間的空氣品質，並達到節能與安全維

護的目的，如圖 10。

圖 10 五合一氣體品質感測器

20

3.2 室內空氣品質介紹(二)

(1) 「空氣品質監控系統」:

透過 ZigBee 布建無線網路感測節點的溫濕度、 CO2、 TVOC、

PM2.5環境感測器，樹莓派取得環境感知訊號，經智能運算處理，

透過藍芽無線傳輸，下達指令給 DC 變頻節能冷風扇，做風量大小調

控、風擺與致冷開關控制。並且把環境數據上傳雲端存取資料，進行

資料分析，使用最合適的效能，達到最好的控制效果。如圖 11

圖 11 空氣品質監控系統架構

21

第四章系統硬體與韌體實作

4.1 環境感測器之硬體與韌體實作

4.1.1 硬體實作部分

此裝置在硬體設計上採用 Arduino 的模組版，搭配 CC2530無線感測

模組、五合一氣體品質感測器、粉塵感測模組，製作出這款利用氣體

品質感測氣模組感測環境數據，並以 CC2530發送至 ZigBee Gateway

蒐集環境感測數據。

圖 12 環境感測器硬體架構

22

圖 13 環境感測器實體圖

4.1.2 韌體實作部分

圖 14 環境感測器程式流程圖

23

4.2Zigbee Gateway硬體實作與韌體撰寫

4.2.1 硬體實作部分

ZigBee 閘道器主要功能是接收其他 Zigbee 裝置的無線訊號，透過

UART 與內建 ZigBee 架構的 CC2530相互通訊，便可與 ZigBee 裝置

互相通訊。

圖 15ZigBee模組

圖 16ZigBee Gateway硬體架構與實體圖

24


圖 17ZigBee Gateway程式流程圖

4.3 Raspberry Pi /冷風扇控制硬體實作與韌體

撰寫

4.3.1 硬體實作部份

在室內的空氣品質監控，除了建置空氣品質監控網路外、還可結合可

改善空氣品質的空調設備、如冷氣、風扇、DC 變頻冷風機，建置「大

賣場空氣品質監控」系統，應用在大型公共空間(如大賣場、百貨公

司、體育館、醫院、展場…等)。將民眾的舒適感、環境感知變化、

大型空調、與風扇之間產生互動關聯，做最佳化的調變，提供循環良

好與清新的空氣品質，降低空氣汙染的傷害，達到兼顧健康空氣與人

25

體舒適感的目的。如圖 18。

圖 18 Raspberry Pi /冷風扇控制硬體架構


圖 19 Raspberry Pi /冷風扇控制程式流程圖

26

第五章系統測試與結果討論

5.1 系統測試

為驗證空氣品質監控系統功能，我們設計不同場景作實際的展示，包

括大賣場(大眾公共空間)、居家環境。使用者可攜帶智慧型手機，隨

時可查詢空氣品質狀況，主要場景為:室內(大賣場)：當空氣品質汙

染到達一定程度時，將會啟動空氣清淨機，降低空氣汙染的傷害，並

上傳雲端做記錄。

製作一款空氣品質監控裝置，建構一個良好的品質監控系統。「監控

系統」以使用者為中心，在移動過程中的各種場合節能隨時監控該環

境的空氣品質，提醒該環境並在空氣汙染時隨時提醒。「室內型監控

裝置」使用 ZigBee 網路作空氣品質監控感測節點，Raspberry Pi 作區

域型監控裝置，可立即顯示空氣品質數據獲上傳雲端，當室內空氣遭

受汙染，立即發動警示啟動空氣清淨機。

5.2 結果與討論

為了實現空氣品質監控系統，整個系統需要建置與開發的軟硬體裝

置和程式包括：室內型空氣品質監控裝置、空氣品質雲端監控系統，

詳細說明如下:

27

空氣品質雲端監控系統：在 PC 電腦使用 Apache Server 架設雲端伺服

主機，使用 PHP 程式撰寫雲端空氣品質管理程式。透過 MySQL 資料

庫與手機 APP 介面監控程式連接，可直接查詢各地空氣品質資料。

人們只要使用能連接網際網路的裝置，如個人電腦、平板電腦，手機

上網，都可以透過雲端查詢，做無所不在的空氣品質管理系統。室內

空氣品質控制器內建 Linux 作業系統，並安裝 Apache Server +MySQL，

或 Node.js 網路伺服主機，當室內空氣遭受汙染，立即發動警示啟動

空氣清淨機。利用水冷扇製作空氣品質與溫濕度環境監控裝置，對環

境溫溼度與空氣品質進行監控，提供安全健康場所。本系統運行結果

如圖 22、23。

28

圖 20 空氣濕度實驗圖表

圖 21 空氣溫度實驗圖表

29

第六章結論

本作品使用嵌入式晶片、感測與控制、物聯網技術，製作這款空氣品

質監控裝置：「室內空氣品質監控裝置(Raspberry PI3)」，行動監控結

合雲端共享空氣品質資料，建構空氣品質監控系統。空氣品質監控系

統提供的功能與服務以使用者為中心，針對使用者，提供查詢空氣品

質資料與空氣品質異常警示的服務。這款空氣品質監控裝置涵蓋室內、

室外，建構一個具有淨化室內空氣的「空氣品質監控系統」。

目前空氣汙染已是健康殺手，造成國民健康危害，所以我們製作了這

款室內式空氣品質監控裝置，達到改善室內汙染物的空氣品質監控系

統。

30

參考文獻 1. M. F. M Firdhous; B. H Sudantha; P. M Karunaratne, “IoT

enabled proactive indoor air quality monitoring system for

sustainable health management”, 2017 2nd International

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實務專題報告書 -...

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