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6d50049ccd4ea4c5521dceffade3a666 物聯網(The Internet of Things)的概念是在1999年提出的,它的定義很簡單:就是把所有物品通過無線射頻識別等資訊感測設備,並且將其連接起來,實現自動化識別和管理。

物聯網通過智慧型感測系統、識別技術與雲端運算、廣泛在網際網路的整合應用,被稱為在個人電腦、網際網路之後,全世界資訊產業發展的第三次新革命。物聯網被視為網際網路的進階應用與拓展,應用創新是物聯網發展的核心觀念,使用者使用體驗為核心創新,並且是物聯網發展的核心關鍵要素

以往物聯網(Internet of Things)這個名詞(Term)在國際間普遍認知的是MIT Auto-ID中心Ashton教授,在1999年在研究RFID時最早提出來的觀念。但在2005年國際電信聯盟(ITU)發佈的相關報告中,物聯網的定義和範圍擴展到更大的  而最貼近我們日常生活的就是家庭,近年來各國都在推廣智慧家庭,GfK 公布最新研究調查結果,全球消費者有半數認為未來幾年智慧家庭科技會對生活帶來影響,所以讓家庭中所有的電器都具有智慧性的科技成為當紅炸子雞。

然而所有的電器的共通點,也是最重要的關鍵是:都會用電,所以電量的監控與資料分析,將成為未來巨量資料(Big Data)的分析重點。但是目前已有Dlink廠商開發的「智慧雲插座」等相關產品,但是該產品也未曾將電流將監控的資料揭露出來,更何況將資料傳上雲端,進而分析。

本文要以筆者拙作「Arduino智慧電力監控(監控篇)」(曹永忠, 許智誠, & 蔡英德, 2015d, 2015e)、「Arduino智慧電力監控(手機篇)」(曹永忠, 蔡佳軒, 許智誠, & 蔡英德, 2015a, 2015b)為基礎,使用目前最紅、最夯、最強大的「LinkIt ONE開發版」,該開發板乃是國際大廠:聯發科技股份有限公司開發出來的產品,本身具有Wifi功能、GSM功能、可以GPRS上網、收發簡訊、更具有GPS衛星接收器的功能,本身還具最大容量32G Micro SD卡的插座,這樣強大的開發板,卻比原廠的Arduino Mega 2560還要便宜,如果使用原廠的Arduino Mega 2560加上上述的功能,花費五六千元是免不了的。

所以本文就要以這塊強大無比的LinkIt ONE開發版,來做為「綠色能源之智慧插座」(曹永忠, 許智誠, & 蔡英德, 2015i, 2015j)控制核心,並且整合相關感測器與ThingSpeak雲端平台來進行物聯網的產品設計與開發,-本產品在未來也將導入清水的吳厝國小,由黃朝恭校長主導的綠能校園的主要產品。

硬體組裝

檢核零件清單

由下圖所示,我們開始將所需要的產品材料準備好,再將開發工具(網址:https://github.com/Seeed-Studio/LinkIt-ONE-IDE)準備好,並將手機開發工具與藍牙等設定好之後,我們會在ThingSpeak雲端平台開立帳號與資料Channel,最後在整合LinkIt ONE開發版的程式,完成我們的開發。



(a)塑膠面板 (b)插座


(c)單一插座面板 (d)插座盒


(e)組合式端子台 (f)電源線


(g)含保險絲座 (h)麵包板模組


(i)LINKITONE (j)電池


(k)WCS1800 (l)繼電器模駔


(m)HC-06藍牙模組 (n)單心電線
   
(o)一公一母杜邦線 (p)雙公杜邦線


▲(q)尖頭螺絲 (r)平頭螺絲


(s)螺帽 (t)泡棉膠圖

(圖1)▲智慧電力監控材料一覽

組裝插座

首先,我們將上圖的材料中,先選出如下圖所示之單一插座面板、插座盒、插座、16CM電線二條、塑膠面板等材料挑選出來,先行組裝插座部分。



(a)單一插座面板 (b)插座盒


(c)插座(單入) (d)16CM電線二條

(e)塑膠面板

(圖2)▲組裝插座材料清單

第一步:
我們將取出如上圖(e)與上圖(b),先將上圖(b)的插座盒置於上圖(e)的塑膠面板上方,並使用尖頭螺絲將上圖(b)的插座盒鎖緊於上圖(e)的塑膠面板上方。

第二步:
我們將取出如上圖(a)與上圖(c),如下圖(a) 所示,先將上圖(c) 單入插座置入上圖(a)的插座面板,如下圖(b)所示之插座置入面板,必須要卡緊,且表面要像下圖(c). 所示,插座插入端要在面板上方。

第三步:
我們再將取出如上圖(d) 16CM電線二條,請將每一條電線兩端,剝去約5mm~8mm的外皮後與上圖(c),如下圖(a) 所示,先將上圖(c) 單入插座置入上圖(a)的插座面板,如下圖(d)所示,將一條電線插入插座底部之上方插孔,另一條電線插入插座底部之下方插孔,如下圖(d)所示之狀態,再將二條電線座,如下圖(e). 所示,將電線折90度,往另一方折彎。

第四步:
我們再將取出如上圖(b)的插座盒,選塑膠面板右邊,如下圖(a) 所示,先將上圖(c) 單入插座置入上圖(a)的插座面板,如下圖(d)所示,將一條電線插入插座底部之上方插孔,另一條電線插入插座底部之下方插孔,如下圖(f)所示,將插座盒挖洞之,準備讓電線插過洞。

第五步:
我們再將如下圖(e) 所示之彎曲電線插入如下圖(f)所示之插座盒的孔洞,將一條電線插入插座底部之上方插孔,另一條電線插入插座底部之下方插孔,如下圖(h)所示,並將二條電線一直拉,直到如下圖(i)所示,將下圖(e)的彎曲電線完全置入插座盒。

第六步:
我們再將如下圖(i)之插座盒,取出兩顆尖頭螺絲,如下圖(j)所示,將一顆螺絲鎖於之下圖(i)之插座盒之左方螺孔,另一顆螺絲鎖於之下圖(i)之插座盒之右方螺孔插座盒的孔洞,將兩顆螺絲通通鎖緊,如下圖(k)所示。

第七步:
我們取出上圖(a) 插座面板上蓋面板,將之置於下圖(k)所示之鎖上螺絲的插座盒,使之蓋於上方,完成如下圖(l)之可以通電的插座盒。如此完成本單元所有步驟。

   
 ▲(a)取出插座與面板底板  (b)插座置入面板
   
 (c)插座卡入面板  (d)電線插入插座底部
   
 (e)彎曲電線  (f)插座盒挖洞
   
 (g)插座盒鎖入面板  (h)組合後插座置入插座盒
   
 (i)完全置入插座盒  (j)插上雙邊螺絲
   
 (k)鎖上螺絲  (l)蓋上上蓋面板

(圖3)▲組裝插座

元件組立

本單元要將所需要的零件,組裝成可以運作元件。

保險絲座安裝

 (a)玻璃保險絲  (b)保險絲座
 (c)含保險絲座

(圖4)▲含保險絲座安裝

我們將取出如下圖(a)的玻璃保險絲與下圖(b)的保險絲座,先將下圖(a)的玻璃保險絲置於下圖(b)的保險絲座上方,完成如下圖(c)的含保險絲座的保險座。

麵包板模組組裝

(a)麵包板 (b)麵包板外接電源
(c)麵包板模組

(圖5)▲麵包板模組組裝

我們將取出如下圖(a)的麵包板與下圖(b)的麵包板外接電源,先將下圖(b)的麵包板外接電源置於下圖(a)的麵包板上方,完成如下圖(c)的麵包板模組。

LinkIt ONE 開發版組裝

   
 (a)GPS天線  (b)GSM天線
   
 (c)Wifi天線  (d)電池
 
 (e)天線組立  
 
 (f)電池組立
 
(g)調整電池Jumper
 
(z)LinkIt ONE開發版組裝

(圖6)▲LinkIt ONE開發版組裝

我們將取出如圖(a)的GPS天線、圖(b)的GSM天線、圖(c)的Wifi天線與圖(d)的電池。先將圖(a)的GPS天線、圖(b)的GSM天線、圖(c)的Wifi天線,取出LinkIt ONE開發板,如圖(e)的天線裝置方法。

請注意,裝置次序不能改變,否則有可能損壞LinkIt ONE開發板。

我們將取出如圖(d)的電池,將電池裝置插入LinkIt ONE開發板的左方,如圖(f)所示;為了可以使用電池,我們參考圖(g)紅框處,將LinkIt ONE開發板的BAT_Jumper往下方(Bat)調下面,完成圖(z)所示之LinkIt ONE開發版組裝。

面板組立

到目前我們已經把要的零件,組立為一個一個可以使用的元件,接下來我們要將所有的元件組立在塑膠面板上。

如下圖所示,將所有元件裝置於面板上後,完成綠色能源之智慧插座硬體組裝。

(圖7)▲智慧電力監控組立示意圖

插座組立

▲(a)塑膠面板 ▲(b)插座元件
▲(c)插座組立

(圖8)▲插座組立示意圖

我們將取出如圖(b)的插座元件,將之置於圖(a)塑膠面板的上方,完成圖(c)插座組立。 

端子座組立

我們將圖1 .(e)的組合式端子台,裝置在圖1 .(a)的塑膠面板的右上方,請注意要直立放,並取出尖頭螺絲兩顆,分別鎖在圖1 .(e)的組合式端子台的上、下兩端的螺絲孔,請注意要旋入圖1 .(a)的塑膠面板並且旋緊,完成下圖所示的端子座組立。

(圖9)▲端子座組立

保險絲座組立

我們將圖1 .(g)的含保險絲座,裝置在圖1 .(a)的塑膠面板的右上方,請注意要直立放,並取出尖頭螺絲兩顆,分別鎖在圖1 .(e)的組合式端子台的上、下兩端的螺絲孔,請注意要旋入圖1 .(a)的塑膠面板並且旋緊,完成下圖所示的保險絲座組立。

(圖10)▲保險絲座組立

麵包板組立

我們將圖1 .(h)的麵包板組立台,裝置在圖1 .(a)的塑膠面板的左邊中間,可以使用泡棉膠黏住麵包板背後,完成下圖所示的麵包板組立。

(圖11)▲麵包板組立

LinkIt開發版組立

我們將圖1 .(i)的LinkIt ONE開發版,裝置在圖1 .(a)的塑膠面板的左下方,請注意要橫放,並取出平頭螺絲兩顆,分別鎖在圖1 .(e)的組合式端子台的上、下兩端的螺絲孔,請注意要旋入圖1 .(a)的塑膠面板並且旋緊,完成下圖所示的LinkIt ONE開發版組立。

(圖12)▲ LinkIt開發版組立

繼電器模組組立

我們將圖1 .(l)的繼電器模組,裝置在圖1 .(a)的塑膠面板的右中間,請注意要直立放,並取出平頭螺絲兩顆,分別鎖在圖1 . (a)的塑膠面板的右中間,請注意要旋入圖1 .(a)的塑膠面板並且旋緊,完成下圖所示的繼電器模組組立。

(圖13)▲繼電器模組組立

電流感測器組立

我們將圖1 .(k)的WCS1800電流感測模組,裝置在圖1 .(a)的塑膠面板的右下方,請注意要橫放,並取出平頭螺絲兩顆,分別鎖在圖1 .(a)的塑膠面板的右下方,請注意要旋入圖1 .(a)的塑膠面板並且旋緊,完成下圖所示的WCS1800電流感測模組組立。

(圖14)▲電流感測器組立

藍牙模組組立

我們將圖1 .(m)的藍牙模組,裝置在圖1 .(a)的塑膠面板的中間,可以使用泡棉膠黏住麵包板背後,完成下圖所示的藍牙模組組立。

(圖15)▲藍牙模組組立

電力配線

(圖16)▲AC電源組立圖

如圖所示,我們分為五個步驟來進行電力配線:

第一步:
我們將圖1.(a)的電源線,分別接在圖1.(e)的端子台右側第一格與第四格。

第二步:
我們將圖8.(b)的插座盒之外接的兩條線,分別接在圖1.(e)的端子台左側第一格與第二格。

第三步:
我們將圖1.(g)的 含保險絲座,將其兩端分別接在圖1.(e)的端子台左側第四格與第五格。

第四步:
我們將圖1.(l)的繼電器模組,找出COM端與NC端,分別接在圖1.(e)的端子台右側第五格與第六格。

第五步:
我們將圖1.(k)的WCS1800電流感測模組,取出圖1.(n)的單心電線,一端接在圖1.(e)的端子台左側第六格後,穿過圖1.(k)的WCS1800電流感測模組中的感測線圈(洞)後,再接到圖1.(e)的端子台右側第二格。

完成上述五個步驟後,我們已經將電力插頭的電力,連接上繼電器模組、保險絲模組與WCS1800電流感測模組,如此一來,可以控制插座的供電能力與量測插座的使用電流。

電子電路連接

麵包板插上電源

▲(a)麵包板模組 ▲(b)9V變壓器
▲(c)麵包板插上電源

(圖17)▲麵包板插上電源

我們將取出如下圖(b)的9V變壓器,插於家電的插座上後,將9V輸出端,插入下圖(a) 麵包板模組的電源輸入端,完成下圖(c)之麵包板插上電源。 

開發版共地

▲(a)將linkitGND到麵包板 ▲(b)麵包板接地連將linkitGND
▲(c)開發板共地

(圖18)▲安裝開發版共地

我們將取出一條雙公的杜邦線,一端插在下圖(a)LinkIt ONE開發版的GND腳位,另一端插在下圖(b) 麵包板共地腳位,就是麵包板兩端有兩排的腳位排,將杜邦線接在靠近藍色標示線哪側任一插孔就可以,完成下圖(c)之LinkIt ONE開發版共地的電路。 

安裝繼電器電路

▲(a)繼電器輸入端 ▲(b)繼電器輸入接D13
▲(c)繼電器輸入接法

(圖19)▲繼電器電路安裝

第一步:
我們將取出如下圖(a)的繼電器模組,將 DC+端(+5V/VCC)使用雙公杜邦線插入後,另一端插於如下圖(c)麵包板兩端紅線那邊的插孔;再將 DC-端(GND)使用雙公杜邦線插入後,另一端插於如下圖(c)麵包板兩端藍線那邊的插孔,完成繼電器模組的電力供應。

第二步:
我們將取出如下圖(a)的繼電器模組,將 IN端使用雙公杜邦線插入後,另一端插於下圖.(b)LinkIt ONE開發版的D13腳位(Digital Input Pin 13),完成繼電器模組的控制的電路。

安裝電流感測器電路

(a). 電流感測器輸出 (b). 電流感測器接到 A1

(c). 電流感測器安裝

(圖20)▲電流感測器安裝

第一步:
我們將取出如下圖(a)的WCS1800電流感測器模組,將VCC端(+5V/VCC)使用雙公杜邦線插入後,另一端插於如下圖(c)麵包板兩端紅線那邊的插孔;再將 GND端(GND)使用雙公杜邦線插入後,另一端插於如下圖(c)麵包板兩端藍線那邊的插孔,完成WCS1800電流感測器的電力供應。

第二步:
我們將取出如下圖(a)的WCS1800電流感測器模組,將AOUT端使用雙公杜邦線插入後,另一端插於下圖.(b)LinkIt ONE開發版的A1腳位(Analog Input Pin 1),完成如下圖(c)之WCS1800電流感測器控制的電路。

藍牙與開發版電路安裝

▲(a)藍牙訊號接開發版 ▲(b)藍牙訊號接開發版TXRX
▲(c)藍牙與開發版訊號連接

(圖21)▲藍牙與開發版訊號連接

第一步:
我們將取出如下圖(a)的藍牙模組,將VCC端(+5V/VCC)使用一公一母之母端杜邦線插入後,公端插於下圖(c)麵包板兩端紅線那邊的插孔;再將 GND端(GND)使用一公一母之母端杜邦線插入後,公端插於下圖(c)麵包板兩端藍線那邊的插孔,完成藍牙模組的電力供應。

第二步:
我們將取出如下圖(a)的藍牙模組,將TX端使用一公一母之母端杜邦線插入後,公端插於下圖.(b)LinkIt ONE開發版的RX腳位;再將RX端使用一公一母之母端杜邦線插入後,公端插於下圖.(b)LinkIt ONE開發版的TX腳位,完成藍牙模組的電路。

開發版連接電腦

(a)將Micro USB插入開發板 (b) 插入Micro USB後連接電腦

(圖22)▲開發版連接電腦

我們將取出Micro USB線,將Micro端,如下圖(a)所示,插入LinkIt ONE開發版的Micro輸入端,另一端USB端則插於開發用的電腦USB插孔上,完成開發版連接電腦。 

安裝LinkIt ONE開發版 USB驅動程式

我們到MediaTek LinkIt™ ONE SDK的官網:http://labs.mediatek.com/site/global/developer_tools/mediatek_linkit/sdk_intro/index.gsp

或網址:
https://github.com/Seeed-Studio/LinkIt-ONE-IDE

去下載開發工具SDK,安裝好了之後,也會將LinkIt ONE開發版 USB驅動程式一併安裝完成。

下一篇:用 LinkIt ONE 開發版打造綠能智慧插座-手機程式開發工具介紹 

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