物聯網在地化科技應用

###### tags: `演講分享` ## 物聯網在地化科技應用 --- ### Outline - ###### IoT是什麼？ CPS又是什麼？ - ###### 你我身邊的物聯網 - ###### 你覺得最實用的物聯網裝置？ - ###### 物聯網設備上雲的好處與風險 - ###### 你想像中的網頁伺服器有多大？ - ###### 實例分享 - 太陽能智慧灌溉系統 - ###### 實例分享 - 物聯網AS-1地震儀 - ###### 實例分享 - 物聯網教具 - ###### 實例分享 - 太陽能發電資訊系統 - ###### 實例分享 - 水池水位控制系統 - ###### 實例分享 - 東專溫室監控 - ###### 實例分享 - 東大地熱發電資訊系統 --- ### 自我介紹 ---- ### 我是誰？ <center><img src="https://i.imgur.com/vZvLOzp.jpg" width=30%></img></center> - 楊承恩 - 蜂蟻物聯工作室軟體工程師 - 臺東大學資訊工程系校友 ---- ### 我的公司？ <center><img src="https://i.imgur.com/U4LoMdj.png" width=30%></img></center> - 蜂蟻物聯工作室 - 物聯網設備開發/服務 - 系統整合應用 Note: - 農業應用 - 養殖場相關控制 - 飯店監控系統 - 自動化控制、感測相關應用 ---- ### 我的工作？ <center><img src="https://i.imgur.com/qZOumzY.jpg" width=20%></img></center> - ~~顧貓~~ - 網頁設計開發(VScode) - UI/UX設計(Figma) - 前後端整合(JS, React, NodeJS) - 雲端平台架設(AWS) Note: - 網頁設計開發，與微控器整合 - 簡介一下使用Figma設計網頁的畫面 - 數據視覺化呈現 - 雲端資料存儲、儀表板呈現 ---- ### 我的興趣？ <center> <img src="https://i.imgur.com/rQaEuJv.jpg" width=31%></img> <img src="https://i.imgur.com/ArucBKx.jpg" width=31%></img> <img src="https://i.imgur.com/TDeD4rS.jpg" width=31%></img> </center> - 軟體技術(JS, NodeJS, React, Docker, Git) - 軟硬體整合(I2C, Modbus, Socket, WebSocket) - 網頁設計(HTML, CSS, SASS, TailwindCSS) - 互動式遊戲設計開發(Unity, UnrealEngine) Note: - JS = JavaScript, 與網頁互動的程式語言，在電商網站中將商品加入購物車這種行為就是JS處理的喔！ - NodeJS, 後端程式語言，舉例下單購買 - React, 前端框架，提高前端開發效率，減少重複造輪子 - Docker, 將程式打包成應用，能在任何有裝docker的地方執行(架構問題除外) - Git, 版本控制軟體，用於管控追蹤程式碼的版本、新增修改紀錄 - I2C, Modbus是硬體通訊介面，尤其Modbus在工業中是最常見的 - Socket, WebSocket 是軟體的通訊介面/協議, 現在我們上網看YT、社交軟體、視訊通話、玩手遊...等等幾乎都是基於Socket來傳輸資料的！ - CSS(Cascading Stylesheets 階層樣式表) - SASS(預處理器、語法擴充、能用變數一次性更換所有區塊的主題、編譯成CSS) - TailwindCSS(CSS Framework、有規範統一的寫法、不用花太多時間想刻板、現在主流的框架之一) - bootstrap(UI Component Library、提供許多現成又好看的UI元件) - Unity(2D、3D遊戲引擎、Ori、Hollow Knight、闇影詩章、神魔之塔、原神、FGO、Pokemon Go) - UnrealEngine(3D遊戲引擎、PUBG 絕地求生、FF7重製版) - 專題採用UE4虛幻引擎開發 - 3D對戰遊戲 - 參考Fate/stay night 動畫中的戰鬥 - 實際參考哪些部分？以目前能力能做到的有哪些？ - 討論如何設計才有特別之處 - 不到一年的時間，如何限縮開發內容 - 以甘特圖控管開發時程 - 最後製作出兩個不同角色(Saber、Lancer)，完成基本對戰、連招、對招、必殺技 --- ### IoT是什麼？ CPS又是什麼？ ---- ### IoT - 物聯網 Internet of Things - 現實世界數位化 - 大數據、雲端運算、邊緣運算 - 感測層、網路層、應用層 - 消費應用、工業應用、農業應用、商業應用、基礎設施應用、軍事應用 Note: - 涵蓋範圍廣，任何透過網路連線的東西都是物聯網的一種 - 晶片性能提升帶動邊緣運算，減輕雲端運算負擔 - 大數據的反例，保單理賠之亂，保險公司利用前幾年疫情尚未爆發時，依據台灣的染疫情形推出保單，讓社會大眾瘋搶，卻因最近染疫快速增加而改變說詞規避理賠 ---- ### CPS - 網宇實體系統(虛實整合系統) Cyber Physical System - 實體數據化 - 智能感知層、訊息挖掘層、網路層、認知層、配置執行層 - 自動化系統 Note: - 強調系統的整合，由感測器及致動器結合 - 自動車系統、醫療監控系統、航空自動駕駛系統 ---- <center><img src="https://i.imgur.com/Xp1lz4d.jpg" width=50%></img></center> ###### 圖片來源：https://www.jeita.or.jp/cps/about/ Note: - 上方的情報社會指的是，每種領域單獨的網路系統已經很成熟，如家用、交通、醫療、物流、商業、能源、個人 - 而在CPS與IoT的技術下，每個領域的資料就能夠融合、交互運用 - 用手機查看交通擁塞狀況 - 家中長輩跌倒感測自動通報醫療單位 ---- #### 消費應用 <center><img src="https://i.imgur.com/tOUjaOo.jpg" width=30%></img> <img src="https://i.imgur.com/jmYLLud.png" width=25%></img> </center> <center><img src="https://i.imgur.com/nOSK4ze.png" width=35%></img></center> ###### 資料來源： google 圖片 Note: - 透過語音助理連上網路，我們能在騎車快到家前用語音控制，讓他提前打開家中的電燈、冷氣、風扇 - 智慧冰箱能透過APP得知裡面放了什麼、調控冰箱溫度、啟動過濾系統、診斷產品問題等 ---- #### 工業應用 <center> <img src="https://i.imgur.com/MxjXBSU.jpg" width=50%></img> <img src="https://i.imgur.com/CtGnBR4.jpg" width=45%></img> </center> ###### 資料來源： google 圖片 - [特斯拉汽車工廠](https://youtu.be/8_lfxPI5ObM?t=190) - [Amazon Robotics](https://youtu.be/Ox05Bks2Q3s) ---- #### 農業應用 <center> <img src="https://i.imgur.com/0lbF44u.jpg" width=48%></img> <img src="https://i.imgur.com/cgVHNPH.jpg" width=45%></img> </center> ###### 資料來源： google 圖片 - [農用植保機](https://youtu.be/_Axk63Q0QBs) - [病蟲害檢測](https://youtu.be/nmLjT0wYr00) Note: - 由於台灣的法規限制，要飛植保機需要有專業認證飛手及飛行許可申請，實際執行上有許多困難 ---- #### 商業應用 <center> <img src="https://i.imgur.com/av17qyF.jpg" width=48%></img> <img src="https://i.imgur.com/kry9cvC.jpg" width=48%></img> </center> ###### 資料來源： google 圖片 - [智慧停車柱](https://decing.tw/smartparking/) - [ETC 電子收費系統](https://blog.xuite.net/komachi275/blog/202911478) Note: - 台北、台南、高雄等地都有分佈 - ETC 泛指系統，etag則是電子標籤用於識別，還會搭配影像辨識車牌做雙重驗證 ---- #### 基礎設施應用 <center> <img src="https://i.imgur.com/2XkOPZg.jpg" width=80%></img> </center> ###### 資料來源： [智慧化之安全資料蒐集與運用](https://www.ttsb.gov.tw/media/4474/%E6%99%BA%E6%85%A7%E5%8C%96%E4%B9%8B%E5%AE%89%E5%85%A8%E8%B3%87%E6%96%99%E8%92%90%E9%9B%86%E8%88%87%E9%81%8B%E7%94%A8-%E9%84%AD%E5%BE%B7%E7%99%BC.pdf) - 北捷物聯網 ---- #### 軍事應用 <center> <img src="https://i.imgur.com/YYnHuSk.png" width=52%></img> <img src="https://i.imgur.com/Yopnj0m.png" width=45%></img> </center> ###### 資料來源： google 圖片 - [MQ-9 死神無人機](https://youtu.be/4wWd5-FnMC0) - [ATR 自動目標識別](https://youtu.be/_pdsZnZLGNs) --- ### 你我身邊的物聯網 ---- #### 智慧電錶 ![](https://i.imgur.com/CkUJIds.png) - NB-IoT、4G LTE Note: - 有裝的話電費比較高 ---- #### 7-11 ibon <center> <img src="https://i.imgur.com/rF2d81a.jpg" width=80%></img> </center> ---- #### Ubike <center> <img src="https://i.imgur.com/JRgkVrU.jpg" width=80%></img> </center> --- ### 你覺得最實用的物聯網裝置？ ---- - 智慧型手機 - 桌電、筆電 - 語音助理 - Nintendo Switch - PS5 - Xbox - 智慧手錶 - 電視盒 - 智慧家電(冷氣、冰箱、掃地機器人) - 寵物自動餵食器 - 網路攝影機 --- ### 物聯網設備上雲的好處與風險 ---- #### 好處 - 隨時取得設備的資訊 - 遠端處理設備問題 - 收集分散各地的大量數據用於分析、決策 - 大量部署有利維護管理 ---- #### 風險 - 資料未正確加密被監聽利用 - 網路資安觀念與技術不足容易導致大量邊緣設備成為攻擊伺服主機的中介([IoT殭屍網路](https://blog.trendmicro.com.tw/?p=69247)) - 部份設備因斷網而無法自主運作 - 維護雲端系統運作需要較多資源 Note: - 網路異常，無法取得異地的感測資料做決策控制 - 建置雲端的廠商不繼續維護怎麽辦？系統還能獨立運作嗎？ --- ### 你想像中的網頁伺服器有多大？ ---- <center> <img src="https://i.imgur.com/RDrJMEM.jpg" width=40%></img> <img src="https://i.imgur.com/sBz3Pg9.jpg" width=48%></img> </center> ###### 資料來源： google 圖片 google 資料中心 ---- <center> <img src="https://i.imgur.com/jXJ9YVD.jpg" width=48%></img> <img src="https://i.imgur.com/mmYWlOu.png" width=45%></img> </center> ###### 資料來源： google 圖片個人電腦、工作站 ---- <img src="https://i.imgur.com/jYrrjaM.jpg" width=75%></img> ###### 資料來源： google 圖片樹梅派 ---- <img src="https://i.imgur.com/dInXtAo.jpg" width=60%></img> ###### 資料來源： google 圖片 BB-E01P ESP8285 ---- {%youtube GxoZEd5C8Is %} ---  ### 知本有機農場 太陽能智慧噴灌系統 ---- #### 功能簡介 - 獨立網頁操作 - 多區排程自動控制 - 空氣溫濕度感測 - 土壤濕度感測 - 壓力感測 - 土壤濕度控制 - 焚風保護 - 馬達保護 - 電源不足自動停機 - 斷電記憶 ---- #### 系統介紹 {%youtube RaHRDXR7rR0 %} ---- #### 手動控制 {%youtube mkUD6l86vFw %} ---- #### 多區排程控制 {%youtube -nD9iS2PJx8 %} ---- #### 壓力感測 {%youtube ViwFKSpjY6c %} ---- #### 雨水感知 {%youtube AOV_zQ1wOcE %} ---- #### 現場操作分享 <img src="https://i.imgur.com/HKQjpRK.jpg" width=40%></img> - 手動控制 - 排程控制 - 雨水感知 - 焚風保護 Note: - 雨水感知停止後需重新切換模式才能觸發焚風保護 ---- #### 需求如何產生的？ - 客戶要買抽水機 - 詢問用途 - 用於農地噴灑 - 為期6個月的農民認證 - 期間每天需從池上-知本往返補水開水噴灑 ---- #### 現場評估 - 約80坪農地 - 葉菜類作物(使用噴灌) - 政府機關無法對供水管線做更動 - 無法提供額外電源 - 水塔與其他學員共用 ---- #### 規劃設計 <center> <img src="https://i.imgur.com/hRxqI7Z.jpg" width=35%></img> <img src="https://i.imgur.com/NjtLN1q.jpg" width=35%></img> </center> - 電源 - 300W太陽能板、12V36Ah鉛蓄電池 - 支撐架 - 角鐵 - 主控箱 - 控制器、訊號放大模組、逆變器、電池、太陽能電源管理器 - 其他元件 - 1/4匹馬力馬達、電磁閥 Note: - 補充水塔另外放置約5噸 ---- #### 符合客戶需求的功能 - 太陽能獨立供電 - 排程多區自動控制 - 雨天停止供水 - 手機操作 - 認證結束後能直接搬回去其他農地使用 Note: - 取代機械式定時器 ---- #### 使用前後資源比較 | | 原本 | 使用後 | |:--------:|:----:|:--------:| | 時間 | 每天 | 一週一天 | | 油錢(月) | 6000 | 800 | ---- #### 後續擴充需求 - 客戶要加種其他作物(瓜果類) - 採用滴灌 - 給水量與噴灌不同 ---- #### 擴充解決方案 - 額外增加一個20公升的小水桶 - 另外增加一個電磁閥將水注入水桶 - 使用原有的排程控制調整水量 - 利用重力讓水桶內的水自然流出 ---- #### 客戶使用回饋 - 一週來補水一次+除草就好 - 希望能追加一些周邊設備來使用太陽能的電 - 畫面操作上不太順 ---  ### 物聯網 AS-1 地震儀 ---- #### 學校現有的AS-1是如何做的？ ---- <center> <img src="https://i.imgur.com/T97lWT9.png" width=50%></img> </center> - 使用三用電錶、示波器、電腦等器材顯示電壓 ---- #### 我們的想法與實現 ---- <center> <img src="https://i.imgur.com/RtJhOZi.jpg" width=50%></img> </center> - 使用壓克力參考AS-1重新設計 - 材料方便取得，可自行DIY列印組裝 ---- <center> <img src="https://i.imgur.com/n4o5YW8.jpg" width=40%></img> </center> - 透過磁鐵與線圈產生電壓(法拉第電磁感應) ---- <center> <img src="https://i.imgur.com/sUEbsTT.jpg" width=40%></img> </center> - 利用ADC量測電壓，並傳送資料至網頁上 ---- <center> <img src="https://i.imgur.com/YZRRH8i.png" width=ㄚ0%></img> </center> - 將資料以折線圖呈現，可以觀察震幅 ---- #### 我們認爲帶來的改變 - 以適當科技加入原有的教材中 - 讓學生用自己的手機去玩 - 提升教材的豐富度 - 拓展多領域的應用 - 加深學生的興趣及印象 ---  ### 台東大學 物聯網教具 ---- #### 網頁即時控制小車 ---- #### 顏色感測 {%youtube -7kajfvzs8I %} ---- #### 顏色辨識停車 {%youtube -b7RsmZxl9Q %} ---- #### 避障移動 {%youtube XWQy9CMFqH4 %} ---- #### 自動化搬運系統 {%youtube KBZ87Y4ZDrM %} ---- #### 太陽光追蹤系統 {%youtube GFqc7d3-tLQ %} ---- #### 自動化溫室監控系統 {%youtube CBhpgMde8MY %} ---  ### 太陽能發電資訊系統 ---- #### 如何提升設備原有功能？ - 原設備 MPPT Solar Charger Controller - 利用RS232讀取Modbus資料 - 將資料發送至網頁上 - 資訊系統使用太陽能供電 ---- #### 如何呈現在網頁上？ <center> <img src="https://i.imgur.com/uXUnqCb.png" width=80%></img> </center> ---- #### 太陽能發電資訊系統 - MPPT SolarPower Monitor {%youtube zWxk_3N8rZ8 %} ---- #### 利用這些資料可以做什麽？ - 分析太陽能轉換效率 - 依據放電狀況分析使用習慣 - 即時檢測充放電狀況 ---  ### 台東水產生物種原庫 水池水位控制系統 ---- #### 功能簡介 - 即時水位顯示 - 滿水位設定 - 低水位設定 - 手動、自動控制電動蝶閥 - 水位異常警報 ---- #### 了解原本的工作模式 - 每週固定需將水池換水 - 人工顧池，一池放水約20~30分鐘 - 有時太忙會忽略放水/補水的進度 ---- #### 現場了解環境與設備 <center> <img src="https://i.imgur.com/AhvC96t.jpg" width=47%></img> <img src="https://i.imgur.com/dfdHP3O.jpg" width=40%></img> </center> - 水池深約1公尺 - 排水管線3英吋，使用手動閥開關 - 控制盤中有24V直流電及110V的交流電 ---- #### 提出解決方案討論 <center> <img src="https://i.imgur.com/WwpTSpe.png" width=35%></img> <img src="https://i.imgur.com/5gcxA69.jpg" width=15%></img> </center> - 使用水位感測器量測即時水位 - 以電動蝶閥取代手動閥進行控制 - 使用手機設定此次換水的滿、低水位 - 水位過低或過高時啟動蜂鳴器警告 ---- #### 開發完後安裝測試 <center> <img src="https://i.imgur.com/znFDFbH.jpg" width=35%></img> </center> <img src="https://i.imgur.com/nyzIS2X.jpg" width=25%></img> <img src="https://i.imgur.com/lh7l9aL.jpg" width=25%></img> ---- #### 水位偵測 {%youtube x8rlT53hVQ4 %} ---- #### 水位控制 {%youtube Eab08-eKfHs %} ---- #### 電動蝶閥 {%youtube nZIaDNH5qRg %} ---- #### 黑色比目魚 {%youtube enVdD9B6Te4 %} Very beautiful, Very powerful ---- #### 客戶提出擴充需求 - 進水量控制 - 水池溫度、含氧量、環境溫度偵測 - 依據偵測資料自動調整水池溫度、氧氣供給 - 排程管理多區水池換水 ---  ### 台東專科 溫室監控系統 ---- #### 來自學生做實驗的需求 - 收集溫室中開啟灑水、風扇、水牆時的溫濕度 - 9個空氣溫濕度偵測點 - 不同時段自動開啟風扇、水牆、灑水 - 數據回傳學校資料庫 - 啟動/關閉時Line通知 ---- #### 溫室控制盤升級 - 利用原本控制盤的接點進行控制 - 使用兩個電磁閥分開控制灑水及水牆的管線 - 站在戶外使用手機設定控制 ---- #### 實際成果 <center> <img src="https://i.imgur.com/f2DVjNg.jpg" width=50%></img> <img src="https://i.imgur.com/ppAdfps.jpg" width=30%></img> </center> ---- #### 東專溫室控制灑水、風扇 {%youtube zdFqs61nxcM %} ---  ### 台東大學 地熱發電資訊系統 ---- #### 功能需求 - 冷熱水溫度、壓力顯示 - 各模組發電電壓、電流、功率顯示 - 資料回傳學校資料庫 ---- #### 規劃設計 - 使用Modbus模組減少開發時間 - 使用PT-100量測水溫 - 使用0.6MPA壓力感測器量測壓力 - 使用DC量測模組量測電壓電流 - 同樣使用ESP8266將資料回傳學校 - 現場可直接與ESP8266連線取得感測資訊 ---- #### 開發成果 <img src="https://i.imgur.com/4czwFS9.jpg" width=40%></img> <center> <img src="https://i.imgur.com/nEXaGGM.png" width=40%></img> <img src="https://i.imgur.com/KZF03hf.png" width=40%></img> </center> --- ### 在地化物聯網應用發想 <center> <img src="https://i.imgur.com/uti2mV2.jpg" width=48%></img></center> - 裝置藝術 - 遊樂園 - 農業 - 智慧燈桿 Note: - 不一定要全部重新開發 - 提昇價值 - 價值最大化 - 擴充原有設備 --- #### Q&A 分享區 <img src="https://i.imgur.com/4JTMO2u.png" width=40%> 點右上角編輯按鈕就可以打上想問ㄉ https://hackmd.io/@BEExANT/HJdOQSiIq --- #### 公司資訊 <img src="https://i.imgur.com/Sfy1Z9B.png" width=40%> ###### 聯絡電話： 089-338555 ###### 地址：臺東縣臺東市中華路四段6號 ###### [FB 粉專蜂蟻物聯工作室](https://www.facebook.com/BEExANTIoTStudio) ###### [YT 頻道](https://www.youtube.com/channel/UCMBt02xuGxPyLvXb8wXy-aQ) --- ## 感謝參與！ <img src="https://i.imgur.com/FHuP7nj.png" width=40%> 此次演講連結請掃QR code