【專題報告二】澎湖青灣太陽能WSN多浮標水質感測系統之設計與應用 |
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三、浮標電力系統設計
主次節點浮標之承載設備元件規劃如圖5所示。主節點浮標上所裝設的儀器設備包括水溫計、電導度計、pH值計、光學式溶氧計、光學式濁度計、光學式葉綠素計、ZigBee無線傳輸器、水下攝影器具、水質資料及影像監測主機、GPS模組與天線、及3G無線通訊模組。而次節點浮標上所裝設的儀器設備包括水溫計、電導度計、溶氧計、ZigBee無線傳輸器、水質資料監測主機及GPS模組與天線。 |
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圖5 主浮標(全部)及次浮標(紅粗框)系統承載設備元件規劃圖 |
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經由各承載設備元件之耗電量 (表1),另依據太陽能電池10%之轉換效率以及台灣地區每日平均最高日照時數3小時來計算,主節點浮標需配置容量75AH(註六)之深循環電池3個及3片太陽能板,次節點浮標則各需配置2個電池及2片太陽能板,以便整體電源配置可達到獨立供應之目的。 |
承載設備 |
消耗功率(W) |
消耗電流(AH) |
主浮標 |
次浮標 |
主浮標 |
次浮標 |
水質儀器 |
0.744 |
0.18 |
0.062 |
0.015 |
訊號傳輸設備 |
52 |
27 |
4.33 |
2.25 |
影像設備 |
19.2 |
0 |
1.59 |
0 |
總計 |
71.944 |
27.18 |
5.982 |
2.265 |
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表1 主次節點浮標設備電源消耗計算 |
參、中介軟體架構及通訊流程
各浮標內均搭載2.0GHz CPU、512Mb RAM及4GB CF、Windows XP Embedded之嵌入式GIO主機,配合Labview(註七)程式設計作為ZigBee WSN、水質儀器參數蒐集儲存之控制運用(圖6)。另以ADAM-4117 RS-485資料頡取模組頡取水質儀器輸出之類比訊號轉換成數位訊號輸出,以及電源控制器作為太陽能供電系統之充放電控制、高低電壓斷電保護之用。
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圖6 各節點浮標軟體控制架構圖 |
各水質監測浮標系統之運作流程為3個次節點浮標將測得之水質儀器4~20mA電流輸出訊號,透過ZigBee模組將資料傳至主節點浮標,主節點浮標再將自身所測得之水質儀器4~20mA電流輸出訊號,連同次節點浮標之水質資料再以ZigBee 模組傳送至岸置中繼站,之後以區域網路方式傳送至伺服器中(圖7)。
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圖7 WSN節點浮標資料傳送示意圖 |
伺服器中之中介軟體程式則將各水質儀器電流輸出訊號轉為各水質參數後紀錄至資料庫中。而在各主次節點浮標與岸置中繼站主機中,以及伺服器中皆會儲存所接收之4~20mA電流輸出訊號以為備份,避免直接傳送即時資料無資料備份,如遇通訊中斷時之資料無法傳回資料庫而遺失。 |
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