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IR Multitouch

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整合感測/通訊量測體重 計重檯秤系統成就智慧養殖

因此,在民以食為天的基本民生需求下,若沒有從「食」的來源端來管控或是有一套智慧生產的方式協助的話,飲食的問題就會變成不斷上演食物供需失衡的民生問題。而透過智慧農業的切入,將可逐步改善因天候或是人為所導致的各種問題。加上政府致力於智慧農業的導入與建立,以及大量大數據資料的分析與應用,可望逐漸降低不斷從產品生產過程或民生需求所產生的問題。換言之,在智慧農業中,用來量測飼養的家禽或水禽重量的應用於智慧農業之智慧型計重檯秤系統,就有其被開發的需求。 近年全球人口越來越多,糧食的需求也慢慢增加,同時受到氣候變遷所導致的極端氣候及鄉村人口老化、少子化的影響,導致農牧業人力減少許多。因此,政府開始推動智慧農業,結合無線通訊科技進行資料的蒐集,透過資料的整合及分析,減輕農場作業負擔及降低勞動力需求,建立更有效率的農場經營。其中,關鍵元素與作法包括制定相關農業科技策略,發展農業科技技術跨域整合之創新農業技術,重視農產品衛生安全與營養需求,並運用物聯網(IoT)、雲端運算(Cloud Computing)與大數據(Big Data)等技術,進而提升產品附加價值。 文中將說明整合紅外線觸控框(IR Multitouch)介面與具備RS-232串列介面的傳統計重檯秤裝置,該裝置運用邊緣運算的概念,精準地擷取與收集禽隻的數量與正確體重。最後,再將禽隻的體重與數量結果透過NB-IoT無線通訊模組傳送至網頁上,並紀錄每天禽類體重長成的過程,以了解如何孕育出最佳飼料轉換成禽隻體重的最佳養殖環境。 解決台灣養殖體重測量痛點 製做本系統的目的,是針對國內本土環境所提出的應用。透過智慧禽舍採用的智慧型計重檯秤系統,可以針對不同生長周齡的禽隻進行適合其生長的重量擷取與分析,並將環境綜合資訊及參數收集於資料庫,進行分析與經驗數據累積,提高飼養管理效率與品質,並有效節省人力,邁向智慧化生產與管理。 台灣正在邁向智慧養殖,會使用智慧禽舍來監控家禽或水禽的生長環境與飼養過程。其中,最難收集到的數據就是家禽或水禽的成長體重,因為無法固定禽類的動作與位置,使得禽類的重量數值僅能估算或是常出現誤差值。因此本裝置利用紅外線多點觸控取代影像辨識,來計算禽類的數量,可更準確且方便的偵測禽類的數量。一般影像辨識都需要經過較繁瑣的演算法與軟體分析,技術性較高且花費時間多,還會因為光線等外在因素導致判斷錯誤。而改用紅外線觸控框介面,則可以更快速且方便的取得數量,同時搭配計重檯秤取得重量數據後,即可上傳至網路,農場主人便能隨時隨地查看禽類的生長曲線。 此外,此裝置亦內建各種禽類的成長曲線表,確認所擷取的體重是否超出標準值的上下限,進而確保系統收集到準確的禽類體重。由於不同禽隻類型的成長重量曲線不一樣,因此可以運用指撥開關來設定所飼養的是否為家禽(雞)或水禽(鴨),進而達到智慧化傳統計重檯秤的目標。 紅外線感測取得精準數據 在應用於智慧農業之智慧型計重檯秤系統設計中,使用Holtek HT66F2390微處理器為核心。其中,主要利用紅外線觸控框取得感測資料,再使用NB-IoT模組將資料存入資料庫,供網頁監看與使用。 UART串列介面 UART是一種通用非同步收發傳輸器,通常稱作UART,其為將資料由串列通訊與並列通訊間傳輸轉換。UART通常用在與其他通訊協定(如EIA RS-232)的連結上。在串列傳輸通訊協定的格式內容中,是由四種資料共11個位元所組成,共分為起始位元(Start Bit)、資料內容(Data)、奇偶同位元檢查碼(Priority Bit)、停止位元(Stop Bit)。 如圖1所示,資料透過FIFO(First Input First Output)的方式,由最低有效位元(Least Significant Bit, LSB)開始傳輸直至最高有效位元(Most Significant Bit, MSB),奇偶同位元(PB)可以選擇忽略不使用。在此系統利用計重檯秤 (DHBH-W)的UART串列介面,讀取磅秤上的重量,並以UART將資料傳輸至微處理器解析。最後,再透過NB-IoT無線通訊模組(SIM7020E),以UART做初始化,並將處理後的資料透過NB-IoT無線通訊模組上傳至MQTT伺服器。 圖1 UART資料傳輸格式示意圖 USB通訊協定/人性化介面 由於紅外線觸控框為USB HID人性化介面裝置。因此,須了解USB協定的基本原理。在USB完整的通訊協定中,包含了USB封包、傳輸類型、描述元、裝置要求、群組等USB規格書中相關的協定。唯有遵循此協定,才能執行USB周邊裝置與PC之間的資料傳輸與命令的設定。如下圖2所示,顯示了USB主機端如何與裝置執行通訊協定的傳輸格式。從圖2中,也可看出一個通訊協定所需包含的各種封包與各類型欄位。 圖2 標準USB控制型傳輸 在USB的傳輸中,因不同周邊裝置的類型與應用,訂定了四種的傳輸類型,分別是控制型傳輸(Control Transfer)、中斷型傳輸(Interrupt Transfer)、巨量傳輸(Bulk Transfer)以及等時型傳輸(Isochronous Transfer)。其中,需要特別注意的是慢速裝置僅支援控制型傳輸與中斷型傳輸而已。在USB裝置中,則針對不同裝置的應用特性,個別地執行中斷傳輸、巨量傳輸或等時傳輸。 而USB...
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