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工業4.0智慧工廠

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 推薦課程－工業4.0智慧工廠

　　

　　工業4.0即代表智慧工廠的時代來臨，[從需求出發、智慧製造]正是其核心價值。因此物聯網、大數據、雲端、智慧感測與人工智慧正是架構本課程的核心特色。

　　從取代手工→生產線→自動化生產，現今已經抵達了4.0的智慧生產階段！企業力求轉型，所有的製造和工廠資訊都上了雲端，時下最熱門議題，結合工廠實務，物聯網、大數據、雲端、智慧感測與人工智慧，一口氣讓您做好準備挑戰未來！

　　這套為您精心準備的「工業4.0Arduino智慧工廠」教材，包含了學習工廠必用的各式通訊與感測訊號，再與雲端資料庫及LabView實務應用的實做課程，不論您是電子電機或機械相關乃至資通訊類科系，都脫離不了帶領學生進入未來工廠的使命。

　　

　　【相關實作課程內容】

　　

課程主題課程內容
環境監控噪音_啟動LED排燈顯示
火焰_啟動警報
水資源監控液面高度_LCD監視顯示器
溫度_USB/SD資料儲存
衛生監控氣體檢測
生產品管色彩辨識_控制全彩LED
機台維護震動監控_圖表分析 (PWM/Stamplot)
機台改善感測與控制_(I2C)
通訊物聯網手機與Arduino的互動控制_通訊(1)_藍芽
安全監控－防盜通訊(2)_ Zigbee
安全監控－門禁_通訊(3) _RFID
雲端物聯網雲端應用_電流檢測與WiFi設定
雲端應用_利用網頁命令讀取與控制
大數據管理圖表分析管理_溫溼度圖表分析_(Serial/Ecxel作圖)
雲端資料庫應用，含遠端即時資料寫入與讀取以及即時圖表分析
智慧設備(一)App人機介面與控制
智慧設備(二)LabView介紹與Arduino (七段顯示器)
機台改善感測與控制_LabView (I2C)_由加速度計3D模擬飛機或機台擺動姿態
製程品管影像監控_LabView具Camera + PWM控制馬達，並藉由影像判斷，自動追蹤物體

　　

　　【課程規劃】

　　

序號實習單元名稱時數操作設備核心能力/技術項目
1認識Arduino3智慧工廠教學平台微處理器的應用
2Arduino程式語言3智慧工廠教學平台程式語言與邏輯控制
3水資源監控－PH值
應用(1) _啟動LED/警報		3智慧工廠教學平台基本電子學與感測器
4水資源監控－液面高度
應用(2) _LCD監視顯示器		3智慧工廠教學平台基本電子學與感測器
5水資源監控－溫度
應用(3)_USB/SD 資料儲存		3智慧工廠教學平台基本電子學與感測器
6電能監控－電流檢測3智慧工廠教學平台圖表分析(1)_DQA (Excel)
7環境監控－氣象3智慧工廠教學平台圖表分析(2) _Stamplot
8環境監控－火焰3智慧工廠教學平台綜合應用 _即時監控系統
9環境監控－噪音_通訊 _藍芽3智慧工廠教學平台感測器與通訊傳輸
10期中練習與測驗3智慧工廠教學平台教學檢測
11通訊物聯網－手機與_藍芽3智慧工廠教學平台通訊傳輸與無線控制
12通訊物聯網－Zigbee3智慧工廠教學平台通訊傳輸與無線控制
13通訊物聯網－通訊(3) _RFID3智慧工廠教學平台感測器與通訊傳輸
14雲端IOT－電流檢測與WiFi3智慧工廠教學平台認識雲端
15雲端物聯網－網頁命令控制3智慧工廠教學平台雲端實務應用
16大數據管理－圖表分析管理3智慧工廠教學平台雲端實務應用
17期末練習與專題報告13智慧工廠教學平台教學檢測
18期末練習與專題報告23智慧工廠教學平台教學檢測

　　

　　老師可選擇搭配【工業4.0 智慧工廠 _虛擬實境 整合教學系統】建構完整智慧工廠教學與互動展示教室。 另外我們亦提供智慧家庭、智慧農場、雲端綠色能源等特色實務課程，滿足您所需要的特色發展。

　　

歡迎老師與我們洽詢各項開課、教學規劃等應用課程！

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比賽活動：2015 城市盃智慧型自走車競賽

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2015 城市盃智慧型自走車競賽

本競賽活動分為迷宮競速賽、循跡競速賽及足球競技賽等三項比賽，競賽目的以自走車之智慧控制與雲端控制為主軸，鼓勵學生動手設計製作機器人，結合趣味性與發揮運動家之精神，藉此啟發學生學習機器人資、電、機整合技術之興趣，以培養學生實作與創新的能力，並可達到寓教於樂、積極學習與思考創作之教育目標，同時本活動可做為各校師生間切磋與交流的平台，藉以提升國內機器人發展之風氣。

指導單位：臺北城市科技大學

主辦單位：飆機器人_普特企業有限公司、USA Parallax Inc.

承辦單位：臺北城市科技大學工學院、電機系、中華資訊發展應用協會

活動時間/地點/報名方式：

  1. 報名截止日期：104年10月18日（日）
  2. 名單公佈日期：104年10月20日（二）
  3. 測試時間：104年10月24日（六）上午09：00～12：00
  4. 比賽時間：104年10月24日（六）下午13：00～16：00
  5. 比賽地點：臺北城市科技大學
  6. 活動網頁：http://www.match.tpcu.edu.tw/bin/home.php (10/15開始報名)
  7. 報名費用：免費
  8. 競賽資訊聯絡人：
    魏朝鵬 老師
    TEL：02-28943356ext322；
    FAX：02-28943357；
    E-mail：cpwei@tpcu.edu.tw

競賽分組：

迷宮競速賽：

  1. 遠端遙控組 (不限對象)
  2. 人工智慧組 (不限對象)

循跡競速賽：

  1. 高中職組 (限高中職學生)
  2. 大專組 (限大專學生含五專四、五年級學生)

足球競技賽：

  1. 高中職組 (限高中職學生)
  2. 大專組 (限大專學生含五專四、五年級學生)

 

競賽相關規定以臺北城市科大電機系網頁公告為準。

以下對準備材料之補充建議：

相關規定

  1. 基於公平原則，須使用普特企業有限公司所提供的Boe-Bot(BB Car)系列自走車套件：Arduino Boe-Bot(A-BB Car)、BS2 Boe-Bot(B-BB Car)、FPGA Boe-Bot(F-BB Car)、Propeller Boe-Bot(P-BB Car)之套件及Arduino YUN (YBB Car)。並符合以下之限制，並於比賽當天報到時完成檢錄程序，方可參賽。
    1. 車體與馬達(Parallax Continuous Rotation Servo)及輪胎部分均不得改造，可使用Parallax高速連續旋轉伺服機或直流BB車組件，需為普特之組件，胎皮厚度不得超過1mm並保持車體之清潔。
    2. 請參考下圖：
      由左至右分別為A-BB、B-BB。
      ABB BB
      由左至右分別為Y-BB、 F-BB、P-BB。
      YBBFBBPBB
  2. 電力來源不限。
  3. 各組組別與材料使用規範：
    1. 人工智慧組 (不限對象)
      1. 自走車須為自主型，不得以有線或無線方式控制。
      2. 建議使用PING超音波感測器及PING專用旋轉支架與ColorPAL顏色感測器
    2. 遠端遙控組 (不限對象)
      1. 自走車須背負攝影鏡頭及無線遙控裝置，且參賽者須自備電腦於場地外側5m-15m內之距離，藉由自走車傳回電腦之影像來操控自走車。主辦單位得以投影機連接參賽者之電腦，即時播出比賽內容。
      2. 建議使用YBB Car 雲端物聯網環境偵測機器人。
  4. 自走車(含裝設感測器材料)之整體尺寸於靜止狀態時，最大限制為長：25cm，寬：15cm，高：20cm。
  5. 自走車車體不得改裝或加裝其他機構物件(例如：外加導輪、輪架等)，若經裁判判定不符規定，參賽者須拆除後方可參賽。
  6. 比賽當天，若自走車為封閉狀態，參賽者應依主辦單位之要求打開接受檢查。
  7. 自走車若未能完成檢錄程序，即視同比賽棄權。

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智慧生活：老人照護與福祉

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一、相關產業

健身、休閒、智慧生活

二、相關零件

 

三、簡述

這是由飆機器人自行開發與設計的，在智慧生活的方向下，老人福祉與照護是一大課題，本產品整合無線通訊與感測器的應用，並與老人在戶外與室內會需要的功能來開發。

具有以下功能 :

  • Wifi 無線網路遠端控制
  • 老人跌倒預防與警告裝置
  • 事件警告發出簡訊
  • GPS戶外軌跡定位與追蹤
  • Arduino與Zigbee無線感測網路結合
  • 提供完整的教學設備包括現場架設與教育訓練

 

四、功能簡介

利用加速度計偵測老人傾倒、zigbee室內無線通訊、整合警報發送。GPS全球衛星定位系統已經很普遍應用在各種導航或道路指引方面。我們也來利用BASIC Stamp所提供的便利特性, 結合最新流行的Google&trade Earth, 將自製的GPS行動記錄裝置 (不需要攜帶電腦喔 ! )帶在身上, 隨身記下你所走的位置與座標, 並且利用KML語法, 在衛星地圖上顯示你的移動路線。

室內架構

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室外架構

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相關影片

Google earth 設定步驟

BASIC Stamp裝置安裝說明

利用Google maps上傳經緯度KML檔

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智慧生活：保全與服務伴侶機器人

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一、相關產業

健身、休閒、智慧生活

二、相關零件

 

三，簡述

這是由飆機器人自行開發與設計的，在智慧生活的引導下，我們利用一台全向輪車，裝上Kinect 視覺感測器，並且利用超音波感測器輔助，使得這台機器人可以在室內漫遊；透過Zigbee無線方式，主人也可以遙控這台機器人到指定位置。最後，我們將這台機器人的外觀設計成客廳的小茶桌，如此，不但可以作為移動的家具外，也可以包含智慧型機器人的服務、伴侶與保全等三合一的載具。

它具有以下功能 :

  • Zigbee無線網路遙控與結合智慧家庭的自動化控制
  • 智慧型機器人的服務、伴侶與保全等三合一的載具
  • Kinect自動追蹤與避障功能
  • 提供完整的教學設備包括現場架設與教育訓練

 

四，功能簡介

整個智慧生活科技結合許多領域包括電機、資訊、建築、設計、心理、醫學、藝術與人文等方面。本案結合智慧生活、智慧型機器人、遠端監控與Kinect立體視覺感測器的追蹤與避障的功能，設計這台機器人成為適合家庭與導覽用途的機器人。

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相關影片

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智慧生活：室內互動健身腳踏車

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一、相關產業

健身、休閒、智慧生活

二、相關零件

 

三、簡述

這是由飆機器人自行開發與設計的，在智慧生活的方向下，我們創造一台可以在室內騎乘的腳踏車，可以計算出後輪轉速、前輪轉向與心跳指數。同時，將前方螢幕的街景，隨著騎乘的方向與速度控制而切換螢幕影像。

具有以下功能 :

  • Wifi 無線網路遠端控制
  • 手機(Android)藍芽無線連網並與Google街景和Google Map連線
  • 結合智慧型機器人營造整體概念
  • Arduino與Zigbee無線感測網路結合
  • 提供完整的教學設備包括現場架設與教育訓練

 

四、功能簡介

整個智慧生活科技結合許多領域包括電機、資訊、建築、設計、心理、醫學、藝術與人文等方面。

本案在腳踏車的前輪固定一個電子羅盤，利用電子羅盤讀回前輪的旋轉角度，再接上Zigbee無線模組將資料送回電腦。 接著，在腳踏車的後輪設計個可以讀取後輪轉動的編碼器固定點，透過encoder(編碼器)可以讀回後輪旋轉的角度，利用Arduino電路與程式，將轉動量讀回後再透過Zigbee模組送回電腦。

Encoder將讀取到的轉速的數據，傳送給電腦與電子羅盤(CMPS)，當電子羅盤接受到Encoder的訊號，再將電子羅盤的角度傳送給Encoder和電腦，等電子羅盤訊號傳送完畢後Encoder會再把轉速傳送出來&hellip…（在電腦端會一直接受到Encoder與電子羅盤交互傳送的數據）。

電子羅盤CMPS搭配Zigbee(Xbee)做無線傳送電路圖

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成品圖

Encoder搭配Zigbee(Xbee)做無線傳送電路圖

Abik-4

Abik-1

 

 

相關影片

新竹 鄧雨賢紀念館

桃園機場

新竹市展覽館

其他應用

利用Android手機內建的電子羅盤作為腳踏車的前輪轉向訊號，再利用Google雲端技術整合Google 街景與Map功能

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物聯網應用：綠能充電站與RFID整合

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一、相關產業

物聯網 (IOT)、綠色能源、遠端監控

二、相關零件

 

三、簡述

這是由飆機器人自行開發與設計的，提供物聯網的教學應用設備，其內容涵蓋嵌入式系統與控制、感測及通訊等結合的無線感測網路應用，並配合教學展示機器人達成教學與應用的總體實現。

具有以下功能 :

  • RFID 讀寫程式編輯
  • 綠色能源套件組的學習
  • BB car 自走車的機器人完整課程
  • 無線網路教學設備
  • 提供完整的教學設備包括現場架設與教育訓練

 

四、功能簡介

綠能套件包括以太陽能板為感光sensor，可作為追日系統、雙軸追日系統、風力發電等多種非常精彩的綠色能源應用，我們充分利用上述課本內的章節成果，搭配RFID讀取模組與BB car 自走車的控制，來達成一個在未來都市中，人們利用各地的太陽能充電站自動充電，以及完成電動車的加值與扣款程序。

利用Zigbee將各地區充電站的使用訊息，透過網路方式傳至遠端主機機房，智慧型自走車搭載RFID可讀寫系統模擬充電與扣款/登錄等動作，並透過IOT交換訊息。

系統架構，如下說明

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實體圖

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物聯網應用：農場溫濕度監控

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一、相關產業

物聯網 (IOT)、綠色能源、遠端監控

二、相關零件

 

三、簡述

這是由飆機器人自行開發與設計的，提供物聯網的教學應用設備，其內容是在分布在各地的農業場所安裝嵌入式或小型感測器，透過網路Internet將資料送回監控所，讓研究人員可以隨時知道植物的成長過程與掌控分析，

具有以下功能 :

  • 感測器讀取與回傳(感測器教學模組)
  • 無線網路教學設備
  • Zigbee感測網路與教學
  • 提供完整的教學設備包括現場架設與教育訓練

 

四、功能簡介

利用Zigbee將各農場的感測訊號透過網路方式傳至遠端主機機房，並透過IOT交換訊息；一方面可以透過網路監控設施內的環境控制，另一方面可以觀察植物生長的過程。

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物聯網通訊架構，如下說明

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相關組合套件

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智慧家庭(Smart Home)

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一、相關產業

家庭自動化

二、相關零件

 

三、簡述

這是由飆機器人自行開發與設計的，利用Zigbee協定或是業界標準NSTEON或是X10協定所建立的家庭自動化網路。

具有以下功能 :

  • Wifi 無線網路遠端控制
  • 手機(Android)上網無線控制家電
  • 智慧電錶教學系統
  • 智慧保全教學系統
  • 結合智慧型機器人營造整體概念
  • 遠端監控
  • 提供完整的教學設備包括現場架設與教育訓練

 

四、功能簡介

智慧家庭是教育部提倡的智慧生活科技裡面的其中一環，整個智慧生活科技結合許多領域包括電機、資訊、建築、設計、心理、醫學、藝術與人文等方面。我們挑選智慧家庭設備的製作與開發，主要動機來自它包括智慧電表(smart meter)、智慧保全(smart security)、智慧電能(smart energy)、智慧家電、老人照護、智慧聽覺/視覺、遠端通訊與網路控制等，所用的技術包含電子、電機、通訊、電力、光電、建築、設計。

我們可以提供一個簡意且快速架設的展示間將智慧家庭的概念運用在其中，可以讓來賓體驗以下各種情境：

  • 智慧保全 : 我們設置紅外線偵測器可以自動偵測區域內有無人員移動，同時啟動保全機器人自動巡迴居家四周；同時也可以利用RFID技術來做門禁檢查。
  • 智慧電表 : 利用GPRS模組將家用電表的讀值直接無線傳到電力公司
  • 智慧家電 : 利用網頁提供跨平台服務，可以用手機或是遠端電腦控制家電(如冷氣空調、電燈、電鍋烹煮) 也可以利用RF無線方式控制
  • 老人照護 : 利用感測器偵測居家老人是否跌倒，若是跌倒可以透過GPRS發簡訊通知主人
  • 遠端通訊 : 架設GPRS通訊與Wifi無線網路通訊，使資訊可以傳遞到遠方的家人手機，或是由遠方控制家庭自動化的設施。透過網頁介面可以遠端控制以及監看。

智慧家庭設施概念圖：

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無線連網控制

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實體設備圖

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影片介紹：

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防災與遠端監控：水位偵測與GPRS監控

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一、相關產業

防災救災、土木、營建、遠端監控

二、相關零件

 

三，簡述

這是由飆機器人自行開發與設計的，在防災工程中，如何利用感測器測量橋梁下河面的高度以及將河面高度即時傳回端監控站作為災害評估。

它具有以下幾種特色：

  • 橋梁水位的即時監控
  • 資料透過GPRS遠端連網
  • 遠端資料透過MySQL資料庫儲存可隨時監看
  • 使用Arduino嵌入式模組成本低
  • 太陽能充電
  • 可提供教學展式套件

 

四，功能簡介

將三個eTape(液面高度檢測器) 讀取到的數據搭配Arduino與TTL轉RS232模組，傳送給GPRS，再經由GPRS將該數據傳到網路上。

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接到RS232轉接器的細部照片

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接著，將etape sensor連接至載板，etape sensor本身的接頭沒有極性，因此，只要注意順序要對就好

 

將GSM設備上的RXD的線(黃色線)和GND線(黑色線)連結至轉載板(如圖)

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分別將Arduino與GSM設備接上電源

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系統架設完成圖

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在遠端網頁(google 瀏覽器)上看到的成果

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防災與遠端監控：河床砂面深度即時監測

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一、相關產業

防災救災、土木、營建、遠端監控

二、相關零件

 

三，簡述

這是由飆機器人自行開發與設計的，在防災工程中，如何利用感測器測量橋梁下沙面的高度以及將高度即時傳回端監控站作為災害評估。

它具有以下幾種特色：

  • 橋梁水下砂面變化的即時監控
  • 資料透過GPRS遠端連網
  • 遠端資料透過MySQL資料庫儲存可隨時監看
  • 使用BASIC Stamp嵌入式模組成本低
  • 太陽能充電
  • 可提供教學展式套件

 

四，功能簡介

利用步進馬達帶動齒條作為上下運動的機構，我們利用BASIC Stamp控制器，讀取安裝在帶動齒條運動的馬達之後方的編碼器(encoder)，當齒條前方的壓力感測器碰觸到砂面時，會自動回饋一個訊號給控制器，此時控制器讀取當下encoder的移動距離。同時，透過GPRS裝置將訊號傳回遠端控機房。

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實體圖

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內藏攝影機擷取畫面

 

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簡易尺寸圖

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