整合風向、風速、溫溼度於環控平台(氣象物聯網)

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曹永忠
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具体描述

  這幾年來,社會群眾的環境意識覺醒,對環境的污染與監控,也普遍提高,然而空汙直接影響居民的健康,在群眾自我覺醒的運動中,自造者結合的自造者運動(Maker Movement),影響了許多科技人士,運用感測科技與資訊科技的力量,結合臉書社群的號召,影響了全民空汙偵測的運動,筆者也是加入的先鋒者之一,筆者發現,目前空汙偵測,仍缺少二項資訊,那就是風向與風速等參考資訊,如果這兩項資訊可以加入在環境監控的資訊之中,那在空汙資訊的大數據分析之中,將會將空汙的汙染軌跡數位化,對整個社會,將產生更大的效用。
 
  清水吳厝國小 校長黃朝恭 先生,校址位於台中國際機場邊,也是清水的偏鄉學校,在2017年12月28日啟用逢甲大學校友會捐贈給吳厝國小的「逢甲牛罵頭小書屋」,逢甲大學校友會總會長施鵬賢表示,知識就是力量,希望孩童能從小培養閱讀習慣。
 
  逢甲牛罵頭小書屋出生的緣起,由於逢甲大學建築系在校園發起建築公益活動回饋社會,「逢甲建築小書屋」的想法浮現雛型:到偏鄉部落及有需要的地方為小朋友們蓋書屋,深信「知識就是力量」!「深耕50前瞻100」公益活動,目標偏鄉地區100座小書屋,臺中市清水區鰲峰山上的偏鄉小校,何其有幸能成為逢甲小書屋NO.6-牛罵頭小書屋。
 
  為了能夠讓逢甲小書屋NO.6-牛罵頭小書屋發揮更大的社會公益與學子安全,在第一本書:Ameba風力監控系統開發(氣象物聯網)中,筆者為逢甲小書屋NO.6-牛罵頭小書屋建立了完整的氣象監測的基礎建設,之後筆者與清水吳厝國小校長黃朝恭先生在第二本書:風向、風速、溫溼度整合系統開發(氣象物聯網)中,偕同開發出風向、風速、溫溼度整合系統,所有的人都可以透過網際網路與手機,可以隨時監看風向、風速、溫溼度等氣象資訊,在本書:整合風向、風速、溫溼度於環控平台(氣象物聯網)中,謝宏欽總經理,為美商律美(Lumex) 台灣分公司總經理加入了作者群中,為本書挹注了動態顯示科技技術,讓感測控制器、雲端平台與顯示技術整合並存,讓氣象資訊傳播與分享提升更高的一個層次。筆者相信這樣的整合系統對於學子的健康與社區健康深感重要,鑑於如此,筆者將整個系統開發、建置、安裝與設定等經驗,分享餘本書內容,相信有心的讀者,詳細閱讀之,定會有所受益。
好的,这是一份关于一本名为《整合風向、風速、溫溼度於環控平台(氣象物聯網)》的图书的详细简介。这份简介将聚焦于该书未涵盖的内容,以确保完全符合您的要求,即不包含原书核心主题,并力求自然、详实。 --- 图书简介:《超越氣象數據的邊界:現代工程系統的數據融合與決策優化》 一、 簡介:工程系統的數據異構與決策挑戰 本书并非聚焦于气象数据的采集、传输或单一环境控制平台的整合,而是深入探讨在复杂的现代工业、城市基础设施或智能建筑环境中,多源、异构工程系统数据如何进行有效的清洗、标准化、融合,并最终转化为支撑高层决策的智能分析模型。 当前许多工程实践面临的挑战不再是“如何获取数据”,而是“如何处理海量、不同协议、不同粒度的数据,并从中提取可执行的洞察”。本书将这一过程视为一个跨学科的工程挑战,重点关注数据从“原始信号”到“战略资产”的蜕变过程。 二、 核心议题探讨:超越單一平臺的系統工程視角 本书将系统的分析以下几个关键领域,这些领域通常是独立于特定气象物联网平台构建之外的工程范畴: 1. 數據庫架構的彈性設計與異構數據標準化(NoSQL與時間序列數據庫的實踐應用) 本书将深入分析如何设计适应结构化、半结构化、非结构化数据的弹性数据库架构。重点讨论关系型数据库(RDBMS)在处理高并发写入和复杂关系查询时的局限性,并详细介绍时间序列数据库(如InfluxDB或TimescaleDB)在存储和查询海量工程历史数据方面的优势。 數據清洗與轉換的複雜性: 如何建立健壮的ETL/ELT流水线,处理来自不同生产线或遗留系统的编码差异、时间戳错位和数据缺失问题。 元數據管理(Metadata Management): 构建跨系统的元数据目录,确保不同部门(如维护、运营、财务)对同一物理资产或传感器标识的理解一致性。 2. 邊緣運算與霧計算在大型基礎設施中的部署策略 本书关注的是数据处理的物理位置,而非数据本身的内容。在大型工厂、偏远能源设施或交通网络中,将所有数据回传至云端进行处理是不可行的。 低延遲決策引擎: 如何在边缘设备(如PLC、工业网关)上部署轻量级的机器学习模型或规则引擎,实现毫秒级的本地响应,尤其是在安全、故障检测等关键场景。 資源受限環境下的優化: 探讨如何在计算能力、存储空间和网络带宽受限的边缘节点上,平衡数据预处理的深度与响应速度的需求。 3. 系統安全與數據治理:縱深防禦與合規性框架 在涉及能源、水利或关键制造流程的工程数据中,安全性与合规性是系统的生命线。本书将详细剖析构建工业控制系统(ICS)安全框架的挑战。 縱深防禦模型(Defense-in-Depth): 介绍如何结合网络分段(如Purdue模型)、身份验证(Zero Trust Architecture)和数据加密(传输层与存储层)来构建多层次的安全防护体系。 數據主權與合規性: 讨论不同国家和行业(如GDPR、特定工业标准)对工程运营数据的存储位置、访问权限和审计留存的要求,以及如何设计系统架构来满足这些法规。 4. 供應鏈優化與資產性能管理(APM)的深度融合 本书将分析如何将实时运行数据与供应链信息、财务数据进行交叉分析,以实现资产的生命周期价值最大化。 預測性維護的進階應用: 关注如何利用振动、温度、功耗等多种非气象数据,结合历史维修记录和备件库存水平,来优化维护计划,避免因等待备件而导致的停机损失。 能耗財務模型構建: 探讨如何将设备的运行效率数据(如压缩机或泵的实际效率)与实时电价、生产计划相结合,构建实时成本核算模型,指导运营人员调整工作负荷。 5. 人機互動界面(HMI/SCADA)的認知負荷研究與視覺化設計 本书将从人机工程学的角度,探讨操作人员如何高效地理解和应对来自复杂系统的报警和状态信息。这不再是简单的图表展示,而是关于“信息传递的效率”。 認知負荷最小化設計原則: 研究如何利用颜色、布局和信息密度,确保在紧急情况下,操作员能够快速识别核心问题,避免“信息过载”。 故障情景的模擬與訓練: 介绍如何利用仿真工具(而非实际的物联网数据流)来训练操作员应对罕见但高风险的系统故障场景。 三、 目标读者群 本书面向的读者是那些负责架构设计、数据治理、高级系统集成和工业数字化转型的工程师、项目经理和技术决策者。他们已经熟悉基础的传感器技术和控制逻辑,但需要提升在数据整合、系统安全、跨平台架构设计以及利用数据驱动业务增长方面的能力。本书提供的是一套宏观的、系统层面的工程方法论,用以指导复杂工程生态系统的构建与维护,而非专注于特定环境参数的采集和显示。 --- 总结: 《超越氣象數據的邊界:現代工程系統的數據融合與決策優化》是一本关于复杂系统集成、数据治理、边缘智能部署和高层决策支持的工程专著,它探讨的是如何管理和利用所有类型的工程数据来优化运营和资产价值,而非侧重于单一的“气象物联网平台”的技术细节或数据本身。

著者信息

作者簡介
 
曹永忠 (Yung-Chung Tsao) 
 
  國立中央大學資訊管理學系博士,目前在國立暨南國際大學電機工程學系與應用材料及光電工程學系擔任兼任助理教授與自由作家,專注於軟體工程、軟體開發與設計、物件導向程式設計、物聯網系統開發、Arduino開發、嵌入式系統開發。長期投入資訊系統設計與開發、企業應用系統開發、軟體工程、物聯網系統開發、軟硬體技術整合等領域,並持續發表作品及相關專業著作,並通過台灣圖霸的專家認證
 
  Email:prgbruce@gmail.com
  Line ID:dr.brucetsao
  WeChat:dr_brucetsao
 
  臉書社群(Arduino.Taiwan):www.facebook.com/groups/Arduino.Taiwan/
  Github網站:github.com/brucetsao/
  原始碼網址:github.com/brucetsao/eWind
  台灣圖霸:www.map8.zone
  Youtube:Tsao Bruce
 
黃朝恭
 
  臺中市清水區吳厝國民小學校長。
 
  Email: chaokung@wtes.tc.edu.tw
  作者網站:吳厝的阿恭校長wu-tso-principal.blogspot.com/
  臉書:www.facebook.com/profile.php?id=100002154814193
 
謝宏欽 (Hung-Chin Hsieh)
 
  香港中文大學(CUHK) 企管碩士,曾任職美商半導體測試公司多年,現任美商律美(Lumex) 台灣分公司總經理,專注於  LED元件解決方案、顯示器介面整合與LED相關之客製化產品開發。
 
  Email: richardh@lumex.com.tw
  作者公司網頁:www.lumex.com
 
許智誠 (Chih-Cheng Hsu)
 
  美國加州大學洛杉磯分校(UCLA) 資訊工程系博士,曾任職於美國IBM等軟體公司多年,現任教於中央大學資訊管理學系專任副教授,主要研究為軟體工程、設計流程與自動化、數位教學、雲端裝置、多層式網頁系統、系統整合、金融資料探勘、Python建置(金融)資料探勘系統。
 
  Email: khsu@mgt.ncu.edu.tw
  作者網頁:www.mgt.ncu.edu.tw/~khsu/
 
蔡英德 (Yin-Te Tsai)
 
  國立清華大學資訊科學博士,目前是靜宜大學資訊傳播工程學系教授,靜宜大學資訊學院院長及靜宜大學人工智慧創新應用研發中心主任。曾擔任台灣資訊傳播學會理事長,台灣國際計算器程式競賽暨檢定學會理事,台灣演算法與計算理論學會理事、監事。主要研究為演算法設計與分析、生物資訊、軟體開發、智慧計算與應用。
 
  Email:yttsai@pu.edu.tw
  作者網頁:www.csce.pu.edu.tw/people/bio.php?PID=6#personal_writing

图书目录

自序
目錄
開發板介紹
ESP32 WROOM
NodeMCU-32S Lua WiFi 物聯網開發板
章節小結

使用風速偵測感測器
風速感測器硬體介紹
風速感測器硬體規格
風速感測器組立
風速感測器接腳說明
風速感測器電源與訊號連接
架設風速感測器
風速感測器原廠軟體工具測試
通訊方式
使用AccessPort通訊工具取得風速
解譯風速感測器回傳資料
章節小結

使用風向偵測感測器
風向感測器硬體介紹
風向感測器硬體規格
風向感測器組立
風向感測器接腳說明
風向感測器電源與訊號連接
架設風向感測器
風向感測器原廠軟體工具測試
風向感測器通訊方式
使用AccessPort通訊工具取得風向
解譯風向感測器回傳資料
章節小結

使用溫溼度感測器
溫溼度感測器硬體介紹
工業溫溼度感測模組
溫溼度感測器硬體規格
風向感測器組立
溫溼度感測器接腳說明
風向感測器電源與訊號連接
溫溼度感測器通訊方式
解譯溫溼度感測器回傳資料
章節小結

裝置端系統開發
硬體架構
感測器實體建置
完成氣象感測模組電力供應與資料傳輸連接
使用暨南國際大學412實驗室之雲端主機
氣象站整體架構
建立資料表
將讀取風向感測、風速感測、溫溼度感測器等感測值送到雲端
傳送感測資料程式解說
動態顯示
獨立動態顯示裝置電路設計
獨立動態顯示裝置程式設計
傳送風向、風速、溫溼度等感測值送到MQTT Boker
接收MQTT Boker之風向、風速、溫溼度等感測值並顯示
風向顯示網頁設計
系統整合
章節小結
本書總結

作者介紹
參考文獻

图书序言

  • ISBN:9786263321007
  • 規格:平裝 / 182頁 / 17 x 23 x 1 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣

图书试读

自序
 
  這本書可以說是我的書進入環境監控所寫的物聯網系統整合之專書,由於科技與趨勢,整個產業界由網際網路時代進入了物聯網時代,製造業也汲汲要轉進工業4.0,進入智慧生產的時代,面對未來物聯網的時代,幾乎每個裝置都希望能夠智慧化、自主化與網路化,然而在我們身邊,關係我們最深遠的還是健康相關的議題最為關鍵,當我們面對產業進步,企業發展,科技進步,環境汙染是免不了的副產品,關於環境監控,之前筆者有出版過幾本PM 2.5空汙偵測的空氣盒子相關電子書,由於清水吳厝國小校長黃朝恭先生緣故,在逢甲牛罵頭小書屋出生的緣起,為了深耕學子的健康與社區健康,黃校長建立了完整個氣象監控的基礎建設。
 
  在第一本書:Ameba風力監控系統開發(氣象物聯網)中,筆者為逢甲小書屋NO.6-牛罵頭小書屋建立了完整的氣象監測的基礎建設,之後筆者與清水吳厝國小校長黃朝恭先生在第二本書:風向、風速、溫溼度整合系統開發(氣象物聯網)中,偕同開發出風向、風速、溫溼度整合系統,所有的人都可以透過網際網路與手機,可以隨時監看風向、風速、溫溼度等氣象資訊,在本書中,謝宏欽總經理,為美商律美(Lumex) 台灣分公司總經理加入了作者群中,為本書挹注了動態顯示科技技術,讓感測控制器、雲端平台與顯示技術整合並存,讓氣象資訊傳播與分享提升更高的一個層次。
 
  這十年多以來的經驗分享,逐漸在創客圈看到發芽,開始成長,覺得Maker的自學教育方式,極有可能在未來成為教育的主流,相信我每日、每月、每年不斷的努力之下,未來Maker的教育、推廣、普及、成熟將指日可待。
 
  最後,請大家可以加入Maker的Open Knowledge的行列。
 
曹永忠 於貓咪樂園

用户评价

评分

這本書光聽書名就讓人覺得頭很大,你知道嗎,那種硬核的科技感撲面而來,讓人不禁懷疑,我一個平時只會滑手機追劇的普通讀者,是不是誤闖了什麼電機工程師的研討會現場?不過,仔細想想,現在生活裡的方方面面,從我們早上出門看手機上的天氣預報,到家裡恆溫器自動調整的溫度,哪一件不是跟「風向、風速、溫濕度」這些看似基礎卻又無比精密的數據在打交道?我對氣象物聯網這塊領域的了解,以前就停留在「科技很厲害」的膚淺層面,頂多知道手機App能幫我預測明天會不會下雨。但這本書的命名方式,顯然指向了一個更深、更技術性的探討,它似乎在告訴讀者,這些數據是如何被蒐集、如何被整合,然後變成我們日常生活中可用的「智慧」指令。光是「整合」這兩個字,我就能想像裡面一定充斥著大量的通訊協定、感測器規格,甚至是後端數據庫的架構描述。說真的,這對我來說是個不小的挑戰,感覺就像是硬著頭皮要鑽進去學習一台精密儀器是如何運作的內部邏輯,而不是僅僅學會怎麼按開關而已。但或許,這就是這本書的價值所在,它可能不是寫給一般大眾的「天氣科普」,而是寫給那些想站在技術前沿,真正掌握「控制」未來生活環境的人。我猜,裡面肯定少不了各種圖表、流程圖,那些密密麻麻的專業術語,可能需要我準備好咖啡因和字典才能啃下來。

评分

從台灣這個獨特的地理環境來看,這本書的實用價值應該會被放大好幾倍。想想看,我們這邊多潮濕、颱風季又多,風速變化更是說來就來。一個真正「整合」的環控平台,不能只是被動地應對設定好的參數,它必須具備高度的「預測性維護」能力。也就是說,它不僅要能偵測到當前的風速,還必須能根據氣象局的預報數據,提前幾小時就開始調整建築物的氣密性或空調負載。這就涉及到跨域數據的深度融合——氣象預報數據(宏觀)與即時環境感測數據(微觀)的結合模型。我希望能看到一些關於「模糊邏輯」或「機器學習」如何被用來優化這些決策的章節。例如,系統如何學習在颱風來臨前,以最小的能源消耗,將室內環境調整到最穩定的預備狀態。如果書中能提供一些基於台灣特定氣候情境下的模型調校建議,那將會是極度貼近在地需求的寶藏。畢竟,在國外運行的氣象物聯網系統,搬到台灣來可能因為濕熱環境的差異而完全失靈,所以能看到專門針對本地複雜氣候的優化策略,絕對是這本書的重量級賣點。

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說真的,我對於這種主題的書籍,最期待的就是它能不能把「冰冷」的技術數據,轉化成「有溫度」的應用故事。畢竟,我們看這些氣象數據,最終的目的還是為了讓生活更舒適、更有效率,對吧?如果這本書只是單純羅列各種感測器原理和通訊標準,那未免也太學術氣息濃厚了點,讀起來肯定會讓人昏昏欲睡。我比較好奇的是,它有沒有探討到「邊緣運算」在這類環控系統中的應用?畢竟,如果所有的風速、溫濕度數據都要即時回傳到雲端才能做決策,那延遲性肯定會影響到即時的環境控制效果。想像一下,如果室內濕度突然飆高,系統能否在本地端快速判斷並啟動除濕,而不是等到數據上傳、伺服器運算完畢、再下達指令回來,那時候可能窗戶都發霉了。這種在「地端」與「雲端」之間的權衡與設計哲學,才是真正考驗工程師功力的關鍵。我希望作者能用一些比較生動的案例來闡述,比如在農業溫室、高科技無塵室,或是智能辦公大樓裡,這些「整合」後的平台是如何做到既快速又精準地維持特定環境參數的。如果能看到一些實際的系統架構圖,並搭配實際的數據流向分析,那對我這種偏好視覺化學習的人來說,會是極大的加分。否則,光是文字描述那些協定和演算法,真的很容易讓人迷失在技術的迷宮裡出不來。

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總體來看,這本書似乎是要打造一套「環境控制的交響樂團指揮棒」。風向、風速、溫濕度,這三者並非獨立運作,它們之間存在複雜的耦合效應。舉個最簡單的例子,風速高時,體感溫度就會顯著下降(風寒效應),這時候如果環控系統只是依據溫度計上的數字來加熱,那可能就會造成能源的巨大浪費,因為人體感受到的其實是「冷」。所以,一個優秀的「整合」平台,必須能處理這種多變量之間的相互作用。我猜測,本書的核心價值就在於如何建立一個能夠處理這種非線性、動態變化的數學模型或演算法。我期望看到的不僅僅是硬體的連接指南,更重要的是軟體層面——那個「大腦」是如何思考的。它如何定義「最佳舒適區間」?這個區間是靜態不變的,還是會根據使用者的活動模式(例如白天工作時段、夜晚睡眠時段)動態調整的?如果能深入探討這些「決策邏輯」的建立與優化,那麼這本書就不再只是一本技術手冊,而會成為一本引導未來智能環境設計思維的指南。對於真正想從「數據收集」邁向「智慧決策」的讀者來說,這才是最吸引人的部分。

评分

這本書書名裡的「氣象物聯網」幾個字,立刻讓我聯想到當前物聯網(IoT)的安全問題。畢竟,當我們把家裡的空調、通風系統,甚至是大樓的中央空調都連上網路,並且讓它們依賴一套整合平台來進行「自動化」調控時,安全性就成了一個繞不開的痛點。如果駭客入侵了這個平台,輕則讓你家裡熱到爆炸或冷到結冰,重則可能影響到工業生產線的環境穩定性,那後果不堪設想。所以我非常好奇,這本書在談論「整合」的同時,有沒有深入探討資料加密、設備認證,以及異常行為監測等資安議題?畢竟,一個強大但脆弱的系統,永遠比不上一個稍微簡單但堅固可靠的系統。我期望作者能提供一些針對氣象數據傳輸鏈的安全設計指南,像是選用何種加密演算法比較適合低功耗的感測器,或者在數據異常波動時,系統應該如何自動觸發緊急隔離機制。如果這本書只專注於「功能實現」而忽略了「防禦機制」,那它對實際的工程應用價值就會大打折扣。畢竟,在高度互聯的時代,所有的「便利」背後,都隱藏著巨大的「風險」,而優秀的設計,就是要能預見並化解這些風險。

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