本研究針對傳統液壓電磁閥，開發一種新型的控制及監控模組，其結合智慧型手持裝置及應用程式(App)，並透過藍芽發送無線訊號的方式來控制液壓電磁閥以及受控的液壓缸。該模組主要是由單晶片微電腦控制器、具備藍芽功能的手持裝置以及應用程式(APP)所組成，系統目前已成功應用於開迴路系統的控制及監控，通過藍芽無線傳輸訊號，可以切換液壓電磁閥進而控制液壓缸的運動；此外，本研究所開發的應用程式(APP)亦提供了對液壓缸運動的即時監控功能，並同步利用動畫顯示於手持裝置螢幕。最後，透過實測證實了本文所研發之新型具備藍芽功能之液壓電磁閥是相當成功的，相關的實驗結果也令人滿意。預期未來此具備藍芽控制及監控模組之新型液壓電磁閥將可在工業4.0架構下有更多應用的潛力。
前言
德國在2011年提出工業4.0的概念，將現有的工業技術、售後服務及產品進行整合，其技術基礎建立在智慧感測系統、物聯網(IoT)[1]以及大數據分析之上。另外，液壓系統具有高輸出功率、高效能以及大功率體積比等特點，因此它目前被廣泛應用於現代重工業和自動化設備上。液壓系統的動力單元為液壓泵，主要控制的核心元件為液壓電磁閥，最常見的類型包含：方向控制電磁閥、比例控制電磁閥、流量、壓力控制電磁閥等等，可以用來控制各式液壓缸運動及輸出。隨著技術高度發展，網路通訊也朝向無線化發展，自動化製造進化成智慧化製造，在結合大數據、物聯網、無線通訊之後，製造工廠內各種設備，都能加裝感測器以便蒐集各項數據，藉由無線網路，例如：藍芽(Bluetooth)、Wi-Fi、Zigbee等連接[2]，再利用智慧型手持裝置接收或發送數據，並能回傳至資料庫，如此可以形成大數據(Big Data)。例如：液壓機械內部的油箱，可透過無線網路與其他設備交換訊息，監測目前油箱溫度、油量表指示值等。電磁閥也能透過無線網路與設備交換訊息，甚至能藉由具藍芽功能的手持裝置，控制其運動並能監控其運動狀態，形成一個巨大的網路[3]。最後，透過大數據分析也能找出生產中已出現或潛在的問題，不但能提升後續產能，也可作為廠商預測未來需求的決策工具。
本研究主要目的是開發一種新型藍芽控制及監控模組並結合傳統液壓電磁閥，將微電腦控制器、手持裝置及應用程式(App)整合在一起，進而控制液壓方向電磁閥。其運作原理為，在手持裝置上，透過藍芽發送無線控制訊號，使其能藉由手持裝置達到遠端無線控制以及手持裝置上達到虛實同步等功能需求，倘若未來系統中各個元件都具有此類似模組，則最終在中央控制中心就能以無線的方式去讀取各元件的數據，不但減少線材、減少工安事故，也使系統更智慧化。最後，本文將單晶片微電腦控制器以下簡稱為『微電腦控制器』，智慧型手持裝置則簡稱為『手持裝置』。
微電腦控制器與人機介面
微電腦控制器與藍芽模組
本研究所使用的微電腦控制器(PIC)為美國Microchip所生產的PIC16F18345，是一具有10 bit解析度的類比數位轉換器(ADC)、2個通用非同步收發傳輸器(UART)的32位元單晶片，並具有micro-USB連接阜，可連接電腦，進行重複燒錄程式等[4]。通訊模組使用市面較常見的HC-05藍芽傳輸模組，預設鮑率為9600bps，支援藍芽2.1規範，通訊距離約10~15公尺，藉由非同步收發傳輸器介面將數據進行傳輸，圖1所示為藍芽模組與微電腦控制器之電路接線圖。...更多內容，請見《機械新刊》雜誌。
