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技術專文

圖16、地下電纜PVC管線水平斷裂示意 圖17、地下電纜PVC管線垂直斷裂示意

3 inch PVC pipe 3 inch PVC pipe
400mm HV cable 400mm HV cable
2
2
140CM外牆 140CM外牆

圖18、實心玻璃棒導波管 圖19、PVC管線斷裂最大位移量示意

3 inch PVC pipe
400mm HV cable
2
140CM外牆

接近開關，感應器前端產生電容器 震波物理量 Arduino & LoRa通訊
電場，若有物體通過電容器電場，
可以使用微震感測器做偵測；有超 Arduino控制器具備多功能接腳，
電容感測器測到電容值變化，判斷
音波、震動感測器可使用。因為 如 數 位 I/ O 、 A D C 接 腳 、 PW M
有物體，並可以偵測非導電物體如
PVC管線發生位移、斷裂時，會產 接腳、軟體UART；多功能通訊
塑膠管、土壤。長偵測距離電容感
生聲響與震波；一般使用超音波感 界面如I2C、SPI、UART界面。
測器，需要大面積的感測器前端
測器貼於PVC管壁，但超音波價格 可以堆疊安裝Shields擴充版增加
40mm，無法裝入既有電纜管線剩
昂貴且無法於浸水、泥砂、微生物 Arduino硬體沒有的功能，如馬達
下28mm高度限制。第三種是防水
環境使用。本文使用導波管技術、 控制、GPS、WiFi、Ethernet、USB
的超音波倒車雷達可以偵測距離，
將實心玻璃棒貼置於PVC管線上， Host、液晶顯示器、SD卡或者是
大小在25mm內符合空間限制；但
可將PVC本體產生的聲響與震波藉 麵包板。
管線空間狹小產生超音波回波而無
由玻璃棒傳導 圖18。可於浸水、
法測距。至此距離量測感測方式仍 收集到的資料通常需要運算與資
泥砂、微生物的PVC管線使用，其
無法使用。 料傳輸，加上運算晶片擴充板太
高絕緣強度，在管線發生斷裂壓迫 佔空間，發展整合不同運算晶片
當管線發生彎曲或斷裂，會造成 Y
高壓電纜時，不會造成導電路徑。 的Arduino控制器，如 圖20 7688
軸物理量相對高度改變，如 圖 17 。
玻璃棒末端加上震動感測器，就能
Duo Arduino控制器作為代表；
偵測PVC管發生斷裂時的聲響與震 上層是由MT7688AN 580MHz
Y軸物理量
波，安全傳遞訊號。 CUP做物聯網功能，具有WiFi、
可以用形變相關感測器做偵測；微
X軸物理量，目前感測器皆無法使 Ethernet、USB Host、UART、
動開關、軟片電阻可以使用。第一
用。但透過軟片電阻搭配導波管+ SD卡。下層ATmega32U4提供27
種首先想到的是微動開關，當管
震動感測器，在PVC管線位移情況 組數位 I/O、12組ADC接腳、8組
線發生彎曲時壓下微動開關長金
下，找出差異，仍可以偵測Y軸物 PWM接腳、各1組I2C、SPI通訊界
屬片使其導通，就能知道管線已彎
理量、聲響與震波物理量。發生水 面、2組軟體UART介面。其效能
曲。但微動開關無法長期防水，需
平位移時，受限電纜彎曲半徑，其 足以作為小型Data-Gateway，為
定期更換造成維護成本過高。第二
位移距離如 圖19是綠色範圍是受 Arduino原生的資料收集功能增加
種是軟片電阻，原裝設在機器轉軸 應用範圍及效能。
內部，可以得知彎曲角度；本文將 限制的，在3inch的PVC管中，搭
軟片電阻貼於管壁內部，若管線發 配100mm電纜最大位移量在40mm LoRa是低功率廣域網路(Low
生彎曲可以得知彎曲角度，可判斷 內。因此軟片電阻或是導波管必需 P o w er Wide Are a Ne tw o rk ,
嚴重性與相對應變時間。因此軟片 超過外牆與PVC管交接處40mm以 LPWAN)通信技術中的一種，是
電阻適用於量測電纜管線彎曲或斷 上。才能在位移情況下，偵測Y軸 美國Semtech公司採用和推廣的
裂。 物理量、聲響與震波物理量。 一種基於擴頻技術的超遠距離無

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