本論文提出可線上即時監測配電變壓器運轉狀態的停電回報系統。運用變壓器端末單元(Transformer Terminal Unit, TTU)結合遠距無線通訊(Long Range, LoRa)，監控配電變壓器供電電壓，並定期回報給資料收集器單元(Data Concentrator Unit, DCU)；當故障發生以及供電電壓低於電力系統臨界電壓時，DCU便會透過配電自動化系統(Distribution Automation System, DAS)既有的光纖通訊網路，通報停電旗標至後端控制中心，提供結合地理資訊達成故障點之快速定位功能，以協助維護人員立即處理故障事故，並藉由LoRa通訊技術，可有效降低設備管理之通訊費用，進一步提昇供電品質。為了驗證本文所提出的停電回報系統，確保DCU是否如預期回報變壓器運轉資料，本文於桃園地區建置示範系統以進行現場實測，驗證其效能。

In this thesis, the power outage reporting system is designed to monitor the operation status of distribution transformer. The Transformer Terminal Unit (TTU) with LoRa (Long Range) communication module is used to monitor the service voltage of distribution transformer and report the voltage data to a Data Concentrator Unit (DCU) periodically. When a fault occurs and the service voltage drops to be less than the threshold voltage, the DCU reports the power outage to the control center using the existing optical fiber communication system of Distribution Automation System (DAS). By virtue of geographical information, the system can quickly locate the place, so as to help maintenance staff deal with the accidents. Owing to LoRa Wireless Technology, the communication expense of device management can be effectively reduced, thus further improving electric power quality. In order to verify the power outage reporting system proposed in this paper and ensure that DCU reports the data as expected, this thesis had set up a demonstration system in Taoyuan to do the measurements and verify its performance.

論文審定書 i
誌謝 ii
摘要 iii
Abstract iv
目錄 v
圖目錄 viii
表目錄 xii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究方法與步驟 2
1.3 論文章節概要 3
第二章 變壓器端末單元與嵌入式系統 5
2.1 前言5
2.2 配電自動化發展現況 5
2.3 變壓器端末單元 9
2.3.1 電能量測單元 10
2.3.2 資料處理單元 16
2.4 嵌入式系統 17
2.4.1 樹莓派介紹 18
2.4.2 Raspbian編譯環境 21
2.4.3 樹莓派啟動程序 22
2.4.4 GCC編譯器 24
2.4.5 嵌入式Linux的核心架構 27
第三章 LoRa無線通訊技術 30
3.1 前言 30
3.2 物聯網 30
3.2.1 低功耗廣域網路 32
3.3 LoRa無線通訊技術 34
3.3.1 通訊調變技術 35
3.3.2 LoRa技術原理 43
3.3.3 安全性 48
3.3.4 LoRa頻段分配 49
3.3.5 LoRaWAN 52
第四章 LoRa通訊模組設計 56
4.1 前言 56
4.2 LoRa晶片模組介紹 56
4.3 通訊單元 58
4.3.1 Modbus通訊協定 58
4.3.2 RS-485通訊介面 65
4.4 電源供應單元 71
4.3.1 超級電容 71
4.5 LoRa通訊模組之硬體整合 77
第五章 停電回報系統之測試與應用 80
5.1 需量反應實測結果分析 80
5.1.1 DCU端 80
5.1.2 TTU端 81
5.2 LoRa通訊距離測試 83
5.2.1 中山大學校園測試 84
5.2.2 高雄鳳山區處測試 85
5.2.3 義守大學測試 87
5.3 資料碰撞測試 88
5.4 高雄大寮區現場簡易系統實測 90
5.5 桃園區處現場實測 92
第六章 結論及未來研究方向 98
6.1 結論 98
6.2 未來研究方向 99
參考文獻 100

[1] 吳錦榮，「整合電流取電模組之智慧故障指示器設計」，國立中山大學碩士論文，民國106年7月。
[2] 王基仲，「應用多代理人支援配電自動化系統復電之研究」，國立高雄應用科技大學碩士論文，民國
98年7月。
[3] LoRa Alliance, https://lora-alliance.org/.
[4] 台灣電力公司，http://www.taipower.com.tw/.
[5] 馬明，「基於ARM的配電變壓器監測終端（TTU）的設計」，華北電力大學碩士論文，民國100年3
月。
[6] 徐偉誠，「電力線載波通訊技術於智慧電網之應用」，國立中山大學碩士論文，民國103年6月。
[7] 羅洪平，「數字信號處理器在配電變壓器終端單元中的應用研究」，重慶大學碩士論文，民國95年4
月。
[8] 尤柏元，「智慧變壓器管理系統」，國立中山大學碩士論文，民國104年6月。
[9] 邱孝淳，「智能化配電變壓器管理系統之設計」，國立中山大學碩士論文，民國102年6月。
[10] 辜德典，「支援智慧電網需量反應之變壓器管理系統」，國立中山大學博士論文，民國101年7月。
[11] 康晉承，「支援智慧型需量反應之數位電表規劃與設計」，國立中山大學碩士論文，民國100年6月。
[12] 黃彥閔，「嵌入式變壓器端末單元之研製」，國立中山大學碩士論文，民國104年7月。
[13] 韋照川、李德明，「嵌入式系統發展概述」，科技信息，2010年，第01期，839頁。
[14] Frank V. and Tony G. Embedded, “System Design: A Unified Hardware /Software Approach”,
University of California, Fall, 1991.
[15] 陳俊強，「嵌入式系统综述」，光纖通信技術，2002年，第12期，13-14頁。
[16] 申超，「基於樹莓派平臺的圖像資料融合技術研究」，中國科學院大學碩士論文，民國105年4月。
[17] Ruth Scehle and Tom Callaway, “Raspberry Pi Hacks”, Post & Telecom Press, 2015.
[18] 台灣物聯科技，https://www.taiwaniot.com.tw/.
[19] 張台，「基於“樹莓派”的快件攬收系統」，福州大學碩士論文，民國105年6月。
[20] Raspbian, https://www.raspbian.org/.
[21] https://ithelp.ithome.com.tw/articles/10129477.
[22] https://github.com/Yradex/RaspberryPi3_OS/wiki.
[23] https://blog.csdn.net/mengxiangjia_linxi/article/details/77882058.
[24] IBM, https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-gccrtl/index.html.
[25] https://read01.com/zh-tw/Qxmda5.html#.WxjtKu6WTDc.
[26] 黃伯超，「LoRa長距離無線感測系統硬體設計」，中華大學碩士論文，民國105年8月。
[27] 劉翰豪，「整合物聯網架構和智慧型家電控制器於能源管理系統之研究」，國立高雄應用科技大學碩
士論文，民國106年6月。
[28] http://wiki.mbalib.com/zh-tw/物联网.
[29] http://technews.tw/2014/12/17/hot-topic-internet-of-thing/.
[30] http://scimonth.blogspot.tw/2014/05/blog-post_3117.html.
[31] 張華顯，「物聯網之資訊安全偵測機制研究-以Snort建置於Raspberry Pi為例」，國防大學碩士論
文，民國105年11月。
[32] http://www.ccut.edu.tw/adminSection/ace/downloads/ch01.pdf.
[33] https://www.digitimes.com.tw/iot/article.asp?cat=158&id=512097.
[34] https://www.leverege.com/.
[35] Yiqiao Wei, Jingjun Chen, and Seung-Hoon Hwang, “IoT survey on LoRa and NB-IoT”，韓國電信協
會冬季綜合會議，301-302, 2017.
[36] Rashmi SharanSinha, YiqiaoWei, and Seung-HoonHwang, “A survey on LPWA technology: LoRa
and NB-IoT”, ICT Express, 2017.
[37] http://www.csie.ntpu.edu.tw/~yschen/course/2012-1/WNMC/ch14.pdf.
[38] Acsip, http://www.acsip.com.tw/.
[39] Semtech Corporation, “Senet Deploys First Low Power Wide Area Network (LPWAN) in North
America for IoT Applications, Based on Semtech LoRaTM RF Platform”,
https://investors.semtech.com/.
[40] 陳倫斌，「無線LoRa在輸電線路監測中的組網設計與實現」，西安理工大學碩士論文，民國106年6
月。
[41] 陳建濱，「應用電力線載波技術於智慧電網需量反應與設備管理」，國立中山大學碩士論文，民國
101年6月。
[42] John Lampe and Zbigniew Ianelli,
“Introduction to Chirp Spread Spectrum(CSS)Technology. Discussion of interesting RF
technology”.Germany, November, 3-13, 2004.
[43] 呂少青、葉乃菁，「網路概論」，文魁資訊。
[44] http://wshnt.kuas.edu.tw/network/s3/d.htm.
[45] 賀松傑，「Lora在智慧農業傳輸層中的應用研究」，河南工業大學碩士學位論文，民國106年5月。
[46] Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Eb/N0.
[47] Paul Pickering，「使用 LoRa 進行開發促成低傳輸率的遠距 IoT應用」，
https://www.digikey.tw/zh/articles/techzone/2017/jun/develop-lora-for-low-rate-long-range-iot-
applications.
[48] http://3smarket-info.blogspot.tw/2017/03/lora-lorawan-iot.html.
[49] 交通部郵電資訊網，http://www.motc.gov.tw/post/home.jsp?id=364&parentpath.
[50] 帥緒廷，「LoRa無線感測系統研製」，臺北城市科技大學碩士學位論文，民國107年1月。
[51] 杜雅萍、蔡孟深，「LoRa無線通訊技術應用於綠色微電網系統」，電力工程研討會，民國106年12
月。
[52] https://www.semtech.com/products/wireless-rf/lora-transceivers/SX1276.
[53] Ascip, “AI1276-401H_SPEC_Ver.D”, 2016.
[54] 吳柏成，「支援智慧型需量反應之數位電表規劃與設計」，國立中山大學碩士學位論文，民國106年7
月。
[55] 陳柏文，「智慧電網通訊閘道器設計及應用」，國立高雄應用科技大學碩士學位論文，民國105年7
月。
[56] 黃韋程，「應用DNP3.0與Modbus通訊協定之再生能源管理系統設計」，國立高雄應用科技大學碩士
學位論文，民國106年7月。
[57] http://chipfish.pixnet.net/blog/post/6535682-[article-collections]-rs485-&-rs232-
簡介.
[58] 蕭佑和，「萬物聯網，淺談IoT低功耗廣域網路趨勢：LoRa、SIGFOX、NB-IoT」，
https://dahetalk.com/.
[59] 「超級電容器在配網終端電源中的特點分析與實踐」，北京合眾匯能科技有限公司。
[60] 亞太電信Gt智慧生活，「新一代無線傳輸技術LoRa」，http://topic.aptg.com.tw/IoT/lora.htm.