本論文以 Microsoft Visual Studio C# 程式語言建立圖形用戶介面，由兩個不同使用性質的介面構成，其一為人機操作介面，負責電腦與獨立型勵磁式風力發電系統的微控制器溝通，通訊模組為通用非同步收發傳輸器，通訊用串列埠採用RS485，設計符合雙邊溝通封包的規格和流程，以及後續封包資訊解析與儲存；另一為資料庫查詢介面，將經由人機操作介面，接收微控制器並存至SQL資料庫的資訊，查詢並顯示於介面上，檢視系統的歷史運轉訊息。
人機操作介面主要劃分為上下區，上區以功能歸類成四個頁面，分別為狀態確認、參數設定、圖形監控、數值監控，下區則是操作區。狀態確認頁面為確認風力發電系統是否已準備就緒啟動；參數設定頁面為設定風力發電系統各種控制策略的PID參數；數值監控頁面為觀察發電機、電池、激磁場、馬達的相關資訊；圖形監控頁面為圖形數據呈現風機、發電機、馬達、電池的相關資訊；操作區為提供搭配圖形監控頁面觀察的文字數據，與具發電機電源品質分析，以及改變風機操作狀態之功能。藉由實驗結果應證人機操作介面可行性，實現系統遠端監控、易於人機互動及具存入資料庫功能。
資料庫查詢介面分為動態查詢頁面、資料表頁面、資料分析頁面。動態查詢頁面採用下拉式選單時間選取、時間軸捲動以及功率圖形點擊，三種方式皆可觸發查詢，以當下選取時間為查詢條件，更新所有控制項顯示的數據，便利的查詢機制，使數據能快速更新，產生動態視覺感；資料表頁面採用傳統Excel欄列的形式呈現，顯示依查詢時間區間內數據；資料分析頁面為統計風力發電系統總能量，及分析電源品質中的諧波失真與功率因素。查詢介面提供後續評估系統狀態功能，分析各項控制參數對於系統狀態的效益，做為調整系統依據，為優化系統不可或缺的一環。

This thesis designs and implements two parts of Graphical User Interface(GUI) which bases on Visual Studio C#. One is used for communication between computer and Microcontroller Unit (MCU) F28069 regarded as Human Machine Interface (HMI), and the other is used for Query which calls Query Interface.
HMI provides SQL database storage and is able to monitor the excited synchronous wind power system by Universal Asynchronous Receiver/ Transmitter (UART) which is used in conjunction with RS-485 communication standard. In order to improve the reliability of data and communicate efficiently, we design specific packet which refers to Modbus protocol.
There are four pages in the top half and an operational area in the bottom half of HMI. These four pages includes “Status Confirmation”, “Parameter Setting”, “Graph Monitoring”, and “Numeric Monitoring”. “Status Confirmation” ensures all equipment are in matching condition; “Parameter Setting” reads and writes PID parameters of control strategies in the wind power system; “Graph Monitoring” shows voltage and current signal in the left oscilloscope, and displays all kinds of power in the right oscilloscope; “Numeric Monitoring” shows numerical information of wind power system in detail. This operational area collocates with the “Graph Monitoring” to show numerical data in term of graphical data, analyzes power factor (PF) and total harmonic distortion (THD), and changes excited generator of control mode. The feasibility of HMI is confirmed by experimental results.
Query Interface on the basis of SQL database contains “Dynamic Query”, “Data Table”, and “Data Analysis” page. “Dynamic Query” features three time-selected searching method which are trigger by scrolling the timeline, choosing item of the drop-down menu, and clicking on the power chart. Convenient mechanisms make searching condition change easily, so every numerical and graphical data is able to update fast, bringing a dynamic vision. “Data Table” in form of Excel table shows the searching data sequentially. “Data Analysis” calculates power of all equipment in time-selected condition and analyzes power quality. Query Interface provides evaluation function which assists the system to adjust optimal parameters.

中文審定書 i
誌謝 ii
中文摘要 iii
Abstract iv
圖次 viii
表次 xi
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與背景 1
1.2 研究方法 2
1.3 論文架構 3
第二章 傳輸通訊架構 4
2.1 使用架構 4
2.2 串列傳輸介紹 4
2.2.1資料傳輸模式 4
2.3 非同步通訊 6
2.3.1通訊緩衝區 7
2.3.2 通用非同步收發器 7
2.4 通訊電路板 8
2.4.1 RS232 9
2.4.2 RS485 11
第三章 獨立型風力發電系統之通訊架構 14
3.1 獨立型風力發電系統架構 14
3.2 微控制器 15
3.2.1微控制器TIS320F28069 15
3.2.2通訊模組 16
3.2.2.1 SCI RX中斷傳輸流程 18
3.2.2.2 RX中斷 18
3.2.2.3 SCI TX中斷接收流程 19
3.2.2.4 TX中斷 19
3.3 儲存資料 20
3.4 封包規劃 25
3.5 通訊流程 27
3.5.1主控端「資料讀取」按鈕事件流程 28
3.5.2主控端「參數讀取」按鈕事件流程 29
3.5.3主控端「參數寫入」按鈕事件流程 30
3.5.4主控端「資料監控」按鈕事件流程 31
3.5.4主控端「操作區」按鈕事件流程 32
3.6 微控制器通訊程式處理 33
3.6.1 接收中斷程式 33
3.6.2 傳輸中斷程式 36
3.6.3 ADC中斷程式 37
第四章 C#人機操作介面 38
4.1 C#程式簡介 38
4.2 程式流程架構 39
4.2.1 使用觀點流程 40
4.3 程式規劃 40
4.3.1 Outer_Communication類別 41
4.3.1.1 通訊規格設定 41
4.3.1.2 封包傳送 42
4.3.1.3 封包接收 43
4.4 視窗規劃 44
4.4.1 登入視窗 45
4.4.2 主控制視窗—狀態確認頁面 46
4.4.3 連接埠視窗 47
4.4.4 主控制視窗—參數設定頁面 48
4.4.5 主控制視窗—數值監控頁面 49
4.4.6 主控制視窗—圖形監控頁面 50
4.4.7 主控制視窗—操作控制區 51
4.4.8 示波器顯示設定視窗 51
4.4.9 使用說明視窗 52
4.4.10 關於系統視窗 52
4.5 傳收溝通流程 53
4.5.1 傳送資料詳細流程 54
4.5.2 接收資料詳細流程 55
第五章 實驗成果 56
5.1 狀態確認成果 57
5.2 參數設定成果 58
5.3 數值監控成果 59
5.4 圖形監控成果 59
5.4.1最佳轉速起動控制策略實驗[22] 59
5.4.2 能量流管理控制策略實驗[22] 61
5.4.3 最佳轉速切離控制實驗[22] 63
第六章 C#資料庫查詢介面 66
6.1 程式流程架構 66
6.2 查詢介面規劃 67
6.2.1 設計概念 67
6.2.2 應用方法分析 68
6.3 查詢介面介紹 70
6.3.1 動態查詢頁面 70
6.3.2 資料表頁面 71
6.3.3 資料分析頁面 72
第七章 結論與未來展望 73
7.1 結論 73
7.2 未來展望 74
參考文獻 75

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[3] 台灣發明專利，發明人：陳遵立及其研究團隊“風力發電系統及其激磁式同步發電機的控制方法”，發明證書發明第 I488425號。期限: 2015~2032.
[4] 美國發明專利，發明人：陳遵立及其研究團隊“Wind Power Generation System and Method for controlling Excitation Synchronous Generator thereof”，發明證書第US 8,853,875 B2號。期限:2014~2034.
[5] 日本發明專利，發明人：陳遵立及其研究團隊“風力発電システム及びその励磁同期発電機の制御方法”，發明證書特許第5636412號。期限: 2014~2034.
[6] 日本發明專利，發明人：陳遵立及其研究團隊“風力発電の励磁同期発電システム及びその制御方法”，發明證書特許第5712124號。期限: 2015~2035.
[7] 中國發明專利，發明人：陳遵立及其研究團隊“励磁同步发电机最大功率追踪控制方法”，發明專利證書第1633667號。期限: 2015~2035.
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[9] Tzuen-Lih Chern, Ping-Lung Pan, Yu-Lun Chern, Wei-Ting Chern, Whei-Min Lin, Member, IEEE,Chih-Chiang Cheng, Jyh-Horng Chou, Senior Member, IEEE, and Long-Chen Chen,” Excitation Synchronous Wind Power Generators With Maximum Power Tracking Scheme “, IEEE Transactions on sustainable energy. October. 2014.
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