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國立勤益科技大學

電子工程系所

【專題成果報告】

以 Arduino 進行溫控設計

指導老師: 曾振東 老師

39913023 侯東昇

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中文摘要

本專題目的在製作於針對溫度進行顯示、自動控制、記錄功用的主題，主要有兩

大功能，第一種是對於溫度能做顯示並且自動控制溫度，第二種是能夠離線紀錄

溫度並儲存在記憶體中，一但將記錄器與電腦相連，它便能透過 USB 阜將資料

傳回電腦或手機上。在溫度控制方面，將溫度預設在 29 度，當溫度超過設定值

時就會利用繼電器驅動風扇進行降溫，以達成溫度控制的作用。在溫度記錄方面

將記錄進來的溫度直進行編碼壓縮以便儲存，讀取時再將資料從記憶體中解碼回

傳到電腦或手機上。本專題針對懼高溫的電子零組件進行自動控制，以延長電子

元件之壽命。

英文摘要

The topic for the purpose of production in a temperature display, automatic control,

recording functions theme, there are two main functions, the first one is to do for

temperature display and automatic temperature control, the second is the ability to record

temperature and stored offline in memory, but the recorder is connected to a computer, it

will be able to Fu through USB data back to the computer or the phone。Temperature

control, the temperature is preset at 29 degrees, when the temperature exceeds a set value

will use the relay to drive the fan for cooling, in order to achieve the effect of temperature

control。In terms of temperature recording

The record came straight compression coding temperature for storage, then the data is read

from the memory to decode back to the computer or mobile phone。

The topic for fear of high temperature electronic components for automatic control, in

order to extend the life of electronic components.

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目錄

中英文摘要

一、 簡介------------------------------------------------------------ 4

1.研究動機

2.方法

3.研究結果

二、 理論------------------------------------------------------------5~7

1.溫度----------------------------------------------------------------------------5

2.流程圖-------------------------------------------------------------------------5

3.電路圖-------------------------------------------------------------------------6

4.公式推導----------------------------------------------------------------------7

三、軟、硬體分析-------------------------------------------------8~20

i. 硬體分析--------------------------------------------------------------------8~14

1. Arduino UNO R3 主控版-------------------------------------------------9

2.LCD1602 顯示器------------------------------------------------------------10~11

3.HC-06 藍芽模組-------------------------------------------------------------12

4.LEG-5 Realy & DC12V 風扇----------------------------------------------13

5. TDC05C310 熱敏電阻器-------------------------------------------------14

ii. 軟體程式 -------------------------------------------------------------------15~20

三、 測試結果

1. 溫度控制器功能-------------------------------------------------------------21~24

2. 溫度紀錄器功能-------------------------------------------------------------25

五、結論---------------------------------------------------------------26

六、參考來源---------------------------------------------------------27

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計算與自動控制

顯示與監控降溫

記錄與回傳資料

一、簡介

1. 研究動機

溫度掌握了電子元件之壽命，而現代科技中電腦與電子系統與人們生活

息息相關，而因電力系統而造成的火災事件也層出不窮，所以在溫度的

監控方面以自動控制為主流，提昇電子用品的耐用性，進而帶給生活上

更多的便利與安全。

2. 方法

3. 研究結果

依照推導後的公式計算後的顯示結果，略高於實際中的溫度，後依誤差值將

溫度向下修正接近實際溫度。而在自動控制方面，Arduino 自動控制後輸出

的訊號電壓電流過低，無法增加足夠的電晶體增益放大電流來驅動風扇，後

將電晶體換成繼電器，並將輸出訊號改成負緣觸發的方式，就成功驅動風扇

進行降溫的動作，使功能趨近完善。

感測元件

溫度控制器

溫度記錄器

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二、理論

1. 溫度

溫度是表示物體冷熱程度的物理量，微觀上來講是物體分子熱運動的劇

烈程 度。溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量，而用來

量度物體溫度 數值的標尺叫溫標。它規定了溫度的讀數起點（零點）和

測量溫度的基本單位。 溫度沒有高極點，只有理論低極點「絕對零度」。

「絕對零度」是無法通過有限步 驟達到的。目前國際上用得較多的溫標

有攝氏溫標（°C）、華氏溫標（°F） 、熱 力學溫標（K）和國際實用溫

標。溫度是物體內分子間平均動能的一種表現形式。 值得注意的是，少

數幾個分子甚至是一個分子構成的系統，由於缺乏統計的數量 要求，是

沒有溫度的意義的。

2. 流程圖

TDC05C310 溫度感測器

Arduino 溫度計算與自動控制

LCD1602 顯示溫度 LEG-5 繼電器

DC12V 風扇

EEPROM 記憶體

手機藍芽或電腦監控阜

溫度控制器功能 溫度記錄器功能

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3. 電路圖

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4. 公式推導

熱敏電阻公式: Rt =Ro * exp(Beta/(T+273) - Beta/(To+273))_____當 To=25oC >> Rt =Ro * exp(Beta/(T+273) - Beta/(298))_______令為 A 式 當 R = 10kΩ

Va = 5*(10k / (Rt + 10k)) Rt = (( 5*10k )/ Va ) – 10k________令為 B 式 因 5 v : 1023 = Va : a 得 a = Va * 1023/5 >> Va = 5a / 1023_________代入 B 式 Rt = ((( 5 * 10k) *1023) / 5a ) -10k >>(( 1023 * 10k ) /a ) – 10k_______代入 A 式 >> ((1023 * 10k) /a) -10k

= 10k * exp((Beta/(T+273)-Beta /298) >> ln(((1023*10k/a)-10k)/10k)+(Beta/298)=Beta/(T+273) >> T+273 = Beta/( ln(((1023*10k/a)-10k)/10k)+(Beta/298)) >>得 T= Beta/( ln(((1023*10k/a)-10k)/10k)+(Beta/298))-273

Va a

R

Rt

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三、軟、硬體分析

i. 硬體分析

品名 圖編

Arduino UNO R3 p.1

LCD 液晶顯示器 1602 p.2

藍芽模組 HC-06 p.3

M1、M2 12V 電腦用冷卻風扇 *2

RL1、RL2 DC 5V 繼電器 LEG-5 *2

R1 熱敏電阻 TDC05C310 :10KΩ ，beta 值=4100 p.4

R2、R3、R4 R2:10KΩ ， R3:510Ω ， R4:3KΩ

所需之原件與裝置清單

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1. Arduino UNO R3 主控版

使用 ATMega 8U2 來當作 USB-對序列通訊，並多了一組 ICSP 給 MEGA8U2 使用：未來使用者可以自行撰寫內部的程式~ 也因為捨棄 FTDI USB 晶片~ Arduino 開發板需要多一顆穩壓 IC 來提供 3.3V 的電源。 控制器核心：ATmega328 控制電壓：5V 建議輸入電(recommended)：7-12 V 最大輸入電壓 (limits)：6-20 V 數位 I/O Pins：14 (of which 6 provide PWM output) 類比輸入 Pins：6 組 DC Current per I/O Pin：40 mA DC Current for 3.3V Pin：50 mA Flash Memory：32 KB (of which 0.5 KB used by bootloader) SRAM：2 KB EEPROM：1 KB Clock Speed：16 MHz

Arduino UNO R3 開發板外觀圖

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2. LCD1602 液晶顯示器

由於許多電子線路必須將內部的狀態資訊顯示到外界，供使用者讀取資

訊，方能夠繼續使用，所以我們必須提供一個可以顯示電子線路內在資訊的顯示

介面，所以我們必須要具備一個獨立的顯示螢幕，方能稱為一個完整的設計。

為了達到這個目的，先行介紹Arduino 開發板常用LCD 1602 ，常見的LCD 1602 是和日立的HD4478011 相容的 2x16 LCD ，可以顯示兩行資訊，每行 16 個字元，它可以顯示英文字母、希臘字母、標點符號以及數學符號。

除了顯示資訊外，它還有其它功能，包括資訊捲動(往左和往右捲動)、顯示

游標和 LED 背光的功能，但是有一些廠商為了降低售價，取消其LED 背光的

功能。

如圖 18 所示，大部分的LCD 1602 都配備有背光裝置，所以大部份具有16 個腳位，可以參考表 5，可以更深入了解其接腳功能與定義：

圖 LCD1602 接腳

LCD 1602 有 4-bit 和 8-bit 兩種使用模式，使用 4-bit 模式主要的好

處是節省 I/O 腳位，通訊的時候只會用到 4 個高位元 (D4-D7)，D0-D3 這

四支腳位可以不用接。每個送到 LCD 1602 的資料會被分成兩次傳送 – 先送

4 個高位元資料，然後才送 4 個低位元資料。

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接腳 接腳說明 接腳名

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3. HC-06 藍芽模組

HC – 06 規格

採用 CSR 主流藍牙芯片，藍牙 V2.0 協議標準

串口模塊工作電壓 3.3V，距離一般有 10 米

波特率默認出廠 9600，用戶可設置。

工作狀態指示，連接與非連接狀態信號輸出，

便於 MCU 對模塊進行狀態跟蹤

核心模塊尺寸大小為：28mm x 15 mm x 2.35mm

工作電流：配對中：30～40mA

配對完畢未通信：2～8mA 通信中：8mA

休眠電流：不休眠

用於 GPS 導航系統，水電煤氣抄表系統，

工業現場采控系統。

可以與藍牙筆記本電腦、電腦加藍牙適配器、

PDA 等設備進行無縫連接

圖 藍芽模組實體圖

藍芽模組(HC-06) Arduino 開發板接腳 解說

TX Arduino Tx 2 連接藍芽 Tx 接腳

RX Arduino Rx 2 連接藍芽 Rx 接腳

5V Arduino pin 5V 5V 陽極接點

GND Arduino pin Gnd 共地接點

表 藍芽模組 HC-06 接腳圖

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4. LEG-5 DC5V Relay 繼電器

繼電器規格

Description:PCB 繼電器

接點形式 : 1 Form C (1PDT)

額定負載 : 120VAC/24VDC/10A

驅動線圈電壓 : 5V DC

Recognized Safety : UL,TUV,CUL

Qutline L*W*H : 19.5*15.8*15

重量 : 9g

圖 LEG-5 實體圖

圖 LEG-5 接腳圖

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5. TDC05C310 熱敏電阻器

熱敏電阻規格

Nominal Resistance at 25°C(Ohms) : 10K Ω Beta Value(± 7%) (°K) : 4100 Max. Permissible Current at 25°C(mA) : 30 Thermal Dissipation Constant(mW/°C) : 6 Thermal Time Constant (Sec.) : 15

圖 TDC05C310 實體圖

6. DC 12V 電腦用風扇

風扇規格

尺寸：40(L) x 40(W) x 10(H) mm 電源：DC12V / 0.8W 接線方式：小 3Pin 線長：約 10 cm

圖 DC12V 風扇

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ii. 軟體程式

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四、測試結果

1. 溫度控制器功能

圖 利用藍芽設定 LCD 溫度顯示

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圖 當實際溫度小於設定溫度

圖 兩風扇處於靜止狀態

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圖 利用手指加熱 設定溫度<實際溫度<(設定溫度+2oC)時 開啟第一顆風扇進行降溫

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圖 以吹風機進行加熱

使實際溫度>設定溫度+2>設定溫度

圖 兩顆風扇同時啟動進行降溫功能

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2. 溫度記錄器功能

先按”1 “設定截取溫度週期 在按”G “開始記錄溫度

按” ? “回報裝置狀態 再按” R “將溫度資料回傳至

手機上

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五、結論

個人認為此專題能整合運用在許多電子系統上，並能使用 LCD 隨時監控溫度變

化，利用風扇能兩段式控制保護對溫度敏感的系統或儀器，並在實際溫度高於設

定時才啟用風扇，不會造成電能不必要的浪費。記錄器方面能自行設定自己想要

的模式狀態後自動進行溫度記錄，之後能隨時隨地讀取記錄間的溫度提供參考，

實現以 Arduino 進行溫度控制之設計。

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六、參考來源

http://www.uei.com.tw/ptdc.pdf //熱敏電阻

http://club.1688.com/article/31960724.html //熱敏

http://coopermaa2nd.blogspot.tw/2011/01/9v-arduino.html //power

http://alex9ufoexploer.blogspot.tw/2013/04/arduino-led.html

//analogRead

http://asil-arduino.blogspot.tw/ //

http://dhcp.tcgs.tc.edu.tw/c/p009.htm //字元與字串

http://fanli7.net/a/JAVAbiancheng/j2ee/2011/0808/101163.html //

字元與字串

http://xonix49.blogspot.tw/2014/11/serialread.html //字元與字串

http://www.robotkoko.com/arduino-converting-a-string-to-a-number/

////字元與字串

http://wiki.geek-workshop.com/doku.php?id=arduino:arduino_langu

age_reference:serial //指令