任意方向的風力便可運轉發電的優點 [3] 換言之, 不需要考慮風向問題, 垂直軸風力機不像向水平軸風力機需要調向裝置來迎風, 因為這種風力機的設計結構比較簡單 然而水平軸的風力機則是需要調向裝置等, 在結構上就顯得比較複雜一些 本專題之垂直式風力機為四葉片數, 但是所使用的葉片則是以兩組大小一樣,

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1 小型垂直軸風力發電機 尤思賢陳宗良柳凱傑蕭閔憶指導老師 : 張宗福 夜四技電機四 A 摘要本專題製作主要是研製一座垂直式風力發電機 垂直式風力發電機具更任意方向的風力便可運轉發電的優點 本專題之風力發電機主要是由一組四葉的翼型葉片 一個直流發電機(100W, 100rpm) 一個蓄電瓶 (6V) 及一組充電電路所組成的風力發電系統 另外, 本專題之風力機所使用的葉片是以兩組大小一樣, 但安裝位置呈現高低不同對稱的結構, 此設計的目的, 除了可以增加葉片與風的接觸面積, 進而吸取更多的風能外, 還可以節省材料成本, 這樣的葉片安裝設計為本專題很重要的特色 同時根據葉片的翼形結構, 利用風的氣流所產生之風壓差, 透過垂直軸風力機的葉片帶動, 進而由發電機感應出電壓 因為風力發電機是不會造成污染, 也不會破壞生態, 更重要的是風能具更取之不盡 用之不竭的優點, 亦是再生能源的最好選項之一 一 前言現今的社會國家, 大部份都再提倡節能減碳, 更效的利用綠色資源, 降低溫室氣體對地球的危害 因此, 愈來愈多的國家也開始注重這方面的問題, 利用再生能源變成為未來能源, 這是相當重要的研究課題 風能來自於太陽能, 而風的形成是因為太陽輻射造成地球表面受熱不均, 引起大氣層中壓力分佈不同, 在不同地區會依空氣密度 地形 溫度及緯度的不同而更所不一樣, 於是在空氣壓力差下而造成 空氣的流動, 這就是空氣流動形成的風 簡單的說, 風力機是以太陽為熱源 以大氣為介質的熱轉換的葉片式發電機 風力發電機是將風能推動葉片, 而帶動風輪機進而發電 風能開發利用已更數千年的歷史 最早用於船舶的航行 提水飲用 灌溉 排水造田 磨碎穀物和鋸木等 隨著煤 石油 天然氣等化石燃料越用越少及地球溫室效應等問題, 綠色能源之一的風力發電, 因此受到大家的關注了 現代風能最主要的利用方式, 則是利用風能來發電 近年來, 世界各國的風力發電發展十分迅速,1993 年的容量 16 萬千瓦上昇到 003 年容量 400 萬千瓦, 到 005 年的風力發電容量已達到 6800 萬千瓦 由此可知, 我們對於風力發電的容量需求越來越多, 風力發電也在綠色能源上占了相當重要的部份 [1] 二 風力發電的結構風力發電機的結構一般可以分為葉片 塔架 發馬達等 如下簡略敘述風力發電機結構的相關功能 : 1 葉片 : 因為葉片的翼型結構使得空氣的流動產生阻力和升力的作用下, 進而推動葉片 塔架 : 使發電機轉動時增加抓地力減緩晃動加以穩定旋轉 3 發電機 : 經由葉片轉動所獲得的機械能, 進而帶動發電機產生電力的輸出 風力機又可以分為水平軸式風力機和垂直軸式風力機 由於垂直軸風力機具更 1

2 任意方向的風力便可運轉發電的優點 [3] 換言之, 不需要考慮風向問題, 垂直軸風力機不像向水平軸風力機需要調向裝置來迎風, 因為這種風力機的設計結構比較簡單 然而水平軸的風力機則是需要調向裝置等, 在結構上就顯得比較複雜一些 本專題之垂直式風力機為四葉片數, 但是所使用的葉片則是以兩組大小一樣, 安裝位置呈現高低不同對稱的結構, 換言之, 一組兩片葉片為向上對稱安置, 另一組兩片葉片為向下對稱安置 因此, 葉片與葉片間呈現不同的高低差距, 這樣的設計目的, 除了可以增加葉片與風的接觸面, 進而吸取更多的風能外, 還可以節省材料成本 三 風力發電的原理風力發電機採用空氣動力學原理, 是利用風力帶動葉片旋轉, 就像飛機的機翼一樣, 再透過將旋轉的速度提升, 來促使發電機發電 依據目前的風力發電技術, 大約是每秒三公尺的微風速度 ( 微風的程度 ), 便可以開始發電, 並產生風速在每秒十三至十五公尺時 ( 大樹幹搖動的程度 ) 的輸出力道 風並非 " 推 " 動風輪葉片, 而是吹過葉片形成葉片正反面的壓差, 這種壓差會產生昇力, 令風輪旋轉並不斷橫切風流 風力發電機的風輪並不能提取風的所更功率 根據 Betz 定律, 理論上風電機能夠提取的最大功率, 是風的功率的 59.6% 此外 風力發電設置地點頇風性良好 ( 風期長 平均風速大 風力平穩 ) 且不受遮擋 ; 並考慮地理環境適宜及交通便利, 以減少投資成本並增加出力 一般常設於田埂 河堤 防風林 山脊等, 海邊因不受阻檔亦為極佳之設置場所 如下簡略敘述風力發電機原理的各項特性分析 []: (1) 風力機的輸入功率 風力機的輸入功率 ( P A ), 它的定義是單位時間內穿過風力機掃掠面積的動能, P A 之表示如式子 (1) 所示 1 m V A A V D V (1) t 8 其中 m 為流動空氣的質量 (kg) V 為風速 (m/sec) ρ 為空氣密度 (kg/m3) A 為葉片旋轉面積 (m ) D 為風力機直徑 (m) () 風力機的輸出功率 所更風力發電機的功率輸出是隨著風 力而變的 強風下最常見的兩種限制功率 輸出的方法 ( 從而限制風輪所承受壓力 ) 是失速調節和斜角調節 使用失速調節的 風電機, 超過額定風速的強風會導致通過 業片的氣流產生擾流, 令風輪失速 當風 力過強時, 業片尾部制動裝置會動作, 令 風輪剎車 使用斜角調節的風電機, 每片 葉片能夠以縱向為軸而旋轉, 葉片角度隨 著風速不同而轉變, 從而改變風輪的空氣 動力性能 當風力過強時, 葉片轉動至迎 氣邊緣面向來風, 從而令風輪剎車 風力 機的輸出功率 ( P ) 是指轉變為機械能的 功率, 其式子表示如下 3 C P A V () 其中 a 當 V= 常數,P 正比於 D 的平方, 即風 速一定時, 風力機的輸出功率和風力機 的直徑平方成正比 b 當 D= 常數,P 正比於 V 的立方, 即風 力機的直徑固定時, 風力機的輸出功率 和風速的立方成正比 c 當風力機直徑及風速不變時, 風力機的 輸出功率和 C P 成正比

3 d 當風力機輸出功率和風力機葉片數無關 時, 但卻與空氣密度成正比 (3) 風能利用係數 C P 風能利用係數 C P = 風力機的輸出功率 / 風力機的輸入功率 = P / PA (3) 風能利用係數是表示風力機效率的重 要參數, 它可看出風力機從風中獲得的更 效能量的比例 根據貝茲 (Betz) 理論, 風能 利用係數的最大值為 (4) TSR 風力機的頂端速度比 在風速為 V 時, 風力機葉片尖端的速 度和該風速的比, 稱為頂端速度比 (TSR) 而頂端速度比表示如式子 (4) 所示 R (4) V 其中 ω 為發電機旋轉角速度 (rad/sec) R 為風力機葉片半徑 (m) 由此可知, 頂端速 度比為反映在一定風速下, 風力機轉速高 低的參數, 故又稱高速性係數 (5) 風力機的轉矩係數 風力機的輸出功率 (P) 也可以用風力 機的轉矩與其旋轉角速度的乘積來表示 即 P T (5) 其中 T 為風力機轉矩 (N-m) 已知風力機的輸出功率 所以 C P P A D 8 T R R T V T R A V 其中轉矩係數 3 V 3 V R V C 3 P C P (6) C M T R A V (7) T CM R A V (8) 由式 (8) 可知當風力機的尺寸固定時, 在一 定風速下, C M 是一個可以反映轉矩大小的 係數 四 風力發電機之實作 本專題製作的風力發電機 : 大致上可 分成四大部分一 翼型葉片, 二 發電馬 達, 三 C 型鋼跟角鋼加鐵板焊接的底座 本專題風力發電機之結構是垂直軸 式的風力機, 風力機是以四個葉片所組成, 並安裝在發電馬達的軸承上, 在將馬達安 置在 C 型鋼的底座上頭, 此外翼形葉片是 依據空氣動力學理論設計而成的 如下為 本專題之實作敘述如下 : 本專題之垂直式 風力機為四葉片數, 但是所使用的葉片則 是以兩組大小一樣, 安裝位置呈現高低不 同的對稱結構, 也就是說, 一組兩片葉片 為向上對稱安置, 另一組兩片葉片為向下 對稱安置 雖然對於用在任何風向的環境 下, 其轉換效率係數較水平式風力機為低, 但是比一般具更同樣葉片大小且安裝於對 稱相同高度位置的垂直軸風力機效率高 本專題實作中的發電機的選擇是非常重要 的, 不僅與風能轉換為電能的效率更關, 而且取得材料不易, 所以費了很多時間去 選擇, 經過不斷測試及修正, 最後本專題 選擇低轉速高功率的直流發電機, 以符合 我們的需求, 這也是本專題相當重要的一 部份 其次為風力機的葉片, 葉片的設計 關鍵為形狀 材質 大小會影響受風的阻 力, 進而影響帶動發電機所發出來的電量, 所以翼形葉片是依據空氣動力學理論來設 計的, 其中裡面骨架是用較輕的合成木板 3

4 磨成翼形的形狀, 用來包覆翼型骨架的外殼是用烤漆板, 是用手工包覆製成, 本專題是利用風能作為能量的取得, 由於風力的大小無法掌握, 所以暫以工業電風扇來替代風力 藉由工業風扇所產生的風力轉化成可用的電能來完成發電, 風能透過翼型葉片產生風壓差, 使葉片轉動, 並帶動馬達的轉動進而產生電能, 經由充電電路達到充電效果 圖 1 所示為葉片內部中空安裝骨架時的架構, 圖 所示為翼型葉片的完成體 ; 圖 3 所示為風力發電系統電路, 圖 4 所示為風力發電機的完成品 圖. 翼型葉片的完成體 按鈕開關 保險絲 A 7805 二極體 + - V 8051 LED 圖 3. 風力發電系統電路 圖 1. 葉片之內部安裝骨架時的架構 五 成品簡介本專題風力發電機是使用 100rpm 100 瓦特的直流發電機 即使是用工業用電風扇吹就可以來發電, 成品也比往年來的小台, 本專題之翼型葉片長度為 60 公分, 因為放置上下錯開關係, 能使發電效果接近於四片 80 公分平行放置的葉片所發出來的電, 這樣不僅以節省材料, 而且又能達到很好的發電效果 4

5 六 垂直軸風力機之測試 本專題做了一點簡易的實驗測量, 測試出當風速 0.6(m/s) 時為風力發電機的啟動風速, 而隨著風速越高所發出的電壓也越強, 當我們以風速 7(m/s) 時, 可發出 7.5V 的電壓 ; 如此之感應電壓, 才能更更效地對蓄電池充電 表 1 所示為不同風速之風力發電機之量測數據 表 1. 為不同風速之量測數據 風速 (m/s) 輸出 (V) 4.0 4V 6.5 7V V 七 結論本專題主要是研製一部垂直軸風力發電機, 其中風力機是由四片具更翼形結構的葉片所組成的垂直軸風力發電機系統 利用大自然的資源達到無污染的資源再利用, 風能是一種可以再生 無污染又可就地取材的自然源 在扮演補助性能源及乾淨能源的角色上, 已逐漸受到國際間的認同與肯定 如何更效地加以開發利用實為當今最重要的課題 參考文獻 [1] 劉萬琨 張志英 李銀風 越萍, 風能與風力發電技術, 五南書局 [] 台灣仿真科技更限公司, 風力發電機模擬系統, 使用手冊 [3] 張宗福 林政佑 謝諱承 吳柏霖 高明全, 垂直式風力發電機之研製, 吳鳳科技大學電機學報第六期 圖 4. 本專題風力發電機的完成品 5

6 8051 之小綠人紅綠燈製作 陳志賢涂賴誠林正偉翁天廟指導老師 : 吳文誌 日四技電四 A 摘要本專題我們採用 8051 做為主 IC, 搭配點矩陣電路來執行紅綠燈小綠人動作, 搭配計時繼電器做為外部控制切換的時間 首先我們使用麵包版來接線, 確認電路上沒更錯誤, 可以正常的動作, 之後再來做和接的部分, 外部接線要測試計時繼電器電路是否可以正常動作, 做為紅綠燈的切換動作, 最後再以壓克力板做為外觀整理組合, 讓紅綠燈上更更完整的呈現 關鍵字 :8051 小綠人一 前言 8051 的是個 8 位元 CPU, 更 3 條雙向可獨立定址的 I/O 埠, 內更 4K 程式記憶體 (ROM), 外部可擴充至 64K,4K 程式記憶體 (ROM), 外部可擴充至 64K, 更 個 16 位元計時 / 計數器, 5 個中斷源, 且全雙工的串列通訊埠 (UART), 具更布林運算能力 工作暫存器 : 共更 RB0 RB1 RB RB3 四組工作暫存器庫 每個暫存器庫更 8 個 8 位元暫存器, 分別為 R0 R1 R R3 R4 R5 R6 R7 特殊功能暫存器更一般通用暫存器 : ACC B PSW SP DPTR, 輸出入埠 : P0 P1 P P3, 中斷控制用暫存器 : IP IE, 計時器 / 計數器控制用暫存器 : TH0 TL0 TH1 TL1 TMOD TCON, 串列通訊功能用暫存器 : SCON SBUF, 電源控制用暫存器 : PCON 等 一般通用暫存器更 ACC: 最重要的暫 6 存器, 運算與資料轉移都透過 ACC;PC: 程式計數器, 記載著程式下一個待執行指令位址 ;B 暫存器 : 用於乘法, 除法指令的輔助暫存器 ;PSW 程式狀態字組 : 記錄程式運作時,CPU 各種狀態 ;SP 堆疊指標 : 重置 (RESET) 時, 堆疊指標設為 07H; DPTR 資料指標暫存器 16 位元暫存器, 由 DPH,DPL 兩個 8 位元暫存器組成 8051 輸出入埠接腳 : P0 P1 P P3 埠共 3 支接腳, 電源接腳 :Vcc(+) Vss(-) 共 支腳, 重置接腳 : RESET 共 1 支腳, 外部記憶體控制更關接腳 :EA/Vpp PSEN ALE 共 3 支腳 二 程式碼和動作原理圖 1 所示為 8051 控制點矩陣的控制電路 依據電路圖接線以外, 另外還更程式碼的部分最為重要, 綠燈的部分我採用組合語言來撰寫, 紅燈的部份則以 C 語言來攥寫 圖 1. 點矩陣控制電路資料來源 : 例說 8051 ( 張義和 陳敵北編著 )

7 綠人的部份以組合語言來寫程式, 程 式碼如下 :.ORG 0 START: MOV DPTR,#DATA_T MOV R0,#35 ; 將所要 顯示的字數加四, 即為 R0 之預設值. STA_1: MOV R,#3 ; 一個畫 面所顯示的次數 SHOW: MOV R3,#0 MOV R4,#0 ; 行掃 描解碼 SHO_0: MOV P3,#00H MOV A,R3 MOVC A,@A+DPTR MOV P,A MOV P3,#01H MOV P1,R4 INC R3 MOV P3,#00H MOV A,R3 MOVC A,@A+DPTR MOV P,A MOV P3,#0H MOV P1,R4 LCALL DEL ; 延時 MOV P,#FFH MOV P3,#03H INC R3 INC R4 SHO_1: CJNE R3,#3,SHO_0 DJNZ R,SHOW DJNZ R0,STA_1 LJMP START ;--- 小綠人動作一 --- DATA_T:.DB FBH,9EH 7

8 .DB 71H,9EH.DB 01H,AFH.DB 0BH,C7H.DB 1FH,F8H.DB DFH,FCH.DB 9FH,FBH.DB 3FH,F6H.DB 7FH,A7H.DB FFH,8FH.DB FBH,9EH.DB 71H,9EH.DB 01H,AFH.DB 0BH,C7H.DB 1FH,F8H.DB DFH,FCH.DB 9FH,FBH.DB 3FH,F6H.DB 7FH,A7H.DB FFH,8FH DELAY: MOV R7,#5 DEL_0: DJNZ R7,DEL_0 RET DEL: MOV R5,#1 DEL0: MOV R6,#100 DEL1: MOV R7,#3 DEL: DJNZ R7,DEL DJNZ R6,DEL1 DJNZ R5,DEL0 RET.END 由於小綠人一共是由 18 個連續動作所組成, 程式編碼更 18 個圖,18 個圖片編碼將在最後的附錄 ( 一 ) 紅燈的人物部份以 C 語言來寫程式, 程式碼如下 : #include <reg51.h> #define ROWP P // 輸出列接至 P #define COLP P1 // 掃瞄行接至 P1 #define repeat 30 // 掃瞄 30 週, 約 1m*16*30 =0.48 秒 sbit Hi = P3^1; // 宣告 Hi 栓鎖信 號位置 sbit Lo = P3^0; // 宣告 Lo 栓鎖信 號位置 //========== 圖型 ============= unsigned char code d[1][][16]={ { { 0x00, 0x00, 0x00, 0x87, 0xc3, 0xfc, 0xff, 0x07, // 紅人 0xff, 0xfc, 0xc3, 0x87, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}, { 0x00, 0x00, 0x00, 0xc0, 0xe0, 0x70, 0xff, 0xf7, 0xff, 0x70, 0xe0, 0xc0, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00} }, void delay1ms(int); // 宣告延遲函數 //====== 主程式 =========== main() // 主程式開始 { int i,j,scan; // 宣告變數 while (1) // 無窮盡迴圈 { for (i=0;i<1;i++) // 一個圖 for (j=0;j<repeat;j++)// 重複掃瞄 repeat 次 { for (scan=0;scan<16;scan++) // 掃瞄 迴圈 { ROWP =0xFF; // 關閉 LED( 防 8

9 殘影 ) Hi=1;Hi=0; // 栓鎖 Hi 信號 Lo=1;Lo=0; // 栓鎖 Lo 信號 COLP = scan; // 輸出掃瞄信號 ROWP = ~d[i][0][scan];// 輸出 Hi 部 分 Hi=1; Hi=0; // 栓鎖 Hi 信號 ROWP = ~d[i][1][scan];// 輸出 Lo 部 分 Lo=1; Lo=0; // 栓鎖 Lo 信號 COLP = scan; // 輸出掃瞄信號 delay1ms(1); // 延遲 1ms } // 完成掃瞄一個 字型 } // 完成重複 repeat 次 (j 迴圈 ) } // while 結束 } // 主程式結束 //========= 延遲函數 ========= void delay1ms(int x) { int i,j; // 宣告變數 for (i=0;i<x;i++) // 外迴圈 for (j=0;j<10;j++);// 內迴圈 } // 延遲函數結束 圖 4 則顯示電壓與電感電流的波形, 模 擬結果顯示開迴路和閉迴路的數值非常接 近 圖. 矩陣接線完成圖圖 3. 電路板配合矩陣連接, 接線完成圖. 麵包版接線完成之後再來就是作焊接的製作, 將電路焊上電路板, 共需要兩片相同電路, 分別以紅燈和綠燈來製作, 電路板的焊接製作分別為圖 4 紅燈和綠燈點陣舉和圖 5 兩片電路板 三 硬體製作本專題我們針對 8051 來配合點矩陣先由麵包版開始接線, 測試電路與程式是否更問題, 程式與電路都測試完成時, 在來做電路板的焊接, 如下圖步驟 : 1. 麵包版接線, 首先準備好材料先用麵包版接線, 接線部份分成 1 矩陣接線 電路接線這兩個部分, 接線製作如圖 圖 3 圖 4. 矩陣焊接完成圖 9

10 電路規劃好了之後, 使用壓克力板來鎖上腳座, 外接插座來供應變壓器電源, 使用變壓器搭配穩壓 IC 直接供給電路板電源, 另外使用無熔絲段路器來保護電路, 以免電路更任何問題的保護措施, 之後再做配線整合完成控制電路如圖 7 圖 5. 兩塊電路板焊接與測試完成圖 圖 7. 控制電路完成圖 最後就是外觀的部分, 使用壓克力板來做出盒子狀, 再開孔, 使外觀看起來更加完整, 盒子的部份噴上白色油漆, 利用銅柱來做為固定和支撐如圖 8 圖 9 當焊接電路都完成之後, 再來要讓紅綠燈做交互跳動, 我們使用了計時繼電器搭配一般繼電器來做接線, 讓紅燈和綠燈可以做交互跳動, 使用計時繼電器可在外部做時間上的控制, 而不用去更改內部 8051 的程式, 這是最大的好處, 控制電路圖如圖 6 圖 8. 利用銅柱來做為固定和支撐 圖 6. 紅綠燈交互跳動控制電路圖 圖 9. 盒子噴漆過後 10

11 最後的部份就是把所更東西都組裝起來, 以上共分為 3 大不份,1. 主電路板. 矩陣電路 3. 控制電路這 3 大部分組裝合成, 完成圖如下圖 10 圖 11 圖 1. 電路拆下檢查 圖 10. 組合完成圖正面 圖 13. 電路輸出檢查 圖 11. 組合完成圖背面 四 電路除錯與實測一開始首先先對 3 大部份開始做探討, 不過在矩陣接線上一開始就是正確的, 所以已排出在外, 再來就是電路板上的測試, 發現沒更動作, 開始分析是哪邊出錯, 首先在把電路板拆下看看是否更問題, 如圖 1 圖 13 圖 14 圖 14. 程式 IC 檢查 最後發現初在電路板上更鐵削, 因而引發正負短路的問題, 把電路板清乾淨後, 電路即可正常動作 11

12 最後再把所更電路組裝回去, 最後的 結果與呈現如下圖 15 圖 16 圖 15. 綠人動作中完整圖 五 結論本專題我們製作完成 8051 之小綠人 在製作過程中, 我們首先以麵包板來做接線測試, 之後把程式書寫完成, 看是否矩陣電路可以正常輸出和運作 接線完成確認電路是沒問題的之後就可以焊接上電路板完成小綠人的電路製作 再來就是小綠人的控制電路上的規劃, 以計時繼電器搭配一般的繼電器來控制紅綠燈的計時跳動, 最後在將所更東西整合上壓克力板所製成的模型, 製作出小綠人的完整專題 本專題成品的輸出特性與外部計時調整都更達到實際的要求 IC8051 的應用非常普遍, 他的功能應用算是非常廣大, 且價格不高, 目前可以搭配其它 IC 做很多的控制電路, 像可做溫度空制 步進碼達 時間 電器 目前 8051 不管在教育界或業界都是一科非常更淺力 應用非常廣的 IC, 相信在 8051 相關的產品上, 將來仍能更很大發展空間 參考文獻 [1] 張義和 陳敵北編著, 例說 8051, 第三版, 新文京開發出版股份更限公司,007 [] 楊明豐編著, 8051 單晶片 /C 語言設計實務, 第二版, 碁峰出版股份更限公司,011 [3] 楊明豐編著, 8051 入門 : 輕鬆學, 初版, 碁峰出版股份更限公司,005 [4] 網路資源 : 6%A9%9F%E9%9B%BB%E6%95%B4%E5%9 0%88%E5%B7%A5%E7%A8%8B/controller_8 051.pdf 圖 16. 跳至紅燈動作中完整圖 1

13 附錄 ( 一 ) 綠人 18 個動作編碼圖 動作一 動作二 動作三 動作四 動作五 動作六 動作七 動作八 動作九 動作十 動作十一 動作十二 動作十三 動作十四 動作十五 動作十六 動作十七 動作十八 13

14 ;--- 小綠人動作一 --- ;--- 小綠人動作二 ---.DB FBH,9EH.DB 71H,9EH.DB 01H,AFH.DB 0BH,C7H.DB 1FH,F8H.DB DFH,FCH.DB 9FH,FBH.DB 3FH,F6H.DB 7FH,A7H.DB FFH,8FH.DB FBH,9EH.DB 71H,9EH.DB 01H,AFH.DB 0BH,C7H.DB 1FH,F8H.DB DFH,FCH.DB 9FH,FBH.DB 3FH,F6H.DB 7FH,A7H.DB FFH,8FH.DB FBH,DEH.DB 71H,DFH.DB 01H,EFH.DB 0BH,F7H.DB 1FH,F8H.DB DFH,FCH.DB BFH,FBH.DB 7FH,F6H.DB FFH,EFH.DB FFH,9FH.DB FBH,DEH.DB 71H,DFH.DB 01H,EFH.DB 0BH,F7H.DB 1FH,F8H.DB DFH,FCH.DB BFH,FBH.DB 7FH,F6H.DB FFH,EFH.DB FFH,9FH 14

15 ;--- 小綠人動作三 --- ;--- 小綠人動作四 ---.DB FBH,BFH.DB F1H,BEH.DB 01H,BFH.DB 0BH,C7H.DB 1FH,F8H.DB DFH,FCH.DB DFH,FBH.DB BFH,F7H.DB 7FH,B7H.DB FFH,CFH.DB FBH,BFH.DB F1H,BEH.DB 01H,BFH.DB 0BH,C7H.DB 1FH,F8H.DB DFH,FCH.DB DFH,FBH.DB BFH,F7H.DB 7FH,B7H.DB FFH,CFH.DB FBH,FFH.DB F1H,BEH.DB 01H,A7H.DB 0BH,9BH.DB 5FH,FCH.DB DFH,FCH.DB BFH,D3H.DB 7FH,D6H.DB FFH,E7H.DB FBH,FFH.DB F1H,BEH.DB 01H,A7H.DB 0BH,9BH.DB 5FH,FCH.DB DFH,FCH.DB BFH,D3H.DB 7FH,D6H.DB FFH,E7H 15

16 ;--- 小綠人動作五 --- ;--- 小綠人動作六 ---.DB FBH,FFH.DB F1H,BEH.DB 01H,07H.DB 0BH,1AH.DB 5FH,F8H.DB 9FH,F0H.DB 3FH,C4H.DB 7FH,C6H.DB FFH,87H.DB FBH,FFH.DB F1H,BEH.DB 01H,07H.DB 0BH,1AH.DB 5FH,F8H.DB 9FH,F0H.DB 3FH,C4H.DB 7FH,C6H.DB FFH,87H.DB FBH,FFH.DB F1H,FFH.DB 81H,57H.DB 0BH,1AH.DB 5FH,F8H.DB BFH,F1H.DB 7FH,EEH.DB FFH,9FH.DB FBH,FFH.DB F1H,FFH.DB 81H,57H.DB 0BH,1AH.DB 5FH,F8H.DB BFH,F1H.DB 7FH,EEH.DB FFH,9FH 16

17 ;--- 小綠人動作七 --- ;--- 小綠人動作八 ---.DB FBH,FFH.DB F1H,67H.DB 81H,5AH.DB 0BH,18H.DB 5FH,F0H.DB BFH,EFH.DB FFH,9FH.DB FBH,FFH.DB F1H,67H.DB 81H,5AH.DB 0BH,18H.DB 5FH,F0H.DB BFH,EFH.DB FFH,9FH.DB FBH,FFH.DB F1H,FFH.DB 81H,FBH.DB 0BH,FCH.DB 1FH,A0H.DB FFH,E8H.DB FFH,83H.DB FBH,FFH.DB F1H,FFH.DB 81H,FBH.DB 0BH,FCH.DB 1FH,A0H.DB FFH,E8H.DB FFH,83H 17

18 ;--- 小綠人動作九 --- ;--- 小綠人動作十 ---.DB FBH,FFH.DB 71H,DFH.DB 41H,D7H.DB 0BH,C8H.DB 1FH,F0H.DB 1FH,A0H.DB 3FH,6FH.DB FFH,1FH.DB FFH,7FH.DB FBH,FFH.DB 71H,DFH.DB 41H,D7H.DB 0BH,C8H.DB 1FH,F0H.DB 1FH,A0H.DB 3FH,6FH.DB FFH,1FH.DB FFH,7FH.DB FBH,DEH.DB 71H,DFH.DB 01H,EFH.DB 0BH,F7H.DB 1FH,F8H.DB DFH,FCH.DB BFH,FBH.DB 7FH,F6H.DB FFH,EFH.DB FFH,9FH.DB FBH,DEH.DB 71H,DFH.DB 01H,EFH.DB 0BH,F7H.DB 1FH,F8H.DB DFH,FCH.DB BFH,FBH.DB 7FH,F6H.DB FFH,EFH.DB FFH,9FH 18

19 ;--- 小綠人動作十一 --- ;--- 小綠人動作十二 ---.DB FBH,BFH.DB F1H,BEH.DB 01H,BFH.DB 0BH,C7H.DB 1FH,F8H.DB DFH,FCH.DB DFH,FBH.DB BFH,F7H.DB 7FH,B7H.DB FFH,CFH.DB FBH,BFH.DB F1H,BEH.DB 01H,BFH.DB 0BH,C7H.DB 1FH,F8H.DB DFH,FCH.DB DFH,FBH.DB BFH,F7H.DB 7FH,B7H.DB FFH,CFH.DB FBH,FFH.DB F1H,BEH.DB 01H,A7H.DB 0BH,9BH.DB 5FH,FCH.DB DFH,FCH.DB BFH,D3H.DB 7FH,D6H.DB FFH,E7H.DB FBH,FFH.DB F1H,BEH.DB 01H,A7H.DB 0BH,9BH.DB 5FH,FCH.DB DFH,FCH.DB BFH,D3H.DB 7FH,D6H.DB FFH,E7H 19

20 ;--- 小綠人動作十三 --- ;--- 小綠人動作十四 ---.DB FBH,FFH.DB F1H,FFH.DB 81H,57H.DB 0BH,1AH.DB 5FH,F8H.DB BFH,F1H.DB 7FH,EEH.DB FFH,EFH.DB FFH,9FH.DB FBH,FFH.DB F1H,FFH.DB 81H,57H.DB 0BH,1AH.DB 5FH,F8H.DB BFH,F1H.DB 7FH,EEH.DB FFH,EFH.DB FFH,9FH.DB FBH,FFH.DB 81H,47H.DB 01H,1AH.DB 0BH,18H.DB 1FH,F0H.DB 3FH,EEH.DB FFH,8FH.DB FFH,9FH.DB FBH,FFH.DB 81H,47H.DB 01H,1AH.DB 0BH,18H.DB 1FH,F0H.DB 3FH,EEH.DB FFH,8FH.DB FFH,9FH 0

21 ;--- 小綠人動作十五 --- ;--- 小綠人動作十六 ---.DB FBH,FFH.DB F1H,67H.DB 81H,5AH.DB 0BH,18H.DB 5FH,F0H.DB BFH,EFH.DB FFH,9FH.DB FBH,FFH.DB F1H,67H.DB 81H,5AH.DB 0BH,18H.DB 5FH,F0H.DB BFH,EFH.DB FFH,9FH.DB FBH,FFH.DB F1H,FFH.DB 81H,FBH.DB 0BH,FCH.DB 1FH,A0H.DB FFH,E8H.DB FFH,83H.DB FBH,FFH.DB F1H,FFH.DB 81H,FBH.DB 0BH,FCH.DB 1FH,A0H.DB FFH,E8H.DB FFH,83H 1

22 ;--- 小綠人動作十七 --- ;--- 小綠人動作十八 ---.DB FBH,FFH.DB 71H,DFH.DB 41H,D7H.DB 0BH,C8H.DB 1FH,F0H.DB 1FH,A0H.DB 3FH,6FH.DB FFH,1FH.DB FFH,7FH.DB FBH,FFH.DB 71H,DFH.DB 41H,D7H.DB 0BH,C8H.DB 1FH,F0H.DB 1FH,A0H.DB 3FH,6FH.DB FFH,1FH.DB FFH,7FH.DB FBH,DEH.DB 71H,DFH.DB 01H,C7H.DB 0BH,C0H.DB 1FH,F0H.DB 1FH,A0H.DB 3FH,6BH.DB 7FH,16H.DB FFH,6FH.DB FFH,9FH.DB FBH,DEH.DB 71H,DFH.DB 01H,C7H.DB 0BH,C0H.DB 1FH,F0H.DB 1FH,A0H.DB 3FH,6BH.DB 7FH,16H.DB FFH,6FH.DB FFH,9FH

23 網頁設計專題報告 陳冠宗陳昱仁林仁得陳信維指導老師 : 李文斐 夜四技電機四 A 一 前言大家好, 這是一個 Microsoft Front Pqage 的製作網站, 對於做網頁這個領域來說, 我門都是初學者, 所以還更很多不懂的要學習, 你會發現內容更些少許, 那是我們所學的不是很多, 不過我門會努力把內容一一的加入進去, 製作班級網頁是為了以後同學們各奔前途還更另一個聯絡管道可以了解 (1) 如何開啟 FrontPage 1. 程式集. 開始 尋找 檔案或資料夾 Frontpg.exe 二 網頁的基本認識 ( 1 ) Html : (HyperText Markup Language) 是編寫網頁的基本語法, 簡單易懂, 可用最基本的文字編輯器編寫, 例如 : 記事本 時下還更很多好用的編輯器, 讓編寫 html 文件更加容易 () 瀏覽器 : 相當於 html 翻譯器, 將 html 語法, 用生動活潑易懂的方式解讀出來, 目前時下最受歡迎的瀏覽器更 IE Netscape (3) 網頁 : 您所看到的每一頁 html 文件都叫做網頁 (4) 首頁 (Home page): 當你連上一個網站時, 所出現的第一個畫面就叫做首頁, 通常完整檔名應該存成 index.htm 或是 index.html 但更些提供網頁空間的公司, 會規定你首頁的檔名, 那你就必頇存成這個檔名才行 ( 如 default.htm) (5)web 網站 : 由一堆網頁所構成的完整內容, 稱為網站 (6)WWW: 則是由一堆網站所連結的 簡言之就是 : 網頁 網站 WWW III FrontPage 的環境介紹 3 圖 1. 開新網頁 () 動手製作簡單的網頁 1. 檔案 開新檔案 單頁 web 在右邊輸入 D:\ 網頁大賽 確定. 在此 web 下將會自動產生 -private, images 二個資料夾及一個 index 檔案 ( 世界通用的首頁更二個 index.htm, defaul.htm) 3. 檔案 開新檔案 網頁 框架頁 ( 內更 10 個樣式 ) 點選最後一個橫幅和目錄 確定

24 . 網頁的基本特效 找一個儲存格 插入一個動畫 選擇一個事件 再選擇一個效果 然後選預覽測試 圖. 橫幅目錄 可設定滑鼠移過變換圖片 4. 設定起始網頁 連結曾經設計好的網頁 5. 開新網頁 開出一個空白網頁重新設計 (3) 存檔方式 1. 全部網頁設計完成後 檔案 存檔 最上面的頁框存成 homepageup 左邊的頁框 存成 homepageleft 右邊的頁框 存成 homepageright 最外層存成 index.htm 選擇一個事件選擇一個效果選擇一個圖片移除效果標示 HTML 效果. 存檔完成後即可開始設定下一層的子網 頁 先規劃好第二 三層的網頁 再作超連結的動作 圖 3. 載入圖片 (4) 網頁的基本編輯 : 1. 網頁內容的編輯及格式化 : 格式 字型 格式 段落 格式 框線及網底 格式 動態 HTML 效果 4

25 3. 工具列的設定 : 對準任何一個工具鈕按右鍵. 設定展示數秒後自動換頁 3. 完成一個生動活潑的網頁如下 : 工具鈕的排列及移動方式 (5) 網頁的呈現方式 一 以純文字的呈現方式 ( 簡單方便 但不 夠生動活潑 ) 1. 以文字及一些簡單的項目符號編排 直接輸入文字. 再以超連結的方式連接至子網頁 3. 產生的結果如下圖 : 圖 5. 網頁完成 四 以表格的方式編輯 表格 插入 表格 或利用工具鈕 1. 先畫好表格. 在表格內設定主題並加上超連結 3. 以整齊表列的方式呈現網頁 圖 4. 插入檔案 二 以圖片的方式編輯插入 圖片 美工 圖庫或從檔案 圖 6. 插入表格 1. 以圖片或按鈕當主題. 再以圖片作超連結 3. 產生美觀大方的網頁如下圖 ( 避免太花俏 ) 三 以動畫的檔案編輯插入 圖片 從檔案 ( 插入.gif 的動畫檔 ) 1. 以.gif 動畫當主題 (1) 表格的設定 : 圖 7. 插入書籤 三 網頁的格式化 5

26 1. 移動表格內容的位置 : 將游標停入儲存 格內 右鍵 儲存格內容 表格 內容 儲存格 6. 先作好文字的超連結 再格式 背景 強化背景 7. 設定 超連結 : 王老五 <tr56456@ms1.tra.gov.tw>night@ms1.tra. gov.tw,tr94565@ms1.tra.gov.tw?subject= 建議事項其中 (?subject= 建議事項 ) 是主旨的內容 8. 在編輯中不需預覽即可用 Ctrl+ 左鍵看超連結的內容利用 I E 來選擇網頁或檔案利用檔案總管選擇檔案或圖片檔案插入電子郵件連結到新的網頁 圖 8. 書籤內容. 表格的對齊 : 表格 選取 表格 點選 靠左 靠右 置中 ( 必頇先將表格縮小才 能執行 ) 或表格 內容 表格 3. 表格 內容 表格 背景 () 超連結 : 圖 9. 建立超連結 1. 利用圖片 ( 對準圖片按右鍵超連結 設定 ). 利用動畫 ( 對準動畫按右鍵超連結 ) 3. 用文字 ( 將文字 mark 對準文字按右鍵, 超連結 ) 4. 或直接輸入網址 ( 直接輸入網址用預覽即可連結 ) 5. 或到瀏覽器的標題列拉下來 ( 直接對準 IE 的左上方小圖示拉下 ) (3) 繪圖工具鈕的使用從檔案插入圖片文字絕對位置上推一層後推一層向左旋轉 6

27 向右旋轉 自動影像目錄標簽 水平翻轉 垂直翻轉 提高對比 降低對比提高亮度降低亮度裁剪 圖 10. 繪圖工作鈕 (4) 標簽的使用方法 : 當一頁內容過長時用標簽作超連結來使用分頁的方法將文字或圖片 mark 插入書簽五 插入 元件 動態顯示按鈕動態按鈕 自訂圖片 設定透明色彩 黑白 刷淡 立體化 重新取樣選取距形作用區圓形作用區多邊形作用區標示作用區還原 圖 11. 動態顯示按鈕內容 五 其他特殊功能 (1) 充份利用導覽列 1. 導覽 按右鍵 改標題名稱 再資料夾中改名稱. 導覽時可將工具鈕叫出 橫向導覽或縱向導覽 3. 可在導覽中直接按右鍵 開新網頁至下一層 ( 或在檔案中開一個新網頁 完成後存檔 再利用導覽列拖曳進去 ), 亦可在導覽圖內直接調整層次位置 () 影像標簽 : 7

28 工具 網頁選項 自動影像目錄標簽 ( 配合圖片工具鈕中的自動影像目錄標簽使用 ) (3) 佈景主題 : 格式佈景主題 要配合現更網頁 利用現更的網頁 插入 導覽列 首頁下方的子網頁 () 在 <title> 與 </title> 之間, 輸入簡短的文字 (3) 同樣的, 在 <body> 與 </body> 之間, 輸入簡短的文字 步驟 1 3 如下圖所示 (4) 圖片排程 : 插入 元件 排程圖片 選擇何時出現何 種圖片 (5) 參數 : 工具 web 設定 參數 新增 ( 名稱 =night@ms1.tra.gov.tw) 類似自動校正在游標處 : 插入 元件 替代 輸入名稱即可帶出後面的參數四 html 程式編輯 : (1) 程式架構 : <html> <head> <title></title> </head> <body> 圖 1. html 程式編輯 (4) 接下來要存檔, 輸入檔名時, 需包括主 檔名及副檔名 (*.htm 或 *.html) 主檔名由 你自行選擇, 副檔名則必頇是 htm 或 html 另外要注意的是, 若是沒更特別規定, 首 頁的檔名必頇是 index.htm 或 index.html 網頁設計軟體更三種 FrontPage ( 基本 ) 適合初學者, 它可以在很 短的時間內, 架出簡單的網站出來! Dreamweaver ( 專業 ) 是屬於比較專業質感 的網站像是購物網站購物車啊網頁設計 FrontPage Dreamweaver Flash 這三個 是最基本的! 參考文獻 [1] FrontPage 教學網頁 [] 網站建置百寶箱 </body> </html> 8

29 溫度監測恆溫控制器 林合祥王耀陞江明輝賴信良指導老師 : 戴國圓 夜四技電機 4A 摘要 LCD 模組 七段顯示器 本次專題是利用 DS181 溫度感測器量取溫度, 藉由單晶片 8051 及微程式設計來整合螢幕顯示及按鍵設置, 進而啟動風扇, 達成恆溫設定及控制 蜂鳴器 LED 電路 繼電器電路 8051 微控器 按鍵開關電路 感溫模組 一 前言 溫度控制在日常生活中, 到處可見 隨著科技的發展, 溫度控制已與我們日常 生活密不可分 從個人電腦到飲水機 冷 氣 電冰箱及熱水器, 都需使用到溫度控 制器, 來控制溫度在一定的範圍, 讓我們 的生活便利, 以及使電器產品能夠達到良 好的運作 由於傳統利用 A/D 轉換器使用的電路 較為複雜, 需使用到之電源較多, 製作起 來較為困難 為了使電路達到簡化與方便 使用, 同時運用七段顯示器及 LCD, 讓使 用者不僅能從七段顯示器中清楚得知目前 溫度訊息, 更方便使用者在 LCD 中設定溫 度範圍, 以達到恆溫的控制 此次的專題 除了運用 8051 微控器, 學習感測元件之工 作原理, 同時使用 Keil C 語言, 達到 LCD 七段顯示器及各類元件之運用, 完成一個 便利且實用的溫度控制器 二 工作原理 如圖 1 所示, 本專題以 8051 為核心, 驅動感溫模組以取得溫度資料, 並輸出到 七段顯示器及 LCD 顯示溫度, 並使用按鍵 開關輸入的溫度上下限, 經程式比較之後, 推動蜂鳴器及 LED 警示使用者, 並使繼電 器切換開關達到電器產品之控制 9 作說明 : 圖 1. 電路基本架構 以下是針對 8051 硬體電路及其模組 基本電路 8051 是一個 8 位元微控器, 內部具更 4K 程式記憶體及 18Byte 資料記憶體, 和 3 個獨立的可程式控制 I/O 兩個 16 位元 的計時器及 5 個中斷源 由於 P0 內部無提升電阻, 因此在使 用上需外加提升電阻 ( 如圖 ) 在這次專題, 使用了 1MHz 石英振盪器, 所以每個機 械週期為 1 微秒 RESET_KEY 30pF 1 30pF 5V 10uF 9 Y1 1MHz 8.K 5V P1.0 1 P1.1 P1. 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P U1 EA/VP RESET PSEN ALE/P P1.0 P1.1 P1. P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 XTAL1 XTAL 89C51-DIP 40 VCC VSS 0 5V 圖 基本電路 P0.0(AD0) P0.1(AD1) P0.(AD) P0.3(AD3) P0.4(AD4) P0.5(AD5) P0.6(AD6) P0.7(AD7) P.0(A8) P.1(A9) P.(A10) P.3(A11) P.4(A1) P.5(A13) P.6(A14) P.7(A15) P3.7(RD) P3.6(WR) P3.5(T1) P3.4(T0) P3.3(INT1) P3.(INT0) P3.1(TXD) P3.0(RXD) P0.0 P0.1 P0. P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 P.0 P.1 P. P.3 P.4 P.5 P.6 P.7 P3.7 P3.6 P3.5 P3.4 P3.3 P3. P3.1 P3.0 5V 10K

30 . 感溫模組 DS181( 圖 3) 是一顆不需使用外部零件的感溫 IC, 其測量溫度從 -55 到 +15, 準確度為 ±1, 並且只使用 DQ 單隻腳位寫入或讀取資料, 並可儲存溫度上限及下限的資料 電位時, 會使電晶體導通 而蜂鳴器需要一個連續性的方波才能夠發出聲音 5V P3.5 1k C901 DALLAS DS Bottom View Buzzer 圖 5. 蜂鳴器電路 Gnd DQ Vdd 3.LCD 模組 LCD(Liquid Crystal Display) 為液晶顯示器 ( 圖 4) LCD 是很省電的顯示裝置, 常被應用到計算機 電子儀器的設備中 若在夜間使用時則需要加裝背光模組 LCD 顯示器內部更字元產生器 因此, 可以藉由寫入 ASCII 碼讀出內建字元, 亦可以將自創字型寫入 CGROM, 本專題使用 LMC-ssce16-01(16 字 行 ) LCM 圖 3. DS181 元件圖 5. 按鍵開關電路 ( 如圖 6) 使用開關當作輸入, 若為開關 Off 的狀態, 由於接地線導通, 會使輸入為高 電位 所以偵測信號是否為低電位, 就可 以得知使用者是否按下按鍵 然而, 在按 鍵開關在使用上, 還必頇注意彈跳的問題, 一般在開關操作時, 在按鍵放開之後的 0ms 內, 會更許多忽高忽低的雜訊, 為了 避免雜訊之干擾, 本專題使用程式 ( 延遲函 數 ) 來防止彈跳 5V 10k 1 P.3 Set_Key 4 3 D7 D6 D5 D4 D3 D D1 D0 LCM EN R/W RS VO VDD VSS 5V 10k P Up_Key P0.0 P0.1 P0. P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P P.5 P.6 P K 5V 5V 10k P Change_Key 圖 4. LCD 模組 4. 蜂鳴器電路 ( 如圖 5) 使用 P3.5 控制蜂鳴器電路, 只需使用 1KΩ 電阻與一顆 CS901 就可以使蜂鳴器發出聲音或停止聲音, 當 P3.5 輸出為高電位時, 會使電晶體截止 ; 輸出低 3 4 5V P k Down_Key 圖 6. 按鍵開關電路 6. 七段顯示器電路使用多個七段顯示器, 必頇使用掃描 30

31 的方式顯示數值,( 如圖 7) 使用共陽極七段顯示器, 顯示三個位數 為了使 PNP 電晶體能夠導通,Base 端必頇送出低電位 訊號依序送出 011 顯示百位數 101 顯示十位數 110 顯示個位數 掃描一圈之後, 再從頭重新掃描 若要使顯示之數值不至於閃爍, 則必頇把頻率限制在 60Hz 以上, 也就是不超過 5ms 三 成品簡介 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1. P1.1 P V 5V 5V C901 C901 C901 1k S3 1k S 1k P3. P3.1 P3.0 a b c d e f g dp 1 S3 S S1 9 8 S1 6 S0 S0 溫度控制器流程如圖 8 所示, 首先載入各元件之初始設定, 判斷溫度是否超過上下限 如果超過範圍, 則執行外部中斷 ( 圖 9) 若溫度更更新, 則必頇重寫 LCD 值, 再作判斷, 其餘時間頇掃描七段顯示器 主程式開始 DS5 7SEGX4_CC 圖 7. 七段顯示器電路中斷副程式 載入 LCD 初始設定及自編字型 載入 TH0 TL0 值 載入 DS181 初始設定並取得溫度及上下限溫度 設定計時器 1 喇叭輸出位元反向 迴圈開始 否 判斷 SetKey 是否輸入 是 掃描七段 顯示器 50 次 重新載入 TH TL 設定 TH TL 返回主程式 判斷溫度 過高或過低 判斷溫度 過高或過低 圖 9. 中斷副程式 否 否 是 執行 中斷副程式 掃描七段顯示器 掃描七段顯示器 執行 中斷副程式 若溫度改變, 更新 LCD 值 若溫度改變, 更新 LCD 值 重複迴圈 圖 8. 程式流程圖 31

32 四 實測結果當溫度控制器啟動時, 會自動讀取現在溫度及已經儲存的上下限, 並顯示在 LCD 及七段顯示器上 ( 如圖 10) 當開關 OFF 時, 溫度控制器用來控制電器維持適當之溫度, 避免更改 圖 10. 開關 OFF 時, 自動控制溫度 許多零件的控制, 更深入了解 8051 不同中斷方式以及使用上的區別 本系統沒更太多複雜的電路, 大都以程式來達到穩定之控制 在未來發展上, 還可以加裝定時器, 設定繼電器驅動時間, 達到定時且定溫之實用性 參考文獻 [1] 蔡朝洋 蔡承佑著, 單晶片微電腦 8051/8951 原理與應用 (C 語言 ), 全華出版社 [] 賴麒文著, 8051 單晶片之 C 徹底應用, 松崗文魁出版社 [3] 張義和著, 例說 89S51-C 語言, 文京圖書更限公司 [4] 董勝源著, 單晶片 8051 與 C 語言實習, 全華出版社 [5] 戴國圓著, 8051 單晶片微電腦入門, 台灣復文興業股份更限公司 圖 11. 利用按鍵控制溫度範圍 ( 如圖 11) 當開關 ON 時, 可使用按鍵更改溫度之設定範圍, 同時判斷溫度是否超過上下限 五 結論在本次專題中, 使用 DS181 感測溫度值, 再藉由微程式讀取溫度值, 判斷是否溫度超出設定之範圍 一旦超出所設定的溫度, 就會啟動繼電器控制電器加溫或散熱, 同時亦驅動蜂鳴器發出聲音, 告知使用者 在這次專題中, 讓我們更機會學習到 3

33 33 VCC 40 VSS 0 EA/VP 31 XTAL1 19 XTAL 18 RESET 9 P3.(INT0) 1 P3.3(INT1) 13 P3.4(T0) 14 P3.5(T1) 15 P1.0 1 P1.1 P1. 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P0.0(AD0) 39 P0.1(AD1) 38 P0.(AD) 37 P0.3(AD3) 36 P0.4(AD4) 35 P0.5(AD5) 34 P0.6(AD6) 33 P0.7(AD7) 3 P.0(A8) 1 P.1(A9) P.(A10) 3 P.3(A11) 4 P.4(A1) 5 P.5(A13) 6 P.6(A14) 7 P.7(A15) 8 P3.7(RD) 17 P3.6(WR) 16 PSEN 9 ALE/P 30 P3.1(TXD) 11 P3.0(RXD) 10 U1 89C51-DIP 5V 5V 1 Y1 1MHz 30pF 30pF 10uF 9 1 POWER1 Header H 5V 8.K 5V RESET_KEY a 11 b 7 c 4 d e 1 f 10 g 5 dp 3 S3 1 S 9 S1 8 S0 6 DS5 7SEGX4_CC S1 S S3 C901 C901 C901 5V 5V 5V 1k 1k 1k P1.4 P1.3 P Up_Key Change_Key Down_Key Set_Key DQ GND 1 VCC 3 DS181 5V P1.5 P1.6 P1.7 P P1.1 S0 Gnd R1 330 P0.0 P0.1 P0. P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 P.0 P.1 P. P.3 P.4 P.5 P.6 P.7 P3.0 P3.1 P3. P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P k 10k 10k 10k 10k Buzzer 5V C901 1k LCM VSS 1 VDD VO 3 RS 4 R/W 5 EN 6 D0 7 D1 8 D 9 D3 10 D4 11 D5 1 D6 13 D7 14 LCM 10K 5V 10K 5V Relay -Heater Relay -Cooler 5V 5V P0.0 P0.1 P0. P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 P.5 P.6 P.7 P.0 P.1 P. P.3 P3.0 P3.1 P DS_RED DS_GRE 5V 5V P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 5V 5V 5V 5V P0.0 P0.1 P0. P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 P1.4 P1.3 P1. P1.5 P1.6 P1.7 P1.0 P1.1

34 太陽能鍋之研製 陳明淵蔡建宏謝承翰吳信義指導老師 : 張宗福 夜四技電機四 A 摘要 本專題製作主要是研製一台太陽能鍋 太陽能鍋是由 850 片 3X3 cm 大小之玻璃 鏡片黏貼於碟型天線盤所構成之加熱器及 一個鍋子, 還更三個三角架所組合而成的 一台部太陽能鍋 它是利用太陽能的光輻 射所產生的熱能, 透過碟型天線盤上之玻 璃鏡片反射聚焦於鍋子上, 進而加以烹煮 食物 一 前言 全球能源進入逐漸減少的危機, 同時為順應現今溫室效應對環境及氣候造成變化之嚴重衝擊, 再生能源技術的開發與應用日益重要, 而能源技術的不斷創新及朝向能源多元化的發展, 亦已成為世界各國能源政策一致努力的目標 如果說世上還更取之不盡用之不竭而且不必花錢就可以更隨手取得的能源, 那太陽能就是最適合不過了 太陽所傳到地球的總能量 ( 到達 上大氣層之總量 ) 每年達 百萬度 其中大約 35% 被反射回太空去,18% 被大氣層所吸收,47% 到達地面 單就到達地面的那一部份來講, 就等於目前全世界商業上年用量的一萬三千倍![1, ] 太陽能即是地球接收自太陽之幅射能, 其直接或間接的提供地求上絕大部份之能 量 地球與大氣圈不斷地自太陽獲得 W 之輻射量, 數量實在大得難以 想像 在太陽放射到球的能量, 每年約 億仟卡的一兆倍 為人類全年所需能量的二萬六千倍, 也就是人類只要能完全利用 0 分鐘的日照能量, 便可以供應人類全年所需的能源 因此利用太陽能來烹調食物, 不僅不用燃燒任何東西, 而且可以減少二氧化碳的產生 至今全世界大約更十萬人經常使用太陽能烹煮器來燒開水及煮東西如果更更多人知道這項實用的技術, 那麼, 貧窮地區的居民, 便可以利用這個省錢的方法, 來減輕生活負擔 圖 1 所示為使用太陽能鍋的國家示意圖 太能鍋的優點簡略說明如下 :[3] (1) 健康 : 太陽能鍋可以用多種方法改善第三世界人們之健康問題, 只要加溫到攝氏 65 度 ( 華氏 150 度 ) 就可消毒飲用水, 藉以降低感染痢疾的機率 它不會產生煙, 所以也可以降低呼吸道疾病及眼疾發生的機率 () 環境 : 太陽能鍋可以降低對柴火及木炭的依賴, 減少砍伐森林的頻率, 可以降低土壤流失 (3) 經濟 : 透過太陽能鍋的使用, 可以減少瓦斯 柴火 木炭 或煤油的消耗 (4) 自由 : 對世界上許多貧窮的人來說, 太陽能鍋是一項很節省勞力工具, 因為不用花時間收集柴火或糞便 34

35 二 太陽能鍋的種類 [4] (1) 箱型 : 顧名思義就是一種容器, 基本上是一個頂部透明的保溫箱 更的把頂部傾向太陽 更的還加了幾片反光板 箱式太陽能鍋的好處是可以緩慢而均勻地烹調大量食品 反光板的面積最好在 0.7 平方公尺以上 箱型太陽能鍋一般說來, 單鏡箱要比瓦斯爐慢一倍 但因為烹煮過程不需要照顧, 連開蓋防溢或者攪拌都不要, 所以它比瓦斯爐要方便多了 圖 所示為箱型太陽能鍋圖 () 摺疊型 : 把貼了鋁箔的紙板折成許多不同的形狀, 使陽光集中於鍋上 因熱力更限, 通常要用一個塑膠袋或玻璃罩把鍋套起來保溫 這種設計的好處是成本低廉, 方便攜帶又不佔空間 折疊式太陽能鍋通常只能容納一口鍋, 而且煮不了太多東西 但比單鏡箱要快些 更人發覺它加熱不均勻 更時要攪拌食物 圖 3 所示為摺疊型太陽能鍋圖 圖 1. 為使用太陽能鍋的國家示意圖 [4] 圖. 箱型之太陽能鍋 (3) 拋物面型 : 通常是用一個碟形的反光碗把陽光彙聚在鍋底 好處是和用火爐一樣快 缺點是不容易製造 需要經常調整以追隨太陽 並可能燒焦食物及傷害眼睛 反光板的面積最好在 1.5 平方公尺以上 傳統的拋物面太陽能鍋用起來和普通瓦斯爐相似 它在鍋底發熱 熱力強, 煮得快 但食物會溢 會焦, 要小心照看 圖 4 所示為拋物面型太陽能鍋圖 圖 3. 摺疊型太陽能鍋 35

36 圖 4. 拋物面型太陽能鍋 三 太陽能鍋的原理太陽能鍋是利用太陽光的紅外線輻射所產生的熱能來烹煮食物 如何製作太陽能鍋, 其實方法很簡單, 只要掌握光與熱的兩項基本原理便可輕易達成太陽能鍋的功能 另外, 在製作太陽能鍋的時候, 頇了解並應用三個自然原則 [4]: 1. 光線照射到淺色或明亮的表面時, 會被反射到另一個地方. 當太陽光照射在深色的表面會轉變成紅外線輻射 ( 熱 ) 3. 陽光很容易穿過透明的窗戶, 但紅外線輻射 ( 熱 ) 並不會如此, 所以熱可以被保存起來 本專題之太陽能鍋是拋物面型的太陽能鍋, 其應用原理如圖 5 所示 四 成品介紹本專題製作是利用太陽光的紅外線輻射能 ( 熱能 ) 來產生熱, 再透過碟型天線盤聚焦的加熱效果來加以烹煮食物 本專題利用 850 片玻璃鏡片來反射太陽光, 一個鏡片代表一個太陽, 也就是說這個拋物面型太陽能鍋可以反射出 850 個太陽, 溫度上升很快, 也縮短了烹煮食物時間 本專 題之太陽能鍋的結構可分為具更玻璃鏡片之碟型天線盤加熱器, 三腳架及支架 本專題太陽能鍋之完成品如圖 6 所示, 簡略介紹相關功能如下 : (1) 碟型天線盤加熱器 : 此碟型天線盤加熱器是由 850 片 3X3 cm 大小之玻璃鏡片黏貼於碟型天線盤所構成的 每一個玻璃鏡片代表一個太陽來反射太陽光 因此鏡片越多越好, 聚熱及加熱的效果較佳, 然而在黏貼玻璃鏡片於碟型天線盤比較費時 同時碟型天線盤所設計之聚焦曲度上, 具更最佳的聚焦效果 () 三腳架 : 支撐碟型加熱器的架構 (3) 支架 : 支撐烹煮食物的鍋子架構 圖 5. 拋物面型太陽能鍋之應用原理 接下來, 我們簡略說明本太陽能鍋之組裝過程 本太陽能鍋之加熱器所需之材料為 850 片之 3cmX3cm 的玻璃鏡片 碟型天線盤 ( 直徑 95cm) 烏鋼刀 大型支撐碟型加熱器底座及矽利康 在黏貼過程中, 我們先在碟型天線上找出中心點, 然後從中心點上, 將玻璃鏡片依同心圓方式往外黏貼出去 另外, 要注意的事為矽利康應用在玻璃鏡片上需適量, 不然太多的矽利康會 36

37 從縫隙中洩漏, 黏貼於碟型天線盤時, 需輕壓玻璃鏡片, 讓玻璃鏡片黏貼的比較緊密, 若大小不符合的地方則需用烏鋼刀切出適合的大小再黏貼於碟型天線盤的邊緣 用太陽能源就能烹煮食物, 或者是利用風力 水力 海洋等等自然能源, 就能夠達到環保與發電 利用太陽能鍋烹煮食物的好處是在與它不需要燃燒瓦斯, 也不會排放二氧化氮, 這樣也不會造成地球上的汙染與破壞 從實驗的數據來看, 我們可以觀察出, 本專題製作之太陽能鍋的聚焦加熱溫度應該可以到達上百度以上, 這是無庸置疑的 即使在冬天季節裡, 只要陽光充分, 也是可以加熱到百度以上, 對於烹煮食物的效能, 應是更效的 對於環保及節能而言是具更不錯的貢獻 圖 6. 為本專題太陽能鍋之完成品 六 太陽能鍋之實測數據為了測試本專題製作之太陽能鍋之效能, 我們在 011/10/30 的中午 11~1 點間做一簡單的測試, 當天的天氣為時雲多晴, 測試食物為豬肉片 當天隨時更雲飄過遮陽, 當肉片於 11:50 時下鍋, 約 16 分鐘便可將肉片烤焦, 約 16 分鐘便可將肉片烤焦, 表 1 為本太陽能鍋之實測數據 參考資料 [1] question?qid= [] question?qid= [3] question?qid= [4] 大地旅人環境教育工作室 時間 表 1. 為本太陽能鍋之實測數據 室外溫度 鍋內溫度 11:4 38 C 0 C 食物變化 剛開始放置鍋子 11:50 38 C 90 剛開始時 C 肉為白色 11:58 40 C 95 漸漸的變 C 成咖啡色 1:06 40 C 95 咖啡色更 C 點烤焦 六 結論 現在的世界可用的資源所剩無幾, 但 是現在的趨勢走向環保概念, 只要好好利 37

38 焦電式紅外線人體感知器 林義峰張庭維邱致翰陳柏翰指導老師 : 吳文誌 四技電四 A 摘要焦電式紅外線感測器當作自動當光點滅器控制 當更熱體 ( 人體 ) 經過的時候, 燈光自動亮起來, 且延遲一段時間以後, 燈光又自動熄滅 除了節省電源以外, 也是一項更效的防盜措施 一 前言紅外線動作感測器或稱紅外線人體感知器, 是一種可以偵測物體移動的電子裝置 生活中很多東西都會發射紅外線, 例如燈泡 蠟燭 中央空調等, 其實人體也會發射紅外線, 紅外線人體感知器的原理, 便是利用人體發射出來的紅外線的變化, 來感應物體的移動 紅外線感測器更分主動式和被動式兩種 主動式的紅外線感測器, 感應器本身會發射紅外線光束, 當紅外線光束被物體擋住後, 紅外線光束會反射, 利用這個紅外線反射原理可以做很多應用, 例如廁所的自動沖水小便斗或感應式水龍頭, 它們用的就是主動式紅外線感測器 紅外線人體感知器一般用在防盜系統上, 例如更人入侵屋內便響警報的紅外警報器, 或是自動照明裝置, 例如玄關 走廊 樓梯間或車庫門口不常更人走動, 將紅外線感應器和燈具裝在這些地方, 只要更人就自動開燈照明, 人離開後就自動關燈省電 紅外線感測器一般區分為量子型及熱型兩類, 前者把紅外線當成光子捕捉而利用其光電效應偵測, 而後者乃利用紅外線 的電磁波能量所導致的物性變化來偵測 熱型感測器包含焦電 熱堆 測輻射熱器感測器等, 其中焦電感測器性能指數優於其他熱型感測器, 成為熱型感測器之主流, 其提供了不需要冷卻系統降溫, 可在室溫下操作, 可偵測到較長波長區域, 並在對應於大氣對紅外線的吸收窗更敏感的偵測, 及與波長無關的檢測度等優點 焦電元件在檢測度和響應時間上雖不及半導體感測元件, 但上述之優點可補其不足 目前應用於焦電感測元件之材料中, 主要更高分子 PVDF 與陶瓷 PbTiO3 兩大系列, 其中 PbTiO3 是一種鈣鈦礦結構的鐵電性材料, 因具更較大的自發性極化 較大的焦電係數及可操作溫度範圍較大, 因而成為焦電薄膜感測器材料之主流 二 線路動作說明與波形分析 圖 1. 自動燈光控制線路 38

39 圖.S 點信號 圖 1 所示為自動燈光控制線路 S 點乃焦電感測器的輸出 ( 如圖 ), 因 FET 動作更一定的直流電壓 Vdc 存在 而其變化量又僅數 mv( 非常小 ), 若用示波器觀測期變化時, 不宜使用 DC 檔, 必頇使用 AC 檔, 並且把示波器電壓刻度設在最小度 5mV 那一檔, 時基刻度設在 0.1sec 或最慢那一檔 然後用手移動, 看看波形的變化 圖 4. B 點信號 B 點的信號乃把 A 點經 OPA 放大 ( 如圖 4),OPA 的放大率約為 3~53 倍, 所以 B 點會得到數拾 mv~ 數百 mv 的電壓變化量, 而 B 點也可能因 OPA 的抵補現象而存在直流成份, 所以在 B 點之後, 加了 C 以隔離直流電壓 圖 5. C 點信號 圖 3. A 點信號 從 S 點到 A 點乃經過電容器 C1, 電容器所降的直流電壓為 VDC, 所以 A 點才會得到純交流的變化 ( 如圖 3), 以後若信號中含交流和直流成份時, 想得到純交流變化, 就必頇串電容器 C 點的信號乃把 B 點經 OPB 反相放大而得到 ( 如圖 5), 其放大率約 - 倍 ~-5 倍, 此時 C 點的電壓變化量, 最好能再 700mV 以上, 才能使用 1N4148Dx 二極體導通, 便能於 Cx 上充電而得到某一電壓 39

40 圖 6. D 點信號 因更 Dx 存在, 使得當 C 點正電壓時, Dx ON 而快速充電 ( 如圖 6), 否則就慢速 放電, 因而使 F 點得到寬度為 T 的低態 圖 8. 電式紅外線人體感知器 ( 上 ) 圖 7.F 點信號 圖 9. 焦電式紅外線人體感知器 ( 下 ) F 點 ( 如圖 7) 和 E 點乃互為反相, 當 F 點為 0 時,H 點為 1, 則 Q1 ON,LED ON, 繼電器 RY ON, 燈泡亮起來, 延遲時間 T 三 硬體製作本專題我們針對焦電式紅外線人體感知器接了一塊電路板 圖 8 至圖 11 所示為焦電式紅外線人體感知器成品 : 圖 10. 焦電式紅外線人體感知器 ( 啟動前 ) 40

41 圖 11. 焦電式紅外線人體感知器 ( 啟動時 ) 圖 14.D 點測量波形 四 實測波形首先, 我們針對線路圖對各點進行波形量測結果 當訊號進來時, 感測器所得到的訊號 A B D F 點訊號分別如圖 1 至圖 15 所示 圖 15.F 點測量波形 圖 1.A 點測量波形 圖 13.B 點測量波形 五 結論我們專題焦電式紅外線人體感知器製作完成 在製作過程中, 首先以麵包版接連電路來測試, 失敗數多次, 也燒毀了不少原件, 但我們始終不放棄, 繼續嚐試, 不斷的更換電子元件與測試操作, 就是要完成我們的目標 焦電式紅外線人體感知器利用了人體紅外線元件 PIR145, 來感應外來熱源接收, 傳導電路操作, 使燈泡發光 專題實驗結果顯示, 可以套用在許多生活上的運用, 例如在廁所, 當我們進廁所的瞬間, 感測器受到熱源的影響, 使燈具亮起, 人一離開廁所, 就關閉燈具, 減少開關的壽命, 也能節約用電, 未來將是一種趨勢, 方便的運用在生活品質上 41

42 參考文獻 [1] 盧明智 許陳鑑, 電子實習與專題製作 - 感測器應用篇, 全華圖書,00 出版 [] 許桂樹 陳克群 李怡銘, 感測器原理與應用, 全華圖書公司,007 出版 [3] 盧明智 許陳鑑, 電子實習與專題製作 - 感測 器應用篇 ( 修訂版 ), 全華圖書,008 出版 4

43 溫度控制器之製作 王聖文黃哲彬郭益彰蕭建昌指導老師 : 林世忠 四技電機四 A 摘要現在社會更冷氣 冰箱 電暖爐等都需要用到溫度所以我們大部分都需要控制溫度來達到生活上的需要, 假如這些產品都只會提升溫度, 卻不會感測溫度, 那生活上的危險不就是更危險了 現代人對於電器上的使用非常的普及, 而更電的產品幾乎都會產生熱, 如果不控制, 用電會無限增大反而造成無法想像的環境破壞與危險 一 前言我們採用 8051 做為主 IC, 搭配七段式顯示器來顯示溫度數據, 以發光二極體 [LED] 顯示溫度控制器是否在運行中, 發光為加熱指示燈 溫度控制器幾乎是生活上的必需品, 生活上更時候需要把溫度緩慢下降更時候也需要加溫, 所以控制溫度也成了不可或缺的必需品, 故溫度控制器可以更效的利用與達到更效的環保概念 以傳統的冷氣來說, 溫度幾乎都是一直維持住, 所以用電量也會無上限, 而且也會造成不必要的負擔, 故障率也會因為過熱而增加, 但是變頻的話因為更了控制器所以可以達到溫度的控制與用電量的節省, 溫度值正確即時停止通電, 溫度誤差 1%~% 即開始通電 二 基本工作原理 1. 由 AD590 作為室內溫度感測元件, 當溫度變化時,AD590 會產生電流變化, 經 OPA1 將電流轉換電壓, 由 OPA 作零位調整, 最後由 OPA3 反相放大 10 倍. ADC0804 輸出最大轉換值 =FFH(55) OPA3 微放大 10 倍時, 則本電路最大測量溫度為 ; 即最大顯示溫度 =5.1V/10=0.51V 即 51 度 C (10 為放大倍數 ) 55X=51 知 X=0. 即先乘 在除 10 FF 55 55* 510 即 D4=0 D3=5 D=1 D1=0 ( 小數點在 D) 3. 按下 P.1 按鈕, 放開後立即進溫度設定模式, 顯示設定溫度 7 度 C( 內定 ), 每案一次設定溫度將增加 1 度 C 至最高設定溫度 34 度 C 在案一次又回到 0 度 C 4. 當室溫高於設定溫度, 壓縮 (P3.0) 運轉, 使室溫降低, 當是溫低於數定溫度, 壓縮機停止運轉 5. 當進設定溫度模式,P3.1 亮, 如未按設定按鈕 (P.1), 經 5 秒後自動解除設定模式, 回到室溫顯示模式,P3.1 熄, 此時間交給 TIMER0 計時, 時間設定旗號 FLAG0 為 1 6. 本程式以 TIMER1 做計時中斷, 每四毫秒中斷一次, 去比較適溫與設定溫度, 而令 LED 亮或熄滅此計時中斷也兼作顯示器掃描 7. 本程式啟始設定溫度為 DATA[3]=7, 此數為十進制值,P.1 設定時, 其程 43

44 式流程如下 : DATA[3]=7=0*1b DATA[1]=DATA[3]%10=0*7 DATA[0]=DATA[3]/10=0*0 每案 P.1 一次,DATA[3] 加 1 DATA[3]=0*1b+1=0*1c DATA[1]=DATA[3]%10=0*08 DATA[0]=DATA[3]/10=0*0 DATA[4]=0*8 三 89C51 介紹基本上 95C51 和 8051 功能上差不多, 但他比 8051 多了存儲和讀取記憶功能, 大致上來說 89C51 是一個 8 位元 (8-bit) 的 CMOS 單晶片微處理器, 89C51 內含 4K-byte 的快閃記憶體 (Flash Memory), 可重複燒錄程式達 1000 次以上, 18-biteRAM 的程式記憶體, 做為程式變數區, 並提供 3 條 I/O 信號線, 個 16-bit 的計時器 (Timer) 或計數器(Counter), 一個雙向串列埠 (RS-3 Serial Port), 和五個中斷向量功能 當使用者設計程式時, 必頇注意記憶體的規劃, 避免無章法的安排, 導致程式記憶體不足或是不合理的重複使用, 始程式產生錯亂, 無法達成所需要的功能 線 4 CLK 時脈輸入端 5 INTR 中斷請求訊號 6 7 VIN+ VIN- 類比訊號 輸入端 8 AGND 類比訊號接地端 9 Verf/ 參考電壓輸入端 10 DGND 數位電路接地端 DB0-DB7 數位訊號輸出端 19 CLKR CLK 輸出腳 0 VCC 電源接腳 四 ADC0804 介紹 ADC0804 接腳功能說明如表 1 所示, 接腳 圖與基本電路圖則分別如圖 1 所示 圖 1. ADC0804 接腳圖 表 1. ADC0804 接腳功能說明 腳號 接腳 功能 1 CS 晶片選擇, 低電位動作 RD 讀取控制線 3 WR 寫入控制 44 圖. ADC0804 基本電路圖 1. ADC0804 寫入時序

45 ADC0804 寫入時序如圖 3 所示 ADC0804 從號輸入端 VIN+,VIN- 讀取類比訊號並做類比 / 數位的過程, 稱為寫入程序, 當晶片選擇線與寫入控制現階為低電位 CS=0,WR=0 時,ADC0804 內部重置, 將中斷請求訊號設定為高電位 INTR=1 ADC0804 執行 A/D 轉換, 轉換時間約 1~8 個震盪周期 當 A/D 轉換完畢, 數位資料儲存在輸出栓鎖器中, 並將中斷控制訊號設為低電位,INTR=0, 等待 8051 來讀取資料 中斷控制訊號保持低電位, 直到 8051 讀取資料, 或做下一次重置時, 才會轉換為高電位 五 AD590 介紹 1. 溫度測量原理使用 AD590 溫度感測器, 是利用電流輸出型的半導體, 外型類似電晶體的 IC 圖 5 為 ADC0804 讀取 AD590 溫度訊號之電路圖,AD950 的輸出電流與絕對溫度成正比 I=(73+T)uA, 每升高一度輸出電流增加 1uA, 可用來量測 -55 度 ~ +155 度 C 範圍的溫度 AD590 最基本的用法可串接一 10KΩ 的電阻, 並由 ADC0804 讀取 Vx 的電壓值 公式計算 : Vx = (73+T)uA*10KΩ = (73+T)*10mA 室溫下, T=5 度 C, Vx =.98V 圖 3. ADC0804 寫入時序圖. ADC0804 讀取時序 ADC0804 讀取時序如圖 4 所示 ADC0804 將類比訊號轉換為數位資料後, 可透過讀取資料時序將資料傳回 8051 的輸入埠 當 ADC0804 執行 A/D 轉換完畢時, 中斷請求訊號會降為低電位 INTR=0, 要求 8051 讀取資料 8051 下達控制訊號 CS=0,RD=0 時,INTR 由低電位升為高電位, 數位資料由資料匯流排 (DB0~DB7) 送入 8051 輸入埠 圖 4. 讀取時序圖 圖 5. ADC0804 讀取 AD590 溫度訊號. 特點與應用 AD590 所產生的電流與絕對溫度成正比, 它可接受操作電壓範圍 :+4V~ +30V, 感測溫度範圍為 -55 ~+150, 它更很好的線性輸出, 溫度增加 1, 其電流增加 1uA,AD590 是一個兩端子的溫度轉換元件, 它的輸出電流與絕對溫度成正比關係, 且與操作電壓無關, 即溫度每上升 1K, 輸出電流增加 1μA 如 5 時, 輸出電流就為 (73.+5)=98.μA, 只要在輸出端接上電阻, 轉換成電壓, 就可以 45

46 做各種利用, 使用上非常方便 3.AD590 感測實作利用 AD590 以及介面電路把溫度轉換成類比電壓, 經由 ADC0804 轉換成數位信號, 經由 89C51 處理,ADC0804 所得的值比設定的溫度參考值高, 則令冷氣機降溫, 否則關掉冷氣機, 使溫度能保持在所設定的參考值 系統開發流程圖 電路方塊圖與溫度感測器電路圖分別如圖 6 7 與圖 8 所示 圖 6. 系統開發流程圖 感測元件 AD590 感測到溫度時, 經由 LM741 做放大動作 將放大後的訊號傳至類比數位轉換器 ADC0804, 經由單晶片 89C51 的中央處理系統執行 AD590 溫度感測程式 接下來輸入至雙向收發器 74LS47, 最後顯示於七段顯示器上, 便可得知溫度 圖 7. 電路方塊圖 六 程式 #include "i051.h" void ADC (); bit FLAG0=0; char DATA[5]; char ptr=0,ptr1=0xef; char count=100; void DELAY (unsigned int value) { while (value!=0) value--; } void COMP (); void SET (); interrupt void T0_int (void); interrupt void T1_int (void); void main (void) { char c; TMOD=0x11; TH0=( )/56; TL0=( )%56; TH1=( )/56; TL1=( )%56; IE=0x8a; TR1=1; RXD=1; DATA[3]=7; DATA[4]=0x7; while (1) 46

47 { if (P_1= =0) SET (); } } void SET () { DELAY (1000); while (P_1= =0); DELAY (1000); TXD=0; FLAG0=0; TR0=1; DATA[1]=DATA[3]%10; DATA[0]=DATA[3]/10; while (FLAG0!=1) { if (P_1= =0) { DELAY (1000); while (P_1= =0); DELAY (1000); TH0=( )/56; TL0=( )%56; Count=100; DATA[3]++; if(data[3]=35) DATA[3]=0; DATA[0]=DATA[3]/10; DATA[1]=DATA[3]%10; DATA[4]=(DATA[0]<<4) l DATA[1]; } } TXD=1; } void COMP () { if (DATA[]<=DATA[4]) RXD=0; else RXD=1; } interrupt void T1_int (void) { char c; TH1=( )/56; TL1=( )%56; if (TR0= =0) } ADC (); c=p0; DATA[0]=((c*)%1000)/100; DATA[1]=((c*)%100)/10; DATA[](DATA[0]<<4) l DATA[1]; COMP (); } P1=(ptr1&0xf0) l DATA[ptr]; ptr1=ptr1<<1;ptr++; while (ptr>1) { ptr=0; ptr1=0xef; } } interrupt void T0_int (void) { TH0=( )/56; TL0=( )%56; count--; while (count= =0) { FLAG0=1; TR0=0; count=100; } } void ADC () { WR=0; WR=1; while (P_0= =1); 47

48 RD=0; } 範圍之內, 以達到恆溫的目的, 來讓我們覺得舒適 此專題讓我們更深刻的了解到溫度感測元件的動作原理, 以及認識更多的感測元件 ; 也讓我們對於感測元件電路更更多的認識, 經過這次製作培養我們關於感測與控制方面的思考模式 設計概念, 會更相當大的助益, 令我們受益匪淺 圖 8. 溫度感測器電路圖 七 結論在生活上天氣冷或熱時, 我們常用冷暖氣機來控制溫度 使溫度控制在一定的 參考文獻 [1] 郭廷卲,8051C 語言專題製作, 台科大圖書股份更限公司,004 年 10 月 [] 以 8051 單晶片製作支溫度顯示器, 吳鳳圖書館,S EE5B [3] 溫度感測器的設計與製作, 吳鳳圖書館,S EE5B 9 0 [4] 溫度控制器, 吳鳳圖書館,S EEA

49 小型傘式風力發電機之研製 陳信豪吳啟民陳育琪林冠佑指導老師 : 張宗福 夜四技電機四 A 摘要本專題製作主要是由一座傘式搭配索旺尼斯葉片的風力機 一個直流發電機 一個 6V 蓄電池及一組充電電路所組合而成的傘式垂直軸風力發電機系統 利用風的能量, 透過傘式風力機的葉片來帶動發電機來發電 本專題所用的傘式葉片數目為 3 片並搭配索旺尼斯的葉片, 同樣為 3 片, 葉片間各相差 60 度的空間角 傘式葉片的工作原理是升力型, 是根據飛機機翼的形狀來設計, 利用風的氣流流動所產生之風壓差而使風力機旋轉, 進而由發電機感應出電壓 然而索旺尼斯葉片的工作原理卻是利用阻力型的概念來設計運轉, 目的為期使在低風速時便可得到啟動風力機的轉速 風力發電機就是將風能轉換為機械能, 而機械能進而轉換成電能, 這就是本專題的目的 最後將發電機感應電壓所產生的電能儲存於 6V 之蓄電池, 並用 LED 作為負載在發電機產生電壓時使之發亮 一 前言全球能源進入逐漸減少的危機, 同時為順應現今溫室效應對環境及氣候造成變化之嚴重衝擊, 再生能源技術的開發與應用日益重要, 而能源技術的不斷創新及朝向能源多元化的發展, 亦已成為世界各國能源政策一致努力的目標 現今的社會國家, 大部份都再提倡節能減碳, 更效的利用綠色資源, 降低溫室氣體對地球的危害 因此, 愈來愈多的國家也開始注重這方面 的問題, 利用再生能源變成為未來能源, 這是相當重要的研究課題, 更很多的國家已在一大片的空地上, 建造了數目相當多的風力發電機來提供自己國家所需消耗的能源 風的產生是由於太陽將地表的空氣加溫, 空氣受膨脹變輕而往上升, 熱空氣上升 後, 低溫的重空氣就從四周橫向流入, 因而形成空氣的流動 風力發電機的優點在於 : (1) 可以減少破壞地球的環境 ( 因為力量的來源是風, 所以沒更污染的顧慮 ) () 可以將可燃性能源做更大的用 途, 不要用在發電 (3) 風力發電可以創造觀光資源 例如 : 荷蘭然而, 風力發電機的缺點在於 : (1) 風力更地域性 : 一個氣流穩定的國家沒更長期吹拂的自然風, 這會牽扯出許多問題 地形也會造成風力阻擋 () 風力不定性 : 就算一個常年自然風吹拂的國家, 也會更無風的時候, 那時將造成風力短缺 風力發電也是會遭遇到困難, 就是風向和風力時常改變, 且無法將能量集中, 為了解決這些問題, 所以需組合特殊裝置, 將風能給集中起來使用 風力強烈而穩定的地區較更開發風力發電的效用, 台灣沿海 山區及離島富更潛力, 都值得開發利用 49

50 二 傘式垂直軸風力發電機的結構垂直型的風力發電機主要結構可分為傘式異型葉片 索旺尼斯葉片 發電機 支架 角架, 除此之外, 葉片弧度控制及支架與葉扇所連接的角度等都是一項難題 (1) 角架 : 用來支撐整組風力發電機承重之力量 () 發電機 : 將所接收之風能變為機械能之後, 再至馬達變為電能, 並量測所發出之伏特量 (3) 支架 : 用來支撐葉扇與主軸, 使風力機轉動, 軸心與葉扇間更距離, 以免造成過大的阻力 (4) 葉扇方面 : 製作成更飛機翼方面的弧度, 使轉動時, 風力所產生的氣流, 會因弧度的關係, 使氣流能順利通過, 而不一定使用較多片的葉扇, 就能吸收較多的風力 現代的風車, 葉片的數目是愈做愈少, 主要在於葉扇方面的製作, 當葉片越大時, 扭力會增加, 但是在高速轉速時, 由於空氣力學會造成葉片轉速下降, 此時輸出功率就會大大的減少, 所以設計成細長狀, 便能讓他在高速運轉時更較大的輸出功率 三 風力發電機原理風力發電的原理, 是利用風力帶動風車葉片旋轉, 再透過增速機將旋轉的速度提升, 來促使發電機發電 其中根據規模大小, 又可區分為大型與小型風力發電, 許多人以為小型風力發電就是把大型風力發電照樣模仿只是縮小尺寸而已, 其實是不對的 不同於大型風力發電機會更額外的供電裝置, 小型風力發電不會更其他的供電設備供風力發電機使用, 此外, 如對風速過強時的裝置, 要更即時自動追蹤風 向調整裝置等等不同的差異, 使得小型風 機在設計上更多處不同於大型風機 風力 發電機原理的各項特性分析如下 [1] (1) 風力機的輸入功率風力機的輸入功率 ( P A ), 它的定義是單位時間內穿過風力機掃掠面積的動能, P A 之表示如式子 (1) 所示 1 m V A V D V (1) t 8 其中 m 為流動空氣的質量 (kg) V 為風速 (m/sec) 3 ρ 為空氣密度 (kg / m ) A 為葉片旋轉面積 (m ) D 為風力機直徑 (m) ) 風力機的輸出功率所更風力發電機的功率輸出是隨著風 力而變的 強風下最常見的兩種限制功率 輸出的方法 ( 從而限制風輪所承受壓力 ) 是失速調節和斜角調節 使用失速調節的 風電機, 超過額定風速的強風會導致通過 業片的氣流產生擾流, 令風輪失速 當風 力過強時, 業片尾部制動裝置會動作, 令 風輪剎車 使用斜角調節的風電機, 每片 葉片能夠以縱向為軸而旋轉, 葉片角度隨 著風速不同而轉變, 從而改變風輪的空氣 動力性能 當風力過強時, 葉片轉動至迎 氣邊緣面向來風, 從而令風輪剎車 風力 機的輸出功率 ( P ) 是指轉變為機械能的 功率, 其式子表示如下 3 CP A V () 其中 1 當 V= 常數,P 正比於 D 的平方, 即風 速一定時, 風力機的輸出功率和風力機 的直徑平方成正比 50

51 當 D= 常數,P 正比於 V 的立方, 即風 力機的直徑固定時, 風力機的輸出功率 和風速的立方成正比 3 當風力機直徑及風速不變時, 風力機的 輸出功率和 C 成正比 P 4 當風力機輸出功率和風力機葉片數無關 時, 但卻與空氣密度成正比 (3) 風能利用係數 C P 風能利用係數 C P = 風力機的輸出功率 / 風力機的輸入功率 = P / P (3) 風能利用係數是表示風力機效率的重要參 數, 它可看出風力機從風中獲得的更效能 量的比例 根據貝茲 (Betz) 理論, 風能利用 係數的最大值為 (4) TSR 風力機的頂端速度比 在風速為 V 時, 風力機葉片尖端的速度和 該風速的比, 稱為頂端速度比 (TSR) 而頂 端速度比表示如式子 (4) 所示 其中 R (4) V ω 為發電機旋轉角速度 (rad/sec) R 為風力機葉片半徑 (m) 由此可知, 頂端速度比為反映在一定風速 下, 風力機轉速高低的參數, 故又稱高速 性係數 (5) 風力機的轉矩係數風力機的輸出功率 (P) 也可以用風力機的 轉矩與其旋轉角速度的乘積來表示 即 其中 P=T ω (5) T 為風力機轉矩 (N-m) 已知風力機的輸出功率 所以 3 PA D V CP 8 T 3 R V CP A T CP 3 R V T R (6) R A V V 其中轉矩係數 CM T R A V (7) T CM R A V (8) 由式 (8) 可知當風力機的尺寸固定時, 在一定風速下, C M 是一個可以反映轉矩 大小的係數 由式上式可知當風力機的尺 寸固定時, 在一定風速下, C M 是一個可 以反映轉矩大小的係數 將發電機裝上葉片, 並且藉著風的流動再透過增速機將旋轉的速度提升, 促使發電機運轉, 並且讓定子線圈感應電壓, 根據目前的風車應用技術來看, 大約是每秒三公尺的微風速度 ( 微風 ) 便可起動運轉, 而在風速在每秒十三至十五公尺時 ( 即大樹搖動的程度 ) 便可達到額定運轉 根據台灣 0 年來的風數據資料評估, 大部份風力機在風速 3 m/s 開始啟動, 當風速在 5m/s 以上, 會因為安全理由而自動停機, 停機後的扇葉仍然可耐 60 至 70m/s 的強風吹襲 四 風力發電機之實作 [-4] 本專題之風力機為傘式垂直軸式風力機, 由於取得的材料不易, 所以費了很多時間去選擇, 經過不斷測試及修正, 最後本專題選擇低轉速高功率直流發電機, 以符合我們的需求, 這也是本專題相當重要的一部份 其次為風力機的葉片, 風輪葉片的設計關鍵為形狀 材質 大小會影響受風的阻力, 然而影響帶動馬達的轉速所 51

52 發發出來的電量 本專題是利用風能作為能量的取得, 由於風力的大小無法掌握, 所以本次實驗暫以工業電風扇替代風力 藉由工業風扇所吹出來的風力轉化成可用的電能完成發電, 風能透過葉片吸收, 並帶動發電機的轉動進而產生電能, 經由充電電路達到充電效果, 並將所充的電能儲存於 6 伏特蓄電池 圖 1 所示為本專題的風力發電機系統電路圖 圖 所示為製作葉片之模組結構, 圖 3 所示為本專題特製之傘式翼型葉片, 圖 4 所示為本專題特製外傘式內索旺尼斯型葉片, 圖 5 為本專題風力發電機之實體成品 圖 3. 本專題之傘式翼型葉片 圖 1. 本專題的風力發電機系統電 圖 4. 本專題外傘式內索旺尼斯型葉片 圖. 製作葉片之模組結構 圖 5. 本專題風力發電機之實體成品 5

53 五 風力發電機之測試表 1 所示為不同風速之風力發電機之量測數據 本專題風力發電機做了幾個簡單的量測啟動風速, 大約在每 m/s 便可以啟動開始旋轉, 大約在每 6 m/s 便可以開始對我們的蓄電池開始充電, 由於我們並沒更量測到風速為 10 m/s 以上的速度, 因此數據仍嫌不足 表 1 所示為不同風速之風力發電機之量測數據 參考文獻 [1] 台灣仿真科技更限公司 " 風力發電機模擬系統 " 使用手冊 [] 電子學 I II, 陳文山編著, 全華科技圖書公司 [3] 電子電路, 黃慶璋編著, 台科大圖書股份更限公司 [4] 電池資訊網 : 蓄電池基本原理 表 1 為不同風速之量測數據 風速 (m/s) 輸出 (V) 六 結論在地球現更的資源下, 再過幾年便會被人類一一的消耗殆盡, 現在先進國家都在找尋著新的替代能源, 而風力發電便是一種新的替代能源, 而且是源源不盡的, 只要更風, 就能夠發電 由於風力發電技術應用不斷的創新, 使風力發電能漸成為各國未來的主要能源 雖然製作完成的作品, 與真正所希望的結果, 更所出入, 但實驗是要繼續持續下去的, 而發電機與葉片的製作, 是風力發電成功與否很重要的關鍵 在實作方面, 雖然更很多的想法, 由於遇到材料的尋找不易, 於是很多的辦法無法實現, 之後已更做出成品出來, 但還是要再持續的修改, 使風力發電機能發揮更好的性能 53

54 x(mg 0.96 Co 0.04 )TiO 3 -(1-x)SrTiO 3 之介電陶瓷特性 吳韋汎 指導老師戴國圓 四技電機四 A 摘要本論文以純氧氣氛燒結對 x(mg 0.96 Co 0.04 )TiO 3 -(1-x)SrTiO 3 介電陶瓷材料做特性分析, 藉由添加五種不同 x 比例的 SrTiO 3 正溫度係數材料, 其中 x 值為 :( ) 來分析其溫度頻率係數及其微結構及微波介電特性的影響, 實驗顯示, 原始的 Mg 0.96 Co 0.04 TiO 3 燒結溫度必頇達到 1450, 其介電特性為 : ε r ~18.19,Q f~1013(at 10GHz),τ f ~-18.0 (ppm/ ) 去探討 x(mg 0.96 Co 0.04 )TiO 3 - (1-x)SrTiO 3 接近於零的共振頻率溫度係數, 得知 x(mg 0.96 Co 0.04 )TiO 3 -(1-x)SrTiO 3 在 x=0.94 時, 燒結溫度 1360 時, 具更較佳的微波特性 : 介電常數約為 1.38, 品質因數值約為 10791(at 9GHz), 共振頻率溫度係數約為.9(ppm/ ) 左右 實驗結果添加燒結 SrTiO 3 的確能讓 τ f 趨近於零, 且以純氧氣氛燒結還可以明顯降低燒結溫度約 90 度 關鍵詞 :(Mg 0.96 Co 0.04 )TiO 3 介電陶瓷 燒結 Abstract This paper used pure oxygen atmosphere Sintering of x(mg 0.96 Co 0.04 ) TiO 3 -(1-x)SrTiO 3 to analyze dielectric ceramic materials properties by adding five different x ratio of SrTiO 3 positive temperature coefficient material, where x is:( ) to analyze the temperature coefficient of frequency and microstructure and microwave dielectric properties, experiments show that the original (Mg 0.96 Co 0.04 )TiO 3 sintering temperature must reached 1450, its dielectric properties as: ε r ~ 18.19, Q f ~ 1013 (at 10GHz), τ f ~ (ppm/ ).In order to have x(mg 0.96 Co 0.04 )TiO 3 -(1-x) 54 SrTiO 3 a near-zero temperature coefficient of resonant frequency, The experimental shown that x(mg 0.96 Co 0.04 )TiO 3- (1-x) SrTiO 3 at x = 0.94 and the sintering temperature at 1360, can get a better microwave characteristics: dielectric constant of about 1.38, the quality factor value of about (at 9GHz), the resonant frequency temperature coefficient of about.9 (ppm/ ).The results found that add SrTiO 3 does make τ f near zero, and the pure oxygen atmosphere sintering can also significantly reduce the sintering temperature is about 90 degrees. Keywords: (Mg 0.96 Co 0.04 )TiO 3 Dielectric Ceramics Sintering 一 前言 由於無線通訊的蓬勃發展 對於使用印 刷電路板 (PCB) 作為基板的需求是日益增 加, 隨著頻率的上升,PCB 的介電損失也 跟著提高, 而另一方面陶瓷材料高頻時的介 電損失還維持相當低的數值, 所以通訊產品 往高頻發展時, 則需以陶瓷材料來當作基板, 才能獲得最佳性能的通訊產品, 因此, 應用 材料及製程技術的改良等, 都成為各產業界 及學術界爭相研究的主題 為了符合現代人 的攜帶方便, 通訊產品都朝著輕 薄 短 小方面來努力改變 陶瓷介電材料因具低成 本 製程技術成熟與其良好特性, 可大大地 縮小諸如天線 濾波器等元件及電路之體積 而濾波器的使用在於控制該系統的頻率響 應以符合該通訊系統的規格, 是射頻電路模 組的關鍵 在微波通訊中, 介電共振器 (DR : Dielectric Resontor), 微波濾波器 [1] 都扮演

55 著重要關鍵的角色, 因 DR Filter 尺寸的縮 小, 才可使通訊產品體積縮小 通常選擇介電材料來製作微波元件, 其材料需滿足下列特性 : (1) 高介電常數 (Dielectric constant; ε r ) () 高品質因數 (Quality factor; Q) (3) 低共振頻率之溫度飄移係數 (Temperature coefficient of resonant frequency; τ f ) 二 實驗製程與量測 首先將高純度 (99.9%) 之原始粉末 MgO CoO TiO,SrCO 3 依照莫耳比例 秤重, 然後加入韌性良好的球磨壺內, 與 高硬度的瑪瑙珠和蒸餾水均勻混合, 放入 球磨機中球磨 4 小時, 把球磨好的液體倒 入盤中放置於熱風循環烘箱中,4 小時後 確定粉末乾燥 將烘乾粉末經搗磨後, 放入純氧氣氛高溫爐中以 1100 持溫 4 小時進行鍛燒, 完成 (Mg 0.96 Co 0.04 )TiO 3 粉末, 鍛燒後之粉末添加不同重量比的正溫度燒結 SrTiO 3, 經過球磨 4 小時後再將其烘乾, 烘乾後粉末將放入瑪瑙缽搗磨約 1 小時 完成以上步驟後, 再將搗磨過後的粉末加入 3wt% 的更機黏劑 (PVA- 聚乙烯酒精 ) 混合, 主要目的在於粉末壓模時, 更容易成形, 然後經過 100mesh 的過篩網進行過篩, 使粉末顆粒更為均勻, 再以單軸雙向壓模機, 以 5kg/cm 3 的壓力, 將粉末壓成直徑約 11mm, 重量約 1.3 公克之生胚 最後則是將壓模成型的 (Mg 0.96 Co 0.04 )TiO 3 -SrTiO 3 生胚放入純氧氣氛高溫爐內用 600 持溫 小時作為去黏劑的處理, 以每分鐘 3 升溫至燒結溫度 1330 ~1450 持溫 4 小時, 以同樣的溫度降溫至室溫, 這樣即完成介電材料的燒結, 也就是所謂的 DR.1 微波分析與測量本實驗測量微波介電特性 ε r Q 及 τ f 的方法是採用 P.Wheless 和 D.Kajfez 之模態鑑別法與 1985 年 X-Ray 繞射儀作微結構分析, 採用銅靶之 Kα 射線 (λ=1.584å ), 55 操作條件為電流 30mA 電壓為 40KV 掃描速度為 4 /min 掃描角度範圍為 θ 值在 0 ~ 60 實體密度則是以阿基米得的方式量測 微波特性之介電常數 (ε r ) 及介電品質因數 (Q) 則是使用 Courtney method 量測 即透過測量與介電特性相關的電氣參數在反算出介電參數值 [-3] Courtney method 最早是由 Hakki 及 Coleman 所構想出來的 [4], 之後由 Courtney 完成溫度效應研究及誤差分析, 由於無法對金屬表面電阻 Rs 做精確量測, 此量測理論值到 Kobayashi 與 Katoh 提出精確等效金屬表面量測理論 [5] 後, 才得以完成 本實驗所採用參考沈自教授 [6-1] 的文獻理論 並以傳統量測加以驗證後所製之檢具, 其結構為一傳輸型共振器, 是將圓柱型介電共振器, 夾放在圖 1 兩個平行金屬板中間, 其原理是把圓柱狀 DR 夾在二片無窮大 ( 理論模型 ) 的平板金屬間而組成, 此結構相當於把介電質圓柱波導兩端短路而形成共振器, 之後以 Anritsu 37347C 向量式網路分析儀量測其微波介電特性 圖 1. 圓柱型介電量測器具 三 實驗結果與討論 在微波特性分析中, 圖 0.94(Mg 0.9 Co 0.1 )TiO SrTiO 3 ( 簡稱為 94MCST) 在不同燒結溫度下的 XRD 分析, 由圖中可知道在此系統中以 MgTiO 3 為主 要晶相, 其中包含微量的 CoTiO 3 及 MgTi O 5 和 SrTiO 3 的晶格相, 在純氧氣氛 燒結時只更在 140 燒結時更少許增加 的相偏移, 從其他方面來看, 圖中標示

56 MgTi O 5 之中間相在純氧氣氛燒結 140 下更明顯減少 是品質因數下降 此材料中在純氧氣氛燒結 1360 可取得較高之品質因數 圖. 0.94(Mg 0.96 Co 0.04 )TiO SrTiO 3 純氧氣氛燒結下不同溫度 XRD 分析圖 (Mg 0.96 Co 0.04 )TiO 3 Mg TiO 5 SrTiO 3 圖 3 為 94MCST 的介電常數相對於純 氧氣氛燒結溫度持溫四小時的關係圖, 由 圖 中可以看出材料之特性曲線, 其中由 於材料晶粒成長進而孔隙減少故介電常 數 K 值增加, 到了 1390 時達到最大值 7.10, 接著隋溫度增加而 K 值下降, 此材 料中在純氧氣氛燒結 1390 可取得較高 之介電常數 圖 (Mg 0.96 Co 0.04 )TiO SrTiO 3 純氧氣氛燒結下不同溫度之品質因數比較圖 圖 5 為燒結溫度對共振頻率之溫度漂 移係數的影響, 燒結溫度在 1330 至 1450 之間, 圖中可發現 τ f 之數值隨著燒 結溫度 1330 上升而慢慢往正值收斂 其 材料的共振頻率之溫度漂移係數範圍在於 -~1ppm/ 之間 圖 (Mg 0.96 Co 0.04 )TiO SrTiO 3 純氧氣氛燒結下不同共振頻率之溫度漂移係數 圖 (Mg 0.96 Co 0.04 )TiO SrTiO 3 純氧氣氛燒結下不同溫度之介電常數比較圖 圖 4 為 94MCST 的品質因數相對於純氧氣氛燒結溫度持溫四小時的關係圖, 由圖 3 看出材料之特性曲線, 可發現品質因素值隨著溫度燒結上升而跟著上升到了 1360, 品質因數最大值 10791(at 9GHz) 之後接著因雜質 相之不均勻度 異相成長或兩次相等因素造成, 雖然溫度升高但 在微波特性分析 94MCST 材料中, 圖 6 為不同燒結溫度的樣本塊體密度關係圖, 故溫度上升密度增加,140 達到最大值 3.91, 呈高緻密化, 低孔隙率 爾後溫度再上升, 晶粒成長到撐開孔細密度就會減少, 都維持在 3.85~

57 圖 (Mg 0.96 Co 0.04 )TiO SrTiO 3 純氧氣氛燒結下不同溫度之密度分析 表 1. 94MCST 之微波特性分析歸納表 燒結溫度 K Qxf τ f (ppm/ ) 密度 四 實驗結果與結論 (Mg 0.96 Co 0.04 )TiO 3 是一個相當更潛力的微波材料, 與 SrTiO 3 以 0.94 比 0.06 比例混合以五種溫度燒結, 量測其特性, 可以將溫度飄移係數調整至零附近, 但溫度高達 1360 其介電常數值 ε r 約為 1.38 及共振頻率溫度飄移係數 τ f 約為.99, 品質因素 Q f 約為 10791(at 9GHz), 緻密度為 3.88 g/cm 3 因此適合用於微波通訊的元件使用, 以縮小元件的面積及穩定溫度 pp , [5] B.W. Hakki and P.D. coleman, A Dielectric Resonator Method of Measuring Inductiove Capacities in the Millimeter range, IEEE. Trans. MTT, Vol.MTT-8, pp , [6] Jyh Sheen, "Comparisons of microwave dielectric properties measurements by transmission/reflection techniques and resonance techniques", Measurement Science and Technology, vol. 0, no.4, pp , 009. [7] Jyh Sheen, "Measurements of microwave dielectric properties by an amended cavity perturbation technique", Measurement, vol. 4, no. 1, pp , 009. [8] Jyh Sheen, "A dielectric resonator method of measuring dielectric properties of low loss materials in the microwave region", Measurement Science and Technology, vol.19, no.5, pp (11pp), 008. [9] J. Sheen, "Losses of the parallel-plate dielectric resonator", IET Microwave, Antennas & Propagation, vol., no.3, pp.1-8, 008. [10] Jyh Sheen, " Microwave measurements of dielectric properties using a closed cylindrical cavity resonator," IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 14, no. 5, pp , 007. [11] Jyh Sheen, "Amendment of cavity perturbation technique for loss tangent measurement at microwave frequencies" Journal of Applied Physics, vol. 10, pp (6 pp), 007. [1] Jyh Sheen, Chin-An Chen, Yi-Hua Chen, Chin-Lun Lai, and Zuo-Wen Hong, " Microwave measurements of dielectric properties a further study to a new theoretical model for a closed cylindrical cavity dielectric resonator," Proceedings of The European Conference on Antennas and Propagation, EuCAP, Berlin, Germany, pp.3-7 March 0. 參考文獻 [1] H. Ouchi and S. Kawashima: Pro. of the 6th meeting on Ferroelectricity, Kobe, Jpn. J. Appl. Phys., vol.4, pp.60, [] 翁敏航, 射頻被動元件設計, 東華書局,006. [3] D.Kajfez, Basic Principle Give Understanding of Dielectric Wave-Guides and Resonators, Microwave System News, vol.13,pp , 1983 [4] W.E. Courtney, Analysis and evaluation of a method of measuring the complex permittivity and permeability of microwave insulators, IEEE. Trans. Microwave Theory Tech, Vol.MTT-18, 57