實實務務專專題題報報告告書書 汽汽車車水水箱箱無無水水警警報報控控制制

指 導 老 師：林助訓

專題製作學生：

電機三甲 林建利 BD102502

電機三甲 陳育廷 BD102026

中華民國 一百零五 年 六 月 二十 日

修 平 科 技 大 學 電 機 工 程 系

DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING

HSIUPING UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

摘要

現今汽車儀錶板上只有裝設水溫指燈，但當冷卻燈亮只能知道冷卻水的

溫度並不能得知水箱冷卻水量。

現代人通常生活步調緊湊，很少會再出門前檢查汽車油水電的狀況而

忽略了水溫指示燈所提供的冷卻水系統狀況，而本專題主要是提醒車主有

無漏水或是冷卻水不足，提供警示來避免引擎過熱，又不當駕駛下所造成

的傷害 如:拋錨，引擎縮缸

I

目錄

摘要

第一章. 緒論

1-1.傳統汽車水箱原理 ......................................... 1

第二章.專題硬體選用

2-1.超音波軟件 ............................................... 2

2-2.HC=05 藍芽模組 ........................................... 4

2-3.手機藍芽 app ............................................. 6

第三章.Arduino

3-1.Arduine 簡介 ............................................. 7

3-2.Arduine 優點 ............................................. 8

3-3.Arduine 控制板介紹 ....................................... 9

3-4.Arduine 控版差異 ........................................ 14

II

第四章.專題作品簡介

4-1.作品構思 ................................................ 15

4-2.作品動作流程 ............................................ 17

4-3.作品圖及動作解析 ........................................ 18

4-4.作品電路圖 .............................................. 19

4-5.作品程式 ................................................ 20

第五章.結論

III

圖表目錄

＊圖 2-1-1 超音波偵測器 ..................................... 2

＊圖 2-1-2 超音波偵測示意圖 ................................. 3

＊圖 2-2-1 藍芽模組 HC-05 ................................... 4

＊圖 2-2-2 手機藍芽 app 示意圖 ............................... 6

＊圖 3-1-1 Arduino 控制板大略圖 .............................. 8

＊圖 3-3-1 Leonardo 控制板 ................................. 11

＊圖 3-3-2 Arduino Yun 控制板 .............................. 12

＊圖 3-3-3 Mrga、Due 控制板 ................................ 12

＊圖 3-3-4 Micro.Nano.Mini.LilyPad 控制板 ................... 13

＊圖 4-1-1 專題構思示意圖 ................................... 15

＊圖 4-2-1 專題動作示意圖 ................................... 17

＊圖 4-3-1 專題成品及動作解析 ............................... 18

＊圖 4-4-1 專題電路圖 ....................................... 19

IV

＊表 2-2-2.HC-05 和 Arduino 接線的腳位對應 ................... 5

＊表 3-3-1.ATmega328 硬體規格 ................................. 9

＊表 3-3-2.特殊功能腳位 ..................................... 10

＊表 3-4-1.UNO、Nano、mini、2560、leonardo 控制板差異 ........ 14

參考文獻

V

第一章. 緒論

1-1 傳統汽車水箱原理:

汽車通常裝有主副水箱，主水箱上會有個水箱蓋稱為壓力式水箱蓋，

水箱蓋設有壓力閥及真空閥用來調節主水箱中冷卻水的量。

當水箱壓力過大時，這股壓力會頂開水箱蓋裡的壓力閥讓多餘的壓

力及冷卻水流進副水箱中。

主水箱的冷卻水不足時或是引擎熄火後，冷卻系統溫度慢慢下降壓

力變小此時冷卻水會稍微減少一些。

此時主水箱會產生真空狀態，當產生真空狀態時會產生一股吸力，

此時水箱蓋上的真空閥門會被吸起也會從副水箱吸取冷卻水至主水箱中。

1

第二章.專題硬體選用

2-1.超音波軟件:

是由超音波發射器、接收器和控制電路所組成。當它被觸發的時候，

會發射一連串 40 kHz 的聲波並且從離它最近的物體接收回音。

電源：DC5V/2mA

輸出電位( 1/ 0)：5V/ 0V

精度：3mm

距離範圍：2 ~ 450cm

有效的角度：

使用一組或以上超音波發射器與接收器，計算超音波的速度與時間，

就能算出液位高低。

超音波測量距離的方法，是測量聲音在感測器與物體之間往返經過的

時間。

當超音波發射器發出超音波探測基本水位再由接受器接收水位，一段

時間再次探測當再次探測的水位低於所設的基本水位時將會發出警報來提

醒車主水位低於設置水位須檢查。

▲圖 2-1-2.超音波偵測示意圖

3

2-2.HC=05 藍芽模組:

採用 CSR 主流藍牙晶片。

串口模組工作電壓 3.3V。

串列傳輸速率默認出廠 9600，用戶可設置。

核心模組尺寸大小為：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

▲圖 2-2-1. 藍芽模組

4

電腦配對使用：電腦跟設備間通過藍牙串口通信，使用方法與串口一樣。

手機配對使用：手機跟設備間通過藍牙串口通信，使用方法與串口一樣。

藍牙主機配對使用：兩個設備直接通過藍牙串口通信，如單晶片與單晶片

之間，有線串口跟單晶片間等，使用方法與串口一樣。

*表 2-2-2.HC-05 和 Arduino 接線的腳位對應：

HC=05 藍芽模組 Arduino

VCC Arduino 5V

GND Arduino GND

TX Arduino RX0

RX Arduino TX1

5

2-3 手機藍芽 app:

VT-100 終端模擬器使用藍牙串口適配器與任何串行設備進行通信。

RFCOMM / SPP 協議模擬串行通信通過藍牙。

透過 HC=05 藍芽通訊來配對達到傳輸到手機畫面達到所想要的功能。

BlueTerm

▲圖 2-3-1.手機藍芽 APP 示意圖

6

第三章.Arduino

3-1.Arduino 簡介:

如圖 3-1-1 所示為 Arduino 內建 ADC 以及 PWM 方式輸出的 DAC，是個

親和性很高的物。

理訊號處理平臺，透過感測器可取得周遭生活中的物理量，包括溫濕度、

亮度、聲音、位移變化等，經過 C 語言處理後，以文字、聲、光呈現。

微控制器 ATmega328

工作電壓 5V

輸入電壓(建議) 7-12V

輸入電壓(限制) 6-20V

數位 I/O Pins 14 支(其中有 6 支腳位可提供 PWM 輸出)

類入 Input Pins 6 支

I/O pin 直流電流 40mA

3.3V pin 直流電流 50mA

Flash 記憶體 32KB, 其中 0.5KB 拿去給 bootloader 使用

SRAM 2KB，EEPROM 1KB

時脈 16MHz

7

▲圖 3-1-1. Arduino 控制板大略圖

3-2.Arduino 優點：

1. 價廉物美

2. 跨平臺：Arduino 的開發軟體可在不同的作業平臺下執行

3. 簡單、清晰的編程環境：Arduino 將單晶片編程的繁瑣細節包起來，

也簡化了與微控制器的工作，讓開發流程更加順暢。

4. 開放原始碼和可擴展的軟體：Arduino 軟體採用開放原始碼的方式，

任何經驗豐富的程式設計師都可從官網下載，根據自己的需求擴展。

5. 開放原始碼和可擴展的硬體：Arduino 是基於 Atmel 的 ATmega168、

Atmega328 微處理器，其開發板的設計電路圖允許在創用CC的許可下，

讓經驗豐富的電路設計者依自己的設計予以擴展和改善。

8

3-3.Arduino 系列控制板介紹:

Arduino 在 2010 年推出的標準版本，R3 板子上有兩個處理器，一個

負責與電腦的 USB 通訊 Atmega16U2，另一個負責處理程式 ATmega328，適

合一般實驗用途。

*表 3-3-1.ATmega328 硬體規格：

微控制器 ATmega328

運作電壓 5V

輸入電壓 (建議) 7 -12V

輸入電壓 (限制) 6-20V

數位 I/O Pins 14 (其中六個 Pins 提供 PWM 輸出)

3, 5, 6, 9, 10 和 11 共六支腳

類比輸入 Pins 6

I/O Pin 直流電流 4 0 mA

3.3V Pin 直流電流 50 mA

Flash 記憶體 32 KB (ATmega328) 其中 0.5 KB 用於 bootloader

SRAM 2 KB

EEPROM 1 KB

9

數位 I/O Pins (0~13)：

共計 14 支數位 I/O Pins，可以當作 input 或 output 使用。利用

pinMode(), digitalWrite(), digitalRead() 等函式存取。

*表 3-3-2.特殊功能腳位:

串列通訊 0(RX) 和 1 (TX) 用來接收(RX)與傳輸(TX) TTL 訊號的序列資

料。這兩支腳也連接到 ATmega8U2 的 USB 串列晶片

外部中斷 2 和 3 這兩支腳可以利用低電壓觸發外部中斷

PWM (前置~符號) 3, 5, 6, 9, 10,11 六支腳。透過 analogWrite()

函式可提供 8-bit PWM 輸出

SPI 10(SS), 11(MOSI), 12(MISO), 13(SCK)這四支腳搭配 SPI

Library 可提供 SPI 序列通訊

LED 13。內建一顆 LED 連接該 Pin，當 pin 腳為 HIGH 時，LED 亮，

當 pin 腳為 LOW 時，LED 關閉

類比輸入 Pins (A0~A5)：

共計六個類比輸入，每支腳都可提供 10 位元的解析 1024 種不同的數值。

預設電壓是 0~5V，可透過 AREF 腳和 analogReference() 函式更改。

TWI A4 或 SDA 引腳和 A5 或 SCL 引腳。支援 TWI 通信使用的 Wire Library

10

Leonardo 控制板:

其中圖3-3-3為Leonardo控制板使用內建USB 通訊功能的ATmega32u4

晶片，此 MCU 具備 USB 通訊加 ATmega328 二合一功能，因此價格較低廉，

且可兼任類似電腦一樣，同時與鍵盤與滑鼠進行通訊和運作的功能，適合

希望透過 USB 控制到電腦鍵盤、滑鼠需求的場合。

▲圖 3-3-3. Leonardo 控制板

Arduino Fio 控制板:

Arduino Fio 板使用 3.3V 的高速處理器晶片，板子的下方有一個可以

連接無線傳輸 XBee 的孔座，Fio 適用於需要無線傳輸或以無線的方式進行

燒錄程式的專案。為降低成本，Fio 將大多 Arduino 板都會有的 FTDI 晶

片（USB 通訊）移除，若要燒錄需使用 USB to TTL3.3V 轉接板，或使用

XBee 無線方式傳輸。Fio 上的 USB 接頭無法與電腦端溝通，單純用來供電

與充電（Fio 內建鋰聚合電池的充電電路）。

11

Arduino Yún 控制板:

其中圖 3-3-4.為 Arduino Yún 控制板與 Leonardo 一樣，是 ATmega32U4

為核心的控制器，加上獨立內嵌的 AR9331 處理器組成一個具有 Wifi 功能

的控制板，適合需要無線傳輸或無線燒錄程式的專案。

▲圖 3-3-4. Arduino Yún 控制板

巨大版 Mega 控制板:

圖 3-3-5. Mega 控制板它是在 UNO 及 Leonardo 板提供的類比/數位 IO

不夠用選擇提供了有16 個類比輸入、54 個數位I/O、14 個PWM、4 個UART，

十分強大，但 CPU 時脈同 UNO 板只有 16MHz。

Arduino Due:

圖 3-3-5 為 Due 控制板基於 32 位元 ARM Cortex-M3 核心的 Atmel

SAM3X8E 微控制器開發板，不只 I/O 功能強大，CPU 時脈 84MHz 也很快。

▲圖 3-3-5. Mega、Due 控制板

12

Arduino Micro 板、Nano 板或 Mini 板:

其中圖 3-3-6. Micro 、Nano、Mini 控制板若需要與麵包板結合，用

其腳位與麵包板上的間距相同，可直接插在麵包板上開發、實驗。

LilyPad 控制板:

其中圖 3-3-6. LilyPad 控制板是需要小型或搭配在衣服上的應用，其

圓形鈕扣狀的設計很容易嵌入織品中，設計給表演藝術者製作互動型的

T-shirts。

▲圖 3-3-6. Micro 、Nano、Mini LilyPad 控制板

13

3-4.Arduine 各控版差異:

*表 3-4-1.UNO、Nano、mini、2560、leonardo 控制板差異

UNO Nano mini 2560 leonardo

MCU ATmega328 ATmega328 ATmega328 ATmage2560 ATmega32u4

工作電壓 5V 5V 5V 5V 5V

輸入電壓 7-12V 7-12V 7-9 7-12V 7-12V

數位接腳 14 14 14 54 20

類比接腳 D(6)/S(8) 8 8 16 7

PWM 6 6 6 15 12

時脈 16M 16M 16M 16M 16M

Flash 32K 32K 32K 32K 32K

SRAM 2K 2K 2K 8K 2.5K

EEPROM 1K 1K 1K 4K 1K

USB 晶片 ATmega16u2 FT232 無 ATmega16u2 ATmega32u4

特色 使用最多，

稳定性最好

功能和 UNO

一樣，體積

更小

最小控制

板，燒錄程

式要外接

今天最好、最

快的 8MCU

使用 USB 的控

制器

14

第四章.專題作品簡介

4-1 作品構思:

透過圖 4-1-1.專題作品構思示意圖來了解本作品透過水位感知器來得

知目前水位並做出顯示及警報簡略概念圖。

▲圖 4-1-1.專題作品構思示意圖

15

作品構思解析:

水位感知器偵測基礎水位，透過 Arduino 設定的程式來判斷處理。

1.當水位處在於安全水位的時候:

處於安全水位，不需要處理時水位繼續偵測。

2.當水位處於非安全水位的時候:

處於非安全水位，透過 Arduino 設定將水位顯示在 LCD 面板上

並透過藍芽傳輸至手機畫面來提醒水位，並透過蜂鳴器的鳴叫

達到警報的用途，當水位再次恢復到自己所設定的初水位時

蜂鳴器停止鳴叫。

16

4-2.作品動作流程:

圖 4-2-1.為專題作品動作示意圖來表示水位感知並透過程式分析來做

出正確判斷來達到警報控制

▲圖 4-2-1.專題作品動作示意圖

17

4-3.作品圖及動作解析:

圖 4-3-1.為專題成品及動作解析來大略表示透過水箱上方超音波偵測

水位，將水位反應在 LCD 顯示板及透過藍芽顯示在手機上，在透過水管利

用水位的高低落差來模擬水位下降，超音波同時偵測當水位下降到達自己

所設計的水位時，蜂鳴器發出聲響達到警報。

▲圖 4-3-1. 專題成品及動作解析

18

4-4.專題作品電路:

本作品使用溫控 PT100 裝置、蜂鳴器、HC=05 藍芽模組、超音波裝置

LCD 顯示板跟歐姆電阻，組成一套感應顯示警報系統。

▲圖 4-4-1.專題作品電路圖

19

4-5.作品程式:

*本專題 Arduino 內所編寫程式來達到水位顯示及控制。

20

作品程式解析:

*專題程式簡略分析

#include "Ultrasonic.h"

#include

//LiquidCrystal lcd(11, 10, 9, 4, 5, 6, 7);

//LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);

LiquidCrystal lcd(11, 10, 5, 4, 3, 2);//RS,E,11,12,13,14

↑LCD 指定腳位

Ultrasonic ultrasonic(12,13);//TP,RE

↑超音波指定腳位

int yy = 0;

void setup() {

lcd.begin(16, 2);

//lcd.print("testing...");

Serial.begin(9600);

}

21

void loop()

↑產生循環

{

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

//lcd.print(ultrasonic.Ranging(CM));

yy=ultrasonic.Ranging(CM);←超音波偵測距離放在 yy

lcd.print(yy); ←顯示在 LCD 上

lcd.print("cm");←顯示單位為 CM

Serial.print("Height=");←手機顯示名稱

Serial.print(yy); ←超音波距離

Serial.println("cm");←單位

手機上顯示 Height= yy cm

22

Serial.print("\n "); ←空行

delay(1000); ←時間延遲

if(yy>=10) ←當 yy >=10

{ tone(9,400,100); ←發出頻率 400HZ.100ms 的聲音 ，接至第 9 腳位

delay(500); } ←聲音發出時間延遲 0.5 秒

}

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結論

本次專題可以預防汽車水箱因為漏水或是其他原因，而造成水量不足

而使汽車拋錨或是引擎過熱縮缸。

雖然儀錶板都有溫度過高指示器提醒但沒有水量過少警報及溫度顯示，

這次透過超音波的偵測可以得知水量是否足夠也能通過藍芽通訊軟體來提

醒使用者該注意水量，近而減少過熱等情況的發生。

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參考文獻

http://www.powenko.com/wordpress/?p=4394

Arduino 硬體外觀-柯博文老師

http://ceilingmemo.blogspot.tw/2013/03/arduinoarduino.html

Arduino 筆記(二)：Arduino 介紹

http://coopermaa2nd.blogspot.tw/2012/09/hc-sr04.html

HC-SR04 超音波感測器介紹

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