1

國立虎尾科技大學電機系專題精簡報告 題目：溫度感測系統實作

(Temperature sensing system implementation) 執行期限：102 年 02 月 01 日至 102 年 10 月 21 日

指導老師：彭先覺

專題參與人員：李昂宸 許庭熙 高慶君 楊承憲

班級：四電四甲

一、摘要

本專題利用溫度感測器AD590 與類比/數位轉換 IC 量測室內溫度，溫度感測器先將感測到的溫度值經由 A/D 轉換 IC 到8051 上做計算，再透過串列埠傳輸到開發

版，經 RJ45 到網路，網路再傳送感測溫度值到伺服器上，透過介面顯示，其中電路

加裝兩組風扇可由伺服器的指令決定開關

與否，形成監測、控制的全雙工系統。

關鍵詞：8051、TCP/IP、A/D 轉換器

Abstract

In this project, the room temperature can be measured by sensor and analog to digital converter IC. First, using temperature sensor to measure temperature through analog to digital converter IC get to 8051 do calculate pass serial port transmission to developer edition. Second, through RJ45 to Internet on server, handle calculated temperature display on the interface. In addition, plus two of fans from server control turn on or turn off. Com pose monitor and control system.

Keywords：8051, TCP/IP, A/D converter.

二、專題緣由與目的

化石能源是目前最重要的能源，在透

過燃燒來轉換成其他能源時，產生以二氧

化碳為主的大量溫室氣體，以及污染空氣

的懸浮物質，但是使用的效能卻又不高。

因此能源相關的問題已成為近年來備受關

注的環保及科技議題，像是乾淨能源的開

發與使用、節能的硬體材料及方式、能源

監控等。透過各個領域的研究與合作，期

望能減緩溫室效應，以及解決石油用罄時

可能造成的能源危機。 能源監控最主要的目的是了解目前能

源使用的情況，監控所產生的數據可為改

善能源應用的參考。目前台灣地區使用能

源監控系統的單位多屬工廠與學校，工廠

使用的原因在於成本上的考量，減少不必

要的能源消耗可降低生產成本，相對可獲

得較高地利潤。學校的用電量相當驚人，

約有三萬六千人的台灣大學一年水電費將

近三億。一般家庭的用電量雖然遠不及工

廠與學校用電，透過能源監控系統的協

助，可有效地管理能源消耗，即使只改善

小部分的用電量也可省一大筆開銷。

能源監控系統除被動地分析及提共能

源使用的情況外，也可結合居家自動化控

制的概念，主動進行節省能源的措施。譬

如說監控系統可以感測室內的亮度，將燈

光調整成適當的大小，並可控制窗戶適量

地導入太陽光；室內空調也適用這種想法。

良好設計的能源監控系統不僅可以協

助我們省去不必要的能源消耗，更可主動

與環境互動來最佳化使用的能源，因此這

個領域對於大量使用化石能源的人們顯得

相當重要[1]。

2

隨著時代的進步，電腦的使用越來越

普遍，幾乎每個家庭都擁有 2~3 部電腦，

在這種趨勢下，透過電腦連接網路藉由伺

服器來實現家電遠端監測、控制是一種極

為方便、有效率的方法，同時又具有很高

的可靠性以及線路免維護等優點，目前人

們對家電的選擇與使用，已經從只關心家

電的功能轉向追求家電的外觀和控制的便

捷性，由於近幾年來網路與科技的發展漸

漸成熟，為家電的遠端監控提供了可能性

[2]。 此專題的研究是以AD590 溫度感測器和ADC0804類比/數位轉換器與8051微處理器為出發點，做為感測、計算溫度的工

具，透過 TCP/IP 開發版連線到網路再由伺服器介面顯示，形成監測系統，由伺服器

發送指令給所安裝的風扇，控制風扇開

關，以達成控制。

三、執行步驟與方法

本次專題的研究主要是量測溫度，透

過轉換介面，顯示其溫度，最後可由介面

控制風扇 on/off，實際執行步驟可分為以下六點： (1)由 AD590 溫器感測器感測溫度;

(2)經電壓隨耦器傳值給類比/數位轉換

器;

(3)將轉換後的溫度值回傳給8051做計算;

(4)經由 RS232 連接到開發版; (5)由 RJ45 連接網路，將計算過後的溫度

值在介面上顯示;

(6)透過介面可做控制風扇開關工作。

1.系統架構

本系統架構是以 8051 作為核心，將溫度感

測值經取樣電路後做計算可顯示在開發

版，其風扇開關可由 VB 介面做控制，系統架構如圖一所示:

圖一.系統架構圖

2.電路

本電路利用 NI Multisim 做繪製，其電路圖如圖二所示：

圖二.溫度感測電路圖

電路動作說明：

(1)AD590: 用途:量測室內之溫度

主要特性[3]:

A. 溫度量測範圍：-55°C～+150°C。 B. 電源電壓範圍為 4V～30 V，可以承

3

受 44 V 正向電壓和 20 V 反向電壓， 即使元件反接也不會被損壞。

C. 精度高，在- 55℃~+-150℃範圍內，非 線性誤差僅為±0.3℃。

D. 輸出電流與絕對溫度成正比，溫度每升高 1°K，輸出電流即增加 1uA,其輸出電流大小公式為(3.1)[4] I=(273+T) A (3.1) 其中 T 為溫度。 由於電路中串聯了 10K，故電壓的

計算可由歐姆定律 V=I*10K來做計算，其中 2K的可變電阻用來做電壓校正用途。AD590 外觀及接腳如圖三所示：

圖三. AD590(來源:甘丹家電：溫度感知

器製作與探究)

(2)ADC0804： 用途：將溫度感測溫度值做類比∕數位轉

換。

動作情形[4]：

A. 若令 CS 及 WR 腳皆為”0”，則會令INTR 接腳復置為”1”，而且使類比制數位電路完成準備工作;

B. 經過 100ns 以後，若 CS 與 WR 兩腳之中有任一腳以上恢復為”1”，則類比至數位轉換電路進入工作狀態，開始將

類比輸入電壓Vx轉換成 8位元的數位資料;

C. 當轉換完成時，會將數位資料保存在栓鎖器，並令 INTR 腳輸出”0”表示已轉換完畢;

D. 若令 CS 及 RD 腳皆為”0”則三態緩衝器導通，將數位資料由 DB0~DB7 送出。

其接腳如圖四所示：

圖四. ADC0804 接腳圖(來源:甘丹家電：

溫度感知器製作與探究)

(3) 8051 用途：將類比∕數位轉換器從溫度感測器

量測到溫度值做計算。

動作說明：

當電路開始動作，由8051觸發A/D工作，等待ADC0804把類比電壓轉換成數位資料，INTR=1時，讀取A/D轉換後的資料，經RS232的初始化，設定鮑率、工作模式，將

發射旗標設為”0”，資料便可發射出去。動作流程如圖五所示：

圖五.8051 動作流程圖

4

(4)MAX232 用途：8051 與 RS232 連接用，如此便可跟

PC 連結。其接腳如圖六所示：

圖六. MAX232 接腳圖(來源：維庫電子市場網)

4.開發版

由於我們需將溫度感測值經由網路傳送到

伺服器，所以我們選擇由超前科技開發的

具有網路功能的 8051 TCP/IP 開發板做為連線工具。

圖七.開發版

溫度感測電路經由 RS232 連接開發版之後，透過 RJ45 將 8051 所計算的溫度感測值傳輸到網路上。

5.伺服器

為了方便使用者觀測溫度值，因此使

用 VB6.0 製作一個伺服器介面來接收開發板傳送到網路上的資料，溫度值會顯示在

伺服器的 VB 介面上。此外，使用者可從VB 介面發送信號控制風扇開關。 伺服器介面按下 Start_Server 按鈕後，開發板經由網際網路透過電腦的 IP 連線，VB 介面會顯示”連線成功”，如圖八所示，之後可用介面上之 FAN1、FAN2 按鈕對風扇開關進行控制，如圖九所示，實現遠端

監控之訴求。

圖八.VB 介面連線成功的狀態

圖九.風扇(FAN1)開啟後的狀態

5

伺服器介面功能如下:

(1) 按下 Start_server 按鈕透過連線設備判斷是否連線，透過 VB 介面來讀取winsock 元件判斷是否有接收到資料，並在介面上顯示溫度值，且 Light3會在不同的溫度範圍產生不同亮燈顏

色變化。用一個 Light3 表示溫度於不同範圍內有不同的亮燈顏色變換，當

溫度小於 30°C 時，Light3 亮藍燈；大於 30°C，Light3 亮黃燈；當溫度大於40°C 時，則 Light3 亮紅燈，伺服器工作流程如圖十所示。

(2) 用兩個按鈕輪流發射信號各別控制風扇，點擊 FAN1、FAN2 經由 winsock元件發送資料，由 RJ45 到開發版上的8051，再從 RS232 傳送到電路控制風扇開關，並傳回資料使得 VB 介面上的 Light1、Light2 亮滅，表示風扇狀態。

圖十.伺服器工作流程圖

連線後，用兩個按鈕 FAN1、FAN2 輪流發送訊號分別控制風扇 1、風扇 2。如圖十一，點擊 FAN1 按鈕，判斷 Light1 是否發亮，否的話則表示開發板上未將信號傳

給 PC，風扇 1 為停止狀態，讀取 winsock元件發送信號經 RJ45 到開發板上，再從RS232 傳送到電路打開風扇 1，之後開發板

傳回信號到 PC，VB 介面經由 select case選擇式選擇case”0”讓Light1發亮，之後End select 結束；若點擊 FAN1 後 Light1 發亮，表示開發板已發送信號到 PC，風扇 1 正在轉動，則讀取winsock元件發送信號經RJ45到開發板上，再從 RS232 傳送到電路關閉風扇 1，之後開發板傳回信號到 PC，VB介面經由 select case 選擇式選擇 case”1”讓Light1 熄滅，之後 End select 結束。FAN2按鈕的操作如同 FAN1。

圖十一.風扇控制流程圖

四、結果與討論

測試結果:

連線時，讀取 winsock 元件收取資料，

VB 介面會表示”連線成功”，此時所量測

6

到的溫度值會藉由 RS232 在開發板上的七段顯示器顯示出溫度值，且 PC 會收到經RJ45 傳送的資料，並在 VB 介面上顯示 。

圖十二.開發版與 VB介面

溫度感測的結果中，感測元件的特性曲線

很細微穩定地跟隨溫度變化，近呈線性關

係，只要感測 IC 穩定就能顯是正確的溫度值，溫度與輸出電流關係如表一所示[5]。

表一.溫度與輸出電流關係表

ADC0804 的防止雜訊干擾，採取措施如下[4]: (1) 在第 20腳和第 10腳之間接一個 1 F

以上的鉭質電容器(一般採用 10 F); (2) 在第 9腳和第 8角之間接一個 0.1 F

的陶瓷電容器或塑膠膜電容器;

(3) 第 6腳和第 7腳的連接線採用隔離線，並將隔離層接在第 8腳;

(4) 內部振盪器的振盪頻率由第 19腳和第

4腳所接的 RC 值決定。廠商推薦值是 R=10k，C=150pF。

五、參考文獻

[1] 李丹妮，「有拼才有贏 台電以競賽號

召節約用電」，新台灣新聞周刊，第 636

期。

[2] 百 度 百 科 ， http://baike.baidu.com/view/2827403.htm

[3] 百 度 百 科 ，

http://baike.baidu.com/view/1680846.htm [4] 蔡朝洋、蔡承佑，2011，單晶片微電腦

8051/8951 原理與應用(C 語言)第二版，全華圖書

[5] 黃 柏 翔、謝 政 儒,2011，「數位式

感測器」，國立勤益科技大學電子工程

系 日四技實務專題報告