張森富Chang, Sen-Fuh臺灣大學:生物產業機電工程學研究所杜岳庭Tu, Yueh-TingYueh-TingTu2010-05-052018-07-102010-05-052018-07-102008U0001-2707200823123600http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/180223有鑒於國內泡茶文化，並參考歐美咖啡機結構，本研究致力設計適合沖泡台灣特色茶種的自動化機械器具。其主軸在於設計泡茶機之控制器，並搭配簡易的元件來進行研發與測試。應用單晶片微處理器當整個系統之控制核心，使用電壓型溫度感測器做為溫度感測，利用微處理器之數位類比轉換器將溫度轉換成電壓值輸出。以齊格勒－尼古斯（Ziegler-Nichols）法則找出比例積分微分控制（PID Control）中重要的三個參數：Kp、Ki、Kd，並將其代入溫度誤差演算法中。控制主程式設計六種不同溫度升溫模式以配合六種不同特色茶種：綠茶、龍井茶、文山包種茶、鐵觀音茶、白毫烏龍茶與紅茶之應用。在操作介面上使用兩位數七段顯示器來顯示即時溫度，搭配液晶顯示模組和功能按鍵可讓使用者作沖泡選擇。經過升溫及降溫測試，可證明系統電路正確性及控制流程的穩定性，實驗結果顯示本研究所設計之自動泡茶機，不論是升溫或降溫，其誤差皆可精確控制恆溫在±2℃之內。Based on the tea making culture in Taiwan and the components of coffee machines, it is tried to develop an automatic device suitable for characteristic tea. This study used some simple components to design the tea maker controllers and focused on the development and testing of controllers. A single chip microprocessor has been applied to the key part of control system along with a voltage type temperature sensor measuring temperature. Then, the Celsius degree data are obtained from output voltage by analog to digital converter of microprocessor. Three important parameters were derived: Kp, Ki, and Kd in PID control by using Ziegler-Nichols rule which are substitution for error mathematical function. 6 heating modes were designed to fit 6 characteristic teas（Green tea, Long Jing Tea, Wun Shan Paochong tea, Tieh Kuan Yin tea, White-tip Oolong tea, Black tea）in main control program. This system shows the immediate temperature by seven-segment display. Liquid Crystal Display and buttons are provided for heating modes. It has been proven that the circuit of this system is precise and control process is stable. Experimental results have shown that the precision of constant temperature is within ±2℃ no matter heating or cooling.目 錄 頁次試委員審定書 謝 ……………………………………………………………………………….ii 要 ………………………………………………………………………………iiibstract ………………………………………………………………………………iv 目 錄 ……………………………………………………………………………...vii 目 錄 ………………………………………………………………………………xi1章 前言 1-1 背景 1-2 研究目的 22章 文獻探討 3-1 台灣特色茶種 3-2 咖啡機之機械結構 6-3 專利泡茶機 9-4 控制器晶片 12-5 溫度感測器 14-6 比例積分微分控制器 (PID Controller) 193章 材料與方法 21-1 單晶片微處理器 21-2 使用軟體 28-3 液體溫度感測器 29-4 自動控制法則 33-5 控制邏輯與系統硬體 39-6 串列埠傳輸與即時監控 514章 結果與討論 55-1 泡茶曲線 55-2 降溫曲線 63-3 實驗結果 715章 結論與建議 72考文獻 ……………………………………………………………………………...73 錄 一 ……………………………………………………………………………...76 目 錄 頁次2-1 台灣特色茶 52-2 佳葉龍茶產製機械之外觀 52-3 家用型咖啡機 62-4 鍋爐 72-5 加熱器 72-6 沖泡頭 82-7 沖泡頭熱水電磁閥 82-8 溫控沖茶機 92-9 溫控沖茶機剖面 102-10 自動泡茶機 112-11 數位溫控器系統硬體架構 122-12 AD590腳位 142-13 電路設計冷接點補償法 152-14 自適控制法 192-15 臨界穩定與繼電器開關示意 192-16 Z-N 步階響應法 203-1 INTEL 8051控制流程 213-2 開發電路板 223-3 開發電路板160 Pins接腳 233-4 開發電路板實體 243-5 開發電路板控制流程 243-6 中斷示意 263-7 感測器之溫度與電壓差關係 293-8 感測器接腳 303-9 感測器規格 313-10 TC1047於不同溫度下之電壓差值 323-11 PID控制 333-12 轉移函數系統 353-13 系統步階響應 373-14 運算誤差與功率關係 383-15 系統示意 393-16 系統控制流程 413-17 U型加熱管 423-18 繼電器 433-19 電磁閥 433-20 七段顯示器電路 453-21 液晶顯示器實體 473-22 按鈕電路 473-23 外接電路板 483-24 外接電路 493-25 泡茶機外觀 503-26 泡茶機控制箱 503-27 MAX232 IC 523-28 MSComm屬性設定 543-29 使用者圖控界面 544-1 綠茶沖泡曲線 564-2 龍井茶沖泡曲 564-3 文山包種茶沖泡曲線 574-4 鐵觀音茶沖泡曲線 574-5 白毫烏龍茶沖泡曲線 584-6 紅茶沖泡曲線 594-7 恆溫70℃變動曲線 594-8 恆溫75℃變動曲線 604-9 恆溫80℃變動曲線 604-10 恆溫85℃變動曲線 614-11 恆溫90℃變動曲線 614-12 恆溫95℃變動曲線 624-13 95度至90度降溫曲線 634-14 95度至85度降溫曲線 644-15 95度至80度降溫曲線 644-16 95度至75度降溫曲線 654-17 95度至70度降溫曲線 654-18 90度至85度降溫曲線 664-19 90度至80度降溫曲線 664-20 90度至75度降溫曲線 674-21 90度至70度降溫曲線 674-22 85度至80度降溫曲線 684-23 85度至75度降溫曲線 684-24 85度至70度降溫曲線 694-25 80度至75度降溫曲線 694-26 80度至70度降溫曲線 704-27 75度至70度降溫曲線 704-28 茶湯實際流出 71 目 錄 頁次2-1 熱電偶式感測器規格 173-1 中斷位址 263-2 計時器位址 273-3 計數器位址 283-4 Ziegler-Nichols法 354-1 七段顯示器數碼 444-2 液晶顯示器連接腳位 464-3 連接器DB-9腳位 52application/pdf3771146 bytesapplication/pdfen-US微處理器溫度感測器茶microprocessortemperature sensorteathesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/180223/1/ntu-97-R95631023-1.pdf