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電子技術(三) 小專題報告 紅外線感溫顯示器
電子技術(三) 小專題報告 紅外線感溫顯示器 組別：第五組 組員：何冠翰 S 王致傑 S 陳俊良 S 黃鈺鈞 S 指導老師: 林得裕 教授
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目錄 一、 前言‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧3 二、 功能描述‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧4 三、 方塊圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧5 四、 元件介紹‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧6 D6T_44L‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧6 I2C‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 8 Arduino‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧11 五、 裝置的程式設計‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧16 裝置的程式介紹－ＪＡＶＡ‧‧‧‧‧‧‧16 裝置的程式介紹－Ｃ＃‧‧‧‧‧‧‧‧‧20 六、 實驗記錄‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧23 七、 成果展示‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧27 八、 參考文獻‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧28
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前言 在此次小專題，我們希望實現一個小規模的熱像 儀，其最主要的功能為溫度感測，藉由D6T_44L上的 紅外線接收器接收紅外線後，經由D6T_44L上的晶片 將訊號轉為電壓輸出至Arduino的板子。而我們的目標 要把Arduino傳出的16個溫度數值以4乘4的陣列方式呈 現，並試著設定在各個溫度下16格的顏色會隨著它們 各自溫度數值變化而改變。
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功能描述 溫度感測 濾雜訊 將溫度數據類比成顏色繪製 雙平台：C#、JAVA EXCEL輸出(C#) 攝氏與華氏的轉換(JAVA)
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方塊圖 D6T_44L I2C Arduino USB Windows C# JAVA
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D6T_44L 右圖為本次實驗的儀器 之一（D6T_44L），由一個 Silicon lens 內含Thermop- ile sensor 。 Silicon lens 收集輻射熱 （遠紅外線），將物體投射到 Thermopile sensor上形成一 個電動勢，藉由D6T_44L上的 類比電路轉換成溫度數據再傳 送給I2C。
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D6T_44L 右圖為投影示意圖 D6T_44L特性： 工作電壓：4.5~5.5V 工作溫度：0~50ºC 感測溫度：-10~60ºC 可視角度：X=44.2 º Y=45.7 º
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I2C 右圖為D6T_44L的轉接頭I2C GND接地 VCC 接5V SDA為Data line(限壓5V) SCL為Clock line(限壓5V) 再依照接4條線至對應的Ardui- no的PIN腳。
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I2C ＊MCU即為Arduino ＊本次實驗未使用電阻
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I2C PTAT(Lo+Hi)為I2C的起始檢查數據，並非測 量到的溫度，故忽略。 P0~P15為溫度數據。
上圖為I2C傳送至Arduino的資料格式，黃色 區域為我們實驗測量出的溫度數據共35bits。 PTAT(Lo+Hi)為I2C的起始檢查數據，並非測 量到的溫度，故忽略。 P0~P15為溫度數據。 PEC為截止數據，讀到此數據就為一完整循環 並終止此次讀取。
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ArduIno 右圖為arduino，在 本次實驗中用來接收從 I2C傳來的溫度數據，並 利用程式將16個溫度數 據顯示出來。
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ArduIno SCL：A5(第19支腳位，為Clock line) SDA：A4(第18支腳位，為Data line)
VCC：A3(第17支腳位，設定為5V) GND：A2(第16支腳位，設定為0V)
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ArduIno-Code void loop() { int i; Wire.beginTransmission(D6T_addr); Wire.write(D6T_cmd); Wire.endTransmission(); if (WireExt.beginReception(D6T_addr) >= 0) { i = 0; for (i = 0; i < 35; i++) { rbuf[i] = WireExt.get_byte(); } WireExt.endReception();
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ArduIno-Code t_PTAT = (rbuf[0]+(rbuf[1]<<8)); //”<<8”(2^8 = 256) for (i = 0; i < 16; i++) { tdata[i]=(rbuf[(i*2+2)]+(rbuf[(i*2+3)]<<8)); //從[2]ˊ[3] 到[32]ˊ[33] // P[0]P[15] } output_json(); delay(200);
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ArduIno-Code void output_json() { for (int i = 0; i < 16; i++) {
Serial.print(tdata[i]); //將P[0] 到P[15] 印出來 Serial.print(" "); } Serial.println("");
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裝置的程式設計－JAVA JAVA的介面如下圖：
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裝置的程式設計－JAVA JAVA的程式介紹： Ｃｏｎｔｒｏｌ ＳｅｒｉａｌＴｅｓｔ Ｃｏｌｏｒｃｏｄｅ Ｃｏｌｏｒｂｌｏｃｋ
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裝置的程式設計－JAVA Control：主程式－＞控制整個程式的進行。 介面－＞包含共8個控制選項。 Colorcode：介面最左邊色碼表的子程式。 Colorblock：介面顯示色溫的子程式。 SerialTest：Java跟Arduino的溝通程式。 (參考Arduino官網之範例)
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裝置的程式設計－JAVA Control的設計概念： 使用JPanel和Jframe建構出介面環境。
8個控制選項利用boolean置入if去控制做與不做。 呼叫SerialTest將資料傳至Control內的StringT- okenizer將一列資料分割成16個字串數據存至陣 列內。 使用for迴圈將16個溫度數據畫成16個填滿顏色的 正方形。 使用Switch去選擇每個溫度數據的校正公式。 呼叫Colorcode和Colorblock繪製結果。
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裝置的程式設計－C# C#的介面如下圖：
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裝置的程式設計－C# 使用Serial Port方法從Arduino讀取D6T_44L 感測到的訊號，將16個紅外線強度數據以字串 的形式儲存到暫存器裡面。 將16個強度數據轉換成攝氏溫度與色溫，將兩 者以繪圖形式顯示於介面的Panel上，並且可 用checkboxes選擇顯示的類型(可同時顯示)。 可使用平均值的方式使溫度的誤差值變小，缺 點會使掃描度速度變慢。 使用比較的方式在4x4的溫度區塊中，找出最 高溫與最低溫，並標記坐標，另外新增一個面 積平均溫度以供參考。
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裝置的程式設計－C# 在介面上放置4個按鈕與1個Port的選擇表單， 分別為“開始”ˊ“暫停”ˊ“停止”ˊ“儲 存數據”，按下開始鍵時會隱含一個EXCEL文 件並開始將溫度陣列寫入表格中，在按下暫停 鍵時“儲存數據”的Botton將顯示為可使用， 並將EXCEL文件存入“D:/”槽中。 Port的選擇表單可以選擇電腦上以使用中的 COM Ports，預設為Off，如果未選擇會跳出一 個Message Box要求選擇一個COM Port。
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實驗記錄 校正： 因D6T_44L計算出的16個數據彼此之間會有誤 差值，我們藉由其他感測溫度之儀器做為基準值， 調整16個數據，盡量將誤差的影響降低，獲得更加 準確的數據。
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下圖 左手邊之介面為實驗組 右手邊之儀器為對照組
實驗記錄 下圖 左手邊之介面為實驗組 右手邊之儀器為對照組
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實驗記錄 校正實驗數據：
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實驗記錄 修正結果之圖形如下：
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成果現場展示 JAVA：當場展示 C#：
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參考文獻 Arduino和JAVA溝通程式： D6T_44L說明書： ib.nsf/0/305E545BDF3C5FD486257C3C005EF2D0/$file/D6T- 01_ThermalIRSensor-Whitepaper.pdf Arduino Code參考範例： sensor/ Java Illuminaed－An active learning approach-4th Edition Author：Anderson Franceschi Visual C# 2013程式設計經典－蔡文龍 著
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參考文獻 .NET Framework： https://msdn.microsoft.com/zh-tw/library/
w0x726c2%28v=vs.110%29.aspx C# 輸出 Excel：
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