1. 控制實驗專題
溫控杯
0010812 廖宸豐
0010829 陳卓立

2. 大綱
 前言
 控制方法構想
 主要所需器材
 接線示意圖與實際成果圖
 檢測方式
 實驗數據
 結論與探討
 相關資料

3. 前言
 在現今生活中飲料已經成為許多人的每日必須品，
但是在喝飲料時往往會遇到保溫的問題，試想一杯
28度C的可樂還有甚麼好喝的?
 我們認為這是一個相當生活化且實際的問題，所以
我們朝這方向思考。已知市面上有許多保溫杯墊，
但是僅能加溫且無法控制溫度，所以我們想要做一
個可以保溫又可以保冰，使用者也可以隨喜好調整
溫度的保溫杯墊。

4. 控制方法構想
1利用溫度感測器測量得到溫度回傳至Arduino
2使用者輸入目標
3 Arduino進行運算判讀是否要加溫/致冷
4 若需要加熱/致冷，則利用繼電器控制電流方向，進行
PWM輸出，直接操控致冷晶片的ON/OFF
5 若已達目標溫度則不再輸出，節能省碳

5. 控制方法構想-流程圖
Start
檢測杯子溫度並顯示
使用者設定控制溫度
杯子溫度>控制溫度
加溫降溫
檢測杯子
溫度並顯
示
YES
NO

6. 主要所需器材
 溫度感測器-DS18B20
 致冷晶片- TEC1-12706
 Arduino 單晶片微控器
 12V 風扇
 LEG-5 繼電器

7. TEC1-12706
 Thermoelectric Cooler
 A.K.A Thermoelectric Cooling Module
、Peltier Cooler
 Module resistance 1.98/2.30(Ohms)
 Max operating Temp. ：138(ºC)

8. DS1820
 量測範圍: -55~ 125 (攝氏) 解析度1度C
 針腳: VDD GND DQ
 內有A-to-D轉換

9. 接線示意圖

10. 實際成果圖
1. Arduino Uno 微控器
2. 電流轉換電路(處理PWM)
3. 制冷晶片TEC1-12706
4. 散熱片與墊片(由3D印表機所製造)
5. 散熱用風扇
6. 導熱用鋁箔

11. 檢測方式
 使用者設定目標溫度，直接用溫度計測量水溫觀察
是否可以將水溫降溫/升溫至目標溫度
 達目標溫度後，持續測量水溫觀察是否可以維持溫
度

12.  室溫27.8度C
 致冷晶片壓差5V
實驗數據
 冷面溫度19.9度C
 熱面溫度47.6度C
 致冷晶片壓差12V
 冷面溫度17.1度C
 熱面溫度80度C

13. 實驗數據---降溫
 設定溫度目標為20 ℃
 此時環境室溫為24 ℃，水溫為26 ℃
27
23.4
22.3 21.1 20.8 20.8 19.8
30
25
20
15
10
5
0
0 10 20 30 40 50 60 70
量
測
溫
度
經過時間

14. 實驗數據---升溫
 設定溫度目標為40 ℃
 此時環境室溫為24 ℃，水溫為21 ℃
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80
量測溫度
經過時間

15.  實際實驗後發現溫度感測器量測的溫度和水溫有一
段落差，推測是因為溫度感測器的位置難免受到室
溫的影響
 修正方法
利用offset修正溫度感測器的溫度來進行判別是否達到
目標溫度
系統修正與調整

16. 修正後實驗數據
 降溫
 室溫24度C，水溫為21.8
 設定溫度17度C
25
20
15
10
5
0
0 10 20 30 40
溫度
經過時間
溫度計
sensor
offset

17. 修正後實驗數據
 升溫
 室溫24度C，水溫為34.4
 設定溫度50度C
60
50
40
30
20
10
0
0 10 20 30 40 50
溫度
經過時間
溫度計
sensor
offset

18. 優點部分
結論與檢討
1. 制冷晶片本身溫度變化很快，而且對環境低汙染，
加上它的體積小，重量輕，沒有方向性，對於溫
度控制不失一個好選擇
2. 對於維持溫度有較良好的表現

19. 缺點部分
結論與檢討
1. 雖然可以達到目標溫度，但是需要經過的時間太
長，效率過低。
2. 需要電源供應的模組太多，並且各自都有需求的工
作電流，其使用不符合經濟效益。

20. 結論與檢討
 效率過低原因：假設電源供應器的能量全部轉換到
致冷上，且忽略逸散至空氣中的熱量和傳導到盛裝
水的容器的能量，則可由下列計算得到將100g水上
升10℃所需的時間為
Δ푄 = 푚‧s‧ΔT
7‧1.8‧Δt = 100 ‧4.2 ‧10
Δt = 333.33 푠푒푐 = 5.55(푚푖푛)
然而這與實驗結果相差不小，猜測原因應該是在容器
的升溫及傳導效率不佳導致。

21. 相關資料
溫度感測器DS1821-
http://www.shs.edu.tw/works/essay/2009/11/2009110918560520.pdf
致冷晶片TEC1-12706-
http://www.hebeiltd.com.cn/peltier.datasheet/TEC1-12706.pdf
http://www.tande.com.tw/te-faq.htm
數位溫控杯-
http://www.shs.edu.tw/works/essay/2013/11/2013110814092770.pdf
FAQ
http://www.tande.com.tw/te-faq.htm

22. 影片DEMO

23. Thanks for listening!