逢 甲 大 學 自動控制工程學系專題製作

專 題 論 文

雛、病鳥保溫箱設計與實作 Design and Implementation of a Thermostat Brooder

for Nestlings and Sick Birds

指導教授：張寧群 老師

學 生：楊智堯

中華民國九十四年六月

i

感謝 在逢甲大學自控系的四年期間，一段成長與歷練的過程，不僅是研究態度

與處事之道的學習，更是一段值得耐人回味的歷程。

本專題得以完成，成蒙恩師張寧群老師耐心與細心指導，使學生遭遇瓶頸

時，不僅能迎刃而解，且能適時給予信心與鼓勵，使學生培養獨立思考之精神，

師恩浩蕩，永誌不忘。在這段期間，也受到許多師長的指導與提攜，同樣致上最

誠摯的謝意。

學業期間，獲益匪淺，感謝同學嚴文志、陳威宇、林哲煒、郭哲維及自控

系所有同學，還有室友周煒錤、王志銘、李煜欽等同學在課業與生活上的協助與

關懷，由於你們的陪伴，所以建立的深厚友誼與每一句歡笑都將成為我最美好的

回憶。

最後，謹以此文獻給我最敬愛的雙親及家人，感恩他們多年來不辭辛勞的

養育、栽培與無怨無悔的付出，以及所以關心我的師長與朋友，感謝你們長久以

來的支持與鼓勵。

ii

中文摘要

目前寵物保溫箱在市場上鮮少見到專為雛、病鳥設計的保溫箱。因為它們價

格昂貴，以至於鮮少人能夠負擔的。此篇專題論文設計一個專門為雛、病鳥養育

的保溫箱，其中包含電子溫度計、恆溫控器、加熱器及散熱裝置，這個設計能使

大部分的人照顧起牠們，更加得心應手。

其中電子溫度計、溫控器的設計，將在後面篇幅一一詳述，包含電子電路，

和保溫箱各項裝置的設計。看完此篇論文，你將會學習到一些照顧病雛鳥的知識

和技巧，並了解原來自行組裝保溫箱原來是這麼簡單的一回事

iii

Abstract

Among all pet brooders, only few specifications were especially designed for

broods and sick birds. These special brooders always cost a lot thus less people can

afford it. This paper is to design a brooder especially for those animals. It contains

digital thermometer, temperature controller, lamp heater, and fan cooler. The design

will make most people who take care of them more convenient.

Digital thermometer and temperature controller will be represented in this

article including electrical circuits and all details of the brooder design. When

finishing this paper, you will learn some basic knowledge and techniques about taking

care broods and sick birds also realize how simple is it to assemble this brooder by

yourself.

iv

目錄

感謝.........................................................................................................................i

中文摘要................................................................................................................ii

Abstract ................................................................................................................ iii

目錄...................................................................................................................... iii

圖目錄...................................................................................................................vi

表目錄................................................................................................................ viii

第一章 前言..........................................................................................................1

1.1 研究背景與動機.....................................................................................1

1.2 研究目的.................................................................................................2

1.3 研究方法及構想.....................................................................................4

第二章 理論探討..................................................................................................6

2.1 各式溫度感測器介紹.............................................................................6

2.2 溫度感測與顯示.....................................................................................8

2.3 溫度控制與延遲比較電路...................................................................12

第三章 保溫箱系統設計....................................................................................17

3.1 變壓器與穩壓器...................................................................................17

3.2 電子元件與電路板裝配.......................................................................18

3.3 加熱燈泡與降溫風扇裝配...................................................................19

第四章 保溫箱系統測試....................................................................................24

4.1 溫度測量測試.......................................................................................24

4.2 溫度控制測試.......................................................................................25

第五章 結論和未來展望....................................................................................30

5.1 結論和討論...........................................................................................30

5.2 未來研究...............................................................................................31

v

參考文獻..............................................................................................................32

附錄一 專題進度表............................................................................................33

附錄二 溫控電路圖............................................................................................34

vi

圖目錄

圖 1.1 寵物蜥蜴-阿拉伯蟾頭蜥 ..................................................................................1

圖 1.2 寵物蛇-粟米蛇 ..................................................................................................1

圖 1.3 太平洋鸚鵡........................................................................................................3

圖 1.4 達士奇幼鳥........................................................................................................4

圖 2.1 AD590底視圖.................................................................................................6

圖 2.2 工作電壓範圍及輸出電流................................................................................6

圖 2.3 LM35DZ 底視圖 ............................................................................................7

圖 2.4 熱敏電阻-(a)正溫度係數(b)負溫度係數 .........................................................8

圖 2.5 熱敏電阻-臨界溫度變化(c)(d) .........................................................................8

圖 2.6 TO-92...............................................................................................................9

圖 2.7 TO-220.............................................................................................................9

圖 2.8 SO-8 .................................................................................................................9

圖 2.9 TO-46...............................................................................................................9

圖 2.10 LM35DZ基本使用方法 .............................................................................10

圖 2.11 ICL7107接腳圖 ..........................................................................................11

圖 2.12 窗型比較器....................................................................................................12

圖 2.14 電壓比較器....................................................................................................13

圖 2.15 控制流程圖....................................................................................................14

圖 2.16 遲滯比較器....................................................................................................15

圖 2.17 遲滯比較器輸出圖........................................................................................15

圖 3.1 變壓整流電路..................................................................................................17

圖 3.2 變壓器..............................................................................................................18

圖 3.3 電路板..............................................................................................................19

圖 3.4 電路板連接電線..............................................................................................19

vii

圖 3.5 風扇..................................................................................................................20

圖 3.6 燈泡..................................................................................................................20

圖 3.7 方塊圖..............................................................................................................21

圖 3.8 風扇安裝位置..................................................................................................21

圖 3.9 電路及變壓器安裝位置..................................................................................22

圖 3.10 燈泡安裝位置................................................................................................22

圖 3.11 感測 IC及燈泡安裝位置..............................................................................23

圖 4.1 CPU溫度計...................................................................................................24

圖 4.2 升溫時的量測..................................................................................................24

圖 4.3 降溫時的量測..................................................................................................25

圖 4.4 溫度變化曲線..................................................................................................26

圖 4.5 保溫效果比較..................................................................................................27

圖 4.6 2cm保麗龍板保溫效果...................................................................................27

圖 4.7 六十分鐘內溫度變化......................................................................................28

圖 4.8 由左而右依序為瓦楞紙 珍珠板 保麗龍板..................................................29

圖 4.9 2cm保麗龍板包覆狀況...................................................................................29

viii

表目錄

表 1.1 鳥類特色比較表................................................................................................2

表 2.1 判斷狀況表......................................................................................................13

表 2.2 大、中、小電壓比較表..................................................................................14

表 5.1 材料費一覽表..................................................................................................30

1

第一章 前言

1.1 研究背景與動機

大自然有很多美麗的生物，奇異的生物存在著，但是忙碌的現代人去幾乎

沒有機會接觸牠們，忙碌了一個禮拜後，假日時來自各地的人潮總是擠爆了動物

園，想要親近大自然的動物難道真的那麼困難嗎？

漸漸的大家開始飼養寵物，在下班過後，回到家時有一個知心的朋友，許

多人的家中也就飼養著各式各樣的寵物，其中最多的便是貓狗類的寵物，亦或是

兔子、老鼠、爬蟲類等等，一些具有危險性的寵物讓一些人更是愛不釋手，如毒

蛇、蜘蛛、毒蝎…等等。

圖 1.1 寵物蜥蜴-阿拉伯蟾頭蜥

圖 1.2 寵物蛇-粟米蛇

2

若是家中沒有太大的空間，飼養鳥類也是一種不錯的選擇，鳥兒的種類千

百種，可以選擇適合你的鳥兒，每個人喜歡鳥的原因不同，有些人喜歡鳥兒悅耳

的聲音，有些人則喜愛他們優雅的體態，也有些人是想體驗繁殖的樂趣，更多人

是喜歡他們能與人親近的特性。

太陽漸漸從地平線爬起，陽光從窗口緩緩照射進房內，聆聽著鳥叫聲從睡

夢中醒來，接著開始了一天的生活，這也是讓許多養鳥人最快樂的時光，但是在

得到快樂的同時，您也必須付出心力來照顧牠們，不同種類的鳥兒，有著不同的

特性，了解牠們才能夠給予牠們最佳的照顧與愛護，選擇一種適合你的鳥，也會

讓你飼養起來更有動力與耐心。

表 1.1 鳥類特色比較表

1.2 研究目的

飼養鳥類寵物，跟其他寵物一樣，都需要你付出相當心力的照顧，在飲食

方面必須相當注意，選擇適合牠們的飼料，例如：穀物飼料、蛋黃調配飼料、鳥

奶粉…或是也可以選擇進口的凡賽爾飼料；在住的方面，和所以寵物一樣都需要

給予一個寬敞舒適，溫暖乾燥的環境，當鳥兒幼時，必須特別注意的，就是保暖

3

的問題，並且必須讓鳥兒有充足的休息與睡眠；在休閒育樂方面，主人必須常常

和牠們互動，增進彼此之間的感情，在鳥巢鳥窩內，也必須有些讓鳥兒琢玩的玩

具，多觀察牠們的行為，選擇適合的玩具，定期更換新玩具，避免失去新鮮感；

最後，了解鳥兒有可能發生的疾病與徵兆，保持愛鳥身體健康心情快樂。

在飼養鳥兒的過程中難度最高，也是最有成就感，便是飼養雛、病鳥的時

候，雛、病鳥所需的生活環境如下：

1. 舒適寬敞的活動空間

2. 乾燥的環境、乾淨的空氣

3. 適當的溫度(約 27到34之間)

市面上專為雛、病鳥設計的保溫箱鮮難一見，且其中的價格又是高的驚人，

若以可以控制溫度、溼度的孵蛋器代替，最便宜的也要上萬元，此專題論文目的

便是要將鳥友們的困擾解決，讓每個人都可以輕輕鬆鬆的養育雛、病鳥。也讓牠

們的生活環境得以改善，獲得最佳的生活及休息品質，成為我們最好的朋友，也

成為家中成員之一。

圖 1.3 太平洋鸚鵡

4

圖 1.4 達士奇幼鳥

幼鳥是不是很可愛呢?

讓我們給予牠們一個更舒適的空間，創造一個更適合他的環境。

1.3 研究方法及構想

目前大多數鳥友都自行製作保溫箱，其方法玲瑯滿目各有其優缺點，較為

常見的設計如下：

1. 使用瓦數較低的燈泡，持續點亮以維持溫度，但此缺點是溫度較低，且升溫

較慢。

2. 使用瓦數較高燈泡，持續點亮並與雛、病鳥間做隔離，或是裝上燈光調節器，

再用一般溫度計測量溫度。或是到電料行購買溫控開關，開關燈泡以控制箱

控制內溫度。

3. 較奢侈的方法，在房間內開暖氣，不過較適合主人需要開暖氣，順便給愛鳥

使用，缺點是電費實在太高了。

4. 較麻煩的方法，在雛、病鳥箱外層放水，並將水族箱的加熱器、溫控器拿來

使用，缺點是裝置麻煩，且價格也不低。

5. 使用孵蛋器，這種功能可以調溫和濕度但是價格要價數萬元左右，較不適合

5

一般人使用。

以上各種方法都有其優缺點，而在此將截長補短，做出一個適合大多數人

使用的鳥窩。首先，在溫度的控制方面，用感溫 IC搭配簡易控制電路，達到雛、

病鳥需要的溫度控制，加熱的部分，使用一般五金行皆可買到的 40W燈泡一顆，

在散熱及乾燥通風的方面，使用一般電腦 CASE散熱用的小風扇一個，再搭配上

小型的塑膠整理箱，便可以達到繼省錢又好用的雛、病鳥保溫箱。

因為一般家庭較常飼養之小型動物，其所能適應之溫度範圍大多約在 20

至 40不等，其中包括魚類、鳥類、爬蟲類…等等。而其所需求之溫度精準度

誤差範圍也在正負幾度之間，所以在準確度及材料成本之考量下，選擇一顆適合

的感測器便是相當重要之課題。

其中電路及控制的設計將在後面章節詳述，此電路也可以隨時調節所需溫

度，更須有數位溫度顯示，以顯示當下溫度，讓我們隨時了解雛、病鳥的狀況，

此外，環境乾燥方面，在箱底舖上一層木屑，並且木屑一有潮濕，就要馬上更換，

箱中更要有讓鳥兒們啄玩的玩具，如此牠的環境便大致佈置完成。

6

第二章 理論探討

2.1 各式溫度感測器介紹

在溫度感測方面，市面上就有許多感溫 IC可以選擇，一般可分為半導體溫

度感測器，白金溫度感測器…等等。

1. AD590 隨著溫度高低變化而改變其端電流，是屬於電流變化的感測元

件，工作電壓在+4V到+30V之間。量測範圍在-55到 150之間，每一

K增加 1µA，0時輸出為 273.2µA。

圖 2.1 AD590底視圖

圖 2.2 工作電壓範圍及輸出電流

7

2. LM35類 (以 LM35DZ為例) 隨著溫度高低變化而改變其端電壓，屬於電

壓變化的感測元件，工作電壓在+4V到+30V。量測範圍在 0到 100，

每增加 1，輸出增加一 10 mV，誤差在±2之間。

圖 2.3 LM35DZ 底視圖

3. 電阻變化來感測溫度的以 PT100為例，隨著溫度變化而改變電阻值的大

小，在 0時為 100Ω電阻，溫度係數是 3850ppm/，也就是 0.385Ω/。

4.

Ω=××Ω − 385.0103850100:100 6PT

PT100白金感溫電阻，有分繞線式與薄膜式，不同包裝以適應不同的場合

使用。為了將電阻轉換成電壓，有以下幾種方法：

(1) 分壓法 (2) 定電流法 (3)電阻電橋法 (4)有源電橋法 (5)頻率改變法

5. 另外也可以使用價格便宜的熱敏電阻，但僅適用於不需要線性變化，而在

定點的溫度開關，價格在 1-2元之間，可分為三大類：

(1) 正溫度係數

(2) 負溫度係數

(3) 臨界溫度變化 之熱敏電阻。

8

圖 2.4 熱敏電阻-(a)正溫度係數(b)負溫度係數

圖 2.5 熱敏電阻-臨界溫度變化(c)(d)

2.2 溫度感測與顯示

在溫度感測方面，有許多種不同方式可以使用，此採用 LM35DZ，因為 LM35

是屬於電壓變化的感測 IC，所以電路設計上較為容易，以及在溫度準確度方面

也相當不錯，另外，在價格上與 AD590電流變化之 IC也相去不遠，LM35DZ另

外一個優點是，它是直接輸出電壓在使用上也相當方便，當溫度 150時輸出電

壓為 1.5V；當溫度 25時，輸出為 0.25V，每一度 C增加 0.1V，在輸出以及顯

示方面相當方便使用。

9

LM35DZ也許多種封裝形式，這邊使用一般電子零件行就可容易購買的

TO-92形式，以下為各種封裝的介紹：

圖 2.6 TO-92

圖 2.7 TO-220

圖 2.8 SO-8

圖 2.9 TO-46

LM35DZ可以用外接電壓為+4V到+30V之間，一般使用在+20V以下，在

10

此外接 12V電壓，以符合其他元件(顯示電路、比較電路…)之需要，下圖為

LM35DZ的基本使用方法：

圖 2.10 LM35DZ基本使用方法

在顯示溫度方面使用目前最方便，價格上也相當便宜的 ICL7107，ICL7107

為 Intersil公司所生產的的類比轉數位 IC，另外還有編號 ICL7109，和 TSC公司

所生產的 TSC7107、TSC7109相同，它是一個 CMOS製程的積體電路 IC，用途

為三位半發光二極體顯示用的單晶片，是一個雙斜率原理 A/D轉換器，另外與

7109不同的功能在於，7109是將輸出轉為 12bits 的二進位碼，可將輸出傳至微

電腦晶片使用。ICL7107的工作溫度在 0至 70之間，所以也相當適合適用於

此保溫箱，另外，由於此 IC是工作於保溫箱之外，也不受箱內燈泡加熱之影響，

所以類比轉數位之準確度相信也可以達到原本之預期。

透過類比轉數位 IC ICL7107 ，可以將 LM35DZ所感測之電壓變化，轉到

七段顯示器，成為容易接受的十進位溫度顯示，使用 ICL7107 可省下接一般類

比轉數位 IC，如 ADC0804；也可省下 MCS-51單晶片，以及其中程式部分；更

11

可以省下許多必要電路，如 7447解碼器、石英震盪器…等等。

ICL7107是一個 40根接腳的轉換器，在此只需將 LM35DZ所感測到的類比

電壓，接到 ICL7107的類比輸入接腳，便可從它的數位接腳上得到輸出，輸出

最大數字範圍可達-199.9到+199.9，只需將其他外圍電路設定好參考電壓及正負

工作電壓即可。

以下為 ICL7107的接腳圖，及其他週邊電路圖：

圖 2.11 ICL7107接腳圖

12

ICL7107其他接腳的設定，除了輸入輸出、正負電源以及接地腳的接腳，

另外其他接腳，35及 36為參考電壓接腳，37為測試 7段顯示器接腳(接+5V時，

將顯示-188.8)，38、39、40為震盪器的電路，此些接腳只需使用基本接法，在

經過參考電壓的調整，便可將 LM35DZ所感測到的電壓，然後準確的顯示在七

段顯示器上。

2.3 溫度控制與延遲比較電路

溫度控制除了藉由 LM35DZ作為感測電路核心外，在溫度控制方面，使用

電壓比較器，溫度由 LM35轉為電壓輸出，再藉由窗型比較器來控制溫度，一般

作為電壓比較的 IC如：LM311、LM339、µA311、TL311、µPC393…等等。以

下為使用 2顆 LM311所構成的窗型比較器。

圖 2.12 窗型比較器

當溫度變化時，P1與 P2所判斷出的狀況為以下表格：

13

表 2.1 判斷狀況表

判斷狀況

電壓大小 P1 P2

>上限 0 1

中間 1 1

<下限 1 0

藉由此判斷狀況，再選擇 CD4011構成可以判斷電壓大中小的比較電路，如

下圖：

圖 2.14 電壓比較器

此時經由 4顆邏輯閘比較出電壓之大、中、小，下表為判斷情形：

14

表 2.2 大、中、小電壓比較表

判斷狀況

電壓大小 P1 P2 U M D

>上限 0 1 1 0 0

中間 1 1 0 1 0

<下限 1 0 0 0 1

此時，電路已經可以判斷大、中、小三種情形，保溫箱基本的控制架構便

已成形如下圖所示：

圖 2.15 控制流程圖

在沒有延遲比較的電路會因雜訊或是環境的稍稍變化而重複切換燈泡及風

扇，為改善其缺點，進而將電路改成延遲比較器，以達成溫度自動調節，以及節

省能源的目的。

15

圖 2.16 遲滯比較器

此時形成遲滯比較器，當溫度在上下限之間時，並不會改變比較器輸出的

狀態，除非當溫度低於上限後直到小於下限，才使得輸出狀態改變，反之亦然。

如下如所示：

圖 2.17 遲滯比較器輸出圖

此時電路較不會受到其他干擾，在溫度通過上限或是下限時重複驅動風扇

16

或是燈泡，例如：當溫度過高啟動風扇，必須一直等到溫度降到下限以下才啟動

燈泡；反之溫度過低啟動燈泡後，當電壓受到干擾或是外在條件變動在下限 VD

時，燈泡也不會重複開關，必須加熱到上限才再度啟動風扇。

17

第三章 保溫箱系統設計

3.1 變壓器與穩壓器

為了使電路方便居家使用，必須設一個適合使用的變壓穩壓器，首先將家

庭用電 110V連接於一個變壓器上，此變壓器使用一次端為 110V/60Hz，二次端

為有繞線形態中間抽頭，12-15V輸出，1-2V額定電流的變壓器，接著連接橋式

整流，以及數顆電容，最後在經過 2顆整壓 IC，分別是 78M12以及 79M12兩顆

正負電使用的整壓 IC後，便可將 12V交流電轉成 12V的直流電。

以下為電路示意圖，其中 C1以及 C2使用 1000µF/25V的電容：

圖 3.1 變壓整流電路

18

圖 3.2 變壓器

此外為了使得其他元件在使用上的方便以及準確，在使用了其他的穩壓電

路，第一個是在設定參考電壓方面，使用齊納二極體 LM385-2.5提供穩定的定電

壓，然後再經由可變電組調整之，第二方面，因為 ICL7107必須使用到+6V以

下的操作電壓，所以將+12V電壓經過穩壓 IC(78L05)將電壓降至 5V，使得類比

轉數位 IC正常運作。

3.2 電子元件與電路板裝配

將所有電子元件焊於電路板上，包含變壓整流電路、二次穩壓電路、電壓

比較器、類比轉數位電路、3顆七段顯示器以及電源開關、風扇及燈泡指示燈、

繼電器…等等。安裝至電路板上，連接好配線後。如下圖所示：

19

圖 3.3 電路板

3.3 加熱燈泡與降溫風扇裝配

接著將連接 110V的電線焊接，以及從電壓比較器的輸出端，連接繼電器

後，接上風扇以及燈泡。風扇及燈泡由電路板之右方輸出，連接後控制箱內溫度。

圖 3.4 電路板連接電線

20

圖 3.5 風扇

圖 3.6 燈泡

在燈泡及風扇接線上，使用容易插拔的接頭，使得溫度控制上有更大的使

用彈性空間，且因電路之設計，可以使用兩組獨立延遲比較功能，亦可以同時作

用於保溫箱上。

由於此保溫箱上有一加熱燈泡及一散熱風扇，所以在使用上能夠較為靈

活，以台灣中央氣象局資料顯示：以 93年為例，在沿海平地等地區各月之平均

溫度為 15至 30之間，夏季當日最高溫可達 35、36。若是以此雛、病鳥為例，

由於保溫箱置於室內，可將溫度全年設定在 27至 34之間，並且風扇可以停止

使用。但若是其他地區亦或是其他種類寵物，就必須做其他設定及燈泡、風扇使

用之考量。

21

以下為此保溫箱的流程圖：

圖 3.7 方塊圖

最後將電路板、變壓器、風扇以及燈泡裝於一般小型寵物箱，或是整理箱

上之適當位置，如下圖所示：

圖 3.8 風扇安裝位置

22

圖 3.9 電路及變壓器安裝位置

圖 3.10 燈泡安裝位置

23

圖 3.11 感測 IC及燈泡安裝位置

此保溫箱之設計以亞熱帶台灣地區一般氣候為考量，又由於此保溫箱使用

相當多半導體之元件，所以此保溫箱所能夠工作之範圍如一般半導體元件約在 0

至 70之間，目前在實際使用上，在 15至 33間都有正常表現，若是低於或是

高於此範圍，保溫箱就未必能夠發揮預期之效果，且對相關元件也將會有所傷害。

24

第四章 保溫箱系統測試

4.1 溫度測量測試

由於一般酒精或是水銀溫度計反應時間較長，雖然溫度精確，但無法及時

測出當下溫度變化，所以在此使用一般電腦測量 CASE亦或是測量 CPU所用的

電子溫度計作為比較，此溫度計可以測量範圍在 0到 70之間，根據說明誤差

為±1，使用的是熱敏電阻作為感測器，將它放置於原感測 IC旁，分別在升溫

及降溫時做出比較，每隔 30秒做一次紀錄，由人工手動方式紀錄，並藉由Matlab

繪出折線圖，以了解此溫度計與一般市售溫度計的差距。

圖 4.1 CPU溫度計

圖 4.2 升溫時的量測

25

圖 4.3 降溫時的量測

此結果顯示，兩者所感測溫度差距最大時約有 1，LM35本身誤差已在

±2，而市售電腦用溫度計誤差也標示有±1，所以，在感測溫度方面，不論是

溫度上升亦或是下降，可以說都有相當不錯的準確性。

4.2 溫度控制測試

在溫度控制方面，做了以下一些實驗，將保溫箱至於室溫約 26的室內，

在無陽光照射及其他外在風扇下所測，一樣間隔 30秒由手動方式紀錄，並使用

Matlab將數據畫成折線圖表示之。

首先是保溫箱在兩組延遲比較器皆運作下，實驗所產生的數據，明顯在僅

僅只有做燈泡加溫，而無風扇降溫的情況下，溫度散失較慢，而有風扇散熱的一

組在相同時間內，做了兩次的狀態切換，以下為此溫度變化曲線圖。

26

圖 4.4 溫度變化曲線

其中紅線所代表之溫度資料為未使用風扇之組別，其升溫時平均斜率約為

0.625⁄min，與未使用風扇之升溫速率相同，而降溫時紅線之平均斜率約為

-0.333⁄min，藍線之降溫平均斜率約為-1.6⁄min。

因考慮保溫箱需更佳的保溫特性，將原本的保溫箱設為參考組，並增加珍珠

板及瓦楞紙的保溫箱為實驗組，所做實驗並也將資料以折線圖方式表現，並藉由

Matlab將資料與另一組同樣未使用風扇，但無加強保溫效果的相互比較，則結果

如下圖所示：

27

圖 4.5 保溫效果比較

以上折線圖顯示，加強保溫後，加熱速度較快，且熱量較不易散失， (上升、

下降溫度平均斜率約為 0.833⁄min、-0.235⁄min)，但資料也顯示出保溫效果不

如預期，所以再加上厚度為 2cm之保麗龍板加強保溫效果，其效果如下圖所示：

圖 4.6 2cm保麗龍板保溫效果

28

由上圖可得，經過 2cm之保麗龍板保溫後，溫度上升更快，平均上升斜率為

1.25⁄min，而溫度下降斜率約為-0.157⁄min)

最後一個實驗是紀錄保溫箱在 60分鐘內，以 5分鐘為單位紀錄一次箱內溫

度，其中藍線資料為參考組；紅線為加強保溫效果的實驗組；皆無啟動風扇散熱

結果如下圖：

圖 4.7 六十分鐘內溫度變化

有加強保溫效果的實驗組，似乎有較佳的溫度表現，六十分鐘內溫度變化

起伏較小，切換燈泡次數也較減少一次，比起原本保溫箱節省能源。其中由於每

5分鐘為單位做一次手動資料量測，所以未必能量測出最高及最低溫之資料，

例：第 50分鐘藍線資料並非保溫箱狀態切換溫度。

所使用材料如下圖：

29

圖 4.8 由左而右依序為瓦楞紙 珍珠板 保麗龍板

圖 4.9 2cm保麗龍板包覆狀況

30

第五章 結論和未來展望

5.1 結論和討論

至此，雛、病鳥保溫箱已大致完成，所使用到的材料費與前面所提一般市

售保溫箱價格相差甚遠，以下為此保溫箱所需的材料費一覽表：

表 5.1 材料費一覽表

所需材料 數量 金額(NT)

電路板 1片 140

燈泡 1個 30

風扇 1個 40

線材及接頭 數個 50

加強保溫效果之材料 數片 100

變壓器 1個 60

電阻、電容、電晶體 數顆 100

精密可變電阻 3個 75

ICL7107 1個 70

LM35DZ 1顆 60

7段顯示器 3個 45

銅柱及螺帽 數顆 30

繼電器 1個 20

開關 1顆 10

穩壓 IC散熱片 2個 10

LED 4顆 8

其餘 IC及 IC插槽及其他 數顆 80

總合 約 900元

31

僅僅需要 900元以內的金額，便可以完成此保溫箱，既可達到溫度控制的

目的，又可以省下一筆不小的花費。

此保溫箱能夠應用的範圍相當的廣，從雛、病鳥所適 27到 34間，亦可以

用於爬蟲類所需 40以上的保溫箱，僅需將燈泡換成功率更大的即可(此塑膠整

理箱可耐熱至 120)，在準確度方面，縱使 LM35有著±2的誤差範圍，但仍

然在動物們可以容忍的範圍之內，且經過電路的測試及調整後，實際誤差大約僅

僅±1左右；在溫度控制方面，此電路可以調整至不同需求所需溫度區間，在其

他應用上也相當方便。

5.2 未來研究

在未來研究方面，第一，溫度量測可以使用更準確的感溫 IC或是使用兩顆

以上的感溫 IC，放置於箱內不同位置，使得溫度更為精確；第二，在溫度控制

方面，若能改為兩組窗型比較器，使得延遲比較更為好用，也可以更加容易控制

溫度變化；第三，在保溫設備方面仍有許多改進空間，若能更的保溫效果，將更

多熱量留在箱內，亦即使得熱量散失較慢，則燈泡切換頻率也將降低，更加節省

能源的使用。

32

參考文獻

[1] 盧明智﹐“電子實習與專題製作感測器應用篇”﹐全華科技圖書股份有限公

司﹐1992﹒

[2] 蔡錦福﹐“運算放大器原理與應用”﹐全華科技圖書股份有限公司﹐1993﹒

[3] 松井郎彥﹐“感測器易用電路的設計與製作”﹐建興出版社﹐1991﹒

[4] 吳駖﹐“MATLAB6.X與基礎自動控制”﹐文魁資訊股份有限公司﹐2002﹒

33

附錄一

專題進度表

月 工 作 份 項 目

三 月

四 月

五 月

六 月

七 月

八 月

九 月

十 月

十一

月

十 二

月

訂定目標與

收集資料

構想與設計

溫度控制 製作

元件整合 與測試

論文寫作

專題發表

完成比例 10％ 20％ 30％ 40％ 50％ 60％ 70％ 80％ 90％ 100％

34

附錄二

溫控電路圖