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研究生: 蕭力旗
Li-Chi Shiao
論文名稱: 單晶微電腦在化學感測教學上之應用
Applications of One-Chip Microcomputer in Teaching of Chemical Detections
指導教授: 施正雄
Shih, Jeng-Shong
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 化學系
Department of Chemistry
論文出版年: 2002
畢業學年度: 91
語文別: 中文
中文關鍵詞: 89C51ADC0804酒精偵測濁度偵測濕度偵測雨水導電度
論文種類: 學術論文
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  • 本論文旨在開發化學感測教學實驗,而這些實驗中是以利用含8951單晶微電腦、ADC、OPA、LCD之微電腦界面及各種感測元件等,以偵測酒精濃度、河川濁度、空氣溫濕度、雨水導電度及CO2濃度等。各種感測元件感應到不同的環境變化時,即呈現出不同的電壓值,這些類比訊號的電壓值,經由ADC轉換成數位訊號,並由8951單晶片處理後,顯示於LCD上,或是傳送到電腦,成為資料收集的基礎。
    在酒精濃度偵測的實驗中,是利用SnO2半導體感測元件及8951微電腦界面,並針對市面上各種解酒液對酒精分解的功效,及人們飲酒後,所能被偵測出的酒精含量為研究主題。
    在河川濁度偵測的實驗中,是以台灣中部三條主要河川:大甲溪、大肚溪及濁水溪為研究範圍,以CdS感光晶片及8951微電腦界面來測河水的混濁程度,進一步分析三大河水的濁度變化。
    在溫度及濕度偵測的實驗中,分別利用溫度計及濕度感測器和8951微電腦界面來偵測溫度及濕度,是偵測每天早、中、晚空氣溫度及濕度的變化,並記錄一年內的溫度及濕度變化。
    在雨水導電度的實驗中,是利用三根電極及8951微電腦界面來測量雨水的導電度。並以台中縣市為研究範圍,將收集到的雨水,測其導電性做分析比較。
    在CO2濃度偵測的實驗中,是針對學生在體育課中做完各項不同的運動後,所吐出的二氧化碳與澄清的石灰水反應成混濁的碳酸鈣,再經CdS的偵測,來反映CO2含量的多寡。
    雖然8951只是一顆8位元的單晶片,但它已具備了微電腦硬體結構的五個主要單元,能夠達成簡單的輸入、輸出、運算、控制及記憶功能,所以可成為教學上的良好輔助工具。

    Some teaching experiments on chemical detections were developed. Various detection systems with 8951 microcomputer interfaces including one-chip microcomputer 8951, ADC (Analog to digital converter), OPA (operational amplifier), LCD (Liquid crystal Display) and various sensors were prepared and applied to detect alcohols, turbidities of rivers, temperature, humidity of the air, electricity of rain and CO2 in the air respectively. Various sensors used in this study exhibited, quite sensitive to the environmental variations and showed the change in voltage output, which was converted into digital signal with ADC. The digital signal was transport to a microcomputer or a LCD display device.
    In the detection of alcohols, a SnO2 semiconductor sensor with the 8951 microcomputer interface was employed to detect the alcohol contents after drinking various wines and commercial alcohol-relievers to study the alcoholic catabolism of the people.
    In the detection of turbidities of rivers, a CdS photo-sensitive crystal with the 8951 microcomputer interface was applied as a quite sensitive sensor to detect the turbidities of main rivers in Taiwan, e.g., Tachia River, Tatu River, and Choshui River.
    In the measurements of temperature/humidity, a thermal couple detector and a water-sensitive polymer detector with the 8951 microcomputer interface were applied to detect the changes of temperature and humidity within a year and the variations in one day from morning to night.
    In electricity of rain measurements, use there Electric wires with the 8951 microcomputer interface was employed to detect the electricity of rains in each area in Taichung.
    In the detection of CO2, the CdS photo-sensitive detection system was also used to detect the CO2 content in student’s breath after physical exercise.
    Although one-chip microcomputer 8951 is just an 8-bit microcomputer, it has equipped the five main units and can be used for signal output and input, signal calculation, control and memory of the signal. The one-chip microcomputer 8951 has successfully applied as an excellent tool in the experimental Teaching.

    中文摘要 Ⅰ 英文摘要 Ⅲ 目錄 Ⅴ 圖目錄 Ⅶ 表目錄 Ⅸ 第一章 緒論 1 1-1 單晶片微電腦 1 1-1-1 單晶片微電腦的基本結構 1 1-1-2 單晶片微電腦的優點 3 1-2 89C51單晶片簡介 3 1-2-1 89C51的硬體設備 5 1-2-2 89C51的軟體設計 8 1-2-2.1 組合語言的格式 9 1-2-2.2 程式的編寫、組譯及燒錄 10 1-3 ADC0804 15 1-3-1 ADC0804的接腳圖 15 1-3-2 ADC0804的接腳說明 16 1-4 顯示器LCD 17 1-5 RS232 19 1-6 酒精偵測器 20 1-7 CdS光學感測器 21 1-8 濕度偵測器 22 第二章 實驗部分 23 2-1 實驗裝置線路圖 24 2-2 89C51單晶片的程式編寫流程圖 26 2-3 89C51單晶片的組合語言程式 27 2-4 電腦接收端之QuickBASIC程式 34 2-5 酒精檢測 37 2-5-1 實驗裝置 37 2-5-2 實驗步驟 38 2-6 河川濁度偵測 39 2-6-1 實驗裝置 39 2-6-2 實驗步驟 40 2-7 空氣濕度偵測 43 2-7-1 實驗裝置 43 2-7-2 實驗步驟 43 2-8 酸雨偵測 44 2-8-1 實驗裝置 44 2-8-2 實驗步驟 45 2-9 CO2偵測 48 2-9-1 實驗裝置 48 2-9-2 實驗步驟 48 第三章 結果與討論 49 3-1 酒精檢測 49 3-2 河川濁度偵測 62 3-3 空氣濕度偵測 69 3-4 酸雨偵測 87 3-5 CO2偵測 92 第四章 結論 95 參考資料 97 附錄一 99 附錄二 104 附錄三 105 圖目錄 圖1-1 單晶片微電腦的基本結構圖 1 圖1-2 89C51的接腳圖 5 圖1-3 89C51振盪時脈信號接腳圖 7 圖1-4 ADC0804的接腳圖 15 圖1-5 顯示器LCD圖 17 圖1-6 RS-232之25PIN接腳圖 19 圖1-7 酒精偵測頭圖 20 圖1-8 CdS光敏感測元件 21 圖1-9 濕度偵測器內外之結構圖 22 圖2-1 實驗裝置線路圖 24 圖2-2 實驗裝置照片圖 25 圖2-3 89C51單晶片的程式編寫流程圖 26 圖2-4 酒精偵測實驗裝置圖 37 圖2-5 河水濁度實驗裝置圖 39 圖2-6 河水採樣點之圖 41 圖2-7 空氣濕度偵測實驗裝置圖 43 圖2-8 雨水導電度實驗裝置圖 44 圖2-9 雨水收集瓶之圖 44 圖2-10 雨水樣本採集點之圖 46 圖2-11 CO2偵測實驗裝置圖 48 圖3-1 酒精濃度與偵測讀數值之關係圖 50 圖3-2 各種解酒液的功效關係圖 53 圖3-3 解酒液效應與時間之關係圖 55 圖3-4 人體體重與酒精偵測器讀數之關係圖 57 圖3-5 電腦接收89C51的訊號圖 59 圖3-6 中部三大河川濁度比較圖(90/7/28) 63 圖3-7 中部三大河川濁度比較圖(90/10/14) 65 圖3-8 日溫及日濕圖 70 圖3-9 七月份溫濕圖 72 圖3-10 八月份溫濕圖 73 圖3-11 九月份溫濕圖 74 圖3-12 十月份溫濕圖 75 圖3-13 十一月份溫濕圖 76 圖3-14 十二月份溫濕圖 77 圖3-15 一月份溫濕圖 78 圖3-16 二月份溫濕圖 79 圖3-17 三月份溫濕圖 80 圖3-18 四月份溫濕圖 81 圖3-19 五月份溫濕圖 82 圖3-20 六月份溫濕圖 83 圖3-21 90年7月至91年6月相對濕度及溫度總圖 85 圖3-22 台中縣市雨水導電度讀數值之關係圖 89 圖3-23 時間與雨水導電度讀數變化圖 91 圖3-24 運動與二氧化碳含量之關係圖 93 圖3-25 運動與心跳數之關係圖 94 表目錄 表1-1 MCS-51內部結構表 4 表1-2 89C51的接腳說明及功能表 6 表1-3 組合語言的格式表 9 表1-4 ADC0804的接腳說明表 16 表1-5 LCD的接腳說明表 18 表1-6 RS-232接腳說明表 19 表2-1 89C51單晶片的組合語言程式 27 表2-2 河水採樣點詳細位置表 42 表2-3 雨水樣本採集點詳細位置表 47 表3-1 各種酒之濃度與偵測讀數值表 51 表3-2 各種解酒液的功效表 54 表3-3 解酒液效應與時間的關係表 56 表3-4 人之體重與酒量表 58 表3-5 中部三大河川濁度比較表(90/7/28) 64 表3-6 中部三大河川濁度比較表(90/10/14) 66 表3-7 中部三條主要河流之特性表 67 表3-8 90年7月至91年6月溫度及濕度總表 84 表3-9 台中縣市雨水導電度讀數值表 88 表3-10 時間與雨水導電度讀數值變化表 90 表3-11 運動項目與二氧化碳及心跳數表 93

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