臺灣博碩士論文加值系統

『工業4.0』時代的來臨，台灣傳統中小企業面臨國際間的競爭，必須提升企業本身生產能力，來面對大數據時代的衝擊。傳統製造業強調的是經驗傳承，如何將經驗化作數據來作為產品製造的SOP，將其製程標準化以提升產品品質，是本文著重之重點。
台灣釀酒企業約343家，其中大部分均屬中小型企業，因自動化設備成本相當高昂，目前這些中小型酒廠釀造酒均以傳統人為經驗釀造，傳統紅葡萄酒釀造均需參考發酵週期氣候狀況是否適合酒精發酵，而傳統釀造酒技術雖已趨近成熟，但影響酒精發酵速度的變因「溫度」、「二氧化碳濃度」卻還是以人為判斷是否需替釀酒桶加溫或是降溫，以及判斷氧氣是否不足導致發酵未達標準。此間需以人力隨時管控釀造酒發酵溫度，以避免發酵溫度過高導致酵母死亡。若期間發酵停止則可能因桶內氧氣過少，導致無法完全發酵，因發酵過程釀造統必須密封，故無法明確得知是否發酵持續中或是停止。
本論文將建置溫度感測器與二氧化碳濃度感測器，將釀造酒之桶內發酵環境以數據方式輸出，使釀造人員可以及時監控發酵環境加以控制其發酵速度變因，溫度感測器將定時監控釀造桶內溫度，提供給予發酵人員用以調整發酵溫度，加快發酵製程，室溫感測也可提供發酵整體環境上的變化，將發酵環境上的變異作為日後發酵作業的參考。二氧化碳感測器則可以將釀造桶內二氧化碳濃度做監控，若二氧化碳濃度數值於發酵過程中趨於穩定，代表發酵已停止，則可即時開桶重新換氣。溫度與二氧化碳濃度監控，可預估釀造完成時間提早2-3天，提升約25%效益。在提升釀造速度的同時，也將分析釀造品質是否會因為不同溫度而造成變化而符合業者所需標準。

There are about 343 winemaking enterprises in Taiwan. Most of them are small to medium enterprises. The cost of automation equipment is quite high. At present, these small and medium-sized wineries make wine with traditional human experience. Traditional wine making needs to refer to the fermentation cycle and the climatic conditions to see if they are suitable for alcohol fermentation. However, the traditional winemaking skill has approached maturity. But the factors 'temperature' and 'carbon dioxide concentration' that affect the speed of alcohol fermentation are still need human to judge whether it is necessary to warm or cool the vat and whether excessive carbon dioxide causes fermentation to slow down. This requires manpower to control the fermentation temperature of the brewed wine at any time to avoid yeast dead due to the fermentation temperature being too high or whether the fermenter needs to be vented. If the fermentation is stopped, the reason may be the fermentation temperature is too high or too low, resulting in incomplete fermentation.
This thesis applies a temperature sensor and a carbon dioxide concentration sensor to output the data of the fermentation environment in the vat. The sensor module is to set up to transmit the information to the monitor platform. The brewer can monitor the fermentation environment to control the effect of fermentation speed in time. The temperature sensor will monitor the temperature in the vat at regulator time to ferment quicker. The carbon dioxide concentration sensor can monitor the Carbon dioxide concentration in the vat. If the numerical value of carbon dioxide concentration being stable during the fermentation, that means the fermentation tends to stop. In the monitoring of temperature and carbon dioxide concentration, we can learn to speed up the brewing process by keeping the fermentation quality stable. Also, the proposed system may be able to finish the brewing 2~3 days earlier and improve 25% of efficacy. In the experience, we can learn that different temperature not only affect the fermentation speed but also different taste and aroma in the same quality wine, which can offer the brewer to take it as a reference to make different flavors of wine.

致謝 i
摘要 ii
Abstract iii
目錄 v
圖目錄 vii
表目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1　研究背景與動機: 1
1.2　研究目的: 2
1.3　主要貢獻 2
1.4　論文架構 3
第二章 相關研究 4
2.1　葡萄酒釀製工藝 4
2.1.1　葡萄酒釀造製程 4
2.1.2　溫度對發酵的影響 5
2.1.3　二氧化碳對發酵的影響 6
2.1.4　發酵時間對口感與香氣的影響 6
2.2　感測器模組 8
2.2.1　DS18B20 防水型溫度感測器 8
2.2.2　MG811二氧化碳感測器 8
第三章 系統架構與方法 10
3.1　傳統第一次發酵作業製程 10
3.2　實驗設計 11
3.3　硬體與軟體設備 12
3.3.1　Arduino Uno R3 12
3.3.2　Arduino IDE 13
3.3.3　DS18B20 防水型溫度感測器 14
3.3.4　MG811二氧化碳感測器 15
3.2　監控平台架構 15
3.2.1　Visual Studio 16
第四章 研究實作與實驗結果 18
4.1　實驗環境與設備架設 18
4.1.1　發酵環境 18
4.1.2　實驗軟、硬體設定 19
4.2　傳統發酵實驗 22
4.2.1　傳統發酵製程 22
4.2.2　溫度控制 22
4.2.3　開桶排氣紀錄 23
4.2.4　發酵結果 24
4.3　二氧化碳與溫度監控發酵 25
4.3.1　二氧化碳監控發酵實驗 25
4.3.1.1　不開桶排氣實驗 25
4.3.1.2　監控排氣實驗 26
4.3.2　溫度監控發酵實驗 28
4.3.2.1　溫度控制 28
4.4　實驗結果 29
4.4.1　二氧化碳監控實驗 29
4.4.1.1　二氧化碳對發酵速度影響 29
4.4.1.2　二氧化碳排氣對發酵品質的影響 31
4.4.2　溫度監控實驗 32
4.4.2.1　溫度監控對發酵速度的影響 32
4.4.2.2　溫度監控對發酵品質的影響 33
4.5　結果分析 35
4.5.1　品質與效益比較 36
4.5.2　口感與香氣 39
4.6　分析與建議 42
第五章 結論與未來方向 43
參考文獻 44
附錄一 46

[1] 財政部國庫署菸酒管理資訊網 https://www.nta.gov.tw/Subject.aspx?t0=73

[2] 果酒技術：葡萄酒的生產工藝-酒精發酵 https://kknews.cc/zh-tw/food/j8pp6je.html

[3] 財政部國庫署菸酒管理資訊網-財政部優質酒類認證評審基準-葡萄酒
https://www.nta.gov.tw/web/AnnC/uptAnnC.aspx?c0=274&p0=9620

[4] 科技產業資訊室－國家實驗研究院http://iknow.stpi.narl.org.tw/post/Read.aspx?PostID=12474

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[8] 蔡珮新，<黑后葡萄酒製備之研究>，國立臺灣大學農業化學研究所，碩士論文，2001。

[9]呂御瑋，<微型空氣汙染系統開發分析研究>，國立臺灣師範大學資訊工程學系，碩士論文，2013

[10] 冉亦文，<紅葡萄酒釀造技術之探討>，製酒科技專論彙編，第10期，75-92

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[12]Hanwei Electronics MG811 CO2 Sensor
https://www.mouser.com/ds/2/321/CO2SensorDatasheetMG811-17599.pdf

[13] Damith C. Ranasinghe ; Nickolas J. G. Falkner ; Pan Chao ; Wu Hao,2013,Wireless sensing platform for remote monitoring and control of wine fermentation

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