太陽(yáng)能半導(dǎo)體制冷控制器的設(shè)計(jì)

【摘要】本設(shè)計(jì)是一種基于單片機(jī)控制的太陽(yáng)能半導(dǎo)體制冷控制器，它由太陽(yáng)能電池直接供給所需的直流電，利用半導(dǎo)體的熱電效應(yīng)，達(dá)到制冷制熱的效果。其不需要任何制冷劑，可連續(xù)工作，沒(méi)有污染源。本設(shè)計(jì)具有低速、中速、高速和自動(dòng)制冷的功能，具有定時(shí)、設(shè)置制冷上下限溫度和系統(tǒng)檢測(cè)的功能。本文從設(shè)計(jì)的基本功能、硬件線(xiàn)路、元器件原理及程序設(shè)計(jì)四個(gè)方面來(lái)說(shuō)明太陽(yáng)能半導(dǎo)體制冷控制器的功能與設(shè)計(jì)過(guò)程。

【關(guān)鍵詞】太陽(yáng)能；半導(dǎo)體制冷；單片機(jī)；控制器

1.設(shè)計(jì)背景

溫室效應(yīng)的加劇，生活水平的提高，人類(lèi)對(duì)空調(diào)的需求急劇上升。以中國(guó)為例，普通空調(diào)發(fā)展很快，大部分使用的空調(diào)技術(shù)是一種以電能為動(dòng)力，把室內(nèi)熱量加以吸收排除到室外的循環(huán)系統(tǒng)，但這種空調(diào)系統(tǒng)具有耗電大、熱島效應(yīng)嚴(yán)重的問(wèn)題，在世界能源日益緊張的今天，采用更為節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)是人類(lèi)的共同需要。本太陽(yáng)能半導(dǎo)體制冷控制器正是基于這種節(jié)能的思想而設(shè)計(jì)，由于該裝置是半導(dǎo)體制冷控制，半導(dǎo)體制冷是利用熱電制冷效應(yīng)的一種制冷方式，借助各種傳熱器件，使熱電堆的熱端不斷散熱，并保持一定的溫度，把熱電堆的冷端放到工作環(huán)境中去吸熱，產(chǎn)生低溫，達(dá)到制冷的效果。它具有低速、中速、高速和自動(dòng)制冷的功能，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示制冷溫度，同時(shí)該系統(tǒng)還具有自檢測(cè)功能，能實(shí)時(shí)檢測(cè)并顯示關(guān)鍵元件或部位的相關(guān)參數(shù)，例如溫度、電壓、電流、頻率等，制冷效果顯著又安全。

2.總體方案設(shè)計(jì)

2.1總體方案

2.2方案選擇

2.2.1太陽(yáng)能電池的選擇

太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換器[3]可以選擇晶體硅太陽(yáng)能電池或納米晶體太陽(yáng)能電池，按照制冷裝置容量選擇太陽(yáng)能電池的型號(hào)。晴天時(shí)，太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換器把照射在它表面上的太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成電能，供整個(gè)系統(tǒng)使用。

2.2.2儲(chǔ)能設(shè)備的選擇

儲(chǔ)能設(shè)備一般使用蓄電池，它把光電轉(zhuǎn)換器輸出的一部分或全部能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，以備太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換器沒(méi)有輸出的時(shí)候使用，從而使太陽(yáng)能半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)達(dá)到全天候的運(yùn)行。

2.2.3溫度傳感器的選擇

DS18B20相比其他溫度傳感器如AD590具有很多優(yōu)點(diǎn)：如采用單總線(xiàn)專(zhuān)用技術(shù)，測(cè)溫范圍為-55℃～+125℃，測(cè)量分辨率為0.0625℃，片內(nèi)自帶AD轉(zhuǎn)換，硬件接線(xiàn)簡(jiǎn)單等。鑒于DS18B20這些優(yōu)點(diǎn)，選擇它作為溫度檢測(cè)的元件。

2.2.4存儲(chǔ)芯片的選擇

存儲(chǔ)芯片有很多種，相比于其它存儲(chǔ)芯片，AT24C01具有獨(dú)特的功能。它的價(jià)格便宜，掉電后數(shù)據(jù)不丟失，存儲(chǔ)的容量也符合設(shè)計(jì)的要求，而且它具有I2C功能，硬件接線(xiàn)非常簡(jiǎn)單。不過(guò)和DS18B20一樣，對(duì)AT24C01的編程也較困難，但原則上能用軟件實(shí)現(xiàn)而又能減少硬件復(fù)雜度的功能就用軟件實(shí)現(xiàn)，所以選擇AT24C01作為存儲(chǔ)器。

3.半導(dǎo)體制冷裝置硬件線(xiàn)路介紹

本設(shè)計(jì)主要分為四個(gè)硬件部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)電源、供應(yīng)部分、電機(jī)控制部分以及單片機(jī)控制部分，頻率電壓變換電路部分，MCS-51單片機(jī)與ADC0809接口部分。

3.1單片機(jī)電源供應(yīng)部分

3.2電機(jī)控制部分

單片機(jī)的輸出腳P0.7經(jīng)240Ω電阻和光耦來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，這里光耦起隔離的作用，9V穩(wěn)壓管使場(chǎng)效應(yīng)管的柵極G和源極S保持在9V，以防過(guò)高的回饋電壓損害管子，二極管能消去電機(jī)的回沖電流，對(duì)電機(jī)起保護(hù)作用，電機(jī)的電壓是12V。電機(jī)是通過(guò)直流電機(jī)脈沖寬度調(diào)制來(lái)控制[2]。

3.3單片機(jī)控制部分

單片機(jī)在整個(gè)控制單元中處于核心地位，控制著各個(gè)元器件的工作，這是整個(gè)電路硬件設(shè)計(jì)[4]中最為復(fù)雜的部分。

半導(dǎo)體制冷裝置主程序的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，程序[13]開(kāi)始后先要初始化，然后再判斷開(kāi)始鍵有沒(méi)按下。若開(kāi)始鍵位=1則表示已經(jīng)開(kāi)了風(fēng)扇，此時(shí)每按動(dòng)一次設(shè)置鍵則改變一次風(fēng)扇的狀態(tài)；若開(kāi)始鍵位=0則表示已經(jīng)關(guān)了風(fēng)扇，若此時(shí)沒(méi)有按動(dòng)設(shè)置鍵，那么程序不會(huì)去判斷加減一鍵，即是說(shuō)加減一鍵處于失效狀態(tài)，程序只是一直在判斷設(shè)置鍵有沒(méi)按下。

當(dāng)按動(dòng)了設(shè)置鍵后，SET=1表示程序仍處于設(shè)置狀態(tài)，這時(shí)加減一鍵是處于有效狀態(tài)而開(kāi)始鍵無(wú)效。如果沒(méi)有按動(dòng)加減一鍵則重新去判斷開(kāi)始鍵狀態(tài)，如果按動(dòng)了加減一鍵就改變?cè)O(shè)置的狀態(tài)，例如溫度上、下限加1或減1的操作，定時(shí)時(shí)間改變的操作。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

［１］樓然苗等.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)原理.北京航空大學(xué)出版社，2007.

［２］宋家友等.新編電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè).福建科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

［３］劉宏等.家用太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng).化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［４］靳達(dá)等.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)例導(dǎo)航.人民郵電出版社，2003.

［５］余錫存等．單片機(jī)原理及接口技術(shù)．西安電子科技大學(xué)出版社，2000．

［６］徐惠民．單片微型機(jī)原理及應(yīng)用．北京郵電學(xué)院出版社，1990：66-69．

［７］李華．MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)．北京航空航天大學(xué)出版社，1993：162-227，358-360．

［８］何立民．單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編．京航空航天大學(xué)出版社，2000：301-360，494-514．

［９］劉建華．DSP與數(shù)字溫度傳感器DS18B20的接口設(shè)計(jì)．河北省科學(xué)學(xué)報(bào)，2004，（2）．

［１０］何希才，姜余祥．新型穩(wěn)壓電源及其應(yīng)用．國(guó)防工業(yè)出版社，2002．

［１１］胡健主編．單片機(jī)原理及接口技術(shù)．機(jī)械工業(yè)出版社，2004：28-31．

［１２］周航慈．單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)．北京航空航天大學(xué)出版社，1991：30-241．

［１３］王瑋主編．電氣工程實(shí)驗(yàn)教程．清華大學(xué)出版社，2006：258-261．

［１４］陳建鐸主編．單片機(jī)原理與應(yīng)用．科學(xué)出版社，2005：176-181．