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    基于帕爾貼元件的貨車駕駛室杯座系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    2019-09-13 07:50:02王亞娟譚永獎(jiǎng)伍活旺韋逸帆
    時(shí)代汽車 2019年12期
    關(guān)鍵詞:帕爾駕駛室恒溫

    王亞娟 譚永獎(jiǎng) 伍活旺 韋逸帆

    陽江職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東省陽江市 529500

    1 引言

    隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不斷加快和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷升級(jí),高速公路事業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了迅速發(fā)展,使得高附加值的物流運(yùn)輸行業(yè)飛速增長。貨車作為物流運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展的重要載體,目前其駕駛艙內(nèi)未設(shè)有飲用水加熱及制冷系統(tǒng),另外由于服務(wù)區(qū)的距離通常在100KM左右,不能有效滿足駕駛員對(duì)飲用水的需求。在秋冬兩季長途行駛,現(xiàn)有貨車駕駛室未設(shè)有飲用水加熱功能,無法對(duì)飲用水進(jìn)行及時(shí)加熱,造成貨車司機(jī)不能及時(shí)補(bǔ)充熱開水引起身體不適,繼而影響駕駛技術(shù)狀態(tài);在炎熱的夏季,尤其是在擁堵路況時(shí),現(xiàn)有貨車駕駛室未設(shè)有飲用水制冷功能,無法提供冰涼刺激的冷飲,為司機(jī)醒腦提神,提高駕駛注意力。

    2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作原理

    2.1 杯座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

    本貨車駕駛室杯座加熱及制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于使用方便性理念,進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和主要技術(shù)指標(biāo)的制定[1]。該系統(tǒng)由半導(dǎo)體制冷片(帕爾帖元件)、絕緣陶瓷、鋁板、杯座、散熱系統(tǒng)等構(gòu)成(如圖1所示)。它直接利用帕爾帖元件的制冷技術(shù)實(shí)現(xiàn)飲用水加熱、制冷及恒溫三種功能,不同于一般的制冷技術(shù),既無污染,又無噪音,并且支持連續(xù)工作;杯座外觀尺寸直徑為12cm、高為10cm;基本上可以滿足貨車司機(jī)日常對(duì)飲用水的個(gè)性化需求[2]。

    2.2 帕爾貼元件制冷原理

    帕爾貼元件由兩片陶瓷片和夾于其間的N型和P型半導(dǎo)體材料組成,通上12V的直流電后,N型和P型半導(dǎo)體之間產(chǎn)生“帕爾貼效應(yīng)”實(shí)現(xiàn)對(duì)飲用水進(jìn)行制冷;改變其電流方向,就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)飲用水進(jìn)行加熱;通過工作電流大小的改變,實(shí)現(xiàn)不同速率的加熱與制冷[3]。

    當(dāng)帕爾貼元件上方開啟制冷模式時(shí),下方就會(huì)產(chǎn)生熱量。在駕駛室杯座上應(yīng)用時(shí),為了提高加熱或制冷片的工作效率,需要在帕爾貼元件正下方增加散熱裝置,比如散熱風(fēng)扇;另外需要在中控臺(tái)兩側(cè)開辟出相應(yīng)的通風(fēng)孔,對(duì)帕爾貼元件進(jìn)行強(qiáng)制性散熱,從而提高加熱或制冷效果。

    圖1 貨車駕駛室杯座結(jié)構(gòu)圖

    2.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    ECU(單片機(jī))作為主控制器,可以為帕爾貼元件提供12V直流電,通過電流方向的改變,實(shí)現(xiàn)飲用水的加熱或制冷;接受溫度傳感器采集的飲用水溫度信號(hào),進(jìn)行分析判斷;為執(zhí)行器尤其是散熱裝置提供信號(hào),對(duì)帕爾貼元件進(jìn)行散熱。

    通過按鍵可設(shè)置飲用水目標(biāo)溫度,設(shè)定后進(jìn)入相應(yīng)的控制模式,LED溫度顯示屏可實(shí)時(shí)顯示目標(biāo)溫度數(shù)值、實(shí)際溫度數(shù)值及達(dá)到目標(biāo)溫度所需要的時(shí)長。ECU根據(jù)溫度傳感器采集的飲用水溫度信號(hào),對(duì)比測(cè)量水溫與目標(biāo)水溫,做出判斷分析,從而控制帕爾貼元件進(jìn)行水溫調(diào)節(jié)。當(dāng)飲用水的溫度低于目標(biāo)溫度,啟動(dòng)加熱控制模式;當(dāng)飲用水的溫度達(dá)到目標(biāo)溫度后,啟動(dòng)恒溫控制模式;當(dāng)飲用水的溫度高于目標(biāo)溫度后,啟動(dòng)制冷控制模式[3]。具體控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖2所示。

    圖2 貨車駕駛室杯座控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    通過按鍵設(shè)定目標(biāo)溫度,啟動(dòng)系統(tǒng)調(diào)溫模式,杯座對(duì)飲用水的溫度調(diào)節(jié)到目標(biāo)溫度后,進(jìn)入恒溫控制,并在LED顯示出飲用水實(shí)際溫度。軟件總體設(shè)計(jì)流程如圖3所示。

    圖3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖

    4 結(jié)論

    本貨車駕駛室杯座設(shè)計(jì)采用ECU作為主控制器,使用帕爾貼作為加熱或制冷核心元件,在其外添加裝強(qiáng)制散熱裝置,有效減小其冷熱端溫差。ECU通過溫度傳感器采集的飲用水溫度信號(hào),對(duì)帕爾貼元件進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)加熱、制冷或者恒溫三種控制模式。該系統(tǒng)操作簡單方便,在一定程度上有效提高貨車駕駛員的舒適性。

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