黃鈔

摘要：隨著半導(dǎo)體材料和相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的制冷設(shè)備采用半導(dǎo)體材料制冷，半導(dǎo)體材料具有體積小、重量輕等特點，單片機控制技術(shù)能夠與電腦的串口通信連接，實現(xiàn)制冷設(shè)備的智能控制。本文主要研究基于單片機的半導(dǎo)體制冷設(shè)備的智能控制技術(shù)，實現(xiàn)制冷設(shè)備控制的智能化，更好實現(xiàn)制冷效果，最大限度的節(jié)約能源。

關(guān)鍵詞：單片機；半導(dǎo)體制冷；智能控制

中圖分類號：TP316.2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）01-0006-02

基于單片機的半導(dǎo)體制冷智能控制系統(tǒng)，融合了單片機控制技術(shù)和半導(dǎo)體制冷技術(shù)，實現(xiàn)制冷設(shè)備溫度控制的智能化，具有體積小、重量輕、使用壽命長等優(yōu)點。

1 基于單片機的半導(dǎo)體制冷智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理

半導(dǎo)體制冷器是一種利用珀爾帖效應(yīng)來進行制冷的器件，它具有體積小、重量輕、使用壽命長、沒有噪音、無機械運動、加熱制冷迅速、控制精度高、不需要制冷劑、無污染等優(yōu)點。單片機具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，實現(xiàn)模塊化；可靠性高，處理功能強，速度快；低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品；控制功能強，環(huán)境適應(yīng)能力強等優(yōu)點，將單片機與半導(dǎo)體制冷技術(shù)結(jié)合起來，實現(xiàn)制冷設(shè)備的智能控制。

1.1 基于單片機的半導(dǎo)體制冷智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

基于單片機的半導(dǎo)體制冷智能控制系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)包括處理器、溫度傳感器、數(shù)碼管顯示、按鍵調(diào)節(jié)電路、控制信號驅(qū)動電路、半導(dǎo)體制冷執(zhí)行器連接電路，其結(jié)果圖如下圖1所示。

從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中可以看出，當(dāng)溫度低于（或高于）設(shè)定溫度時，通過溫度傳感器感受溫度，形成反饋信號，經(jīng)過單片機內(nèi)部模糊控制算法處理，形成單片機I/O口輸出的PWM信號，單片機根據(jù)設(shè)定的程序和反饋信號給驅(qū)動器發(fā)射啟動信號，驅(qū)動器控制半導(dǎo)體制冷器運轉(zhuǎn)制冷，使得密封箱體的溫度升高（或降低），同時，在溫度反饋電路中，及時反饋溫度值，通過單片機的控制運算達到設(shè)定溫度，從而實現(xiàn)單片機半導(dǎo)體制冷設(shè)備的智能控制。

1.2 半導(dǎo)體制冷設(shè)備的原理

半導(dǎo)體制冷設(shè)備的原理固體材料所具有的珀爾帖效應(yīng)。珀爾帖效應(yīng)是指由于固體材料的原子能級都不相同，材料中的載流子所具有的勢能也不同。在外加電場作用下，載流子開始流動，流動方向從低勢能材料流向高勢能材料，流動過程中吸收熱量，從而導(dǎo)致兩種不同材料的連結(jié)處出現(xiàn)致冷現(xiàn)象。

半導(dǎo)體制冷又叫熱電制冷，主要利用了熱電效應(yīng)的原理。當(dāng)直流電通過兩種不同的材料組成的回路時，在兩種材料的接觸面會產(chǎn)生能量交換的現(xiàn)象。通過直流電的時候，由P型半導(dǎo)體材料和N型半導(dǎo)體材料組成的半導(dǎo)體，當(dāng)PN接觸就會產(chǎn)生電子由一種材料向另一種材料遷移的現(xiàn)象，在遷移的過程中，電子會把多余的能量釋放出來，因此該接觸面會產(chǎn)生熱量。同時，在另一個接觸面電子由一種材料進入到另一種材料的過程中，會吸收外界的能量，來保證它完成這種遷移，因此在該接觸面會產(chǎn)生吸收熱量的現(xiàn)象。

如圖2所示為半導(dǎo)體制冷原理圖，當(dāng)線路通電流時，電子由上金屬板通過結(jié)點a流向N型半導(dǎo)體，電子勢能增大，并從上金屬板吸熱，使之變冷。當(dāng)N型半導(dǎo)體中的電子通過結(jié)點d進入下金屬板時，勢能由大變小，于是放出熱量（能量），使下金屬板變熱。同理，當(dāng)電流由上金屬板流向P型半導(dǎo)體時，空穴由上金屬板通過結(jié)點b流入P型半導(dǎo)體，勢能增大，并從金屬吸收熱量（能量），使之變冷；隨之，空穴通過結(jié)點c到達下金屬板時，勢能由大變小，放出熱量（能量），使下金屬板變熱。

2 基于單片機的半導(dǎo)體制冷智能控制系統(tǒng)

2.1 單片機

單片機簡單點說就是芯片，具有集成電路的芯片，將中央處理器CPU、A/D轉(zhuǎn)換器、只讀存儲器ROM、模擬多路轉(zhuǎn)換器、定時器/計數(shù)器等功能，利用集成電路技術(shù)把這些功能集成到微小的硅片上，從而構(gòu)成一個微型計算機系統(tǒng)。根據(jù)具體的控制系統(tǒng)情況，選擇適當(dāng)類型的單片機，一般采用STC12C5A16S2作為核心芯片，使用TEC1-12706半導(dǎo)體制冷片作為核心加熱制冷與案件，采用DS18B20溫度傳感器采集溫度，通過上位機和單片機通訊，上位機可以顯示實時溫度值，并且可以進行溫度設(shè)置，半導(dǎo)體制冷片控制部分采用H橋驅(qū)動控制電路進行電壓翻轉(zhuǎn)H橋的導(dǎo)通和截止采用三極管開關(guān)電路進行控制，從而達到加熱和制冷的自動控制目的。

2.2 半導(dǎo)體制冷片

半導(dǎo)體制冷片選用TEC12706，TEC即半導(dǎo)體制冷器，它的工作原理是基于珀爾貼效應(yīng)，即當(dāng)電流以不同方向通過雙金屬片所構(gòu)成H橋的結(jié)構(gòu)時能對與其接觸的物體制冷或加熱。其工作原理圖如圖1所示。

半導(dǎo)體制冷設(shè)備的優(yōu)點如下：（1）半導(dǎo)體制冷器的規(guī)格尺寸非常小，最小的制冷器可以到達1cm；（2）半導(dǎo)體制冷設(shè)備重量也非常輕，微型制冷器的重量往往只有幾克或幾十克。（3）機械傳動少甚至沒有，環(huán)保性能好，工作過程中無噪音，無液、氣工作介質(zhì)，不存在污染環(huán)境，（4）制冷參數(shù)穩(wěn)定，不受空間方向以及重力影響，即使機在械過載的條件下，也能夠正常地工作；（5）調(diào)節(jié)方便，電路電流控制制冷效果，通過調(diào)節(jié)工作電流的大小來調(diào)節(jié)制冷速率；通過切換電流方向，來快速完成制冷、制熱工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換；（6）作用速度快，使用壽命長，且易于控制。

2.3 數(shù)字溫度傳感器

數(shù)字溫度傳感器就是能把檢測設(shè)備采集到的溫度通過相應(yīng)的轉(zhuǎn)換設(shè)備將溫度信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并通過數(shù)字現(xiàn)實屏幕現(xiàn)實出來。數(shù)字溫度傳感器的組成部件有溫、濕度敏感元件，信號轉(zhuǎn)換計算機、PLC、智能儀表、LED數(shù)字顯示器等等。起初，數(shù)字溫度傳感器處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)供電之后，數(shù)字溫度傳感器進入連續(xù)轉(zhuǎn)換溫度模式或者單一轉(zhuǎn)換模式，用戶根據(jù)自己的需要選擇相應(yīng)的工作模式，在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式下，數(shù)字溫度傳感器可以連續(xù)轉(zhuǎn)換溫度并將結(jié)果存于溫度寄存器中，讀溫度寄存器中的內(nèi)容不影響其溫度轉(zhuǎn)換；在單一轉(zhuǎn)換模式，數(shù)字溫度傳感器執(zhí)行一次溫度轉(zhuǎn)換，結(jié)果存于溫度寄存器中，然后回到關(guān)閉模式，這種轉(zhuǎn)換模式適用于對溫度敏感的應(yīng)用場合。在實際應(yīng)用中，數(shù)字溫度傳感器有多種分辨率可供選擇：8位、9位、10位、11位或12位，五種分辨率分別對應(yīng)溫度分辨率分別為1.0℃、0.5℃、0.25℃、0.125℃或0.0625℃，溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果的默認分辨率為9位。

3 結(jié)語

本文主要研究基于單片機的半導(dǎo)體制冷智能控制系統(tǒng)，分析了基于單片機的半導(dǎo)體制冷智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，重點分析了半導(dǎo)體制冷設(shè)備的工作原理。就基于單片機的半導(dǎo)體制冷智能控制系統(tǒng)的主要組成部分單片機、半導(dǎo)體制冷片、數(shù)字溫度傳感器進行了研究，有利于制冷設(shè)備智能控制的研究。

參考文獻

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