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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)

        2019-10-14 02:48:23王亞娟譚永獎(jiǎng)伍活旺
        時(shí)代汽車 2019年9期

        王亞娟 譚永獎(jiǎng) 伍活旺

        摘 要:本文基于帕爾貼元件制冷技術(shù),充分利用其工作原理及特點(diǎn)對(duì)貨車駕駛室杯座系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),并簡(jiǎn)述了杯座的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作原理及控制流程,可實(shí)現(xiàn)對(duì)飲用水的加熱、制冷或者恒溫三種控制模式,有效提高貨車駕駛員的舒適性。

        關(guān)鍵詞:帕爾帖元件;制冷技術(shù);杯座

        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(zhǎng)。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(zhǎng)途行駛,現(xiàn)有貨車駕駛室未設(shè)有飲用水加熱功能,無(wú)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(kāi)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(wú)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(wú)污染,又無(wú)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(guò)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(kāi)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(kāi)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。

        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(guò)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(guò)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(zhǎng)。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。

        3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        通過(guò)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。

        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(guò)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(jiǎn)單方便,在一定程度上有效提高貨車駕駛員的舒適性。

        基金項(xiàng)目:2018年度學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目:互聯(lián)網(wǎng)+共享修車“師傅”;2018年度創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課題立項(xiàng)項(xiàng)目:構(gòu)建高職創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育全方位育人體系的研究與實(shí)踐-以汽車專業(yè)為例,編號(hào):CXCYXZH2018032

        參考文獻(xiàn):

        [1]徐蓓蓓,孫文,梁澄波,王士杰.基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的電熱水壺防干燒自動(dòng)測(cè)試機(jī)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2012,07(下):60-61.

        [2]康燕萍,程小輝,黃鵬.應(yīng)用半導(dǎo)體制冷技術(shù)的智能水杯設(shè)計(jì)[J].桂林理工大學(xué)學(xué)報(bào),2017,37(4):707-712.

        [3]陳光輝,袁保合.基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的小型冷熱箱設(shè)計(jì)[J].信息記錄材料,2017,09:103-104.

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