徐洪霞 田偉業(yè) 劉笑 史小磊

煙臺大學文經(jīng)學院 山東 煙臺 264005

引言

本設計以單片機作為主控器，通過繼電器輸出控制半導體制冷片工作，達到溫度控制的目的，并利用藍牙通信方式在手機APP上實時顯示溫度值。

1 系統(tǒng)方案

將半導體制冷系統(tǒng)、控制線路板和開關(guān)電源安裝在目標設備中；單片機作為核心處理器接收到溫度傳感器的反饋信號，通過內(nèi)部比對溫度算法處理后，經(jīng)過繼電器驅(qū)動半導體制冷系統(tǒng)開始制冷工作，以達到對目標系統(tǒng)進行溫度控制的目的，同時通過藍牙通信模塊把檢測到的溫度值發(fā)送到安卓手機端通過App顯示出來[1]。

2 半導體制冷片工作原理

半導體制冷片也叫熱電制冷片，其原理是Peltier效應，原理就是熱量的傳遞，半導體制冷片在通直流電的情況下，熱量會從一端到另一端，這樣兩端會產(chǎn)生一定的溫差，還可以通過改變直流電流極性來決定在同一制冷片上實現(xiàn)制冷或加熱，所以這個芯片既可制冷又可加熱，這個效果的產(chǎn)生就是通過熱電的原理來實現(xiàn)的。

由帕爾帖效應可知，當接通電源后，在兩個接頭處會產(chǎn)生溫差。上端接觸處電流方向為 P到N，溫度上升且防熱，稱為熱端，下端接觸處電流方向為 N到P，溫度下降并吸熱，稱為冷端。若干個這樣的熱電偶在電路上串聯(lián)起來，在傳熱方面并聯(lián)就構(gòu)成一個常見的熱電制冷組件（或稱熱電堆） 。對于一個 PN結(jié)來說，帕爾帖熱和通過該導體的電流的關(guān)系為：

3 電路模塊設計

圖1 系統(tǒng)電路原理圖

整個硬件電路設計主要包括單片機最小系統(tǒng)模塊、溫度傳感器模塊、液晶顯示模塊、藍牙通信模塊、蜂鳴器模塊、按鍵模塊、串口調(diào)試模塊和制冷系統(tǒng)控制模塊等。

4 手機APP設計

手機APP使用Java語言，Java是一門面向?qū)ο缶幊陶Z言，其摒棄了C++里難以理解的多繼承、指針等概念，因此，Java語言具有功能強大和簡單易用兩個特征。Java語言作為靜態(tài)面向?qū)ο缶幊陶Z言的代表，極好地實現(xiàn)了面向?qū)ο罄碚?，允許程序員以優(yōu)雅的思維方式進行復雜的編程。Java具有簡單性、面向?qū)ο?、分布式、健壯性、安全性、平臺獨立與可移植性、多線程、動態(tài)性等特點。

手機APP使用eclipse開發(fā)，利用Java語言強大的類庫，調(diào)用藍牙技術(shù)，實現(xiàn)將數(shù)據(jù)傳送到手機，實現(xiàn)數(shù)碼管和手機數(shù)據(jù)同步。其數(shù)據(jù)速率為1Mbps。

5 主完成功能

5.1 實時監(jiān)測溫度

該設備中的溫度傳感器芯片DS18B20實時監(jiān)測溫度，該傳感器得到的數(shù)據(jù)通過單總線與單片機進行數(shù)據(jù)實時傳輸，并通過設備1602液晶顯示器進行實時顯示，從而達到實時監(jiān)測溫度的功能。

5.2 產(chǎn)品數(shù)據(jù)與APP同步

該設備中的溫度傳感器芯片DS18B20實時監(jiān)測得到溫度數(shù)據(jù)，除了會在1602液晶顯示器上顯示出來以外，同時還會通過藍牙模塊把檢測到的溫度值和設定的溫度值以及機器工作時長發(fā)送到安卓手機端通過APP顯示出來，用戶可以在藍牙所覆蓋范圍內(nèi)的任一位置活動，并可以隨時看到數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了實時監(jiān)測溫度的功能。

5.3 應用情況

隨著半導體制冷器的應用由軍用向民用的擴大，加之節(jié)能和限制采用氟利昂制冷劑的呼聲增高，對半導體制冷器的需求也越來越大。半導體制冷盡管與常規(guī)壓縮機制冷方式相比，其制冷效率不高，但因其有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、壽命長、冷熱轉(zhuǎn)換快、操作簡單、無環(huán)境污染等優(yōu)點，使半導體制冷在當今世界的廣闊領(lǐng)域中已成為必不可少，甚至在某些領(lǐng)域中達到了無與倫比的地位。此外，在現(xiàn)有半導體電堆性能條件下，優(yōu)化設計和改進電堆熱端散熱系統(tǒng)，也可取得較為理想的效果，從而為民用小電器以及家用冰箱、空調(diào)器等開辟嶄新的途徑。半導體制冷在世界日益發(fā)展的高科技領(lǐng)域中正越來越顯示出它的重要地位，這不僅僅是由于氟利昂制冷劑對大氣污染而將被禁用，更重要的是半導體工業(yè)和材料工業(yè)的迅猛發(fā)展。

該設計系統(tǒng)電路便于人們對某些特定目標進行溫控設計，比如便攜式保溫藥箱、車載小冰箱以及溫控魚缸等，并且操作簡單、集成度高、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、測試精度高，具有一定的實用價值，因此，市場應用前景非常廣泛。該溫控箱在實驗室和學生宿舍中作為一種簡單的冷藏容器使用，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)測試圖