太陽能半導(dǎo)體制冷控制器的設(shè)計

【摘要】本設(shè)計是一種基于單片機控制的太陽能半導(dǎo)體制冷控制器，它由太陽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)，達到制冷制熱的效果。其不需要任何制冷劑，可連續(xù)工作，沒有污染源。本設(shè)計具有低速、中速、高速和自動制冷的功能，具有定時、設(shè)置制冷上下限溫度和系統(tǒng)檢測的功能。本文從設(shè)計的基本功能、硬件線路、元器件原理及程序設(shè)計四個方面來說明太陽能半導(dǎo)體制冷控制器的功能與設(shè)計過程。

【關(guān)鍵詞】太陽能；半導(dǎo)體制冷；單片機；控制器

1.設(shè)計背景

溫室效應(yīng)的加劇，生活水平的提高，人類對空調(diào)的需求急劇上升。以中國為例，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)是人類的共同需要。本太陽能半導(dǎo)體制冷控制器正是基于這種節(jié)能的思想而設(shè)計，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，達到制冷的效果。它具有低速、中速、高速和自動制冷的功能，能實現(xiàn)實時顯示制冷溫度，同時該系統(tǒng)還具有自檢測功能，能實時檢測并顯示關(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

2.1總體方案

2.2方案選擇

2.2.1太陽能電池的選擇

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

2.2.2儲能設(shè)備的選擇

儲能設(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儲存起來，以備太陽能光電轉(zhuǎn)換器沒有輸出的時候使用，從而使太陽能半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)達到全天候的運行。

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：如采用單總線專用技術(shù)，測溫范圍為-55℃～+125℃，測量分辨率為0.0625℃，片內(nèi)自帶AD轉(zhuǎn)換，硬件接線簡單等。鑒于DS18B20這些優(yōu)點，選擇它作為溫度檢測的元件。

2.2.4存儲芯片的選擇

存儲芯片有很多種，相比于其它存儲芯片，AT24C01具有獨特的功能。它的價格便宜，掉電后數(shù)據(jù)不丟失，存儲的容量也符合設(shè)計的要求，而且它具有I2C功能，硬件接線非常簡單。不過和DS18B20一樣，對AT24C01的編程也較困難，但原則上能用軟件實現(xiàn)而又能減少硬件復(fù)雜度的功能就用軟件實現(xiàn)，所以選擇AT24C01作為存儲器。

3.半導(dǎo)體制冷裝置硬件線路介紹

本設(shè)計主要分為四個硬件部分：單片機電源、供應(yīng)部分、電機控制部分以及單片機控制部分，頻率電壓變換電路部分，MCS-51單片機與ADC0809接口部分。

3.1單片機電源供應(yīng)部分

3.2電機控制部分

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

3.3單片機控制部分

單片機在整個控制單元中處于核心地位，控制著各個元器件的工作，這是整個電路硬件設(shè)計[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]開始后先要初始化，然后再判斷開始鍵有沒按下。若開始鍵位=1則表示已經(jīng)開了風(fēng)扇，此時每按動一次設(shè)置鍵則改變一次風(fēng)扇的狀態(tài)；若開始鍵位=0則表示已經(jīng)關(guān)了風(fēng)扇，若此時沒有按動設(shè)置鍵，那么程序不會去判斷加減一鍵，即是說加減一鍵處于失效狀態(tài)，程序只是一直在判斷設(shè)置鍵有沒按下。

當(dāng)按動了設(shè)置鍵后，SET=1表示程序仍處于設(shè)置狀態(tài)，這時加減一鍵是處于有效狀態(tài)而開始鍵無效。如果沒有按動加減一鍵則重新去判斷開始鍵狀態(tài)，如果按動了加減一鍵就改變設(shè)置的狀態(tài)，例如溫度上、下限加1或減1的操作，定時時間改變的操作。 [科]

【參考文獻】

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