手機監控半導體制冷溫控箱設計概述

徐洪霞 田偉業 劉笑 史小磊

煙臺大學文經學院 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 系統方案

將半導體制冷系統、控制線路板和開關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，通過內部比對溫度算法處理后，經過繼電器驅動半導體制冷系統開始制冷工作，以達到對目標系統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，這個效果的產生就是通過熱電的原理來實現的。

由帕爾帖效應可知，當接通電源后，在兩個接頭處會產生溫差。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起來，在傳熱方面并聯就構成一個常見的熱電制冷組件（或稱熱電堆） 。對于一個 PN結來說，帕爾帖熱和通過該導體的電流的關系為：

3 電路模塊設計

圖1 系統電路原理圖

整個硬件電路設計主要包括單片機最小系統模塊、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、串口調試模塊和制冷系統控制模塊等。

4 手機APP設計

手機APP使用Java語言，Java是一門面向對象編程語言，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語言作為靜態面向對象編程語言的代表，極好地實現了面向對象理論，允許程序員以優雅的思維方式進行復雜的編程。Java具有簡單性、面向對象、分布式、健壯性、安全性、平臺獨立與可移植性、多線程、動態性等特點。

手機APP使用eclipse開發，利用Java語言強大的類庫，調用藍牙技術，實現將數據傳送到手機，實現數碼管和手機數據同步。其數據速率為1Mbps。

5 主完成功能

5.1 實時監測溫度

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

5.2 產品數據與APP同步

該設備中的溫度傳感器芯片DS18B20實時監測得到溫度數據，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的任一位置活動，并可以隨時看到數據，實現了實時監測溫度的功能。

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壓縮機制冷方式相比，其制冷效率不高，但因其有結構緊湊、體積小、壽命長、冷熱轉換快、操作簡單、無環境污染等優點，使半導體制冷在當今世界的廣闊領域中已成為必不可少，甚至在某些領域中達到了無與倫比的地位。此外，在現有半導體電堆性能條件下，優化設計和改進電堆熱端散熱系統，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、空調器等開辟嶄新的途徑。半導體制冷在世界日益發展的高科技領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和材料工業的迅猛發展。

該設計系統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、工作穩定、調試方便、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 系統測試圖