半导体热电制冷片在汽车保温箱控制系统中的应用.pdf

2011年第5期
T业仪表与自动化装置
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半导体热电制冷片
在洗车保温籍控制条统中的应用
程勇
(西安科技大学,西安710054)
摘要:半导体制冷片又叫热电制冷片,可应用在一些空间非常小的环境,没有化学制冷剂,对环
境无污染。该文提出了利用51单片机控制半导体热电制冷片,实现车載保温箱进行加热制冷的硬
件电路和软件设计原理。硬件电路主要由输入输出、温度采集和反馈、控制电路组成,控制算法主
要采用了滞环控制策略。整个系统结构简单,运行可靠。
关键词:半导体制冷片;温度控制;滯环控制
中图分类号:TN377文献标志码:A文章编号:1000-0682(2011)05-0085-02
Application of the semiconductor thermoelectric refrigeration piece
in car insulation chests control system
CHENG Yong
of Science and Technology, Xi'an 710054, China
Abstract: The semiconductor refrigeration piece is called thermoelectric refrigeration piece, which is
useful in different fields. It can be applied to some environment with tiny space. It's reliable
and ree
from refrigerant and pollution. This thesis mainly researches hardware circuit and software by using single
chip controller to control semiconductor refrigeration piece to heat and refrigerate with hysteresis-control
ler. Whole system has simple and reliable structure
Key words: semiconductor refrigeration piece; temperature control; hysteresis contro
0引言
形成热端。假如把若干对半导体制冷片在电路上串
级连接起来,就是常见的制冷热电堆。这个热电堆
传统空调和冰箱制冷技术采用氟利昂或其他化学的上面是冷端,下面是热端。借助辅助的交换器等
制剂来实现制冷,化学制剂泄漏会对周围环境造成一方法,使制冷片的热端不断散热并且保持恒定温度,
定的污染。该文提出的半导体制冷片组成的温度控制此时用热电堆的冷端吸热降低环境温度,这就是热
系统,可以用于小汽车保温箱制冷保温和加热保温。电制冷器的工作原理。
利用这种方法实现的保温箱,不仅制冷效率高,成本相
绝绦冷端
冷端金属半导体
对较低,而且对环境无污染,具有一定的实用意义。
陶瓷片〈P』1N
1热电制冷片制冷原理
热
半导体热电制冷片是依据热电效应中的珀尔帖
效应制成的,如图1所示。如果将一只P型半导体
图1制冷片原理图
元件和一只N型半导体元件联结,接上直流电源2硬件电路介绍
后,在接头处就会产生温差和热量的转移。在上面
的一个接头处,电流方向是由N→P,温度下降并吸
系统结构如图2所示。系统包括了按键输入
热,这样形成冷端。同理,会在下面的一个接头处,ILCD显示、温度测量、半导体制冷片控制回路。采
用数字温度传感器芯片DS18B20测量温度。
收稿日期:2011-07-06
DS18B20的最大特点是采用了单总线的数据传输,
作者简介:程勇,(1979),男,预士,西安科技大学讲师,研究方由DS1820和微控制器A189051构成的温度测量
向为检测技术,智能算法。
装置,直接输出温度的数字信号,可直接与单片机连
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工业仪表与自动化装置
2011年第5期
接。因此,测温系统的结构就比较简单,体积也不
半导体电加热制冷片的控制系统设计选用
大,且AT89C51可以根据环境的大小和测量精度适AT89C51单片机作为主控制芯片。利用P2.0口从
当增减DSI8B20,实现多点测量。
DS18B20中读取温度数据。P0口作为数据输出口,
对象(车载保温箱
直接和LCD1602的数据口相接,P2.5、P2.6、P2.7
和LCD1602的3个控制端口RS、RW、E相接。P1
半导体热电片
口作为键盘的控制口。P2.1、P2.2作为制冷片的控
电源开关控制『DS18B20
制口。P2.3、P2.4、P3.0口作为相应的指示灯的控
制口。当温控系统制冷启动时,P2.3口输出制冷控
键盐}→
805)单片机区CD显灵
制信号,加热控制信号无效,绿色指示灯亮;当温控
图2总体设计框图
系统加热启动时,P2.4口输出加热控制信号,制冷
半导体热电制冷片在正向通电时,上表面制冷,控制信号无效,黄色指示灯亮;当系统进入温控阶段
下表面加热,反向通电时,则上表面加热下表面制时,P3:0口输出控制信号,红色指示灯亮。
冷。所以控制加热或制冷只需要控制输人电流的方3流程图
向即可。因为直接用单片机P1口不能驱动继电器,
所以采用9012三极管(PNP),使其在截止区和饱和
系统控制流程如图4所示。控制过程中,单片
区进行切换,从而实现开关的作用。当单片机输出机先上电复位,首先对ICD1602和DS18B20进行初
信号为高电平时,三极管截止;当其输出信号为低电始化,然后初次显示。开定时器T0中断,并设置定
平时,三极管为饱和,从而导通。通过三极管的开关时时间为50ms。在中断程序中先判断是否已经累
作用来实现对继电器的驱动,从而控制继电器的切计中断20次,即1s时间,如果已经中断20次,则执
换。图3是系统硬件原理图。
行调用温度转换函数和温度显示函数,显示当前系
统温度值。如果未达到20次,则不执行温度转换函
数和温度显示函数,只是做简单的计数累积。直到
45s
??回
g。8るa88?
有按键按下,得到具体的按键值并显示。温度控制
r~9?=2?
算法:利用滯环控制原理,循环制冷、加热,从而使受
控对象温度保持在恒定范内,如图5所示。如果
比较出的给定温度和对象温度差值大于+1,说明对
象温度低,那么进入加热状态,按照相应的状态给制
REBPACK-S
冷片供电。相反,如果对应温度差值小于-1,便进
38
Id
入制冷状态。
1?xrAL20AD33
Id3
开始
34
33
LCD1602和DS18B20初始化
PO.6AD6
RST PO. 7/AD7 k-32
初显:“XTW;,MBW:
22
Q1
ZTX549
29
P2.2A10
开定时中断
PSEN P2. 3/A11
4002
RLI
30
ALE