太阳能半导体制冷控制器的设计

【摘要】本设计是一种基于单片机控制的太阳能半导体制冷控制器，它由太阳能电池直接供给所需的直流电，利用半导体的热电效应，达到制冷制热的效果。其不需要任何制冷剂，可连续工作，没有污染源。本设计具有低速、中速、高速和自动制冷的功能，具有定时、设置制冷上下限温度和系统检测的功能。本文从设计的基本功能、硬件线路、元器件原理及程序设计四个方面来说明太阳能半导体制冷控制器的功能与设计过程。

【关键词】太阳能；半导体制冷；单片机；控制器

1.设计背景

温室效应的加剧，生活水平的提高，人类对空调的需求急剧上升。以中国为例，普通空调发展很快，大部分使用的空调技术是一种以电能为动力，把室内热量加以吸收排除到室外的循环系统，但这种空调系统具有耗电大、热岛效应严重的问题，在世界能源日益紧张的今天，采用更为节能的空调系统是人类的共同需要。本太阳能半导体制冷控制器正是基于这种节能的思想而设计，由于该装置是半导体制冷控制，半导体制冷是利用热电制冷效应的一种制冷方式，借助各种传热器件，使热电堆的热端不断散热，并保持一定的温度，把热电堆的冷端放到工作环境中去吸热，产生低温，达到制冷的效果。它具有低速、中速、高速和自动制冷的功能，能实现实时显示制冷温度，同时该系统还具有自检测功能，能实时检测并显示关键元件或部位的相关参数，例如温度、电压、电流、频率等，制冷效果显著又安全。

2.总体方案设计

2.1总体方案

2.2方案选择

2.2.1太阳能电池的选择

太阳能光电转换器[3]可以选择晶体硅太阳能电池或纳米晶体太阳能电池，按照制冷装置容量选择太阳能电池的型号。晴天时，太阳能光电转换器把照射在它表面上的太阳辐射能转换成电能，供整个系统使用。

2.2.2储能设备的选择

储能设备一般使用蓄电池，它把光电转换器输出的一部分或全部能量储存起来，以备太阳能光电转换器没有输出的时候使用，从而使太阳能半导体制冷系统达到全天候的运行。

2.2.3温度传感器的选择

DS18B20相比其他温度传感器如AD590具有很多优点：如采用单总线专用技术，测温范围为-55℃～+125℃，测量分辨率为0.0625℃，片内自带AD转换，硬件接线简单等。鉴于DS18B20这些优点，选择它作为温度检测的元件。

2.2.4存储芯片的选择

存储芯片有很多种，相比于其它存储芯片，AT24C01具有独特的功能。它的价格便宜，掉电后数据不丢失，存储的容量也符合设计的要求，而且它具有I2C功能，硬件接线非常简单。不过和DS18B20一样，对AT24C01的编程也较困难，但原则上能用软件实现而又能减少硬件复杂度的功能就用软件实现，所以选择AT24C01作为存储器。

3.半导体制冷装置硬件线路介绍

本设计主要分为四个硬件部分：单片机电源、供应部分、电机控制部分以及单片机控制部分，频率电压变换电路部分，MCS-51单片机与ADC0809接口部分。

3.1单片机电源供应部分

3.2电机控制部分

单片机的输出脚P0.7经240Ω电阻和光耦来控制电机的转动，这里光耦起隔离的作用，9V稳压管使场效应管的栅极G和源极S保持在9V，以防过高的回馈电压损害管子，二极管能消去电机的回冲电流，对电机起保护作用，电机的电压是12V。电机是通过直流电机脉冲宽度调制来控制[2]。

3.3单片机控制部分

单片机在整个控制单元中处于核心地位，控制着各个元器件的工作，这是整个电路硬件设计[4]中最为复杂的部分。

半导体制冷装置主程序的结构比较复杂，程序[13]开始后先要初始化，然后再判断开始键有没按下。若开始键位=1则表示已经开了风扇，此时每按动一次设置键则改变一次风扇的状态；若开始键位=0则表示已经关了风扇，若此时没有按动设置键，那么程序不会去判断加减一键，即是说加减一键处于失效状态，程序只是一直在判断设置键有没按下。

当按动了设置键后，SET=1表示程序仍处于设置状态，这时加减一键是处于有效状态而开始键无效。如果没有按动加减一键则重新去判断开始键状态，如果按动了加减一键就改变设置的状态，例如温度上、下限加1或减1的操作，定时时间改变的操作。　[科]

【参考文献】

［１］楼然苗等.单片机课程设计指导原理.北京航空大学出版社，2007.

［２］宋家友等.新编电子线路设计实用手册.福建科学技术出版社，2007.

［３］刘宏等.家用太阳能光伏电源系统.化学工业出版社，2007.

［４］靳达等.单片机应用系统开发实例导航.人民邮电出版社，2003.

［５］余锡存等．单片机原理及接口技术．西安电子科技大学出版社，2000．

［６］徐惠民．单片微型机原理及应用．北京邮电学院出版社，1990：66-69．

［７］李华．MCS-51系列单片机实用接口技术．北京航空航天大学出版社，1993：162-227，358-360．

［８］何立民．单片机应用技术选编．京航空航天大学出版社，2000：301-360，494-514．

［９］刘建华．DSP与数字温度传感器DS18B20的接口设计．河北省科学学报，2004，（2）．

［１０］何希才，姜余祥．新型稳压电源及其应用．国防工业出版社，2002．

［１１］胡健主编．单片机原理及接口技术．机械工业出版社，2004：28-31．

［１２］周航慈．单片机应用程序设计技术．北京航空航天大学出版社，1991：30-241．

［１３］王玮主编．电气工程实验教程．清华大学出版社，2006：258-261．

［１４］陈建铎主编．单片机原理与应用．科学出版社，2005：176-181．