手機監(jiān)控半導(dǎo)體制冷溫控箱設(shè)計概述

徐洪霞 田偉業(yè) 劉笑 史小磊

煙臺大學(xué)文經(jīng)學(xué)院 山東 煙臺 264005

引言

本設(shè)計以單片機作為主控器，通過繼電器輸出控制半導(dǎo)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(dǎo)體制冷系統(tǒng)、控制線路板和開關(guān)電源安裝在目標(biāo)設(shè)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(dǎo)體制冷系統(tǒng)開始制冷工作，以達到對目標(biāo)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(dǎo)體制冷片工作原理

半導(dǎo)體制冷片也叫熱電制冷片，其原理是Peltier效應(yīng)，原理就是熱量的傳遞，半導(dǎo)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(yīng)可知，當(dāng)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(dǎo)體的電流的關(guān)系為：

3 電路模塊設(shè)計

圖1 系統(tǒng)電路原理圖

整個硬件電路設(shè)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(shè)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罄碚摚试S程序員以優(yōu)雅的思維方式進行復(fù)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(yīng)用情況

隨著半導(dǎo)體制冷器的應(yīng)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(dǎo)體制冷器的需求也越來越大。半導(dǎo)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(dǎo)體制冷在當(dāng)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(dǎo)體電堆性能條件下，優(yōu)化設(shè)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(dǎo)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(dǎo)體工業(yè)和材料工業(yè)的迅猛發(fā)展。

該設(shè)計系統(tǒng)電路便于人們對某些特定目標(biāo)進行溫控設(shè)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(yīng)用前景非常廣泛。該溫控箱在實驗室和學(xué)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