基于单片机的半导体制冷智能控制

王宁

辽宁锦州渤海大学工学院

基于单片机的半导体制冷智能控制

王宁

辽宁锦州渤海大学工学院

针对智能控制的难题，本文主要进行了研究，采用了Matlab软件，运用了Matlab的编译器的方法，运用特殊的工具，使得计算机程序的编制更加地简单，从而提高功能效率。人工智能控制为数学模型提供了解决的方法，实现智能控制，从而大大降低开发人员的压力。

单片机 半导体制冷 湿度控制

1 引言

在人们的工作以及生活中离不开温度，同时在很多的领域中温度作为重要的研究参数，温度存在于工业的炉温以及来自环境变化的温度和人体温度等，所以在众多工业生产领域中，对温度进行研究有着广泛而深远的研究意义。如果希望使得半导体制冷技术发展更为迅速，需要进一步在半导体制冷材料，在工艺方面突破创新。在不久的将来，机械设计的行业中，将计算机辅助工具运用到专家系统中，这是未来的发展趋势，设计机械的这个过程中，运用公式以及参数这是设计人员必须要用到的。同时编制程序的时候，也是需要用到参数的，运用计算机辅助工具对于计算机工作量的解决有着很大的用处，MATLAB软件在工程领域中有着很大的用途。本文主要是对于专家系统进行了设计开发，从而大大地降低开发人员的压力。

2 半导体制冷技术存在的现状

现今关于半导体制冷技术的不足之处在于半导体制冷效率还需要进一步完善。而半导体制冷效率是和半导体所采用的制冷片材料以及半导体制冷片中热端的散热方式的不同有关系的。半导体制冷材料对导体中交换电子能量的速度大小和以及能量交换的不同有着直接的关系，这是由于当导体中接通了直流电以后，PN结上的电子就会出现迁移，此时PN结中的电子迁移的速度与交换电子能量都与半导体制冷材料有着重要的直接影响作用。因为有着低速度的热端散热速度，从而热端热量就会对制冷处中的吸收热量产生影响的作用。所以当运行半导体制冷片的时候，散热时应该采取比较好的散热方式，不然就会大大地会影响到半导体制冷片的工作效率。

3 半导体制冷系统整体结构图

本文主要设计的是基于单片机的半导体制冷智能控制，系统所包括的模块具体可以包括了信号控制驱动电路、按键电路处理器以及显示电路等。系统结构图如图1所示。

图1 系统结构图

从图1中可以发现单片机是处理器的核心部件，来自温度传感器输出的反馈信号会通过单片机里面的模糊控制算法进一步处理，接着单片机I/O端口就会输出具有特定占空比的PWM信号，通过驱动器的处理，从而达到半导体制冷器驱动制冷的目的。此时，单片机的外围电路中，给定值以及反馈值的显示是通过8位数码管实现的，所需要的温度值是根据按键电路实现的。

4 硬件的选择

4.1 单片机

本文设计中选择的单片机是STC89C52RC。在很多的领域中都应用到了单片机，比如日常生活中的红绿灯，就是运用了单片机实现的。由于单片机的体积很小，但是具体很强的功能，所以在现实的工业环境中，人工已经几乎全部被单片机代替了，而且在某种场合下单片机的效果强于人工控制的。本文设计的智能控制中连通单片机指令集代码与51系列单片机代码，工作电压的范围是5.5V到3.3V之间，工作频率是从0到40MHz之间。I/O口一共有32个。存储的空间是8K，该单片机的内核是MCS-51。

PWM脉宽的占空比的调整是通过单片机里面的定时器中断服务实现的。PWM方波的产生是结合定时器TO与T1实现的，PWM的频率是通过TO控制的，PWM的占空比是通过T1中断控制。

4.2 半导体制冷器

半导体制冷片的原理用到是根据具体的半导体材料从而形成对应的P-N结，额定电流设定是4.5A，额定的工作电压是12V。将直流电通过半导体制冷片里面，这种制冷方式是渐型制冷方式中的一种。将直流电通过已经成功组装的半导体制冷片时，半导体制冷片PN结就会出现放热以及吸热的效果。

4.3 半导体制冷驱动电路

本文设计中所用的驱动电路设计思想主要根据单片机中的I/O输出端从而对信号进行控制，最终达到驱动电路控制目的。所以驱动芯片选择的是L9110，这种L9110芯片特点是双输入。在驱动电路以及控制电路中L9110是作为电子元器件的一种常用的，电路通常一般都是在单片机里面集成，从而使得除了芯片之外的其他电路的设计元器件会大大地减少成本，而且还能将芯片的工作效率大大地提高。L9110芯片中的两个引脚在进行输入的时候，都是相互兼容的电流，而且具有很好的抗干扰性。另一方面，输出的端口一共有2个，可以将正向信号以及反向信号都输出来，电流的驱动能力比较强，通道中可以经过的电流是800mA，当电流处于峰值的时候是1.5A。L9110在汽车电机驱动方面有着广泛的应用。L9110的引脚连接图，如图2所示。

图2 L9110引脚图

L9110中的引脚接口一共有8个，其中输入和输出的分别有2个，L9110引脚的情况如表1所示。

表1 L9110引脚

5 软件设计

5.1 温度读取程序

不同的温度传感器型号决定着读取的温度也不同。按照设定的相关的温度传感器的读取规则和一些重要的读取指令，当读取温度的时候，需要将转换指令传送到温度传感器中，本文选择的型号是DS18B20，而且指令的传送方式是单片机实现的，传感器内部的寄存器主要存储的是经过转换的结果数据。读取指令通过单片机进行发送，这个时候数据端口就会将保存在寄存器里面的关于温度的两个字节传送给单片机，通过转换从而获取精确的数据是通过单片机实现的。本文的主机其实就是单片机，单片机控制温度传感器DS18B20，这个过程包括的环节如下：开始是复位处理DS18B20，接着如果复位成功，单片机就会发送温度转换指令。当转换温度结束之后，数据端口就会发送相关的RAM指令，温度读取的步骤如上介绍所示。温度读取程序流程图如图3所示。

图3 温度读取流程图

5.2 PWM脉宽调节

本文设计还包括了PWM脉宽调节，对PWM脉冲的占空比进行调整，从而生成大小不同的脉冲，半导体制冷中需要的功率是由半导体中的制冷驱动器才可以实现。对脉宽的占空比进行调节，从而能够对模拟电压进行大小的模拟。因为有的单片机是不带PWM脉冲输出的能力，所以本文在进行设计的时候运用到了定时器T0以及T1的中断特性。

5.3 串口通信机制

本文实现操作员站的界面是采用了开发软件Visual studio 2010，根据显示实时温度的曲图，能够从温度的变化得出相关的控制系统中的相关性能。而且还能够根据温度变化的曲线，对应地查找通过温度传感器所采集到的温度值的整个改变的过程。本文设计的基于单片机的半导体制冷智能控制用的软件是Visual Studio 2010。

结语：人们的生活中离不开温度，温度在物理学中作为参数也有着重要的意义，在其他的领域中，温度参数涉及到很多的参数测量。日常的电器应用中都有涉及到温度的控制，所以研究制冷技术有着重要的理论意义与现实意义。

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