王寧

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

基于單片機(jī)的半導(dǎo)體制冷智能控制

王寧

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

針對(duì)智能控制的難題，本文主要進(jìn)行了研究，采用了Matlab軟件，運(yùn)用了Matlab的編譯器的方法，運(yùn)用特殊的工具，使得計(jì)算機(jī)程序的編制更加地簡(jiǎn)單，從而提高功能效率。人工智能控制為數(shù)學(xué)模型提供了解決的方法，實(shí)現(xiàn)智能控制，從而大大降低開(kāi)發(fā)人員的壓力。

單片機(jī) 半導(dǎo)體制冷 濕度控制

1 引言

在人們的工作以及生活中離不開(kāi)溫度，同時(shí)在很多的領(lǐng)域中溫度作為重要的研究參數(shù)，溫度存在于工業(yè)的爐溫以及來(lái)自環(huán)境變化的溫度和人體溫度等，所以在眾多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，對(duì)溫度進(jìn)行研究有著廣泛而深遠(yuǎn)的研究意義。如果希望使得半導(dǎo)體制冷技術(shù)發(fā)展更為迅速，需要進(jìn)一步在半導(dǎo)體制冷材料，在工藝方面突破創(chuàng)新。在不久的將來(lái)，機(jī)械設(shè)計(jì)的行業(yè)中，將計(jì)算機(jī)輔助工具運(yùn)用到專家系統(tǒng)中，這是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，設(shè)計(jì)機(jī)械的這個(gè)過(guò)程中，運(yùn)用公式以及參數(shù)這是設(shè)計(jì)人員必須要用到的。同時(shí)編制程序的時(shí)候，也是需要用到參數(shù)的，運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助工具對(duì)于計(jì)算機(jī)工作量的解決有著很大的用處，MATLAB軟件在工程領(lǐng)域中有著很大的用途。本文主要是對(duì)于專家系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，從而大大地降低開(kāi)發(fā)人員的壓力。

2 半導(dǎo)體制冷技術(shù)存在的現(xiàn)狀

現(xiàn)今關(guān)于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的不足之處在于半導(dǎo)體制冷效率還需要進(jìn)一步完善。而半導(dǎo)體制冷效率是和半導(dǎo)體所采用的制冷片材料以及半導(dǎo)體制冷片中熱端的散熱方式的不同有關(guān)系的。半導(dǎo)體制冷材料對(duì)導(dǎo)體中交換電子能量的速度大小和以及能量交換的不同有著直接的關(guān)系，這是由于當(dāng)導(dǎo)體中接通了直流電以后，PN結(jié)上的電子就會(huì)出現(xiàn)遷移，此時(shí)PN結(jié)中的電子遷移的速度與交換電子能量都與半導(dǎo)體制冷材料有著重要的直接影響作用。因?yàn)橛兄退俣鹊臒岫松崴俣龋瑥亩鵁岫藷崃烤蜁?huì)對(duì)制冷處中的吸收熱量產(chǎn)生影響的作用。所以當(dāng)運(yùn)行半導(dǎo)體制冷片的時(shí)候，散熱時(shí)應(yīng)該采取比較好的散熱方式，不然就會(huì)大大地會(huì)影響到半導(dǎo)體制冷片的工作效率。

3 半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

本文主要設(shè)計(jì)的是基于單片機(jī)的半導(dǎo)體制冷智能控制，系統(tǒng)所包括的模塊具體可以包括了信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)電路、按鍵電路處理器以及顯示電路等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

從圖1中可以發(fā)現(xiàn)單片機(jī)是處理器的核心部件，來(lái)自溫度傳感器輸出的反饋信號(hào)會(huì)通過(guò)單片機(jī)里面的模糊控制算法進(jìn)一步處理，接著單片機(jī)I/O端口就會(huì)輸出具有特定占空比的PWM信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器的處理，從而達(dá)到半導(dǎo)體制冷器驅(qū)動(dòng)制冷的目的。此時(shí)，單片機(jī)的外圍電路中，給定值以及反饋值的顯示是通過(guò)8位數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)的，所需要的溫度值是根據(jù)按鍵電路實(shí)現(xiàn)的。

4 硬件的選擇

4.1 單片機(jī)

本文設(shè)計(jì)中選擇的單片機(jī)是STC89C52RC。在很多的領(lǐng)域中都應(yīng)用到了單片機(jī)，比如日常生活中的紅綠燈，就是運(yùn)用了單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的。由于單片機(jī)的體積很小，但是具體很強(qiáng)的功能，所以在現(xiàn)實(shí)的工業(yè)環(huán)境中，人工已經(jīng)幾乎全部被單片機(jī)代替了，而且在某種場(chǎng)合下單片機(jī)的效果強(qiáng)于人工控制的。本文設(shè)計(jì)的智能控制中連通單片機(jī)指令集代碼與51系列單片機(jī)代碼，工作電壓的范圍是5.5V到3.3V之間，工作頻率是從0到40MHz之間。I/O口一共有32個(gè)。存儲(chǔ)的空間是8K，該單片機(jī)的內(nèi)核是MCS-51。

PWM脈寬的占空比的調(diào)整是通過(guò)單片機(jī)里面的定時(shí)器中斷服務(wù)實(shí)現(xiàn)的。PWM方波的產(chǎn)生是結(jié)合定時(shí)器TO與T1實(shí)現(xiàn)的，PWM的頻率是通過(guò)TO控制的，PWM的占空比是通過(guò)T1中斷控制。

4.2 半導(dǎo)體制冷器

半導(dǎo)體制冷片的原理用到是根據(jù)具體的半導(dǎo)體材料從而形成對(duì)應(yīng)的P-N結(jié)，額定電流設(shè)定是4.5A，額定的工作電壓是12V。將直流電通過(guò)半導(dǎo)體制冷片里面，這種制冷方式是漸型制冷方式中的一種。將直流電通過(guò)已經(jīng)成功組裝的半導(dǎo)體制冷片時(shí)，半導(dǎo)體制冷片PN結(jié)就會(huì)出現(xiàn)放熱以及吸熱的效果。

4.3 半導(dǎo)體制冷驅(qū)動(dòng)電路

本文設(shè)計(jì)中所用的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)思想主要根據(jù)單片機(jī)中的I/O輸出端從而對(duì)信號(hào)進(jìn)行控制，最終達(dá)到驅(qū)動(dòng)電路控制目的。所以驅(qū)動(dòng)芯片選擇的是L9110，這種L9110芯片特點(diǎn)是雙輸入。在驅(qū)動(dòng)電路以及控制電路中L9110是作為電子元器件的一種常用的，電路通常一般都是在單片機(jī)里面集成，從而使得除了芯片之外的其他電路的設(shè)計(jì)元器件會(huì)大大地減少成本，而且還能將芯片的工作效率大大地提高。L9110芯片中的兩個(gè)引腳在進(jìn)行輸入的時(shí)候，都是相互兼容的電流，而且具有很好的抗干擾性。另一方面，輸出的端口一共有2個(gè)，可以將正向信號(hào)以及反向信號(hào)都輸出來(lái)，電流的驅(qū)動(dòng)能力比較強(qiáng)，通道中可以經(jīng)過(guò)的電流是800mA，當(dāng)電流處于峰值的時(shí)候是1.5A。L9110在汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)方面有著廣泛的應(yīng)用。L9110的引腳連接圖，如圖2所示。

圖2 L9110引腳圖

L9110中的引腳接口一共有8個(gè)，其中輸入和輸出的分別有2個(gè)，L9110引腳的情況如表1所示。

表1 L9110引腳

5 軟件設(shè)計(jì)

5.1 溫度讀取程序

不同的溫度傳感器型號(hào)決定著讀取的溫度也不同。按照設(shè)定的相關(guān)的溫度傳感器的讀取規(guī)則和一些重要的讀取指令，當(dāng)讀取溫度的時(shí)候，需要將轉(zhuǎn)換指令傳送到溫度傳感器中，本文選擇的型號(hào)是DS18B20，而且指令的傳送方式是單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的，傳感器內(nèi)部的寄存器主要存儲(chǔ)的是經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的結(jié)果數(shù)據(jù)。讀取指令通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行發(fā)送，這個(gè)時(shí)候數(shù)據(jù)端口就會(huì)將保存在寄存器里面的關(guān)于溫度的兩個(gè)字節(jié)傳送給單片機(jī)，通過(guò)轉(zhuǎn)換從而獲取精確的數(shù)據(jù)是通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的。本文的主機(jī)其實(shí)就是單片機(jī)，單片機(jī)控制溫度傳感器DS18B20，這個(gè)過(guò)程包括的環(huán)節(jié)如下：開(kāi)始是復(fù)位處理DS18B20，接著如果復(fù)位成功，單片機(jī)就會(huì)發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換指令。當(dāng)轉(zhuǎn)換溫度結(jié)束之后，數(shù)據(jù)端口就會(huì)發(fā)送相關(guān)的RAM指令，溫度讀取的步驟如上介紹所示。溫度讀取程序流程圖如圖3所示。

圖3 溫度讀取流程圖

5.2 PWM脈寬調(diào)節(jié)

本文設(shè)計(jì)還包括了PWM脈寬調(diào)節(jié)，對(duì)PWM脈沖的占空比進(jìn)行調(diào)整，從而生成大小不同的脈沖，半導(dǎo)體制冷中需要的功率是由半導(dǎo)體中的制冷驅(qū)動(dòng)器才可以實(shí)現(xiàn)。對(duì)脈寬的占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而能夠?qū)δM電壓進(jìn)行大小的模擬。因?yàn)橛械膯纹瑱C(jī)是不帶PWM脈沖輸出的能力，所以本文在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候運(yùn)用到了定時(shí)器T0以及T1的中斷特性。

5.3 串口通信機(jī)制

本文實(shí)現(xiàn)操作員站的界面是采用了開(kāi)發(fā)軟件Visual studio 2010，根據(jù)顯示實(shí)時(shí)溫度的曲圖，能夠從溫度的變化得出相關(guān)的控制系統(tǒng)中的相關(guān)性能。而且還能夠根據(jù)溫度變化的曲線，對(duì)應(yīng)地查找通過(guò)溫度傳感器所采集到的溫度值的整個(gè)改變的過(guò)程。本文設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的半導(dǎo)體制冷智能控制用的軟件是Visual Studio 2010。

結(jié)語(yǔ)：人們的生活中離不開(kāi)溫度，溫度在物理學(xué)中作為參數(shù)也有著重要的意義，在其他的領(lǐng)域中，溫度參數(shù)涉及到很多的參數(shù)測(cè)量。日常的電器應(yīng)用中都有涉及到溫度的控制，所以研究制冷技術(shù)有著重要的理論意義與現(xiàn)實(shí)意義。

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