【正文】 求。 隨著社會生產(chǎn)活動的日益發(fā)展，人類對能源需求的日益增加，世界能源危機日益突出，開發(fā)利用太陽能等清潔能源已經(jīng)成為各國的一個基本共識。 當(dāng)前的低溫儲糧主要有機械壓縮式制冷和天然低溫儲糧。 Semiconductor cooling III 目 錄 1 緒論 ...................................................................... 1 課題設(shè)計背景和目的 .................................................. 1 太陽能制冷國內(nèi)外研究狀況和發(fā)展趨勢 .................................. 2 .......................................................... 2 國內(nèi)的發(fā)展概況 ......................................................... 2 太陽能制冷的研究 ....................................................... 2 ............................................... 3 ..................................................... 4 2 硬件設(shè) 計中主要器件選型 .................................................... 5 ............................................................... 5 電子制冷片 .......................................................... 6 電子制冷片簡介 ......................................................... 6 制冷片的選擇 ........................................................... 7 制冷片的散熱 ........................................................... 8 太陽能光伏電池 ...................................................... 8 溫度傳感器 .......................................................... 9 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 ............................................................. 11 ................................................ 11 驅(qū)動電路設(shè)計 ....................................................... 13 溫度檢測 ........................................................... 13 系統(tǒng)供電電源設(shè)計 ................................................... 14 溫度顯示 ........................................................... 15 復(fù)位電路 ........................................................... 16 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 ............................................................. 18 溫度控制 PID 算法 ................................................... 18 溫度采集顯示程序 ................................................... 20 系統(tǒng)主程序 ......................................................... 21 5 程序代碼 ................................................................. 23 結(jié) 論 ...................................................................... 29 致 謝 ..................................................................... 30 參 考 文 獻 ................................................................ 31 1 1 緒論 課題設(shè)計背景和目的 在糧食儲藏中 ， 糧倉里的 環(huán)境 溫度是很重 要的保證條件 ， 糧食低溫儲藏就是利用自然低溫條件或機械制冷設(shè)備，降低倉內(nèi)儲糧溫度，并利用倉房圍護結(jié)構(gòu)的隔熱性能 ， 確保糧食在儲藏期間的糧堆溫度維持在低溫 (15℃ )或準(zhǔn)低溫 (20℃ )以下的一種糧食儲藏技術(shù)。外圍電路主要有數(shù)碼管顯示電路，電子制冷片的驅(qū)動與開關(guān)控制電路等。另外， 隨著人類社會的日益發(fā)展，人類對能源需求的急劇增加，世界能源危機日漸突出，太陽能作為一種主要的清潔能源已經(jīng)受到世界各國的普遍重視。但是低溫儲糧需要消耗大量的能源，對于附加值很低的糧食儲藏企業(yè)來說是難以接受的。系統(tǒng)以 STC12C5A08S2 單片機為核心， 采用溫度傳感器 DS18B20 來檢測糧庫的溫度，單片機讀取溫度值后與設(shè)定值比較，并 采用 PID 算法，控制多個 電子制 冷片的通斷，進而控制糧庫的溫度。MCU。 低溫儲糧技術(shù)中，冷源的選擇極其關(guān)鍵。因此，低溫糧倉新冷源的研究與應(yīng)用必然具有廣闊的前景。 太陽能空調(diào)的最大優(yōu)點在于，冷負(fù)荷的需求與太陽能的供給能夠保持一致性：當(dāng)天氣越熱、太陽輻射越強的時候，冷負(fù)荷的需求越大。然而，隨著夏季的來臨，受太陽輻射及環(huán)境溫度的影響，倉內(nèi)糧食溫度逐漸回升。在美國，從上世紀(jì) 50 年代末期開始機械制冷低溫儲糧的研究。在日本，上世紀(jì) 70 年代低溫倉容已達(dá) 萬噸，準(zhǔn)低溫倉容約 萬噸。 太陽能制冷的研究 隨著對太陽能的大力開發(fā)和應(yīng)用，太陽能制冷技術(shù)也有了相應(yīng)的進展。國內(nèi)外關(guān)于光熱制冷的研究很多，但是由于太陽能光熱制冷技術(shù)要求高，造價成本高，因此在糧倉制冷應(yīng)用中普及率很低。在太陽能的利用中 ， 太陽能制冷空調(diào) 是一個極具發(fā)展前景的領(lǐng)域 ， 也是當(dāng)前制冷技術(shù)研究中的熱點。太陽能制冷用于空調(diào) ， 將大大的減少電力消耗 ， 節(jié)約能 源 ； 其次是環(huán)保 ， 根據(jù)《蒙特利爾議定書》 ,目前壓縮式制冷機主要使用的 CFC 類工質(zhì)因為對大氣臭氧層有破壞作用應(yīng)停止使用(美、歐等已停止生產(chǎn)和使用 )， 現(xiàn)在各國都在研究 CFC 類工質(zhì)的替代物質(zhì)及替代制冷技術(shù) 。 壓縮式致冷要求集熱溫度高 ， 工作介質(zhì)對環(huán)境有影響 ， 且造價高 ； 蒸汽噴射式致冷不僅要求集熱溫度高 ， 且致冷效率低 ， 經(jīng)濟上不合算 。 電子制冷是由 半導(dǎo)體制冷片（ TE） ， （大量的 PN 結(jié)（碲化鉍））制冷的 。系統(tǒng)功能由硬件和軟件兩大部分協(xié)調(diào)完成 ,硬件部分主要完成 主電路、數(shù)據(jù)采集電路、 驅(qū)動電路、溫度顯示電路等的設(shè)計。它的優(yōu)點就是體積小、重量輕、抗干擾能力強、對環(huán)境要求不高、價格低廉、可靠性高、靈活性好、開發(fā)較為容易。 STC12C5A08S2系列單片機幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個片上系統(tǒng)。 電子制冷片 可廣泛用于空氣調(diào)節(jié)裝置、水冷裝置、商業(yè)冷藏裝置的制冷單元 ， 目前 ， 其主要應(yīng)用范圍包括便攜式制冷系統(tǒng)、食品冷卻系統(tǒng)、微型冷藏系統(tǒng)、溫控裝運容器、電子制冷系統(tǒng)、醫(yī)療成像系統(tǒng)、迷你冷卻水系統(tǒng)等。因此使用一個片件就可以代替分立的加熱系統(tǒng)和制冷系統(tǒng) 。 （ 6） 半導(dǎo)體制冷片的單個制冷元件對的功率很小 ， 但組合 成電堆 ， 用同類型的電堆串、并聯(lián)的方法組合成制冷系統(tǒng)的話，功率就可以做的很大，因此制冷功率可以做到幾毫瓦到上萬瓦的范圍。 半導(dǎo)體制冷糧倉的負(fù)荷可按下式計算： T B A P MQ Q Q Q Q? ? ? ? () 式中 BQ — 糧倉的泄漏能量； AQ — 開門泄漏能量； PQ — 糧食散發(fā)； MQ — 其他熱量。根據(jù)糧倉大小 ， 共選擇了 10 片制冷片。其作用是把太陽能直接轉(zhuǎn)換為直流形式的電能，是光伏陣列中光電轉(zhuǎn)換的最小單元。 圖 硅太陽電池結(jié)構(gòu) 如圖 所示的硅電池 ， 它的基體材料為 P 型單晶硅 ， 厚度在 以下。另外，由于制造工藝的因素，光伏電池的邊緣和金屬電極在制作時可能會產(chǎn)生微小的裂痕、劃痕，從而會形成漏電而導(dǎo)致本來要流過負(fù)載的光生電流短路掉，因此引入一個并聯(lián)電阻 來等效。制冷量的計算將在硬件電路設(shè)計中討論并進行計算，根據(jù)實際綜合情況，就可以進行太陽能電池的選擇了。 DS18B20 產(chǎn)品的特點 如下： （ 1）只要求一個端口即可實現(xiàn)通信 ； （ 2）在 DS18B20 中的每個器件上都有獨一無二的序列號 ； （ 3）實際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫 ； （ 4）測量溫度范圍在－ 55 到＋ 125 攝氏度 之間 ； （ 5）數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從 9 位到 12 位選擇 ； （ 6）內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。 11 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計就是為單片機溫控系統(tǒng)選擇合適的、最優(yōu)的系統(tǒng)配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍電路，如按鍵、數(shù)碼管、器件合適的接口電路等。由軟件實現(xiàn)的硬件功能，一般響應(yīng)時間比硬件實現(xiàn)長，且占用 CPU時間。 本系統(tǒng)的 硬件電路主要 包括 模擬部分和數(shù)字部分 ， 本系統(tǒng)功能由硬件和軟件兩大部分協(xié)調(diào)完成 ， 硬件部分主要完成制冷片的驅(qū)動 ， 傳感器信號的采集 處理 ， 溫度的顯示等。 第二種方案是 去掉升壓電路和蓄電池部分，直接用太陽能電池的端電壓驅(qū)動制冷片工作，但太陽能電池內(nèi)阻相對于半導(dǎo)體制冷片來說太大，能量損耗在了太陽能電池內(nèi)阻上，效果也不理想。 12 P1.0/ADC01P1.1/ADC12P1.2/ADC23P1.3/ADC34P1.4/ADC45P1.5/ADC56P1.6/ADC67P1.7/ADC78P4.7/RST9INT/RxD/P3.010TxD/P3.111INT0/P3.212INT1/P3.313T0/P3.414T1/P3.515WR/P3.616RD/P3.717XTAL218XTAL119Gnd20P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P2.7/A1528P4.429ALE/P30P4.6/RST231P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336