【正文】 術要求高，造價成本高，因此在糧倉制冷應用中普及率很低。在日本，上世紀 70 年代低溫倉容已達 萬噸，準低溫倉容約 萬噸。然而，隨著夏季的來臨，受太陽輻射及環(huán)境溫度的影響，倉內糧食溫度逐漸回升。因此，低溫糧倉新冷源的研究與應用必然具有廣闊的前景。MCU。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。外圍電路主要有數(shù)碼管顯示電路，電子制冷片的驅動與開關控制電路等。 當前的低溫儲糧主要有機械壓縮式制冷和天然低溫儲糧。 采用太陽能微型制冷 系統(tǒng) ，即可以達到糧倉低溫效果，又能減少運行成本，同時符合國家提出的節(jié)能減排的要求。從 1959 年至 1970 年間，德克薩斯、依利諾、印地安那、內布拉斯加等州陸續(xù)進行了高水分玉米和 高粱 的冷卻低溫儲糧試驗。實現(xiàn)太陽能制冷有兩條途徑： (1)進行太陽能光電轉化，以電能制冷。 太陽能制冷具有以下幾個優(yōu)點。 現(xiàn)著重研究的是吸收式致冷開發(fā) ， 因為此種致冷系統(tǒng)所需集熱溫度較低 ， 一般要求 65 90 度即可 ， 這對太陽能來說容易滿足 ， 從設備制造而言 ， 吸收式致冷也較簡單 ， 投資小 ， 易于家庭接受 ， 而且熱利用率也較高 ， 可達 。軟件程序編寫主要用來實現(xiàn)對驅動電路控制、溫度的檢測、溫度顯示等數(shù)據(jù)處理功能 。 STC12C5A08S2 單片機的封裝圖如圖 。 （ 3） 半導體制冷片是電流換能型片件，通過輸入電流的控制 ， 可實現(xiàn)高精度的溫度控制，再加上溫度檢測和控制手段，很容易實現(xiàn)遙控、程控、計算機控制，便于組成自動控制系統(tǒng)。 這本文中將條件設定為密閉糧倉，在濕度一定的情況下，計算制冷量，來選擇 8 半導體制冷片。由于單個太陽電池的功 率極小 ， 因此一般不單獨作為電源使用。相對于串聯(lián)電阻來說，并聯(lián)電阻比較大，一般在 1K 歐以上。 如圖 所示為溫度傳感器的封裝引腳圖。由于本設計的響應時間要求不高，所以有一些功能可以用軟件編程實現(xiàn)。 第三種方案是 加入恒流源電路，控制半導體制冷片的電流，但因與直接和太陽能電池相連同樣的原因，再次被否決掉了。 如圖 所示為驅動采樣電路 。由于 DS18B20 是 1﹣ Wire 總線 接口 ， 為了 使一根總線上掛接多個 DS18B20， DS18B20 的數(shù)據(jù)引腳設計為漏極開路的三態(tài)門 ， 所以 DS18B20 與控制器連接時數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳 DQ 應接上拉電阻，其阻值為 ― ，以保證正常通信的硬件支持。 LED 顯示器工作方式有兩種：靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。所謂動態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使 16 人的感覺好像各位數(shù)碼管同時都在顯示。為了便于本設計運行調試，復位電路采用按鍵復位方式。二是工程整定方法 ， 它主要依賴工程經(jīng)驗 ， 直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行 ， 且方法簡單、易于掌握 ， 在工程實際中被廣泛采用。甚至有些必須采用很復雜的硬件電路才能完成的工作，用軟 件編程有時會變得很簡單，如數(shù)字濾波，信號處理等。通常根據(jù)中斷源的優(yōu)先級別，優(yōu)先處理最緊急事件的中斷請求源，即最先響應級別最高的中斷請求。 此節(jié)中要根據(jù)各個電路模塊完成的功能，寫出總體流程圖。文中雖然取得了一定的進展，但是還存在以下不足： (1)太陽能電池板本身電壓不穩(wěn)定，系統(tǒng)的穩(wěn)定性也受到影響； (2)單片機顯示僅使用了兩片 LED 數(shù)碼管，電路比較簡單，鑒于實際工程需要，可增加多片數(shù)碼管或改為液晶顯示屏； (3)程序還有進一步優(yōu)化的空間； (4)如果對 STC12C5A單片機有更深入的理解還可以用單片機的一些功能替代某些電路，達到簡化電路的目的。 由于本人的水平有限 ， 錯誤和疏漏在所難免 ， 望老師和同學多多提出寶貴意見。 本文設計了基于太陽能的低溫制冷系統(tǒng)，來實現(xiàn)低溫儲量的目的，主要工作內容小結如下： (1)介紹了太陽能的應用及發(fā)展方向，以及太陽能制冷的優(yōu)點及應用； (2)確定太陽能電池板的參數(shù)及溫度傳感器和 制冷片得型號； (3)設計了驅動半導體制冷片得驅動及開關電路； (4)設計了兩位的數(shù)碼管顯示電路和溫度采集電路； (5)軟件中采用 PID 算法進行溫度控制。 如圖 所示為溫度顯示子程序流程圖。處理完畢后，再回到原來被中斷的地址，繼續(xù)原來的工作，這樣的過程稱為中斷。 根據(jù)遞推原理可得 ： () 聯(lián)立上兩式可得控制算法 : () 一個應用系統(tǒng)要完成各項功能，首先必須有較完善的硬件作保證。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學 模型 ， 經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。外部復位有上電復位和按鍵電平復位。這樣一來，就沒有必要每一位數(shù)碼管配一個鎖存器，從而大大地簡化了硬件電路。此電路中用到的器件有八位鎖存器 74HC573 和兩個數(shù)碼管 ， 單片機用到的接口有 到 和 和 口。 DS18B20 在測溫精度、轉換時間、傳輸距離和分辨率等方面都很不錯 ， 給開發(fā)帶來了方便和令人滿意的效果。電路采用 IR 公司芯片 IR2103 作為核心驅動芯片，輸人與單片機的接口相連，通過開關原件的通斷來調節(jié)輸出驅動電流。第一種方案 是用一個升壓電路然后連接蓄電池，對蓄電池充電，然后將蓄電池端電壓加到半導體上，驅動半導體進行工作，但由于功率在前面損耗過多，以至于半導體制冷片只是發(fā)熱，并不能達到預期的制冷效果。軟件能實現(xiàn)的功能盡可能由軟件實現(xiàn)，以簡化硬件結構。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通ghR 10 信線，可以 連接 很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。 在實際的太陽能電池中，一般串聯(lián)電阻都比較小，大都在 ～ 3歐之間。 太陽能光伏電池 太陽能電池通常由半導體硅材料制成。 圖 半導體制冷片 制冷片的選擇 在制冷器的選擇中應考慮以下幾點： （ 1)被冷卻物體所欲達到的溫度； （ 2)制冷元件的最大電流數(shù)值； （ 3)熱負載，被冷卻物的發(fā)熱量和從外部滲入的熱量； （ 4)選取何種散熱方式 (自然對流散熱、強迫對流散熱或液冷等 )以及熱端與周圍 介質的熱交換系數(shù)； （ 5)冷端同被冷卻物體間取何種熱交換方式 (緊密接觸或液體循環(huán)等 )以及熱交換系數(shù)； （ 6)冷卻速度與達到溫度的時間。 （ 2）半導體制冷片具有兩種功能，既能制冷，又能加熱，制冷效 率 一般不高，但制熱效率很高，永遠大于 1。 STC12C5A08S2 單片機中包含中央處理器 (CPU)、程序存儲器 (Flash)、數(shù)據(jù)存儲器 (SRAM)、定時 /計數(shù)器、 UART 串口、串口 I/O 接口、高速 A/D 轉換、 SPI接口、 PCA、看門狗及片內 R/C 振蕩器和外部晶體振蕩電路等模塊。 本 文 設計的內容主要包括硬件設計和軟件設計兩部分。 目前太陽能致冷的方法有許多種主要是壓縮式致冷 ， 蒸汽噴射式致冷和吸收式致冷 。太陽能就是一種可再生清潔能源 ， 長期以來一直受到科學家的研究和重視。自 1998 年以來，國務院大力開展糧食倉儲基礎設施建設，分三批建設了 500 億公斤倉 容的國家貯備糧庫，在這些新建成的國家儲備糧庫里配置了國產(chǎn)的谷物冷卻機裝備。1958 年成功地開發(fā)了機械制冷低溫儲糧專用設備“糧食冷卻機”，并開始投入工業(yè)化生產(chǎn)。 我國太陽能資源比較豐富，大部分地區(qū) 日照充足，能滿足低溫糧倉的制冷能量消耗。低溫儲藏作為我國糧食儲藏工作中一項帶有方向性、重要性的技術措施，是當前綠色儲糧技術推廣的首選方法。 本 設計以太陽能光伏電池板提供能量來源，以低成本半導體制冷片TEC112706 作為制冷單元，系統(tǒng) 通過開關制冷片個數(shù)來達到控制制冷量的目的 。本文設計了一種基于太陽能的低溫制冷系統(tǒng)，以滿足糧食儲藏企業(yè)投入成本低、運行成本低的要求。低溫儲糧可以有效減緩糧食品質劣變，抑制蟲霉的生長繁育，減少糧食營養(yǎng)損失，減少化學藥劑的使用，達到綠色儲糧的目的。太陽能作為一種取之不盡，用之不竭的清潔能源，越來越受到人們的重視。 國外的發(fā)展概況 國際上，德國工程師于 1917 年首次提出利用機械制冷進行低溫儲糧的概念。 國內的發(fā)展概況 國內，在國家“九五”科技攻關計劃項目“機械制冷低溫儲糧技術 資助下，國家糧食局科學研究院在學習和借鑒國外先進技術的基礎上 ， 于 1998 年研制成功了國內首臺谷物冷卻機。 隨著人們節(jié)能和環(huán)保意識的加深 ， 開發(fā)新能源和可再生能源已經(jīng)成為許多發(fā)達國家和發(fā)展中國家 21世紀能源發(fā)展戰(zhàn)略的基本選擇。 利用太陽能致冷與一般電力致冷的基本原理相同 ， 只是在使用能源方面不一樣。 本文 中 用到的太陽能制冷方法是 電 子 制冷， 采用的是半導體制冷片，制冷效果符合設計要求，且成本低。 STC12C5A08S2 具有 1 個時鐘 /機器周期，高速、高可靠， 2 路 PWM， 8路 10 位高速 A/D 轉換， 25 萬次 /秒 1T 8051 帶總線 ， 無法解密 ， 管腳直接兼容傳統(tǒng) 89C52， 有全球唯一 ID號可 省復位電路 ， 3644個 I/O 內部 R/C 時鐘的宏晶芯片加密性強 ， 解密難度高。 半導體制冷片的工作運轉是用直流電流，它既可制冷又可加熱，通過改變直流電流的極性來決定在同一制冷片上實現(xiàn)制冷或加熱，這個效果的產(chǎn)生就是通過熱電的原理，半導體制冷片作為特種冷源，在技術應用上具有以下的優(yōu)點和特點： （ 1）不需要任何制冷劑，可連續(xù)工作，沒有污染源沒有旋轉部件，不會產(chǎn)生回轉效應，沒有滑動部件是一種固體片件，工作時沒有震動、噪音、壽命長，安裝容易。 如圖 所示為半導體制冷片的實物圖。制冷器風扇通過制冷器風扇螺栓組件固定在 U型板上，制冷器風扇的風吹到散熱片上，將散熱片的熱量吹到大氣中，防止半導體制冷片過熱， U 型板通過散熱片螺栓組件聯(lián)接散熱片， U 型板上的一組孔用于對外聯(lián)接，固定半導體制冷器。在上表面上加 9 有柵狀金屬電極，可提高轉換效率；另外，在受光面上，覆蓋著一層減反射膜，它是一層 很薄的天藍色氧化硅薄膜，用以減少入射太陽光的反射，使太陽電池對入射光的吸收率達到 90%以上。 表 太陽能光伏電池主要參數(shù) 最大功率電流 Imp 最大功率電壓 Vmp 開路電壓 開路溫度系數(shù) 最大功率溫度系數(shù) %/℃ %/℃ 溫度傳感器 DS18B20 數(shù)字溫度計是 DALLAS 公司生產(chǎn)的 1－ Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。 (2) 硬件結構應結合應用軟件方案一并考慮。 在硬件設計中遇到的主要問題是如何將太陽能電池加到半導體制冷片上， 在這個問題上有 四 種方案。 系統(tǒng)采用由 STC12C5A08S2 得 I/O 口控制 制冷片所接開關的通斷，以多個單片機接口控制多路制冷片的方式來控制制冷能力。使用 DS18B20 可使系統(tǒng)結構更趨簡單，可靠性更高。 UA78L05 1 5 Vs o l l a r c e l l sV i n1GND32U5U A 7 8 L 0 5C50 . 3 3 u FC60 . 1 μ F+C42 2 0 μ F+C91 0 0 μ F+5V i n1GND32U5U A 7 8 L 1 2C50 . 3 3 u FC60 . 1 μ F+C 1 04 7 0 μ F+C72 2 0 μ F+ 1 2 圖 系統(tǒng)供電電源電路圖 溫度顯示 數(shù)碼管顯示電路中主要是從溫度傳感 器 DS18B20 所測得的溫度 ， 通過數(shù)碼管來顯示的電路。 數(shù)碼管動態(tài)顯示的特點是將 所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。其中的數(shù)據(jù)信息不會丟失，也即復位后 ， 只影響 SFR 中的內容，內部 RAM 中的數(shù)據(jù)不受影響。 PID 控制器參數(shù)整定的方法概括起來有兩大類 ： 一是理論計算整定法。 該系統(tǒng)采用增量式 PID 控制算法 ， 是指數(shù)字控制器輸出只是控制量的增量 ，該算法編程簡單 ， 數(shù)據(jù)可以遞推使用 ， 占用存儲空間少 ， 運算快 。 當中央處理器正在處理內部數(shù)據(jù)時，外界發(fā)生了緊急情況，要求 CPU 暫停當前的工作轉 去處理這個緊急事件。動態(tài)顯示的亮度比靜態(tài)顯示要差一些，所以在選擇限流電阻時應略小于靜態(tài)顯示電路中的。在設計中運用溫度傳感器采集溫度，通過轉換、處理與設定值進行比較，得到控制信號用以控制糧倉的溫度，實現(xiàn)了糧倉溫度顯示