【正文】 單片機(jī)就是在一塊 硅片上集成了微處理器、存儲器和各種輸入輸出接口電路的微型計算機(jī)，簡稱單片機(jī)。它的優(yōu)點(diǎn)就是體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、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 具有 1 個時鐘 /機(jī)器周期，高速、高可靠， 2 路 PWM， 8路 10 位高速 A/D 轉(zhuǎn)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(fù)位電路 ， 3644個 I/O 內(nèi)部 R/C 時鐘的宏晶芯片加密性強(qiáng) ， 解密難度高。 STC12C5A08S2系列單片機(jī)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)。 圖 STC12C5A08S2 引腳封裝圖 6 電子制冷片 電子制冷片簡介 電子制冷片 是制冷系統(tǒng)的核心，其能力和特征決定了制冷系統(tǒng)的能力和特征。 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(yùn)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。 半導(dǎo)體制冷片的工作運(yùn)轉(zhuǎn)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(shí)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(dǎo)體制冷片作為特種冷源，在技術(shù)應(yīng)用上具有以下的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)： （ 1）不需要任何制冷劑，可連續(xù)工作，沒有污染源沒有旋轉(zhuǎn)部件，不會產(chǎn)生回轉(zhuǎn)效應(yīng)，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。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) 。 （ 4） 半導(dǎo)體制冷片熱慣性非常小，制冷制熱時間很快，在熱端散熱良好冷端空載的情況下，通電不到一分鐘，制冷片就能達(dá)到最大溫差。 （ 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。 如圖 所示為半導(dǎo)體制冷片的實(shí)物圖。 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。糧倉熱量主要來自外部，選擇糧倉為面積為 70平米，制冷高度為 1米，可估算所需制冷量為 1 匹。根據(jù)糧倉大小 ， 共選擇了 10 片制冷片。制冷器風(fēng)扇通過制冷器風(fēng)扇螺栓組件固定在 U型板上，制冷器風(fēng)扇的風(fēng)吹到散熱片上，將散熱片的熱量吹到大氣中，防止半導(dǎo)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(dǎo)體制冷器。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。實(shí)際應(yīng)用中是將許多單個太陽電池經(jīng)過串、并聯(lián)組合并進(jìn)行封裝后構(gòu)成太陽電池組件使用。 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。在上表面上加 9 有柵狀金屬電極，可提高轉(zhuǎn)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(lán)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(dá)到 90%以上。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。太陽能電池的等效電路如圖 所示。制冷量的計算將在硬件電路設(shè)計中討論并進(jìn)行計算，根據(jù)實(shí)際綜合情況，就可以進(jìn)行太陽能電池的選擇了。 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(diǎn)。 DS18B20 產(chǎn)品的特點(diǎn) 如下： （ 1）只要求一個端口即可實(shí)現(xiàn)通信 ； （ 2）在 DS18B20 中的每個器件上都有獨(dú)一無二的序列號 ； （ 3）實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)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。 圖 DS1820 引腳封裝圖 現(xiàn)將引腳說明如下： GND— 地信號 ； DQ— 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳 ， 開漏單總線接口引腳 ， 當(dāng)被用在寄生電源下，也可以向器件提供電源 ； VDD— 可選擇的 VDD 引腳。 11 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計就是為單片機(jī)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。 (2) 硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。由軟件實(shí)現(xiàn)的硬件功能，一般響應(yīng)時間比硬件實(shí)現(xiàn)長，且占用 CPU時間。 (3) 系統(tǒng)中的相關(guān)器件要盡可能做到性能匹配。 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。 在硬件設(shè)計中遇到的主要問題是如何將太陽能電池加到半導(dǎo)體制冷片上， 在這個問題上有 四 種方案。 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。 第四種方案是 現(xiàn)在電路中的IR 公司生產(chǎn)的 IR2103 對電路進(jìn)行驅(qū)動，這次完全避免了以上兩個原因，得到了符合設(shè)計要求 的電路。 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/RST231P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039Vcc40U4STC12C5A08S2+5VC1 22μFR1 10KRSTOE1LE111D22D33D44D55D66D77D88D91Q192Q183Q174Q165Q156Q147Q138Q12VCC20GND10U274HC573OE1LE111D22D33D44D55D66D77D88D91Q192Q183Q174Q165Q156Q147Q138Q12VCC20GND10U374HC573abfcgdeDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpCOM9DS1DPY_7SEG_DPabfcgdeDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpCOM9DS2DPY_7SEG_DP+5V+5VDULAWELAD0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7abcdefg dpabcdefgdpWELA1WELA2D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D71 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 9RP1200Ω1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 9RP2200ΩDQ2GND1VDD3U1 DS18B205VR1 4.7K5VVccVbHinHoLinVsGndLoU6 IR2103C2 0.1μFD1IN4007R2 10k+12VR3 100Q1IRF540P1.11 2J2 TEC112706+12V15Vsollar cellsR4 1P1.2Vin1GND32U5 UA78L05C5 0.33uFC6 0.1μF+C4220μF+C9100μF+5Vin1GND32U5 UA78L12C5 0.33uFC6 0.1μF+C10470μF+C7220μF+12C6 0.1μFS1C60.1μFC60.1μF 圖 系統(tǒng)整體硬件電路圖 13 在本章的后續(xù)內(nèi)容中分別說明了各個部分的原理及構(gòu)成。 系統(tǒng)采用由 STC12C5A08S2 得 I/O 口控制 制冷片所接開關(guān)的通斷，以多個單片機(jī)接口控制多路制冷片的方式來控制制冷能力。功率器件采用 MOSFET(IRF540)， 電流容量為 23A，耐壓值為 100V， 完全能夠滿足系統(tǒng)要求。 系統(tǒng) 中共有十片半導(dǎo)體制冷片，一片對應(yīng)一個驅(qū)動電路， 十片半導(dǎo)體制 冷片 對應(yīng)的單片機(jī)接口如表 所示 。 DS18B20 是美國達(dá)拉斯（ DALLAS， 14 已被美信公司收購）半導(dǎo)體公司推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實(shí)際要 求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn) 9～ 12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。使用 DS18B20 可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 與控制器的硬件連接如 所示。 DQ2G N D1V D