基于太阳能的微型制冷控制系统研究毕业设计(编辑修改稿)

基于太阳能的微型制冷控制系统研究毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

具有线路简单，体积小的特点。 因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通ghR 10 信线，可以 连接 很多这样的数字温度计，十分方便。 DS18B20 产品的特点 如下： （ 1）只要求一个端口即可实现通信 ； （ 2）在 DS18B20 中的每个器件上都有独一无二的序列号 ； （ 3）实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温 ； （ 4）测量温度范围在－ 55 到＋ 125 摄氏度 之间 ； （ 5）数字温度计的分辨率用户可以从 9 位到 12 位选择 ； （ 6）内部有温度上、下限告警设置。 如图 所示为温度传感器的封装引脚图。 图 DS1820 引脚封装图 现将引脚说明如下： GND— 地信号 ； DQ— 数据输入 /输出引脚 ， 开漏单总线接口引脚 ， 当被用在寄生电源下，也可以向器件提供电源 ； VDD— 可选择的 VDD 引脚。 当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。 11 3 系统硬件设计 单片机应用系统的硬件电路设计就是为单片机温控系统选择合适的、最优的系统配置，即按照系统功能要求配置外围电路，如按键、数码管、器件合适的接口电路等。 系统设计应 本着以下原则： (1) 尽可能选择典型电路，并符合单片机常规用法。 (2) 硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。 软件能实现的功能尽可能由软件实现，以简化硬件结构。 由软件实现的硬件功能，一般响应时间比硬件实现长，且占用 CPU时间。 由于本设计的响应时间要求不高，所以有一些功能可以用软件编程实现。 (3) 系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。 系统中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品。 本系统的 硬件电路主要 包括 模拟部分和数字部分 ， 本系统功能由硬件和软件两大部分协调完成 ， 硬件部分主要完成制冷片的驱动 ， 传感器信号的采集 处理 ， 温度的显示等。 软件主要完成对驱动电路的控制和采集的温度信号进行处理及数码管显示等功能。 在硬件设计中遇到的主要问题是如何将太阳能电池加到半导体制冷片上， 在这个问题上有 四 种方案。 第一种方案 是用一个升压电路然后连接蓄电池，对蓄电池充电，然后将蓄电池端电压加到半导体上，驱动半导体进行工作，但由于功率在前面损耗过多，以至于半导体制冷片只是发热，并不能达到预期的制冷效果。 第二种方案是 去掉升压电路和蓄电池部分，直接用太阳能电池的端电压驱动制冷片工作，但太阳能电池内阻相对于半导体制冷片来说太大，能量损耗在了太阳能电池内阻上，效果也不理想。 第三种方案是 加入恒流源电路，控制半导体制冷片的电流，但因与直接和太阳能电池相连同样的原因，再次被否决掉了。 第四种方案是 现在电路中的IR 公司生产的 IR2103 对电路进行驱动，这次完全避免了以上两个原因，得到了符合设计要求 的电路。 如图 所示 为系统的整体硬件电路图。 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 图 系统整体硬件电路图 13 在本章的后续内容中分别说明了各个部分的原理及构成。 驱动电路设计 硬件设计中最关键的就是利用何种电路将太阳能电池和制冷片连接起来。 系统采用由 STC12C5A08S2 得 I/O 口控制 制冷片所接开关的通断，以多个单片机接口控制多路制冷片的方式来控制制冷能力。 电路采用 IR 公司芯片 IR2103 作为核心驱动芯片，输人与单片机的接口相连，通过开关原件的通断来调节输出驱动电流。 功率器件采用 MOSFET(IRF540)， 电流容量为 23A，耐压值为 100V， 完全能够满足系统要求。 如图 所示为驱动采样电路。 系统 中共有十片半导体制冷片，一片对应一个驱动电路， 十片半导体制 冷片 对应的单片机接口如表 所示。 V c c VbH i n HoL i n VsG n d LoU6I R 2 1 0 3C20 . 1 μ FD1I N 4 0 0 7R21 0 k+ 1 2 VR31 0 0Q1I R F 5 4 0P 1 . 112J2T E C 1 1 2 7 0 6+ 1 2 VR41P 1 . 2C60 . 1 μ F 图 驱动芯片与单片机接口图 表 制冷片与对应单片机接口 制冷片编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 对应的单片机接口 温度检测 本设计 中 温度传感器使用的是 DS18B20。 DS18B20 是美国达拉斯（ DALLAS， 14 已被美信公司收购）半导体公司推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻相比，能够直接读出被测温度并且可根据实际要 求通过简单的编程实现 9～ 12位的数字值读数方式。 可以分别在 和 750ms 内完成 9位和 12 位的数字量，并且从 DS18B20 读出的信息或写入 DS18B20 的信息仅需要一根接口线（单总线接口）读写，单总线本身也可以向所挂接的 DS18B20 供电。 使用 DS18B20 可使系统结构更趋简单，可靠性更高。 DS18B20 在测温精度、转换时间、传输距离和分辨率等方面都很不错 ， 给开发带来了方便和令人满意的效果。 数字温度传感器 DS18B20 与控制器的硬件连接如 所示。 由于 DS18B20 是 1﹣ Wire 总线 接口 ， 为了 使一根总线上挂接多个 DS18B20， DS18B20 的数据引脚设计为漏极开路的三态门 ， 所以 DS18B20 与控制器连接时数据输入 /输出引脚 DQ 应接上拉电阻，其阻值为 ― ，以保证正常通信的硬件支持。 DQ2G N D1V D D3U1D S 1 8 B 2 0R15VP 1 . 0 图 温度传感器与单片机接口图 系统供电电源设计 在硬件电路设计中用到的温度传感器 DS18B20 需要 5V的电源 ， 驱动电路部分的驱动芯片 IR2103 及电子制冷片 TEC112706 需要 12V的电源 ， 而从太阳能电池出来的电压为 15V左右 ， 从而利用稳压器件 78LXX 系列来进行稳压，提供所需电 压。 从太阳能电池出来的系统供电电源设计如图 所示。 78xx 系列在降压电路中应注意以下事项： （ 1） 输入输出压差不能太大 ,太大则转换效率急速降低，而且容易击穿损坏； （ 2） 输出电流不能太大， 是其极限值。 大电流的输出，散热片的尺寸要足 15 够大，否则会导致高温保护或热击穿； （ 3） 输入输出压差也不能太小 ,大小效率很差。 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 2C5。