李延廷

（北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京 100070）

基于單片機(jī)技術(shù)的車載小型制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李延廷

（北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京 100070）

本文介紹了基于單片機(jī)技術(shù)的車載小型制冷系統(tǒng)的特點(diǎn)，詳細(xì)分析系統(tǒng)電路框圖、各功能電路的組成與工作原理，簡(jiǎn)要分析系統(tǒng)控制程序的組成模塊及其相應(yīng)功能，最后指出該系統(tǒng)的工作性能和技術(shù)指標(biāo)。

單片機(jī)；制冷系統(tǒng)；電路；控制程序

在現(xiàn)代生活中，我們開車外出時(shí)，有時(shí)要在家用轎車上存放少量食物，有些還是易變質(zhì)或腐爛的。由于轎車內(nèi)空間有限、車上不能直接提供220V交流電源，因此我們不能直接把家用小型冰箱搬到車上使用。為此，我們考慮設(shè)計(jì)一款小巧的、用車載蓄電池提供電源的車載小型制冷系統(tǒng)，即車載小冰箱。該冰箱不采用壓縮機(jī)制冷技術(shù)，而是采用基于單片機(jī)的半導(dǎo)體制冷技術(shù)。這種小冰箱具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、制冷效果好、體積小、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)。

1.車載小型制冷系統(tǒng)電路分析

1.1車載小型制冷系統(tǒng)電路組成

該基于單片機(jī)技術(shù)的車載小型制冷系統(tǒng)的電路由單片機(jī)控制電路、半導(dǎo)體制冷電路、溫度設(shè)置電路、溫度設(shè)置采集電路、溫度顯示電路、風(fēng)扇控制電路及電源電路等部分組成，其電路框圖如圖1所示。

1.2具體功能電路分析

單片機(jī)控制電路主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)（含AT89S51單片機(jī)、晶振和復(fù)位電路）、P0～P3端口接插件、電源開關(guān)SW等組成。單片機(jī)P0端口連接溫度顯示電路，P1.0引腳用于溫濕度測(cè)量，P1.1引腳用于控制散熱風(fēng)扇，P1.2引腳用于制熱溫度控制，P1.3引腳用于制冷控制，P3.0、P3.1引腳分別連接溫度設(shè)定單元的1、3端。

半導(dǎo)體制冷電路主要由兩個(gè)PNP晶體管、兩個(gè)繼電器及半導(dǎo)體制冷塊TEC1-12703等組成，如圖2所示。該電路在單片機(jī)P1.2、P1.3引腳的控制下，使制冷塊處在制熱或制冷狀態(tài)。P1.2引腳連接電阻R1，用于制熱控制，P1.3引腳連接電阻R3，用于制冷控制。

風(fēng)扇控制電路由PNP晶體管Q3、繼電器J3及風(fēng)扇MOTOR等組成，如圖3所示。用于給制冷塊散熱，以免制冷塊熱端面過熱而損壞。

溫度設(shè)置/采集電路由單片機(jī)89S51、編碼電位器R7及溫度傳感器DS18B20等組成，如圖4所示。編碼電位器有3個(gè)引腳，1、3為輸出信號(hào)腳，2腳是信號(hào)輸入（電路中接地）。通過旋轉(zhuǎn)電位器，設(shè)置制冷電路的制冷溫度。溫度傳感器DS18B20檢測(cè)制冷塊工作環(huán)境溫度，將溫度反饋信號(hào)送到單片機(jī)P1.0引腳。單片機(jī)通過調(diào)節(jié)P1.3引腳輸出信號(hào)的占空比，改變制冷塊工作電壓，最終使制冷塊工作環(huán)境溫度與設(shè)定溫度保持相同。

2.車載小型制冷系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)

車載小型制冷系統(tǒng)控制程序采用C語(yǔ)言編寫而成，主要包括主程序、溫度顯示子程序、溫度設(shè)置子程序、溫度采集子程序、制冷控制子程序、風(fēng)扇控制子程序等功能模塊。整機(jī)系統(tǒng)上電復(fù)位后，程序執(zhí)行過程如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)開始初始化；單片機(jī)控制系統(tǒng)控制制冷塊處于制冷狀態(tài)，使散熱風(fēng)扇工作；單片機(jī)讀取制冷塊工作環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)制冷塊驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使環(huán)境溫達(dá)到設(shè)定溫度；控制半導(dǎo)體制冷塊停止工作；在環(huán)境溫度降至設(shè)定溫度限后，再次啟動(dòng)半導(dǎo)體制冷塊工作。

圖2　半導(dǎo)體制冷電路

圖3　風(fēng)扇控制電路

圖4　溫度設(shè)置/采樣電路

結(jié)論

目前，基于單片機(jī)技術(shù)的車載小型制冷系統(tǒng)經(jīng)過長(zhǎng)期連續(xù)工作測(cè)試，系統(tǒng)硬件電路和控制程序運(yùn)行完全正常。經(jīng)過測(cè)定，設(shè)置制冷溫度范圍為-30℃～5℃；制冷達(dá)到溫度與設(shè)定溫度絕對(duì)誤差小于0.1℃；針對(duì)約0.2m3絕熱空間，標(biāo)定溫差為1℃時(shí)溫度調(diào)節(jié)時(shí)間約20s。另外，該系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)便、成本低及實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。

[1]李玉蘭，等.基于單片機(jī)的半導(dǎo)體制冷片溫度控制系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)，2015（5）：22-24.

[2]于為雄，等.基于半導(dǎo)體制冷器件的溫度控制系統(tǒng)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2013（10）：60-64.

[3]伍彩云，等.基于半導(dǎo)體制冷器件的新型溫度控制系統(tǒng)[J].裝備制造技術(shù)，2010（1）：72-73.

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北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研項(xiàng)目（編號(hào)：XY-YN-09-201512）。