王亞娟　譚永獎　伍活旺

摘 要：本文基于帕爾貼元件制冷技術，充分利用其工作原理及特點對貨車駕駛室杯座系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，并簡述了杯座的硬件結構設計、工作原理及控制流程，可實現(xiàn)對飲用水的加熱、制冷或者恒溫三種控制模式，有效提高貨車駕駛員的舒適性。

關鍵詞：帕爾帖元件;制冷技術;杯座

1 引言

隨著經(jīng)濟發(fā)展的不斷加快和產(chǎn)業(yè)結構的不斷升級，高速公路事業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)技術得到了迅速發(fā)展，使得高附加值的物流運輸行業(yè)飛速增長。貨車作為物流運輸行業(yè)發(fā)展的重要載體，目前其駕駛艙內未設有飲用水加熱及制冷系統(tǒng)，另外由于服務區(qū)的距離通常在100KM左右，不能有效滿足駕駛員對飲用水的需求。在秋冬兩季長途行駛，現(xiàn)有貨車駕駛室未設有飲用水加熱功能，無法對飲用水進行及時加熱，造成貨車司機不能及時補充熱開水引起身體不適，繼而影響駕駛技術狀態(tài);在炎熱的夏季，尤其是在擁堵路況時，現(xiàn)有貨車駕駛室未設有飲用水制冷功能，無法提供冰涼刺激的冷飲，為司機醒腦提神，提高駕駛注意力。

2 結構設計與工作原理

2.1 杯座結構設計

本貨車駕駛室杯座加熱及制冷系統(tǒng)的設計基于使用方便性理念，進行了結構設計和主要技術指標的制定[1]。該系統(tǒng)由半導體制冷片（帕爾帖元件）、絕緣陶瓷、鋁板、杯座、散熱系統(tǒng)等構成（如圖1所示）。它直接利用帕爾帖元件的制冷技術實現(xiàn)飲用水加熱、制冷及恒溫三種功能，不同于一般的制冷技術，既無污染，又無噪音，并且支持連續(xù)工作;杯座外觀尺寸直徑為12cm、高為10cm;基本上可以滿足貨車司機日常對飲用水的個性化需求[2]。

2.2 帕爾貼元件制冷原理

帕爾貼元件由兩片陶瓷片和夾于其間的 N型和P型半導體材料組成，通上12V的直流電后，N型和P型半導體之間產(chǎn)生“帕爾貼效應”實現(xiàn)對飲用水進行制冷;改變其電流方向，就可以實現(xiàn)對飲用水進行加熱;通過工作電流大小的改變，實現(xiàn)不同速率的加熱與制冷[3]。

當帕爾貼元件上方開啟制冷模式時，下方就會產(chǎn)生熱量。在駕駛室杯座上應用時，為了提高加熱或制冷片的工作效率，需要在帕爾貼元件正下方增加散熱裝置，比如散熱風扇;另外需要在中控臺兩側開辟出相應的通風孔，對帕爾貼元件進行強制性散熱，從而提高加熱或制冷效果。

2.3 控制系統(tǒng)設計

ECU（單片機）作為主控制器，可以為帕爾貼元件提供12V直流電，通過電流方向的改變，實現(xiàn)飲用水的加熱或制冷;接受溫度傳感器采集的飲用水溫度信號，進行分析判斷;為執(zhí)行器尤其是散熱裝置提供信號，對帕爾貼元件進行散熱。

通過按鍵可設置飲用水目標溫度，設定后進入相應的控制模式，LED溫度顯示屏可實時顯示目標溫度數(shù)值、實際溫度數(shù)值及達到目標溫度所需要的時長。ECU根據(jù)溫度傳感器采集的飲用水溫度信號，對比測量水溫與目標水溫，做出判斷分析，從而控制帕爾貼元件進行水溫調節(jié)。當飲用水的溫度低于目標溫度，啟動加熱控制模式;當飲用水的溫度達到目標溫度后，啟動恒溫控制模式;當飲用水的溫度高于目標溫度后，啟動制冷控制模式[3]。具體控制系統(tǒng)設計如圖2所示。

3 軟件系統(tǒng)設計

通過按鍵設定目標溫度，啟動系統(tǒng)調溫模式，杯座對飲用水的溫度調節(jié)到目標溫度后，進入恒溫控制，并在LED顯示出飲用水實際溫度。軟件總體設計流程如圖3所示。

4 結論

本貨車駕駛室杯座設計采用ECU作為主控制器，使用帕爾貼作為加熱或制冷核心元件，在其外添加裝強制散熱裝置，有效減小其冷熱端溫差。ECU通過溫度傳感器采集的飲用水溫度信號，對帕爾貼元件進行控制，實現(xiàn)加熱、制冷或者恒溫三種控制模式。該系統(tǒng)操作簡單方便，在一定程度上有效提高貨車駕駛員的舒適性。

基金項目：2018年度學院大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目：互聯(lián)網(wǎng)+共享修車“師傅”;2018年度創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課題立項項目：構建高職創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育全方位育人體系的研究與實踐-以汽車專業(yè)為例，編號：CXCYXZH2018032

參考文獻：

[1]徐蓓蓓，孫文，梁澄波，王士杰.基于半導體制冷技術的電熱水壺防干燒自動測試機[J].制造業(yè)自動化，2012，07（下）：60-61.

[2]康燕萍，程小輝，黃鵬.應用半導體制冷技術的智能水杯設計[J].桂林理工大學學報，2017，37（4）：707-712.

[3]陳光輝，袁保合.基于半導體制冷技術的小型冷熱箱設計[J].信息記錄材料，2017，09：103-104.