智能冰箱開題報告文檔

1、至中信2年陷Zhoikgyuan Uruveriity ofTechiwlogy畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題目名稱：基于半導(dǎo)體制冷的電子冰箱設(shè)計院系名稱：電子信息學(xué)院班 級：電氣類103班學(xué) 號：201000474327學(xué)生姓名：李慶指導(dǎo)教師：溫盛軍2014年2月1課題研究的目的、意義及發(fā)展概述 11.1 課題研究的目的 11.2 課題研究的意義 11.3 國內(nèi)外發(fā)展概況 12 課題方案設(shè)計 32.1 半導(dǎo)體制冷器工作原理 32.2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 32.3 方案選擇 42.3.1 控制系統(tǒng)方案選擇 42.3.2 微處理器選擇 62.3.3 顯示部分 62.3.4 鍵盤部分 72.3.5 上位

2、機通信 72.3.6 珀爾貼驅(qū)動部分 72.3.7 溫度測量部分 72.3.8 網(wǎng)絡(luò)通信模塊部分 82.3.9 半導(dǎo)體制冷器珀爾貼選擇 82.3.10 珀爾貼散熱部件選擇 83軟件模塊設(shè)計 103.1 編程語言的選擇 103.2 軟件設(shè)計 104進度時間安排 125 參考文獻 121課題研究的目的、意義及發(fā)展概述1.1 課題研究的目的冷凍儲藏為人們所熟知，給食品的保鮮帶來一定的好處。但傳統(tǒng)的冷凍儲藏有其缺陷 即冷藏后產(chǎn)品營養(yǎng)流失，形狀、色澤、氣味均有改變，且不能復(fù)原，并且傳統(tǒng)的制冷裝置 制冷所需時間長。為了解決上述冰箱儲藏存在的缺點 ，常采用加快冷卻速度的方法。此方 法能延長食品的存放期，提高

3、食品的保鮮度和產(chǎn)品的儲藏質(zhì)量?，F(xiàn)有冰箱使用的氟制昂制 冷劑，存在著污染問題。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外學(xué)者都在尋求氟利昂的替代品，其 中無氟冰箱早已出現(xiàn)，但它們?nèi)杂胁蛔阒?，因而就要尋找另一種新的制冷源。經(jīng)研究， 可以利用帕爾貼效應(yīng)的（熱電）半導(dǎo)體制冷器件可以用來克服污染問題。半導(dǎo)體制冷是一 種利用帕爾帖效應(yīng)的制冷方法，它具有體積小、重量輕、壽命長、無噪音、無機械運動、 加熱制冷靈活迅速、溫控精度高、不需制冷劑，對環(huán)境無污染等優(yōu)點?；诎雽?dǎo)體制冷的 電子冰箱設(shè)計采用半導(dǎo)體帕爾帖作為溫控執(zhí)行器，并且通過控制通過珀爾貼元件的電流大 小可以十分方便靈活迅速的控制冰箱內(nèi)的溫度。而且通過微控制器的控制作

4、用可以達到精 確溫度控制的效果?；诎雽?dǎo)體制冷的電子冰箱對傳統(tǒng)冰箱進行了改革，使其能滿足現(xiàn)代生活需要，減少對環(huán)境的污染。1.2 課題研究的意義溫度控制技術(shù)是一種非常重要的和常用工業(yè)技術(shù)。傳統(tǒng)的溫度控制技術(shù)中，制冷根據(jù) 應(yīng)用場合的不同可以采用風冷、水冷和壓縮式制冷。在某些特定的場合中，溫控系統(tǒng)往往 需要體積小，重量輕，加熱制冷反應(yīng)靈活迅速且易于控制，這時采用一般溫控方法顯得很 不方便；而采用熱電制冷器帕爾帖作為溫控執(zhí)行器的半導(dǎo)體冰箱可以通過改變流過制冷器 的電流方向?qū)崿F(xiàn)加熱和制冷的轉(zhuǎn)換，并且通過控制電流大小可以十分方便靈活迅速的控制 溫度。從而實現(xiàn)精確控制溫度的目的。體積小、重量輕、壽命長、無噪

5、音、無機械運動的 優(yōu)點可以極大的滿足現(xiàn)代人對生活中食品保鮮的需要 .再通過紅外遙控、上位機和網(wǎng)絡(luò)通 信等豐富的人機交互方式，極大的豐富方便和滿足人們的需要。1.3 國內(nèi)外發(fā)展概況1834年法國科學(xué)家帕爾帖發(fā)現(xiàn)了熱電制冷和制熱現(xiàn)象一一即金屬溫差電效應(yīng)或帕爾 帖效應(yīng)。本世紀50年代末期，隨著半導(dǎo)體材料技術(shù)的大力發(fā)展，解決了早期系統(tǒng)制冷效 率低的問題。特別是美、英、日等國在這一領(lǐng)域做了大量研究，60年代末熱電制冷即已達到實用化階段1。半導(dǎo)體制冷技術(shù)在國外已廣泛地應(yīng)用于低溫生物學(xué)、超導(dǎo)技術(shù)、低溫外 科學(xué)、低溫電子學(xué)、通訊技術(shù)、紅外技術(shù)、激光技術(shù)以及空間技術(shù)等領(lǐng)域。隨著技術(shù)的不 斷進步，半導(dǎo)體制冷技術(shù)已

6、開始廣泛地應(yīng)用于家庭用的電冰箱，空調(diào)及其它一些制冷設(shè)備。隨著半導(dǎo)體材料技術(shù)的大力發(fā)展，半導(dǎo)體制冷技術(shù)己開始廣泛地應(yīng)用于家庭用的電冰箱、 空調(diào)及其它一些制冷設(shè)備。前蘇聯(lián)早在 50年代，就開始研制約10L的冰箱。日本松下電器公司也開發(fā)過可容納45瓶葡萄酒“珀爾帖半導(dǎo)體制冷式酒柜”，這種酒柜箱內(nèi)溫度可精 確設(shè)定到0.5C,幾乎沒有振動和噪聲。1998年日本雅馬哈公司開發(fā)出了比原來性能提高 近30%的商效率珀爾帖半導(dǎo)體制冷元件，不但使得制冷溫度降低了10C,同時其耗電量也降低了 20%。這使得半導(dǎo)體制冷技術(shù)應(yīng)用于 100L以上的冷藏箱成為可能5。目前發(fā)達國家半導(dǎo)體制冷技術(shù)發(fā)展相當成熟，已經(jīng)廣泛用于汽車

7、（或便攜式）冰箱、醫(yī)用白內(nèi)障冷凍摘除器、照相顯影液恒溫冷卻器等日常生活中。另外，半導(dǎo)體制冷技術(shù)也開 始研究應(yīng)用于許多新的技術(shù)領(lǐng)域，如：前蘇聯(lián)進行了船用熱電空調(diào)器的研制，法國和瑞典 開發(fā)了火車和飛機上的半導(dǎo)體制冷空調(diào)，美國率先將該技術(shù)應(yīng)用于半導(dǎo)體激光器和 CPU等 精密器件的冷卻系統(tǒng)以及宇航員及坦克乘員的空調(diào)服等方面4。二十世紀七十年代，我國開始研究并研制半導(dǎo)體制冷器件，80年代末期進入應(yīng)用產(chǎn)品 的研制階段，產(chǎn)品主要為小型冷藏箱，具外形與內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要模仿國外同類產(chǎn)品。90年代開發(fā)出實用價值廣泛的民用便攜式冷藏箱，高低溫測試設(shè)備、日化品專用冷藏箱以及半導(dǎo) 體去濕系列產(chǎn)品。這些產(chǎn)品價格低廉，耗電量小

8、，安全可靠，5o上海交大的羅斌，代彥軍等研制了一種太陽能半導(dǎo)體冰箱， 實驗分析了其制冷溫度在5C-10C, COP!在0.25-0.3 左右，適應(yīng)一般戶外的食品保鮮。秦鋒和王紅晨對太陽能半導(dǎo)體空調(diào)的性能進行了數(shù)值模 擬與實驗與并對其內(nèi)部的蓄冷介質(zhì)進行了研究3 o經(jīng)過多年的穩(wěn)定發(fā)展，半導(dǎo)體制冷器已經(jīng)擁有了一定規(guī)模的穩(wěn)定市場。尤其是在小容 積制冷領(lǐng)域，半導(dǎo)體制冷是最有競爭力的制冷方式之一。隨現(xiàn)代社會日益多樣化和生活水 平的逐漸提高，對半導(dǎo)體制冷器的需求將會繼續(xù)增加 4o我國的半導(dǎo)體制冷技術(shù)的研究雖然有了一定程度的發(fā)展，但大多應(yīng)用在家用電器場合 沒有很好地將其與自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)等先進科技相結(jié)

9、合。因此。結(jié)合自動控制原 理和微處理器的基于半導(dǎo)體制冷的電子冰箱設(shè)計就很必要。2課題方案設(shè)計2.1 半導(dǎo)體制冷器工作原理相比于傳統(tǒng)蒸汽壓縮式制冷，半導(dǎo)體制冷技術(shù)具有諸多優(yōu)點，它是一種固體半導(dǎo)體制 冷（Thermoelectric cooler,簡寫TEC ）也稱溫差電制冷，其原理主要是利用了帕爾帖元 件的帕爾帖效應(yīng)。帕爾帖效應(yīng)：當電流I通過由兩種不同材料組合成的閉合回路時，在材 料的接頭處一端會吸收熱量 Qp,另一端會放出熱量Qp。這種吸收或放出的熱量叫做帕爾 帖熱，具大小由公式2-1決定1,吸熱或放熱由電流的方向決定。Qp =二 I（2-1）其中冗為帕爾帖系數(shù)，與溫差電動勢率有關(guān)，兀=（%石

10、/丁 , 口1, 口 2為組成回路兩種材料的溫差電動勢率，T為相關(guān)接頭的溫度。實際上，帕爾帖元件在工作時除了產(chǎn)生帕爾 帖效應(yīng)外，還會產(chǎn)生四種效應(yīng)，即：賽貝克效應(yīng)、焦耳效應(yīng)、湯姆遜效應(yīng)和傅立葉效應(yīng)。 因此，帕爾帖元件的制冷量應(yīng)該是這五種效應(yīng)混合作用的結(jié)果。在這五種效應(yīng)中，湯姆遜 效應(yīng)和傅立葉效應(yīng)的影響比較微弱，可以忽略不計。在這里我們只考慮爾帖效應(yīng)、焦耳效 應(yīng)，另外還有熱傳導(dǎo)的影響。使用半導(dǎo)體制冷器進行溫度控制，只需控制流過半導(dǎo)體制冷器的電流。改變電流方向 可以實現(xiàn)加熱和制冷的轉(zhuǎn)換；改變電流的大小可以調(diào)節(jié)吸收或放出熱量的大小。半導(dǎo)體制 冷器的制冷量受環(huán)境溫度影響。在不同環(huán)境溫度條件下同一個半導(dǎo)體

11、制冷器所能達到的溫 控下限不一樣.焦耳熱效應(yīng)和熱傳導(dǎo)影響了半導(dǎo)體制冷器的制冷效果。當半導(dǎo)體制冷器處 于制冷狀態(tài)時，應(yīng)該對其進行散熱，減少焦耳效應(yīng)和熱傳導(dǎo)對半導(dǎo)體制冷器制冷效果的影 響 6。2.2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計本設(shè)計是一個以微控制器作為控制核心的制冷溫度控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)由單片機、溫 度傳感器、半導(dǎo)體器件珀爾貼及其水循環(huán)散熱部件、液晶屏顯示、紅外遙控、網(wǎng)絡(luò)通訊電 路、電源電路等組成，其組成框圖如圖1-1,控制系統(tǒng)組成 如圖1-2.圖1-1系統(tǒng)組成溫度傳感器1溫度傳感器2網(wǎng)絡(luò)通信上位機通信單片機系統(tǒng)隔離驅(qū)動對象圖1-2控制系統(tǒng)組成2.3 方案選擇2.3.1 控制方法方案選擇1萬案一控制系統(tǒng)可以

12、分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)兩大類。開環(huán)控制系統(tǒng)中沒有測量元 件，不使用反饋信號，系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。開環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，容易調(diào) 試。但是當工作環(huán)境和系統(tǒng)本身的元部件性能參數(shù)發(fā)生變化時，開環(huán)系統(tǒng)的被控量會受到 較大影響，即抗干擾能力差。一般說，高精度的開環(huán)控制系統(tǒng)要求所有的元部件都有較高 的精度和很穩(wěn)定的性能。即開環(huán)控制對環(huán)境和元件的要求都比較嚴格。被控量控制變量輸入信號控制器被控對象 輸出信號圖2-1開環(huán)控制方案2方案二閉環(huán)控制系統(tǒng)輸出信號不僅受到輸入信號的控制，而且還受到與輸出信號成比例的 反饋信號的控制。系統(tǒng)框圖如圖2-2所示。閉環(huán)控制系統(tǒng)本身能檢測出被控量的設(shè)定值與 真

13、實值之差，實際上是用偏差量去減小和消除偏差，所以抗干擾能力強。閉環(huán)控制系統(tǒng)可 以明顯減弱某些元件參數(shù)和控制象本身的參數(shù)變化對被控量的不利影響，所以對這些部件 要求不是很嚴格。本文選用此結(jié)構(gòu)。但是閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計和調(diào)試技術(shù)也比較 復(fù)雜，有可能會產(chǎn)生不穩(wěn)定。圖2-2閉環(huán)控制方案系統(tǒng)以冰箱內(nèi)溫度為被控量，通過改變制冷片的輸入電壓，進而改變流入制冷片的電 流，從而控制溫度。而對于這樣的被控對象，其模型具有非線性的特點，且容易在控制量 及被控量自身的影響下發(fā)生改變。這就要求系統(tǒng)采用的控制算法適用于非線性對象，能消 除因被控對象模型改變帶來的影響。半導(dǎo)體電子制冷冰箱的溫度控制為了得到較高的控制精

14、度采用閉環(huán)控制。系統(tǒng)輸入r(t)與系統(tǒng)輸出c(t)比較后形成偏差e(t), e經(jīng)采樣-保持器及模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 e(kt),輸入計算機，由計算機實現(xiàn)數(shù)字控制器的運算規(guī)律，得到離散的控制量u(kt),作用到連續(xù)的被控對象上，以控制被控對象的輸出c(t)。本系統(tǒng)設(shè)計中，通過對被控對象施加階躍輸入，測繪出對象輸出量隨時間變化的響應(yīng) 曲線。由響應(yīng)曲線的結(jié)果分析，采用兩點法，確定被控對象的傳遞函數(shù)。為簡化模型，建立線性模型，控制算法采用PID算法，PID控制器是一種線性控制器， 它根據(jù)給定值r(t)與實際輸出值c(t)構(gòu)成控制偏差e(t) = r(t)-c(t)。將偏差的比例、積分、 微分通過線性

15、組合構(gòu)成控制量對被控對象進行控制。在PID算法中采用數(shù)字增量式PID算法，其算式如公式(2-2)。(2-2)u = u(k) -u(k -1)=KPe(k) -e(k -1) Kiek kde(k) -2e(k -1) e(k -2)其中：e(k)為控制器的偏差信號，它等于測量值和給定值之差；KP為控制器比例系數(shù)；Ki 為控制器積分系數(shù)；Kd為控制器微分系數(shù)。閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)一般由三部分組成：溫度傳感器、溫度控制器和執(zhí)行器。溫度傳感 器采集受控對象的溫度，溫度控制器根據(jù)采集的溫度和預(yù)期要達到的溫度進行精確控制。2.3.2 微處理器選擇 1萬案一STC89C52是一種低功耗、高性能 CMOS 8

16、位微控制器，在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash,使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、 超有效的解決方案。STC89系列單片機CPU主要功能是產(chǎn)生各種控制信號，控制輸入/輸 出端口的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)的算術(shù)運算、邏輯運算以及位操作處理等702方案二STM32F系歹1中低端的32位ARM微控制器，該系列芯片是意法半導(dǎo)體（ST）公司出 品，其內(nèi)核是Cortex-M3。該系列芯片按片內(nèi)Flash的大小可分為三大類：小容量（16K和 32K）、中容量（64K和128K）、大容量（256K、384K和512K）。芯片集成有 USB, CAN,最多8個定時器，2個ADC

17、, SPI, I2C, USB, UART等多種功能。STM32F103x8和STM32F103xB增強型系歹U使用高性能的 ARM? Cortex-M3 32位的 RISC內(nèi)核，工作頻率為72MHz,內(nèi)置高速存儲器（高達128K字節(jié)的閃存和20K字節(jié)的 SRAM）,豐富的增強I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設(shè)。所有型號的器件都包含2個12 位的ADC、3個通用16位定時器和1個PWM定時器，還包含標準和先進的通信接口：多達 2 個I2C接口和SPI接口、 3個USART接口、一個USB接口和一個CAI® 口。STM32F103xx中等容量增強型系列產(chǎn)品供電電壓為 2.0V至3.

18、6V,包含-40C至+85 C溫 度范圍和-40C至+105C的擴展溫度范圍。一系列的省電模式保證低功耗應(yīng)用的要求8。3微處理器方案選擇綜合STC89C52? 口 STM32的資源和性能比較，STM32的比較豐富內(nèi)設(shè)資源和快速的運 行速度是本系統(tǒng)的最佳選擇。2.3.3 顯示部分該系統(tǒng)設(shè)置液晶屏進行顯示，可顯示溫度值、設(shè)定值。一般液晶屏所用的觸摸屏，12864, 1602等。TFTLCD觸摸屏不僅可以顯示高質(zhì)量彩色圖像，也可以作為微處理器 輸入設(shè)備。電阻式觸摸屏利用壓力感應(yīng)進行控制。電阻觸摸屏的主要部分是一塊與顯示器 表面非常配合的電阻薄膜屏。128X64點陣的漢字圖形型液晶屏，可顯示漢字及圖形

19、，內(nèi)置8192個中文漢字（16X16點陣）、128個字符（8X16點陣）及64X256點陣顯示RAM （GDRAM）o可與CPU直接接口，8-位并行及串行兩種連接方式。具有多種功能。液晶觸摸屏較大缺點是顯示所需接口電路復(fù)雜，需要占用40個左右的IO 口資源，這對于一個單片機系統(tǒng)來說選用液晶觸摸屏?xí)速M大量的IO 口，因此，本系統(tǒng)選擇液晶屏進行顯示。2.3.4 鍵盤部分本系統(tǒng)使用紅外遙控器和上位機進行設(shè)置。紅外遙控是一種無線、非接觸控制技術(shù)， 具有抗干擾能力強，信息傳輸可靠，功耗低，成本低，易實現(xiàn)等顯著優(yōu)點，被諸多電子設(shè) 備特別是家用電器廣泛采用，并越來越多的應(yīng)用到計算機系統(tǒng)中。2.3.5 上位

20、機通信UART是最常用的一種串口通信方式，單片機和計算機 PC通信，就是通過UART串口 通信的。UART串口通信只需要2根線TXD發(fā)送數(shù)據(jù)、RXD接收數(shù)據(jù)，成本低傳輸速度快。 STM32F103RBT6,有3個串口，有分數(shù)波特率發(fā)生器、支持同步單線通信和半雙工單線通 訊。本系統(tǒng)選用UART使用RS-232!信方式和上位機進行通信。在上位機上查看實時溫度 值和進行溫度設(shè)定。2.3.6 珀爾貼驅(qū)動部分計算機通過并行接口電路輸出的開關(guān)量信號，往往是低壓直流信號。一般來說，這 種信號無論是電壓等級、還是輸出功率，均無法滿足執(zhí)行機構(gòu)的要求，所以應(yīng)該進行電平 轉(zhuǎn)換和功率放大，再送往執(zhí)行機構(gòu) 。常用的驅(qū)動

21、方式有小功率低壓開關(guān)量輸出、繼電器 輸出、品閘管輸出、功率場效應(yīng)管輸出、集成功率電子開關(guān)輸出。對于低壓小功率開關(guān)量輸出，可采用晶體管、OC門或運放等方式輸出。一般僅能提供幾十毫安級的輸出驅(qū)動電 流。繼電器經(jīng)常用于計算機控制系統(tǒng)中的開關(guān)量輸出功率放大，即利用繼電器作為計算機 輸出的執(zhí)行機構(gòu)，通過繼電器的觸點控制較大功率設(shè)備或控制接觸器的通斷以驅(qū)動更大功 率的負載，從而完成從直流低壓到交流（或直流）高壓、從小功率到大功率的轉(zhuǎn)換。但繼電 器的工作頻率較低。作為一種大功率半導(dǎo)體無觸點開關(guān)器件，晶閘管具有以較小的功率來 控制大功率的特點。品閘管用于交流電系統(tǒng)中。功率場效應(yīng)管（MOSFET）是壓控電子開關(guān)

22、， 只要在其柵極G和源極S之間加上足夠的控制電壓，漏極）口源極S之間即可導(dǎo)通。MOSFET 的柵極控制電流為微安級，而導(dǎo)通后漏極 D和源極S之間允許通過較大的電流，IRF3250導(dǎo) 通時D、S間允許通過的最大電流可達110A。工作頻率也很高。本系統(tǒng)選擇功率場效應(yīng)管 作為珀爾貼的驅(qū)動。2.3.7 溫度測量部分目前市場上常見的溫度傳感器主要有模擬集成溫度傳感器、熱敏電阻、珀電阻以及熱 電偶。模擬集成溫度傳感器是將溫度傳感器集成在一個芯片上，可完成溫度測量模擬信號 輸出功能的專用集成電路，如AD590、LM35等。它的特點是功能單一、測溫誤差小、價格 低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠、線性好。具缺點是測溫

23、范圍比較窄。熱敏電阻具有高穩(wěn)定性、精密、小尺寸、靈敏和價格低廉等優(yōu)點，每攝氏度可以改變 兒百歐姆，適合穩(wěn)定性超過0.01 C的系統(tǒng)。但熱敏電阻是非線性電阻，它的非線性表現(xiàn)在： 其電阻值與溫度之間是指數(shù)關(guān)系和電流隨電壓的變化不服從歐姆定律。這一特性以及窄的溫度敏感范圍（一般為50C）是這種敏感元件的缺點。鋁電阻的特點是精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠。但是在還原介質(zhì)中，特別是在高溫下 很容易被氧化中還原出來的蒸氣所沾污，容易使鋁絲變脆，并改變它的電阻與溫度間的關(guān) 系。熱電偶的測量電路，必須對所測溫度進行冷端補償。LM35是由National Semiconductor所生產(chǎn)的溫度傳感器，其輸出電壓與攝

24、氏溫標呈線 性關(guān)系，0c時輸出為0V,每升高1C,輸出電壓增加10mV在常溫下LM3杯需要額外的校 準處理即可達到土/4C的準確率。其電源供應(yīng)模式有單電源與正負雙電源兩種，正負雙電 源的供電模式可提供負溫度的量測；在靜止溫度中自熱效應(yīng)低（0.08C）,單電源模式在25c 下靜止電流約50pA,工作電壓較寬，可在420V的供電電壓范圍內(nèi)正常工作非常省電。 且穩(wěn)定性好，價格低，容易在市場上購得，能夠較好地滿足設(shè)計的需求。2.3.8 網(wǎng)絡(luò)通信模塊部分使用Labview實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。Labview的全稱是實驗室虛擬儀器工程平臺（Laboratory Virtual Instrument Enginee

25、ring Workbench）,是種基于 G 語言（Graphics Language 圖形化 編程語言）的測試系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺。它采用了工程人員熟悉的術(shù)語、圖標等圖形化符號 來代替常規(guī)基于文字的語言程序。利用Labview用戶可通過定義和連接代表各種功能模塊的圖標，方便迅速地實現(xiàn)通信。TCP（Transfer Control Protocol）是TCP/IP協(xié)議集中的隸屬于傳輸層的傳輸控制協(xié)議。 IP（Internet Protocol）是Internet網(wǎng)絡(luò)中隸屬于網(wǎng)絡(luò)層的基礎(chǔ)協(xié)議，由IP控制傳輸協(xié)議的協(xié)議單元稱為IP數(shù)據(jù)。IP數(shù)據(jù)中含有發(fā)送或接收方的IP地址。IP提供可靠的、無連接的、具

26、 有時間限制的自動重試機制的數(shù)據(jù)投遞服務(wù)，構(gòu)成了 Internet網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)。TCP 以此為基礎(chǔ)增加了連接管理和確認重發(fā)等機制，向更高層的應(yīng)用程序提供面向連接的、可 靠的傳輸服務(wù)。TCP/IP協(xié)議族共分為四層：鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。TCP/IP協(xié)議的傳輸層，包括TCP、UDP協(xié)議，可以被Labview直接應(yīng)用。使用Labview可以方便 的實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。2.3.9 半導(dǎo)體制冷器珀爾貼選擇箱體的溫度降到設(shè)計溫度的過程中需要一定的冷量，設(shè)計冰箱外形尺寸長、寬、高分別是15cm、10 cm、25cm。冷凍室約為4L。但由于冰箱的熱交換比較復(fù)雜，且大功率制 冷片需要快速散熱問題，綜合

27、市場上銷售的半導(dǎo)體制冷片和電源功率限制決定選用 TEC-12709,功率 70W。2.3.10 珀爾貼散熱部件選擇制冷片的效率，除了與制冷片自身性能、制造工藝等因素相關(guān)外，也取決于散熱量。 因此，要想提高制冷效率，散熱器的設(shè)計十分重要。目前，半導(dǎo)體制冷片常見的散熱方式 主要有自然對流散熱、強迫風冷（對流）散熱、液體冷卻散熱等。自然對流散熱常常作為小型半導(dǎo)體制冷器件的熱端散熱方式。這種散熱模式需要將散 熱片作為半導(dǎo)體制冷片的熱交換器。散熱器上的熱量通過空氣的自然對流散至環(huán)境中，從 而實現(xiàn)制冷的過程。在此過程中，除空氣的自然對流換熱外，還有散熱片的輻射換熱，并 且散熱片表面的輻射換熱起較為重要的作

28、用。這種方式只能適用于熱端溫度不高的場合， 對于熱端熱量很大，需要及時散出的情況下，散熱效果非常不好，而且稍有不慎即會燒毀 半導(dǎo)體制冷片，因此，在實際應(yīng)用中基本不適用。強迫風冷散熱方式的換熱系數(shù)有了很大程度的提升。散熱量相同的情況下，具散熱面 積會相應(yīng)縮小很多倍，散熱裝置較為簡單，實踐應(yīng)用也更為廣泛。這種散熱方式，主要應(yīng) 用于小型制冷裝置。因為安裝了散熱風散，將會產(chǎn)生噪音。這種散熱方式的散熱效果，在 室溫很高的夏天散熱效果很差。受環(huán)境影響較大。液體冷卻散熱的效率極高，這種方式的換熱系數(shù)比自然對流散熱方式大io。1000m最常用的換熱液體為水，熱阻的大小與水流速度有密切關(guān)系，流速越大，熱阻越低。

29、從工 藝和散熱結(jié)構(gòu)的角度考慮，最合理的水冷系統(tǒng)為，在制冷片熱端面處安裝水腔，使水直接 進入熱端，實現(xiàn)冷卻。如果熱端需要散出的熱量較大，為了增大換熱系數(shù)，增加水的流程 和流速，需要把水箱后安裝散熱水排，進行強化傳熱。雖然要增加水循環(huán)，但液體冷卻散 熱的效率很高，因此本系統(tǒng)采用液體水冷散熱。3軟件模塊設(shè)計3.1 編程語言的選擇編程語言可用匯編語言和C語言，匯編語言執(zhí)行效率較高，但是編程復(fù)雜，適用于系 統(tǒng)資源受限和對執(zhí)行速度要求較高的場合。 C語言編程簡單，易學(xué)易用，代碼重復(fù)利用率 高，但編譯效率比較差。適合于資源充足，對時間要求不高，或程序復(fù)雜的場合中。綜和本設(shè)計的特點，選擇C語言進行設(shè)計，可以減少設(shè)計周期，也利于對軟件的升級。3.2 軟件設(shè)計軟件模塊包括主程序，溫度采集程序，PID算法程序，觸摸屏程序，上位機通信程序, 網(wǎng)絡(luò)通信程序，紅外遙控器程序，珀爾貼 PWM制程序。流程圖如圖3-1 1溫度采集程序采用單片機自帶的12位AD轉(zhuǎn)換器進行溫度采集轉(zhuǎn)換。2 PID算法程序編寫PID算法程序?qū)囟冗M行控制3液晶屏顯小程序編寫液晶屏顯小程序4上位機通信程序編寫上位機通信程序5網(wǎng)絡(luò)通信程序編寫網(wǎng)絡(luò)通信模塊程序6紅外遙控器程序編寫紅外遙控通信模塊程序7珀爾