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太陽能半導(dǎo)體空調(diào)控制裝置的設(shè)計方法
瀏覽次數(shù):1985發(fā)布日期:2012-07-18

太陽能半導(dǎo)體制冷空調(diào)是根據(jù)太陽能的光伏效應(yīng),即通過“光-電-冷”途徑,并利用太陽能電池產(chǎn)生的電能為驅(qū)動半導(dǎo)體制冷裝置,以實現(xiàn)熱能傳遞的一種特殊制冷方式。太陽能光電轉(zhuǎn)換的電能不但可以與熱電制冷直流供電模式相匹配,而且,太陽能光照輻射強度與冷量需求有很好的時間匹配性。此外,太陽能清潔環(huán)保,資源豐富,取之不盡、用之不竭,而且太陽能與半導(dǎo)體環(huán)境友好共通,因此,太陽能半導(dǎo)體制冷空調(diào)可以創(chuàng)造出高品質(zhì)的綠色生活空間。本設(shè)計就是利用海南得天獨厚的自然條件,以低成本為基準,給出了太陽能半導(dǎo)體制冷空調(diào)試驗裝置的設(shè)計方法。該方法在海南以及熱帶地區(qū)有著廣闊的應(yīng)用前景,本課題的任務(wù)之一就是對太陽能半導(dǎo)體空調(diào)控制系統(tǒng)進行設(shè)計。
  1太陽能半導(dǎo)體空調(diào)的系統(tǒng)構(gòu)成
  太陽能半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)可由太陽能光電轉(zhuǎn)換裝置、能量匹配數(shù)控器、儲能裝置、半導(dǎo)體制冷裝置、系統(tǒng)控制裝置等五部分組成。
  日照時,太陽能光電轉(zhuǎn)換器可以把照射在它上面的太陽光能轉(zhuǎn)換為電能,為空調(diào)系統(tǒng)提供必須的能量來源。本文的太陽能光電轉(zhuǎn)換器輸出的電能與空調(diào)系統(tǒng)所需要的電能具有很好的一致性,而在無日照或日照不足時需要有其他輔助能源或儲能裝置,以便把太陽能光電轉(zhuǎn)換器輸出的一部分電能予以儲存?zhèn)溆?,從而保證太陽能半導(dǎo)體空調(diào)系統(tǒng)能夠全天候地運行。數(shù)控匹配器可使太陽能電池陣列的輸出阻抗與等效負載阻抗相匹配,以使整個系統(tǒng)的能量傳輸轉(zhuǎn)換始終處于*狀態(tài),同時對儲能裝置的過充、過放進行控制。
  半導(dǎo)體制冷制熱裝置通常由多塊熱電堆或制冷單元組成,其中冷端和熱端均加裝有散熱裝置。需要制冷時,冷端置于室內(nèi)吸熱,以達到降低溫度制冷的目的;熱端則置于室外通風(fēng)散熱。而在冬季,環(huán)境溫度較低需要制熱時,則可通過改變電源的正、負極來改變通過熱電堆的電流方向,此時熱電堆的冷端就變成了熱端向室內(nèi)放熱,而原來的熱端則變成了冷端向周圍環(huán)境吸熱,從而達到制熱空調(diào)的目的。
  本系統(tǒng)的控制裝置主要有2個功能,一是調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度以及測量和控制制冷片冷端和熱端導(dǎo)熱陶瓷片表面的溫度。二是調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度,即控制一加濕裝置。該系統(tǒng)不但可實現(xiàn)自動化和智能化,同時也可為室內(nèi)提供zui為舒適的環(huán)境。
  2空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計
  在半導(dǎo)體制冷制熱裝置中,制冷片冷端和熱端的導(dǎo)熱陶瓷片表面涂抹思想導(dǎo)熱硅脂可以減少接觸熱阻,但是,導(dǎo)熱硅脂超過60℃就容易融化,這樣,就需要隨時了解陶瓷表面的溫度,一旦超過此溫度就需要開啟風(fēng)扇散熱。另外,室溫的調(diào)節(jié)被設(shè)定在一定的范圍內(nèi)(-10℃~40℃),使用者可根據(jù)自身的要求調(diào)節(jié)溫度,精度可達±0.5℃。此外,系統(tǒng)還能檢測室內(nèi)濕度,并可根據(jù)實際濕度與設(shè)定值的比較結(jié)果來進行濕度的自動調(diào)節(jié)。而人機對話接口則主要用于溫、濕度上下限值的設(shè)定以及溫、濕度值的實時顯示。
  3硬件設(shè)計
  本系統(tǒng)選用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51單片機、2個DALLAS公司生產(chǎn)的DSl8B20集成溫度傳感器、電容式濕度傳感器HSll01來進行硬件設(shè)計。系統(tǒng)分為濕度采集、溫度采集、鍵盤顯示、報警顯示和執(zhí)行輸出五部分。各部分電路以AT89C51單片機為核心,并分別由單片機輸入/出端口將溫、濕度或鍵盤掃描信號采集到單片機,在經(jīng)過單片機的運算處理后,由輸入輸出端口輸出到報警顯示和執(zhí)行端口進行溫、濕度的自動控制和監(jiān)測。
  3.1溫度采集
  單片機的PO.1和P0.2端口作為溫度傳感器的數(shù)據(jù)輸入輸出口。溫度傳感器DSl8B20采用一線制數(shù)據(jù)傳輸,所以本系統(tǒng)只需要一個端口,即可完成傳感器的輸入輸出操作。溫度傳感器檢測到模擬溫度后,可將其轉(zhuǎn)換成9~12位數(shù)字存儲在暫存器中。讀取溫度值時,就可在嚴格的時序下從端口PC5上進行讀取。
  3.2濕度采集
  HSll01實際上相當(dāng)于一個濕敏電容,其振蕩電路由555定時器組成,當(dāng)環(huán)境濕度變化時,濕度傳感器HSll01的電容量會隨之改變,這樣,通過振蕩電路可將該電容值轉(zhuǎn)化為頻率與之呈反比的方波信號,并將該信號通過PD3傳送給單片機。單片機通過頻率計算便可得到相應(yīng)的濕度值。
  3.3鍵盤顯示
  CH452L是一鍵盤顯示驅(qū)動芯片,其引腳DIN、DOUT、LOAD、DCLK分別跟單片機的PB0~PB2和PD2相連接,系統(tǒng)可以通過鍵盤設(shè)置各種參數(shù)。也可以通過數(shù)碼管實時顯示單片機采集到的溫、濕度值。
  3.4輸出執(zhí)行端口
  系統(tǒng)能夠自動檢測溫、濕度值,并判斷溫、濕度值是否超出限值范圍。若超出范圍,則由PEO、PE1輸出信號,以控制執(zhí)行元件進行溫、濕度的調(diào)節(jié)。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,在單片機系統(tǒng)與執(zhí)行單元之間應(yīng)使用光電隔離器,以對系統(tǒng)與現(xiàn)場環(huán)境。
  4軟件設(shè)計
  單片機上電后,首先應(yīng)初始化系統(tǒng)。初始化完成后,再判斷是否設(shè)定溫、濕度上下限值,若已設(shè)定,則進入設(shè)定參數(shù)子程序,否則,進入溫、濕度檢測子程序。溫、濕度檢測子程序調(diào)用完畢后,再進入到溫、濕度參數(shù)顯示子程序,之后,再進行超限判斷。若有超限,則進入報警顯示和執(zhí)行子程序,否則,回到初始化模塊重新執(zhí)行。
  本設(shè)計的主程序包含初始化模塊,溫、濕度檢測模塊,溫、濕度參數(shù)顯示模塊,報警顯示模塊和執(zhí)行模塊。其中初始化模塊負責(zé)調(diào)用初始化系統(tǒng)子程序,以初始化相關(guān)的IO端和定時計數(shù)器;溫、濕度檢測模塊負責(zé)調(diào)用溫度檢測子程序和濕度檢測子程序,溫度檢測程序從初始化溫度傳感器DSl8B20開始啟動溫度轉(zhuǎn)換,等待轉(zhuǎn)換完成后,讀取9位二進制代碼和處理數(shù)據(jù),并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫度值;濕度檢測程序則從初始化濕度傳感器HSll01開始計算濕度信號的頻率,并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的濕度值;溫、濕度參數(shù)顯示模塊主要負責(zé)調(diào)用鍵盤顯示驅(qū)動芯片CH452L的顯示參數(shù)子程序,CH452L顯示驅(qū)動程序可從初始化CH452L開始啟動顯示驅(qū)動,并進入顯示程序,同時發(fā)送溫、濕度值;執(zhí)行模塊負責(zé)調(diào)用報警顯示和執(zhí)行子程序,執(zhí)行程序和報警顯示程序從判斷是否超限開始,只要溫、濕度中的任何一個參數(shù)超過了限值,系統(tǒng)便進入控制執(zhí)行程序和報警顯示程序。