手机监控半导体制冷温控箱设计概述

徐洪霞 田伟业 刘笑 史小磊

烟台大学文经学院 山东 烟台 264005

引言

本设计以单片机作为主控器，通过继电器输出控制半导体制冷片工作，达到温度控制的目的，并利用蓝牙通信方式在手机APP上实时显示温度值。

1 系统方案

将半导体制冷系统、控制线路板和开关电源安装在目标设备中；单片机作为核心处理器接收到温度传感器的反馈信号，通过内部比对温度算法处理后，经过继电器驱动半导体制冷系统开始制冷工作，以达到对目标系统进行温度控制的目的，同时通过蓝牙通信模块把检测到的温度值发送到安卓手机端通过App显示出来[1]。

2 半导体制冷片工作原理

半导体制冷片也叫热电制冷片，其原理是Peltier效应，原理就是热量的传递，半导体制冷片在通直流电的情况下，热量会从一端到另一端，这样两端会产生一定的温差，还可以通过改变直流电流极性来决定在同一制冷片上实现制冷或加热，所以这个芯片既可制冷又可加热，这个效果的产生就是通过热电的原理来实现的。

由帕尔帖效应可知，当接通电源后，在两个接头处会产生温差。上端接触处电流方向为 P到N，温度上升且防热，称为热端，下端接触处电流方向为 N到P，温度下降并吸热，称为冷端。若干个这样的热电偶在电路上串联起来，在传热方面并联就构成一个常见的热电制冷组件（或称热电堆） 。对于一个 PN结来说，帕尔帖热和通过该导体的电流的关系为：

3 电路模块设计

图1 系统电路原理图

整个硬件电路设计主要包括单片机最小系统模块、温度传感器模块、液晶显示模块、蓝牙通信模块、蜂鸣器模块、按键模块、串口调试模块和制冷系统控制模块等。

4 手机APP设计

手机APP使用Java语言，Java是一门面向对象编程语言，其摒弃了C++里难以理解的多继承、指针等概念，因此，Java语言具有功能强大和简单易用两个特征。Java语言作为静态面向对象编程语言的代表，极好地实现了面向对象理论，允许程序员以优雅的思维方式进行复杂的编程。Java具有简单性、面向对象、分布式、健壮性、安全性、平台独立与可移植性、多线程、动态性等特点。

手机APP使用eclipse开发，利用Java语言强大的类库，调用蓝牙技术，实现将数据传送到手机，实现数码管和手机数据同步。其数据速率为1Mbps。

5 主完成功能

5.1 实时监测温度

该设备中的温度传感器芯片DS18B20实时监测温度，该传感器得到的数据通过单总线与单片机进行数据实时传输，并通过设备1602液晶显示器进行实时显示，从而达到实时监测温度的功能。

5.2 产品数据与APP同步

该设备中的温度传感器芯片DS18B20实时监测得到温度数据，除了会在1602液晶显示器上显示出来以外，同时还会通过蓝牙模块把检测到的温度值和设定的温度值以及机器工作时长发送到安卓手机端通过APP显示出来，用户可以在蓝牙所覆盖范围内的任一位置活动，并可以随时看到数据，实现了实时监测温度的功能。

5.3 应用情况

随着半导体制冷器的应用由军用向民用的扩大，加之节能和限制采用氟利昂制冷剂的呼声增高，对半导体制冷器的需求也越来越大。半导体制冷尽管与常规压缩机制冷方式相比，其制冷效率不高，但因其有结构紧凑、体积小、寿命长、冷热转换快、操作简单、无环境污染等优点，使半导体制冷在当今世界的广阔领域中已成为必不可少，甚至在某些领域中达到了无与伦比的地位。此外，在现有半导体电堆性能条件下，优化设计和改进电堆热端散热系统，也可取得较为理想的效果，从而为民用小电器以及家用冰箱、空调器等开辟崭新的途径。半导体制冷在世界日益发展的高科技领域中正越来越显示出它的重要地位，这不仅仅是由于氟利昂制冷剂对大气污染而将被禁用，更重要的是半导体工业和材料工业的迅猛发展。

该设计系统电路便于人们对某些特定目标进行温控设计，比如便携式保温药箱、车载小冰箱以及温控鱼缸等，并且操作简单、集成度高、工作稳定、调试方便、测试精度高，具有一定的实用价值，因此，市场应用前景非常广泛。该温控箱在实验室和学生宿舍中作为一种简单的冷藏容器使用，如图2所示。

图2 系统测试图