采用半导体制冷片的温控系统的设计

冷端散热器
PCB板
图5半导体制冷器结构布局
在半导体制冷 热端、冷端散热腔体间采用导热
，其
热。在 安全方面，半导体制冷 的连接完
全由自制PCB板完成，保证 整 的高 2.3半导体制冷片选型
半导体制冷是半导体制冷器
高耐压性。
件。
的制
冷 等 要求，
的
及 试验的
验证，
制的半导体制冷器用的半导体制冷片
规格为 TE9500/199/100BS，其
(1) 采用半导体制冷片制冷技术实现对循环介质制冷，吸
收的热量通过系统提供的冷却水 ，制冷功要求达到
3 500 W；
(2) 采用温度开关监测热电模块热端的温度，当温度超过
60 3时出开关量
系统进行
理。
1.2设计约束
导体制冷器模块作为TCU的制冷单元，受到TCU整机系
统的
" # (1) 尺寸约束：！X X =419 mm X 295 mmX259 mm；
热端散热器是半导体制冷器的冷却装置，冷却方式为水 冷。与冷端类似，主要由热端散热腔、热端散热板及密封圈等 组件组成。热端散热腔采用管路结构形式，散热腔与散热板之 间通过O形密封圈进行密封，其密封性能要求与冷端一致。另 外，散热腔及散热板同样均为铝材质& 2.223半导体制冷器结构布局
半导体制冷器 结构 5所示&
P半导
体
子( )和 N 半导体
子(电子)
片
有的 子 能 ，
在半导体 和 片的
上 能高
能量
和 。为
在P型半导体
片的能，在电 用下，当
有的势 通过
a时，需要
片中吸取一定的能量，用以提高 的势

ｒ ｉｅａｉｎｓｓｅ ａ ｅ ｎ Ｐ Ｃ Ｓ Ｍ ｎ ｅｅｏ ｓ ｒ ｔｔ ｅ Ｔ ｅｅｐ ｒｍ ｎ ａ ｅ ｎ ｔｅｐ ｏｏ ｐ 咖 ｇ ｒ ｔ ｙ ｔｍ ｂ ｓｄ ｏ Ｉ Ｃ ａ ｄｄ ｖｌ ｏｏ ｐ ． ｈ ｘ ｅ ｉ ｅ ｔ ｓｄ ｏ ｈ ｒ ｔｔ ｅ ｏ ｐ ｐ ｙ ｂ ｙ ｓ ｏ ｓ ｈ ｔｈ ＰＵ ｏ ｋ ａｅ ｎ ａ ｌ， ｎ ｅ ｒｃｓ ｎｏ ｅｓｍｉｏ ｄ ｃｏ ｏ ｔ ｌ ｒ ａ ｅ ｃ ｈ ｗ ａ ｅＣ ｔ ｔ ｗ ｒｓｓ ｌ ａ ｄｓ ｂ ａ ｄｔ ｅ ｉｉ ｔ ｅ ｃ ｎ ｕ ｔｒ ｎｒ ｌ ｎｒａ ｈｔ ｆｙ ｔ ｙ ｈｐ ｏ ｆｈ ｃ ｏｅｃ ｏ 士． Ｄ５ ｗ ｉｈｉｄｃ ｔ ａ ｅｍｅｈ ｄ ｏ ｅｉｎｎ ｅ 喀ｅａｉｎｓｓｅ ｆ ｃｉ ｎ ｆ ａ ｉｌ． ｈｃ ｉａｅｔ ｔｈ ｔｏ ｆ ｒ ｓ ｉ ｔ ｎ ｈ ｔ ｄ ｇ ｇｈ ｒ ｒ ｔ ｔｍ ｉ ｅ ｅｔ ｅａ ｄ ｅ ｓｂｅ ｏ ｙ ｓｆ ｖ
制精 度 高 、安装 尺 寸 小 的 工控 计 算 机 。本 文 提 出
一
种 基 于 ＰＣ单 片机 的 半导 体 制 冷方 法 ，利 用 半 Ｉ
热方 式 不 能满 足 对 设 备 的安 全 性 能要 求 严 格 的应
用 场 合 ，因此 就 需 要采 用 一 种 安 全可 靠 ，成本 、
导体 器 件 的帕 尔 帖效 应 将 Ｃ Ｕ 产 生 的热 量 及 时 Ｐ
热 ，然 而 风冷 散 热 受环 境 温 度 的 限 制 ，而 且 体积 较 大 ；水 冷 散热 系 统 体积 大 、安装 麻 烦 ，且存 在 水 的泄 漏 和 由此 造 成 的 短路 问题 。显 然 这 两种 散
冷灵活迅速、温控精度高、不需制冷剂，对环境 无污 染 等 优 点【 ，所 以 ，该方 法 更适 合 于 要 求 控 ２ 】

基于半导体制冷的电子冰箱设计引言：随着科技的发展，人们对电子冰箱的要求越来越高，不仅要求它具备良好的制冷效果，还需要它具备节能、环保等特点。

半导体制冷技术是一种新兴的制冷技术，相较于传统的压缩机制冷技术，半导体制冷技术具有体积小、噪音低、无需制冷剂等优点。

本文将介绍基于半导体制冷技术的电子冰箱的设计。

一、半导体制冷原理半导体制冷是利用半导体材料的热电效应实现制冷的一种技术。

具体实现过程如下：1.当电流通过半导体材料时，由于热电效应的作用，会产生温差。

2.通过将制冷面板与冷藏室相连，通过制冷面板对冷藏室内食物的散热，从而实现降温作用。

二、半导体制冷电子冰箱设计方案1.全封闭设计为了提高半导体制冷电子冰箱的制冷效果，需要在设计上进行全封闭设计。

采用密封结构，避免冷空气外泄，提高制冷效果，减少能源损耗。

2.温度控制系统半导体制冷电子冰箱的温度控制系统需要精确控制冷藏室温度。

采用温度传感器来实时监测冷藏室内温度，并通过控制器来控制半导体材料的电流，以达到恒温控制的目的。

3.节能设计半导体制冷电子冰箱的节能设计是其重要的特点之一、可以在设计中增加节能模式选项，当电子冰箱长时间不使用或者没有存放大量食物时，可以选择进入节能模式，降低功耗。

4.环保设计半导体制冷电子冰箱无需使用制冷剂，避免了制冷剂对大气层的破坏。

而传统的压缩机制冷技术需要使用臭氧层破坏性较大的氟利昂等制冷剂。

因此，半导体制冷电子冰箱是一种较为环保的制冷技术。

5.压缩噪音半导体制冷电子冰箱相较于传统的压缩机制冷技术具有更低的噪音。

在设计中，需要增加隔音材料来降低噪音的产生，提升用户体验。

6.故障检测与报警系统半导体制冷电子冰箱还需要设计故障检测与报警系统，以提醒用户及时维修。

通过温度传感器、电流检测等装置，实时监测制冷系统的工作状态，当出现故障时，及时发出报警信号。

结语：基于半导体制冷技术的电子冰箱具备体积小、噪音低、无需制冷剂、节能环保等优点。

152科技展望TECHNOLOGY OUTLOOK中国航班CHINA FLIGHTS（上转第151页）参考文献[1]B.B.苏里科夫,侯鑫,张泽,王学明,袁俊.冻土破坏力学[M].科学出版社,2016(11):23-49.[2]韩军,张德恩,杨宏,张欲保.军用工程机械原理与技术[M].国防工业出版社,2011(6):185-207.[3]汪双杰,等.多年冻土地区公路修筑技术[M].人民交通出版社,2008(6):23-51.[4]马芹永.冻土钻削与冲击的研究[J].淮南工业学院学报,2000,20(1):9-13.[5]李蒙蒙,牛永红,江聪,慕青松,李振萍.冻土开挖破碎方法研究现状与展望[J].力学与实践,2016(2):10-17+27.摘要：基于单片机的半导体制冷智能控制系统主要实现了密封箱体的温度恒定的作用，主要用到了单片机、温度传感器、信号驱动电路、数码管显示电路、半导体制冷器。

同时，基于单片机与电脑的串口通信的基础之上，实现了单片机与电脑的实时通信。

半导体制冷智能控制系统，接收温度传感器的反馈信号，经过单片机内部模糊控制算法处理，输出一定占空比的PWM信号，经过驱动器的作用，最终驱动半导体制冷器制冷。

并通过手动控制或者自动控制的方式，控制半导体制冷器的制冷功率，实现控制温度的目的。

关键词：单片机；半导体制冷；温度控制半导体制冷技术起源于20世纪，是半导体工业和材料化学领域的重要研究材料。

目前半导体制冷技术，由于受到材料性能的限制，还不能和目前流行的压缩机吸收式制冷相比较。

本文比较目前市场上各个工业场所所用到的各种制冷技术，从应用范围，制冷效果等方面研究各个制冷技术的特点。

1半导体制冷原理半导体制冷，主要利用了热电效应的原理。

当直流电通过两种不同的材料组成的回路时，在两种材料的接触面会产生能量交换的现象。

通过直流电的时候，由P型半导体材料和N型半导体材料组成的半导体，在PN结会产生电子迁移的现象，在迁移的过程中，电子会把多余的能量释放出来，因此该接触面会产生热量；同时，在另一个接触面电子由一种材料进入到另一种材料的过程中，会吸收外界的能量，因此在该接触面会产生吸收热量的现象。

基于STM32F103的小型半导体制冷系统的设计摘要：本文通过对半导体制冷技术的制冷原理进行分析，以STM32F103为控制芯片，采用PID闭环控制策略，设计了一套小型半导体制冷装置，系统实验表明，通过对半导体通入电流进行PID闭环控制，实现了温控系统的高精度温度控制。

关键词：半导体制冷、恒温控制、PID闭环、STM32F103，1. 引言半导体制冷也称热电制冷、温差电制冷，其基本原理是利用珀尔帖效应，即利用特种半导体材料构成P-N 结，形成热电偶对，当通过直流电流时，热电偶对的一端就会吸收热量（称为冷端），而另一端则放出热量（称为热端）。

如果在冷热端安装散热装置，热端就能够将热量输出，从而可以将空间热量转移，达到制冷的目的。

半导体制冷的制冷温度和半导体制冷片的工作电压和工作电流有关，同时也与半导体冷热端的散热效果有关，本研究所设计的基于STM32F103的半导体制冷系统，是通过对输入半导体的电流进行调节温度变化的，实现了的小型系统进行了制冷控制。

2.硬件控制平台设计基于STM32F103的半导体制冷恒温控制系统总体框图如图1所示，主要由STM32为核心的控制系统，采样电路，AC/DC控制单元，制冷部分。

半导体制冷部分采用C1206型平面制冷芯片，最大工作电流可达到6A，最大功率达到72W。

控制系统采用STM32F103，该控制芯片自带AD转换功能和PWM 控制单元，通过采集的温度和电流信号，经过STM32F103内部的计算，可以直接通过输出的PWM通过驱动电路控制功率变换电路，操作方便。

采样电路包括AC/DC输出电流采样和温控对象的温度采样。

为了能够使温控对象的温度控制更为精确，需要对恒温箱内部的温度进行高精度的测量与数据采集，设计的控制系统温度采集采用的是分布式温度采集的方式，通过在温控对象内部不同的位置部署多个温度采集点，并将各采集点采集到的温度数据进行汇总，经过数据融合与处理之后，形成温控对象内部的最终测量温度。

半导体制冷片控制方法
半导体制冷片是一种新型的制冷技术，它采用半导体材料的热电效应来实现制冷。

与传统的制冷技术相比，半导体制冷片具有体积小、重量轻、无噪音、无振动、无污染等优点，因此在一些特殊的应用场合中得到了广泛的应用。

半导体制冷片的控制方法是制冷系统中非常重要的一环。

制冷片的控制方法主要包括电流控制和温度控制两种方式。

电流控制是半导体制冷片最常用的控制方法之一。

通过改变半导体制冷片的电流大小，可以调节制冷片的制冷量。

当电流增大时，制冷片的制冷量也会增大，反之亦然。

因此，电流控制是一种简单、直接、易于实现的控制方法。

温度控制是另一种常用的半导体制冷片控制方法。

通过测量制冷片的温度，可以实现对制冷片的控制。

当制冷片的温度达到设定值时，控制系统会自动调节制冷片的电流大小，以达到所需的制冷效果。

温度控制方法可以保证制冷片的稳定性和精度，因此在一些对制冷效果要求较高的场合中得到了广泛应用。

除了电流控制和温度控制外，还有一些其他的半导体制冷片控制方法，如压力控制、流量控制等。

这些控制方法都有各自的优缺点，需要根据具体的应用场合来选择。

半导体制冷片的控制方法是制冷系统中非常重要的一环。

通过合理
的控制方法，可以实现对制冷片的精确控制，从而达到所需的制冷效果。

随着半导体制冷技术的不断发展，相信控制方法也会不断地得到改进和完善，为制冷技术的发展提供更好的支持。

基于单片机的半导体制冷智能控制随着科技的发展，半导体制冷技术日益受到人们的关注和应用。

基于单片机的半导体制冷智能控制技术，是一种较为先进的电子控制技术。

下面，我将就该技术进行详细的介绍。

一、半导体制冷技术的基本原理半导体制冷技术是一种利用固体电子器件进行低温制冷的方法。

其基本原理是通过特定的材料和电流传输的方式，使局部材料温度下降，达到制冷的作用。

二、基于单片机的半导体制冷智能控制技术基于单片机的半导体制冷智能控制技术，是将单片机作为控制核心，通过程序控制半导体制冷器件工作的一种电子控制技术。

其主要特点包括：（1）智能化：利用单片机的程序控制技术，实现对制冷器件的精细控制，提高制冷效果。

（2）高效性：半导体制冷技术具有高效、低耗、噪音小等特点，在工业和生活中的应用前景广阔。

（3）稳定性：通过单片机的精细控制，提高了系统的稳定性和可靠性。

三、基于单片机的半导体制冷智能控制系统的设计方案基于单片机的半导体制冷智能控制系统可以分为硬件和软件两部分。

其中，硬件包括单片机主控板、半导体制冷器件、温度传感器、液晶显示屏等组成；软件则是利用单片机开发板进行编程设计，实现对半导体制冷器件的控制。

具体设计方案如下：（1）硬件部分：1.单片机主控板：采用STM32F103ZET6单片机核心板。

2.半导体制冷器件：采用TEC1-12706制冷片。

3.温度传感器：采用DS18B20数字温度传感器。

4.液晶显示屏：采用1602液晶显示屏，用于显示实时温度。

（2）软件部分：1.程序设计：采用Keil5编程，利用C语言进行编程设计。

2.软件设计功能：实现对制冷器件实时控制，同时获取实时温度，并通过液晶显示屏进行显示。

四、基于单片机的半导体制冷智能控制系统的应用基于单片机的半导体制冷智能控制系统的应用非常广泛，主要应用于以下几个方面：（1）食品加工领域：通过制冷器件，实现对食品进行冷藏、冷冻等过程的控制。

（2）医疗器械领域：通过制冷器件，实现对医疗器械进行低温保存。

图2：温度控制系统稳定性曲线 （请在此处插入温度控制系统稳定性曲线图） 从图2可以看出，系统在达到目标温度后，保持稳定状态，未见明显波动。 这表明基于半导体制冷技术的温度控制系统具有良好的稳定性。
通过实验验证，我们可以得出以下结论： 1、基于半导体制冷技术的温度控制系统具有快速响应和高精度控制优点。
一、半导体制冷技术概述
半导体制冷技术是一种利用半导体材料的热电效应实现制冷的技术。其基本 原理是，通过直流电在半导体材料中产生的珀尔帖效应，实现吸热和放热过程， 从而达到制冷效果。相较于传统制冷技术，半导体制冷技术具有体积小、效率高、 无噪声等优点，因此被广泛应用于微型制冷领域。
二、单片机在半导体制冷智能控 制中的应用
4、监控实验过程：在实验过程中，通过数据采集卡实时监测温度变化情况， 观察系统响应速度和稳定性。
五、实验结果与分析
实验结束后，收集实验数据并绘制曲线图，对实验结果进行分析。以下是实 验结果的相关图表：
图1：温度控制系统响应曲线 （请在此处插入温度控制系统响应曲线图） 从图1可以看出，系统在初始温度为25℃时，启动后在5分钟内迅速达到目标 温度-10℃，表明系统具有快速响应特性。
2、通过反馈控制和优化控制策略，可以实现系统的稳定运行和精确的温度 控制。
3、本研究为科学研究和工业生产中的温度控制提供了新的解决方案，具有 实际应用价值。
感谢观看
2、程序设计
基于单片机的半导体制冷智能控制系统的程序设计主要包括温度检测、故障 诊断、报警输出、节能优化等模块。程序设计中要充分考虑系统的稳定性、可靠 性和节能性。同时，程序设计应采用模块化思想，便于日后维护和升级。
3、硬件选择与调试
在硬件选择方面，应选用性能稳定、可靠性高的元器件。对于半导体制冷器， 应选择合适的型号和规格，以满足实际需求。在硬件调试过程中，应进行逐个元 器件的调试，确保每个部件都能正常工作。同时，要对整个系统进行联调，确保 各部分协调一致，实现稳定的制冷效果。

电流方向可以实现加热和制冷 2 种工作状态的切
换袁控制简单袁且将这 2 种相异的工作效应集于同
一半导体制冷元件上遥
从微观层面上分析袁半导体制冷根本原理涉及
电子能级跃迁理论遥 半导体制冷片由 N 型半导体材
料和 P 型半导体材料组成袁N 型材料是在半导体中
掺入施主杂质袁有多余的电子产生负温差电势曰P 型
16
的单级半导体制冷片遥 其具有 127 对半导体电偶 对袁额定输入电压 12.0 V袁最大温差电流 6.0 A袁最 大温差可达 60耀70 益遥 与其配套使用的还包括散热 风扇尧导热块等散热装置遥
2 系统硬件设计
在该系统硬件电路的设计实现中袁采用模块化 分解设计方法袁将整个系统分为温度检测模块检测 温度袁单片机控制模块输出控制信号袁按键调整输 入模块起到温度设置完成人机交互的功能袁1602 液 晶显示模块用于显示设置温度和实时温度遥 同时袁 该系统还包括电源供能模块尧USB 转串口通信模块 和 H 桥驱动执行模块遥 各模块的单独设计与整体调 试相互结合袁共同构成温度控制系统硬件部分[5]遥 为 实现设计系统正常工作袁其最基本的硬件架构图如 图 2 所示遥
温度检测模块
按键调整输入模块
电源供能模块
单片机控制模块
H桥驱动执行模块 1602液晶显示模块
图 2 系统硬件架构 Fig.2 System hardware structure
2.1 温度检测模块 在温度传感器的选用上袁综合对比各类传感器
的测温精度尧使用便捷与否以及与所设计系统的契 合程度等因素袁 以确定使用最为合适的测温传感 器遥 当前使用最多的温度传感器有院热电偶温度传 感器尧 热敏电阻温度传感器尧IC 温度传感器等遥 其 中袁热电偶传感器灵敏度低袁易受环境干扰袁精度不 高袁一般不宜用于检测微小变化的温度值曰热敏电 阻传感器接线复杂袁 不易读取数值曰IC 温度传感器 连线简单袁读数方便袁此类传感器均能实现检测尧转 换和保存温度值等功能袁其众多优点是前两者所无 法比拟的袁应用非常广泛遥

半导体制冷控制一、设计要求我们这次设计的半导体制冷控制套件体积小，具有相对较高的制冷量，它特别适用于有限空间的制冷，由于制冷组件式一种固态热泵，因而它无需维护，无噪音，能在任何位置工作，抗冲击和抗震动能力强，另外组件工作电流积极性，他又可以制热，改变电流强度可调整制冷功率。

二、设计思路我们这次的实验作品是半导体制冷控制，我们设计它的主要思路想它的硬件部分，我们这个它的硬件组成包括，单片机，排阻、按键、数码管、电容、led、晶振、三极管、H桥等，我们有了硬件的支持其次就是软件部分了，我们的软件部分是通过单片机的控制来执行动作的，我们先写显示部分，让单片机不断的给数码管发送高低电平，让数码管管不断的扫屏，然后在显示出来，显示部分完成后我们在写按键部分，我们的按键部分只要单片机检测到按键我们就可以执行相应的功能，这样我们就可以通过外部设备控制单片机。

三、硬件设计单片机最小系统我们的单片机最小系统主要组成部分包括晶振、单片机、按键、电容、电阻等晶振是单片机工作的必要条件也是单片机工作的动力，如果没有了晶振单片机就无法工作，所以我们把晶振接在了单片机的X1、X2上，为了让单片机有一个更好的工作环境，我们给晶振并上了两个电容，电容有充放电的作用，所以它能够滤波，并在晶振上能够给晶振一个稳定的电流。

保证单片机的正常工作。

同时我们也给单片机加了一个上电复位，当单片机死机时我们可以通过上电复位来实现，我们把按键和电容并联在一起，一端接在了Vcc上另一端接在了电阻上，接在电阻上是为了限流，电阻的另一端接在了地上，在电容的一端接在了单片机的RST上，这样我们就完成了单片机的上电复位。

电路原理图如下图。

显示部分我们的显示是通过数码管来实现的，我们让单片机把要显示的信息通过高低电平发给数码管，让数码管不不断的扫屏，这样我们就能看到了，所以我们把数码管的管脚接在了单片机的P0.0~P0.7上，同时为了加大单片机的驱动能力，我们也给单片机的P0.0~P0.7的管脚上加了上上拉电阻，保证了单片机驱动数码管的能力，我们的位选是通过三极管来驱动的，我们把三极管接在了单片机的P2.0、P2.1上，这样整个显示部分的电路都介绍完了，电路原理图如下图所示。

半导体制冷冰箱设计
首先，半导体制冷冰箱的设计需要选择适合的半导体材料。

常见的半
导体材料有锗、硒化铟和硒化钴等，这些材料具有热电效应，即在电流通
过时产生热量或者吸收热量，用于实现制冷或加热作用。

其次，冰箱内部结构的设计也需要注意。

半导体制冷冰箱一般包含一
个制冷模块和一个加热模块。

制冷模块包括两个半导体材料的接合处，通
过电流的通断来实现制冷效果。

加热模块则通过电流的通断来实现加热效果。

为了提高制冷效果，制冷模块需要与冰箱内部空间充分接触，通常会
使用铜或铝等导热性能较好的材料进行散热。

此外，半导体制冷冰箱还需要配备制冷控制系统。

制冷控制系统可以
根据冷藏室内的温度设定，自动控制半导体制冷模块的电流开关，从而实
现恒温效果。

制冷控制系统还可以设置风扇进行空气对流，增加制冷效果。

然而，半导体制冷冰箱也存在一些问题。

首先，由于半导体材料的成
本较高，导致半导体制冷冰箱的售价较高。

其次，半导体制冷冰箱的制冷
量较小，适用范围有限，一般适合用于小型冷藏场所。

最后，半导体制冷
冰箱对电源的要求较高，需要稳定的电流和电压。

总结起来，半导体制冷冰箱的设计需要选择合适的半导体材料，并设
计制冷模块和加热模块。

同时，配备制冷控制系统来实现恒温效果。

尽管
半导体制冷冰箱存在一些问题，但其独特的优势使其在一些小型冷藏场所
有着广阔的应用前景。

• 186•本文以Atmega16为核心控制MCU ，采用高灵敏度的温度传感器作为温度采集单元，同时采用业界认可并广泛使用的PID 控制算法，利用半导体制冷芯片设计了一款用于LED 热管理的控制系统，能够满足LED 正常工作时对散热的要求。

半导体发光二级管(LED)是一种新型的全固态冷光源，相比较其它常用的光源，其优势主要体现在响应速度、可靠性、使用寿命、光效等方面。

业界将其视为继气体放电照明、荧光照明和白炽灯照明之后的第四代照明光源。

当然，制约LED 照明继续进步的一个关键瓶颈就是半导体器件的结温。

尤其是对于大功率的LED 芯片，在电流达到A 级别后，如果散热控制的不好，芯片内部的热量会急剧上升，依据“10。

C ”法则，进而使得其可靠性下降，因此有效的热管理方式对降低LED 正常工作时的结温，保持其工作的可靠性非常重要。

近年来为了能够有效的控制LED 的结温，科研工作者采用了诸如微流道、热管、微喷射流等方法来实现这一目标，以上所提及的这些方法有其自身的特点，当然也有一定的局限性，比如使用场合，设备体积，能耗等等。

本文针对大功率照明用LED 所需散热要求，如结构紧凑，性能稳定以及控制简单等特点。

提出了基于半导体制冷(TEC)的热管理解决方案。

通过试验分析可知，采用TEC 芯片能够有效的控制LED 正常工作时候的结温。

1 热管理整体方案本文的热管理装置由热源，MCU 控制模块，PT100温度检测模块，基于1602的温度设定显示模块，TEC 控温模块，反馈电路等组成。

系统框架图如图1所示。

图1 LED热管理控制框图1.1 MCU控制模块MCU 控制模块采用基于ATmega16的MCU ，之所以采用这款MCU 作为控制核心是因为本热管理方案中使用到了PT100作为传感器。

PT100这款传感器输出的是模拟信号，为了尽可能的缩减电路板的体积，减少芯片使用的数量，因此我们采用了内部集成A/D 的MCU 。

1.2 PT100由于本项目需要将检测到的温度回传给MCU 进行处理并控制TEC ，因此需要用到温度检测传感器，从P T 100的数据手册可知，其测量范围湖北工程学院 俞兴隆基于AVR 系列MUC的半导体制冷控制系统• 187•在-200～+850摄氏度之间，为了能够精确的将传感器的数据输入MCU，本项目在PT100和MCU之间还加入了放大电路，核心芯片是OP07E。

预置温度/ ℃
-5 - 10 - 15 - 20 - 25 - 30
铂电阻值/Ω
98136 96138 94132 92134 90145 88142
实际温度/ ℃
- 412 - 912 - 1415 - 1915 - 2413 - 2915
从表 1 中可看出 ,测试结果基本符合预置值 ,完全能满足 对半导体制冷器的控制要求 ,但也存在一定偏差 。测试结果普 遍比预置值偏小 ,最大偏差为 - 018 ℃. 4 系统误差分析及解决措施
触电阻的影响 ,温差电动势 α(μV/ K) 。电导率 σ、热导率 k 和
汤姆逊系数 T 参数与温度无关 ,则根据热力学分析和珀尔帖效
应 ,制冷器从热端散出的热量 Qh 应等于从冷端吸入的有热量 Qc 和外界输入的电功率 N 之和 。
制冷量 Qc 有以下公式 :
Qc =αITc -
1 2
I2 R -
为验证 温 控 电 路 的 实 际 工 作 性 能 , 对 其 进 行 了 试 验 测 试[4] 。调试过程中 ,通过预先设置制冷温度 (即可调电阻的阻 值) ,再测量铂电阻两端电压求得铂电阻的阻值即可知实际冷 端温度 。测试数据见表 1 。
表 1 制冷温度测试数据
预置电阻/Ω
98105 96109 94112 92116 90119 88122
摘要 :简要叙述了半导体制冷原理 ,介绍一种半导体制冷器温度控制系统的设计 ,给出了设计原理和电路图 。系统设 计完成后对其进行了温度试验测试 ,测试结果证实温度控制误差小于 ±018 ℃,测试结果表明 ,该控制系统完全可实现对 半导体制冷器的双向精确恒温控制 。最后对整个控制系统进行了误差分析 ,提出了解决措施 。 关键词 :半导体制冷 ;温度控制 ;误差分析 中图分类号 :TB66 文献标识码 :B 文章编号 :1002 - 1841 (2007) 01 - 0039 - 03

的工 作情况 和 常规 的制冷 箱 相 比， 以 下几 方 面 有
本 设 计 方 案 中 ， ＨＴ４ Ｒ４ 用 ６ ７单 片 机 作 为 控 制 芯
１ 箱 体 ２ 显示 器 ３ 电源 控 制 器 ４ 隔 板 ５ 制 冷 传 热 板 ６ 制冷 片 ． ． ． ． ． ． ７ 散 热 片 ８ 风 扇 ９ １ ， １ 隔热 材 料 １ ． 门 １ ． 制 按 钮 ． ． ，０ １． ２压 ３控
２１ Ｏ Ｏ年 第 ３期 （ 第７ 总 ２期 ）
牡 丹 江 师 范学 院 学报 （自然科 学版 ）
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＭ ｕ ｎ ｉｎ ｒ ｌ ｎｖ ｒ ｉ ｏ ｒ ａ ｄａ ｉａ ｇ Ｎｏ ｍａ ｉｅｓｔ ｏ Ｕ ｙ
Ｎ Ｏ ３， Ｏ ０ ． ２ １ Ｔｏ ａ ｔ ｌＮ Ｏ ７ ２
较广 泛 的应 用Ⅲ ．本 研 究 开 发 了 一 种 便 携 的 、 １ ］ 降 温速 度快 、 温度 可 调 的制冷 设 备． 冷 敷 是 一 种 治 疗 手 段 ¨ ］通 过 使 毛 细 血 管 收 ２ ， ｆ ３ 缩， 减轻 局 部 充 血 ， 神 经末 梢 的敏 感 性 降低 ， 使 达 到减 轻 疼 痛 、 温退 热 、 少局 部 血 流 、 降 减 防止 炎 症 和化 脓扩 散 的 目的． 用 冰箱 降温 冷敷 用 品 （ 眼 使 如 罩、 冰袋 、 冷敷 袋 ） 在 的 问题 是 ： 用 不 方便 ， 存 使 不 卫生 ， 温度 控 制 不方 便 ， 温需 要 的时 间 长 ， 同 降 且 个 冰箱 很难 满 足 不 同物 理 疗 法 的 温 度需 求 ． 因
冷敷半导体制冷箱温控系统设计
陈 玉 强 ， 凤 举 ， 鸿雁 ， 刘 彭 李敏 君
（ 丹江师范学院 新型碳基功能与超硬材料省重点实验室 ， 龙江 牡 黑 牡 丹 江 １ ７ １ ） ５ ０ ２

基于半导体制冷片的高精度控温电路系统设计李丹;蔡静【摘要】基于半导体制冷片(Thermo Electric Cooler,TEC)设计了一种高精度控温电路系统.本文详细介绍了TEC的选型方法,设计并实现了以单片机为核心的硬件电路,采用PID软件控制算法优化温控参数.在实验中,选择较大热负载紫铜块作为控温对象进行实验验证,实验结果表明:在室温23℃的情况下,紫铜块的控温范围为-10~40℃,控温精度高达0.01℃.%This paper designed a high-precision temperature-control circuit system based on TEC.Introduction was made to the selection method of TEC,realizing a hardware circuit based on single-chip and using PID software control algorithm to optimize parameters.In experiment,choosing the higher thermal load copper block as the temperature control object to do the test verification.The result shows when the ambient temperature is 23℃,the temperature control range of the copper block is-10~40℃.The temperature control precision can be up to 0.01℃.【期刊名称】《计测技术》【年(卷),期】2017(037)002【总页数】4页(P19-21,39)【关键词】半导体制冷片;选型介绍;控温系统;电路设计【作者】李丹;蔡静【作者单位】中航工业北京长城计量测试技术研究所,北京 100095;中航工业北京长城计量测试技术研究所,北京 100095【正文语种】中文【中图分类】TB94;TM13半导体制冷片(Thermo Electric Cooler,TEC)遵从帕尔贴效应，通过控制流过TEC 电流的方向及大小实现其加热制冷转换以及加热制冷量的调节。

摘 要 : 课 题 主 要 完 成 并 实 现 了 半 导 体 制 冷 及 温 度 控 制 的 硬 件 电 路 设 计 。本 课 题 研 究 的 主 要 内 容 包 括 ：设 计 了 整 个 制 冷 系统构架，逐步深入设计了半导体制冷系统模块、DS18B2 0 温度检测模块、单片机控制模块、LC D 显示电路、制冷器驱动 电路、蓝牙模块及按键控制电路。 关 键词：半导体；制冷系统；硬件 doi：10. 3969/j .issn.1006 -8554. 2217. 09. 118
低温工程，2004(1) : 2 -38. [ 2 ] 唐 亚林，徐 志 亮 ，TangYalin，等.半导体制冷空调器设计
的关键技术分析[J] . 制冷与空调，2015, 15(7)： -4.
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6 制冷片的驱动电路
根据单片机控制相应端口的电位变化来作用于驱动电路， 从而控制后级半导体制冷电路的启动与关断。具 体 方 法 ：由于 前级单片机核心控制电路的输出电压为5 V ，而 TEC1 -12706 半导体制冷片的额定工作电压为1 V ，正 常 工 作 电 流 为 4 A ， 同样，散热扇的工作电压也是1 2 V ，工 作 电 流 1 A ，所以为了能 够满足后级半导体制冷器和散热扇正常工作，需要加相应的驱 动 电路，即 用 5 V 控 制 1 2 V 电路开启与关断。 7 按键电路
图 1 硬件系统总体结构图 系 统 设 计 指 标 。最 大 温 差 ：A r max45°C 以 上 ；工 作 电 压 ： 220 V ;致冷功率:(?emax 15 W ;工作温度范围：-25°C 〜50oC 。 2 半导体制冷器选择 本课题最终是对芯片进行制冷，所选制冷器的尺寸会小一 点 ，由于芯片的发热功率一般不是很大，根据该设计的要求，制 冷系统中使用的制冷片型号为TEC1 -12706。其 参 数 :①最大 温 差 电 流 5. 8 。② 最 大 温 差 电 压 15 V 。③ 最 大 温 差 59°C 。④ 最大制冷功率72 W 。⑤度使 用 范 围 -55°C 〜83°C。 3 温度传感器的选择 普 遍 使 用 的 数 字 温 度 传 感 器 DS18B2 0 , 使 用 时 不 需 要 增 加 额 外 的 A D 转换电路，对其编程就可得到采集到的温度的数字 信 号 ，且抗干扰能力强、精度高而且硬件电路也简单。所以该 设 计 使 用 的 DS18B2 0 是 DALAS公 司 生 产 的 ，它 具 有 6 4 位的 ROM、配置寄存器及非易挥发的温度报警触发器T H 和 TL。 4 单片机的选择 STC89C5 2 单 片 机 是 一 款 性 能 非 常 高 的 8 位字节微控制 器 ，其功率消耗比较小，里边包含能够反复使用一千次的8 字节 闪存存储器，并且能 够 兼 容 5 1 单片机的许多指令和引脚功能， 该微控制器的内部芯片结构采用的是8 字 节 CPU和在线编程 一 体化，功能齐全，可以作为许多控制系统的核心处理模块。 5 LC D 显示系统 LCD显 示 系 统 采 用 液 晶 显 示 QC1602(字 符 液 晶 16 x 2 ) ， 1602字 符 型 LCD通 常 有 1 4 条 引 脚 线 或 1 6 条引脚线。

太阳能半导体制冷控制器的设计【摘要】本设计是一种基于单片机控制的太阳能半导体制冷控制器，它由太阳能电池直接供给所需的直流电，利用半导体的热电效应，达到制冷制热的效果。

其不需要任何制冷剂，可连续工作，没有污染源。

本设计具有低速、中速、高速和自动制冷的功能，具有定时、设置制冷上下限温度和系统检测的功能。

本文从设计的基本功能、硬件线路、元器件原理及程序设计四个方面来说明太阳能半导体制冷控制器的功能与设计过程。

【关键词】太阳能；半导体制冷；单片机；控制器1.设计背景温室效应的加剧，生活水平的提高，人类对空调的需求急剧上升。

以中国为例，普通空调发展很快，大部分使用的空调技术是一种以电能为动力，把室内热量加以吸收排除到室外的循环系统，但这种空调系统具有耗电大、热岛效应严重的问题，在世界能源日益紧张的今天，采用更为节能的空调系统是人类的共同需要。

本太阳能半导体制冷控制器正是基于这种节能的思想而设计，由于该装置是半导体制冷控制，半导体制冷是利用热电制冷效应的一种制冷方式，借助各种传热器件，使热电堆的热端不断散热，并保持一定的温度，把热电堆的冷端放到工作环境中去吸热，产生低温，达到制冷的效果。

它具有低速、中速、高速和自动制冷的功能，能实现实时显示制冷温度，同时该系统还具有自检测功能，能实时检测并显示关键元件或部位的相关参数，例如温度、电压、电流、频率等，制冷效果显著又安全。

2.总体方案设计2.1总体方案2.2方案选择2.2.1太阳能电池的选择太阳能光电转换器[3]可以选择晶体硅太阳能电池或纳米晶体太阳能电池，按照制冷装置容量选择太阳能电池的型号。

晴天时，太阳能光电转换器把照射在它表面上的太阳辐射能转换成电能，供整个系统使用。

2.2.2储能设备的选择储能设备一般使用蓄电池，它把光电转换器输出的一部分或全部能量储存起来，以备太阳能光电转换器没有输出的时候使用，从而使太阳能半导体制冷系统达到全天候的运行。

2.2.3温度传感器的选择DS18B20相比其他温度传感器如AD590具有很多优点：如采用单总线专用技术，测温范围为-55℃～+125℃，测量分辨率为0.0625℃，片内自带AD转换，硬件接线简单等。