太陽能半導體空調控制裝置的設計

O 引言
太陽能半導體制冷空調是根據太陽能的光伏效應，即通過“光-電-冷”途徑，并利用太陽能電池產生的電能為驅動半導體制冷裝置，以實現熱能傳遞的一種特殊制冷方式。太陽能光電轉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，太陽能清潔環保，資源豐富，取之不盡、用之不竭，而且太陽能與半導體環境友好共通，因此，太陽能半導體制冷空調可以創造出高品質的綠色生活空間。本設計就是利用海南得天獨厚的自然條件，以低成本為基準，給出了太陽能半導體制冷空調試驗裝置的設計方法。該方法在海南以及熱帶地區有著廣闊的應用前景，本課題的任務之一就是對太陽能半導體空調控制系統進行設計。

1 太陽能半導體空調的系統構成
太陽能半導體制冷系統可由太陽能光電轉換裝置、能量匹配數控器、儲能裝置、半導體制冷裝置、系統控制裝置等五部分組成。
日照時，太陽能光電轉換器可以把照射在它上面的太陽光能轉換為電能，為空調系統提供必須的能量來源。本文的太陽能光電轉換器輸出的電能與空調系統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換器輸出的一部分電能予以儲存備用，從而保證太陽能半導體空調系統能夠全天候地運行。數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，以使整個系統的能量傳輸轉換始終處于最佳狀態，同時對儲能裝置的過充、過放進行控制。
半導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，冷端置于室內吸熱，以達到降低溫度制冷的目的；熱端則置于室外通風散熱。而在冬季，環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放熱，而原來的熱端則變成了冷端向周圍環境吸熱，從而達到制熱空調的目的。圖1所示是本設計的制冷模塊實驗裝置圖。

本系統的控制裝置主要有2個功能，一是調節室內溫度以及測量和控制制冷片冷端和熱端導熱陶瓷片表面的溫度。二是調節室內濕度，即控制一加濕裝置。該系統不但可實現自動化和智能化，同時也可為室內提供最為舒適的環境。其整體系統試驗裝置如圖2所示。

2 空調控制系統的設計
在半導體制冷制熱裝置中，制冷片冷端和熱端的導熱陶瓷片表面涂抹思想導熱硅脂可以減少接觸熱阻，但是，導熱硅脂超過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扇散熱。另外，室溫的調節被設定在一定的范圍內(-10℃～40℃)，使用者可根據自身的要求調節溫度，精度可達±0．5℃。此外，系統還能檢測室內濕度，并可根據實際濕度與設定值的比較結果來進行濕度的自動調節。而人機對話接口則主要用于溫、濕度上下限值的設定以及溫、濕度值的實時顯示。

3 硬件設計
本系統選用ATMEL公司生產的AT89C51單片機、2個DALLAS公司生產的DSl8B20集成溫度傳感器、電容式濕度傳感器HSll01來進行硬件設計。系統分為濕度采集、溫度采集、鍵盤顯示、報警顯示和執行輸出五部分。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行端口進行溫、濕度的自動控制和監測。其控制系統結構框圖如圖3所示。