單片機控制的冷暖坐墊

摘要 介紹了一種利用ATmega8單片機控制帕爾貼半導體組件制冷、制熱的坐墊。坐墊內置水管與外部水箱連通。根據帕爾貼原理，對水箱內的水制冷或加熱，并通過微型泵進行水循環，使坐墊的溫度與水箱溫度保持一致。
關鍵詞 坐墊；水箱；帕爾貼
高溫及寒冷天氣久坐都會使人體產生不適，對健康造成影響。如果坐椅具有自動制冷、制熱功能，則可解決上述問題。為此設計了一種利用帕爾貼半導體工作原理制作的冷暖坐墊。

1 硬件設計
坐墊采用12 V安全電源，在汽車上則可直接從點煙器取電。坐墊包含了電路及水路兩部分，圖1為控制系統框圖。

1．1 水路
水路由水箱、水管、微型水泵等構成。坐墊內部裝有迂回水管，以加大與人體的接觸面積。用微型水泵把水箱中的水抽到坐墊內，在坐墊處與人體熱交換后再回流到水箱。
1．2 電路
控制單元采用Atmel公司ATmega8單片機，其具有A／D轉換功能，有斷電后保存數據的EEPROM支持在線編程。帕爾貼半導體作為關鍵的功率器件選用TEC-12706。TEC-12706額定工作電壓12 V，最大電流可達6 A，需要加裝散熱器及散熱風扇，以使帕爾貼半導體兩端保持一定的溫差。帕爾貼半導體通過繼電器切換其工作電源。電路分為控制手柄及主機兩部分，控制手柄電路圖如圖2所示。R313是10 kΩ的熱敏電阻，貼在水箱上用于采集水箱溫度；Q304跟Q305組成達林頓管以加大驅動能力。

1．3 工作原理
控制面板有制冷／熱按鍵，通過按鍵選擇工作模式。開機后單片機根據工作模式啟動相應的繼電器，開啟帕爾貼半導體電源，并由LED指示工作模式，同時開啟水泵。制冷模式下水箱中的冷水被微型水泵輸送到坐墊內，在坐墊與人體接觸處水被加熱，加熱后的水回到水箱繼續冷卻。控制面板設有溫度設定鍵，溫度傳感器裝在水箱上，對水溫進行檢測，并由兩位數碼管顯示溫度。當水溫達到設定溫度時單片機發出命令，通過繼電器關閉帕爾貼半導體電源。工作模式切換通過控制繼電器改變帕爾貼半導體的電源極性完成。

2 軟件設計
軟件采用ICCAVR開發，ICCAVR符合ANSI標準C語言規范，使用方便、技術支持好。
程序由A／D轉換、定時、顯示、按鍵、EEPROM讀寫程序等組成。加電后主程序首先對單片機I／O口、ADC以及定時器進行初始化，然后讀EEPROM內容，判斷上次關機前的工作模式并點亮對應的發光二極管指示。之后重復掃描按鍵，根據按鍵功能選擇做進一步控制。
2．1 A／D轉換子程序
ATmega8有一個10位的逐次逼近型ADC，存放于ADC數據寄存器ADCH及ADCL中。本設計對精度要求不高，只需8位的轉換精度，設置ADMUX寄存器的ADLAR為左對齊，只要讀取ADCH即可。
10 kΩ熱敏電阻與10 kΩ電阻串聯到5 V電源，當溫度變化時熱敏電阻阻值變化，其壓降隨之變化。熱敏電阻的電壓經過ATmega8內部A／D轉換處理，得到坐墊水箱的溫度。
2．2 EEPROM讀寫程序
ATmega8單片機內含512Byte的EEPROM，其讀／寫數據簡單方便。此處EEPROM主要用于記憶坐墊的工作模式，關機按鍵按下后調用eprom _write(0x00，0x01，＆Mod_key)寫冷／熱狀態進EEPROM；開機時則調用eprom_read(0x00，0x01，＆Mod_key)從EEPROM讀出冷／熱狀態。
2．3 按鍵子程序
系統設有4 個按健，分別為開／關鍵、冷／熱模式選擇鍵、溫度設定加及溫度設定減鍵。系統加電后默認為關機狀態，需手動開機。冷、熱模式切換需延時5min后才工作，以保護帕爾貼半導體器件。

3 結束語
坐墊經實際應用，效果良好，非極端氣候條件下甚至不用開空調，一定程度上節約了能源。目前存在的主要問題是，在高溫天氣下，狹小的空間如汽車內，由于帕爾貼半導體器件工作產生的熱量無法排出，導致周圍環境溫度升高。若進一步優化散熱結構，把工作產生的熱量排出則使用效果將更好。