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单片机控制的冷暖坐垫

2011年12月27日 ?? 收藏0
高温及寒冷天气久坐都会使人体产生不适,对健康造成影响。如果坐椅具有自动制冷、制热功能,则可解决上述问题。为此设计了一种利用帕尔贴半导体工作原理制作的冷暖坐垫。

1 硬件设计

坐垫采用12 V安全电源,在汽车上则可直接从点烟器取电。坐垫包含了电路及水路两部分,图1为控制系统框图。

1.1 水路

水路由水箱、水管、微型水泵等构成。坐垫内部装有迂回水管,以加大与人体的接触面积。用微型水泵把水箱中的水抽到坐垫内,在坐垫处与人体热交换后再回流到水箱。

控制系统框图

1.2 电路

控制单元采用Atmel公司ATmega8单片机,其具有A/D转换功能,有断电后保存数据的EEPROM支持在线编程。帕尔贴半导体作为关键的功率器件选用TEC-12706。TEC-12706额定工作电压12 V,最大电流可达6 A,需要加装散热器及散热风扇,以使帕尔贴半导体两端保持一定的温差。帕尔贴半导体通过继电器切换其工作电源。电路分为控制手柄及主机两部分,控制手柄电路图如图2所示。R313是10 kΩ的热敏电阻,贴在水箱上用于采集水箱温度;Q304跟Q305组成达林顿管以加大驱动能力。

控制手柄电路图

1.3 工作原理

控制面板有制冷/热按键,通过按键选择工作模式。开机后单片机根据工作模式启动相应的继电器,开启帕尔贴半导体电源,并由LED指示工作模式,同时开启水泵。制冷模式下水箱中的冷水被微型水泵输送到坐垫内,在坐垫与人体接触处水被加热,加热后的水回到水箱继续冷却。控制面板设有温度设定键,温度传感器装在水箱上,对水温进行检测,并由两位数码管显示温度。当水温达到设定温度时单片机发出命令,通过继电器关闭帕尔贴半导体电源。工作模式切换通过控制继电器改变帕尔贴半导体的电源极性完成。

2 软件设计

软件采用ICCAVR开发,ICCAVR符合ANSI标准C语言规范,使用方便、技术支持好。

程序由A/D转换、定时、显示、按键、EEPROM读写程序等组成。加电后主程序首先对单片机I/O口、ADC以及定时器进行初始化,然后读EEPROM内容,判断上次关机前的工作模式并点亮对应的发光二极管指示。之后重复扫描按键,根据按键功能选择做进一步控制。

2.1 A/D转换子程序

ATmega8有一个10位的逐次逼近型ADC,存放于ADC数据寄存器ADCH及ADCL中。本设计对精度要求不高,只需8位的转换精度,设置ADMUX寄存器的ADLAR为左对齐,只要读取ADCH即可。

10 kΩ热敏电阻与10 kΩ电阻串联到5 V电源,当温度变化时热敏电阻阻值变化,其压降随之变化。热敏电阻的电压经过ATmega8内部A/D转换处理,得到坐垫水箱的温度。

2.2 EEPROM读写程序

ATmega8单片机内含512Byte的EEPROM,其读/写数据简单方便。此处EEPROM主要用于记忆坐垫的工作模式,关机按键按下后调用eprom _write(0x00,0x01,&Mod_key)写冷/热状态进EEPROM;开机时则调用eprom_read(0x00,0x01,&Mod_key)从EEPROM读出冷/热状态。

2.3 按键子程序

系统设有4 个按健,分别为开/关键、冷/热模式选择键、温度设定加及温度设定减键。系统加电后默认为关机状态,需手动开机。冷、热模式切换需延时5min后才工作,以保护帕尔贴半导体器件。

3 结束语

坐垫经实际应用,效果良好,非极端气候条件下甚至不用开空调,一定程度上节约了能源。目前存在的主要问题是,在高温天气下,狭小的空间如汽车内,由于帕尔贴半导体器件工作产生的热量无法排出,导致周围环境温度升高。若进一步优化散热结构,把工作产生的热量排出则使用效果将更好。


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帕尔贴? 点烟器? 在线编程? 达林顿管?

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