太陽能半導(dǎo)體空調(diào)控制裝置的設(shè)計

O 引言
太陽能半導(dǎo)體制冷空調(diào)是根據(jù)太陽能的光伏效應(yīng)，即通過“光-電-冷”途徑，并利用太陽能電池產(chǎn)生的電能為驅(qū)動半導(dǎo)體制冷裝置，以實現(xiàn)熱能傳遞的一種特殊制冷方式。太陽能光電轉(zhuǎn)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(qiáng)度與冷量需求有很好的時間匹配性。此外，太陽能清潔環(huán)保，資源豐富，取之不盡、用之不竭，而且太陽能與半導(dǎo)體環(huán)境友好共通，因此，太陽能半導(dǎo)體制冷空調(diào)可以創(chuàng)造出高品質(zhì)的綠色生活空間。本設(shè)計就是利用海南得天獨厚的自然條件，以低成本為基準(zhǔn)，給出了太陽能半導(dǎo)體制冷空調(diào)試驗裝置的設(shè)計方法。該方法在海南以及熱帶地區(qū)有著廣闊的應(yīng)用前景，本課題的任務(wù)之一就是對太陽能半導(dǎo)體空調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。

1 太陽能半導(dǎo)體空調(diào)的系統(tǒng)構(gòu)成
太陽能半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)可由太陽能光電轉(zhuǎn)換裝置、能量匹配數(shù)控器、儲能裝置、半導(dǎo)體制冷裝置、系統(tǒng)控制裝置等五部分組成。
日照時，太陽能光電轉(zhuǎn)換器可以把照射在它上面的太陽光能轉(zhuǎn)換為電能，為空調(diào)系統(tǒng)提供必須的能量來源。本文的太陽能光電轉(zhuǎn)換器輸出的電能與空調(diào)系統(tǒng)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(zhuǎn)換器輸出的一部分電能予以儲存?zhèn)溆?，從而保證太陽能半導(dǎo)體空調(diào)系統(tǒng)能夠全天候地運行。數(shù)控匹配器可使太陽能電池陣列的輸出阻抗與等效負(fù)載阻抗相匹配，以使整個系統(tǒng)的能量傳輸轉(zhuǎn)換始終處于最佳狀態(tài)，同時對儲能裝置的過充、過放進(jìn)行控制。
半導(dǎo)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(nèi)吸熱，以達(dá)到降低溫度制冷的目的；熱端則置于室外通風(fēng)散熱。而在冬季，環(huán)境溫度較低需要制熱時，則可通過改變電源的正、負(fù)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(nèi)放熱，而原來的熱端則變成了冷端向周圍環(huán)境吸熱，從而達(dá)到制熱空調(diào)的目的。圖1所示是本設(shè)計的制冷模塊實驗裝置圖。

本系統(tǒng)的控制裝置主要有2個功能，一是調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度以及測量和控制制冷片冷端和熱端導(dǎo)熱陶瓷片表面的溫度。二是調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度，即控制一加濕裝置。該系統(tǒng)不但可實現(xiàn)自動化和智能化，同時也可為室內(nèi)提供最為舒適的環(huán)境。其整體系統(tǒng)試驗裝置如圖2所示。

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

3 硬件設(shè)計
本系統(tǒng)選用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51單片機(jī)、2個DALLAS公司生產(chǎn)的DSl8B20集成溫度傳感器、電容式濕度傳感器HSll01來進(jìn)行硬件設(shè)計。系統(tǒng)分為濕度采集、溫度采集、鍵盤顯示、報警顯示和執(zhí)行輸出五部分。各部分電路以AT89C51單片機(jī)為核心，并分別由單片機(jī)輸入／出端口將溫、濕度或鍵盤掃描信號采集到單片機(jī)，在經(jīng)過單片機(jī)的運算處理后，由輸入輸出端口輸出到報警顯示和執(zhí)行端口進(jìn)行溫、濕度的自動控制和監(jiān)測。其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。