單片機(jī)控制的冷暖坐墊

摘要 介紹了一種利用ATmega8單片機(jī)控制帕爾貼半導(dǎo)體組件制冷、制熱的坐墊。坐墊內(nèi)置水管與外部水箱連通。根據(jù)帕爾貼原理，對(duì)水箱內(nèi)的水制冷或加熱，并通過(guò)微型泵進(jìn)行水循環(huán)，使坐墊的溫度與水箱溫度保持一致。
關(guān)鍵詞 坐墊；水箱；帕爾貼
高溫及寒冷天氣久坐都會(huì)使人體產(chǎn)生不適，對(duì)健康造成影響。如果坐椅具有自動(dòng)制冷、制熱功能，則可解決上述問(wèn)題。為此設(shè)計(jì)了一種利用帕爾貼半導(dǎo)體工作原理制作的冷暖坐墊。

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

1．1 水路
水路由水箱、水管、微型水泵等構(gòu)成。坐墊內(nèi)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(nèi)，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(jī)，其具有A／D轉(zhuǎn)換功能，有斷電后保存數(shù)據(jù)的EEPROM支持在線編程。帕爾貼半導(dǎo)體作為關(guān)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(dá)6 A，需要加裝散熱器及散熱風(fēng)扇，以使帕爾貼半導(dǎo)體兩端保持一定的溫差。帕爾貼半導(dǎo)體通過(guò)繼電器切換其工作電源。電路分為控制手柄及主機(jī)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(dá)林頓管以加大驅(qū)動(dòng)能力。

1．3 工作原理
控制面板有制冷／熱按鍵，通過(guò)按鍵選擇工作模式。開機(jī)后單片機(jī)根據(jù)工作模式啟動(dòng)相應(yīng)的繼電器，開啟帕爾貼半導(dǎo)體電源，并由LED指示工作模式，同時(shí)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(nèi)，在坐墊與人體接觸處水被加熱，加熱后的水回到水箱繼續(xù)冷卻?？刂泼姘逶O(shè)有溫度設(shè)定鍵，溫度傳感器裝在水箱上，對(duì)水溫進(jìn)行檢測(cè)，并由兩位數(shù)碼管顯示溫度。當(dāng)水溫達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)單片機(jī)發(fā)出命令，通過(guò)繼電器關(guān)閉帕爾貼半導(dǎo)體電源。工作模式切換通過(guò)控制繼電器改變帕爾貼半導(dǎo)體的電源極性完成。

2 軟件設(shè)計(jì)
軟件采用ICCAVR開發(fā)，ICCAVR符合ANSI標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言規(guī)范，使用方便、技術(shù)支持好。
程序由A／D轉(zhuǎn)換、定時(shí)、顯示、按鍵、EEPROM讀寫程序等組成。加電后主程序首先對(duì)單片機(jī)I／O口、ADC以及定時(shí)器進(jìn)行初始化，然后讀EEPROM內(nèi)容，判斷上次關(guān)機(jī)前的工作模式并點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管指示。之后重復(fù)掃描按鍵，根據(jù)按鍵功能選擇做進(jìn)一步控制。
2．1 A／D轉(zhuǎn)換子程序
ATmega8有一個(gè)10位的逐次逼近型ADC，存放于ADC數(shù)據(jù)寄存器ADCH及ADCL中。本設(shè)計(jì)對(duì)精度要求不高，只需8位的轉(zhuǎn)換精度，設(shè)置ADMUX寄存器的ADLAR為左對(duì)齊，只要讀取ADCH即可。
10 kΩ熱敏電阻與10 kΩ電阻串聯(lián)到5 V電源，當(dāng)溫度變化時(shí)熱敏電阻阻值變化，其壓降隨之變化。熱敏電阻的電壓經(jīng)過(guò)ATmega8內(nèi)部A／D轉(zhuǎn)換處理，得到坐墊水箱的溫度。
2．2 EEPROM讀寫程序
ATmega8單片機(jī)內(nèi)含512Byte的EEPROM，其讀／寫數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單方便。此處EEPROM主要用于記憶坐墊的工作模式，關(guān)機(jī)按鍵按下后調(diào)用eprom _write(0x00，0x01，＆Mod_key)寫冷／熱狀態(tài)進(jìn)EEPROM；開機(jī)時(shí)則調(diào)用eprom_read(0x00，0x01，＆Mod_key)從EEPROM讀出冷／熱狀態(tài)。
2．3 按鍵子程序
系統(tǒng)設(shè)有4 個(gè)按健，分別為開／關(guān)鍵、冷／熱模式選擇鍵、溫度設(shè)定加及溫度設(shè)定減鍵。系統(tǒng)加電后默認(rèn)為關(guān)機(jī)狀態(tài)，需手動(dòng)開機(jī)。冷、熱模式切換需延時(shí)5min后才工作，以保護(hù)帕爾貼半導(dǎo)體器件。

3 結(jié)束語(yǔ)
坐墊經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，效果良好，非極端氣候條件下甚至不用開空調(diào)，一定程度上節(jié)約了能源。目前存在的主要問(wèn)題是，在高溫天氣下，狹小的空間如汽車內(nèi)，由于帕爾貼半導(dǎo)體器件工作產(chǎn)生的熱量無(wú)法排出，導(dǎo)致周圍環(huán)境溫度升高。若進(jìn)一步優(yōu)化散熱結(jié)構(gòu)，把工作產(chǎn)生的熱量排出則使用效果將更好。