便携式半导体制冷盒的设计【字数：8738】
摘 要设计一种应用半导体热电制冷技术的新型制冷装置,实现制冷盒的制冷，加热，恒温等功能。本文首先介绍了半导体在国内的发展状况，以及半导体制冷技术的现实意义与课题背景。其次本文对制冷盒的系统进行总体方案设计。主要是两个模块——制冷系统和温度控制的软硬件进行了分析和设计。制冷系统设计主要是半导体制冷片和散热器。温控系统设计使用单片机 STC89C51，温度测控器 DS18B20，1602液晶显示屏，继电器，PNP三极管。最后对制作的便携式制冷箱的进行功能调试。
目录
1 绪论 1
1.1引言 1
1.2课题背景与现实意义 1
1.2 本文研究内容 2
2.半导体制冷技术 3
3.设计方案论证 4
3.1设计要求 4
3.2半导体制冷单元设计 4
3.2.1箱体的设计 4
3.2.2半导体的选型 5
3.3控制系统基本方案的选择 6
3.3.1 单片机芯片的选择方案 6
3.4.2 温度控制模块设计 7
3.4.3显示模块方案论证 8
3.4电路设计最终方案决定 8
4.主控制器系统设计 9
4.1 STC89C51的介绍 9
4.2单片机最小系统 9
4.3温度采集模块 10
4.4蜂鸣器驱动电路 11
4.5按键 11
4.6液晶显示模块 12
4.7继电器介绍 14
4.8软件设计 15
5.组件制作和测试 16
5.1半导体制冷系统的组件 16
5.2半导体制冷系统实物制作流程 16
5.3功能调试 18
结语 20
附录 21
原理图 21
参考文献 22
致谢 24
1 绪论
1.1引言
随着90年代半导体技术开始实用化，中国的半导体技术也在飞速成长，越来越多的半导体产品走入人们的视野，比如在军事上雷达、在医疗中恒温箱、在电子仪器仪表里的降温器件等等 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
的领域。半导体制冷技术的发展广泛，其中最为让人熟悉的就是半导体制冷箱。随着其不断地研究发展，在医疗领域中，便携式半导体盒不仅帮助了一些药物需要在低温下储存的患者，让他们可以自由出行，还运用到医疗手术里，提高了手术的成功率。
1.2课题背景与现实意义
在科技的快速发展下的时代，许多智能技术解决很多社会问题，人们的生活也越来越便利。在经济快速发展的情况下，美国，日本和欧洲等国家对半导体材料和技术已经有了长足的进步和开发，热电制冷技术已经达到实用化的程度。在前人栽树的情况下，我国学习了欧美大量的研究理论，并且不断探索实践下，我国半导体制冷技术发展迅速，半导体制冷器件的技术壁垒逐渐打破，半导体制冷技术高速开发。但仍然存在问题，比如提高半导体制冷片的效率，如何降低成本使之更实用化，但它本身的产品市场价值巨大，有很大的发展空间。随着经济的激增，全球能源的急剧减少，环境危机日益严重，想要减少能源损耗，达到可持续循环的发展，探索新型的新能源技术就成为了未来的必然的方向。
半导体制冷是一种可以制热制冷的的技术，因为半导体制冷片（TEC）体积小、制冷迅速、操作方便、清洁环保，易于调节等优点，受到市场的推广，且与传统制冷装置相比，半导体没有氟利昂等制冷剂，也没有压缩机等运动部件。近年来，车载冰箱，便携式恒温箱，小型空调等民用半导体制冷器逐渐出现在市场，但不经济。现在，消费者对智能恒温半导体箱还不太了解。但是车载小冰箱与传统血液保存箱相比较，功能相似，但更便捷环保，体积小和结构也更简单，尤其对于需要随时使用的药物(比如胰岛素等)和储存条件严苛血液，需在一定的低温下以保证药物的性能稳定，避免失效，便携性半导体制冷箱是他们的必要选择。
所以，便携式半导体制冷盒，不仅拥有可实现的技术，达到可持续循环的发展，在生活中，夏天可以当做小冰箱，冬天就可做出保温盒；在医疗中，他可以让糖尿病患者走出家门，重获自由；这一切都说明便携式制冷盒的巨大价值。
1.2 本文研究内容
本文设计一个基于半导体制冷的智能制冷盒，主要需要半导体制冷单元模块，STC89C51单片机，DS18B20温度传感器，LCD1602液晶显示器。温度控制模块主要基于单片机作为控制核心，对半导体制冷箱内的温度进行实时测量采集，以达到控制温度达到使用者需要的温度的作用，在这里我们采用了DS18B20温度传感器测温的方法；在箱体外部有显示模块液晶1602，可以显示箱内温度；按键模块可以设置温度上下限。当箱体内实时温度大于报警值时，对应的LED灯亮，蜂鸣器闪响。继电器吸合，继电器可以驱动半导体制冷片开始制冷；电源模块使用AC/DC开关电源，使220v交流电转化为12v的稳定电压。
本次论文的核心主要是熟悉STC89C51单片机的运用，把整个硬件设计的各个板块进行讲解，了解软件程序的设计理论。首先我们是查阅各种相关的资料以此为依据进行方案设计，然后再开始硬件电路的设计。最后尽量做出实物，进行半导体制冷温度测试。
2.半导体制冷技术
1821年塞贝克发现温差电现象，这是与温度梯度有关的现象。但由于金属的温度差电动势很小，无法获得较高的效率。随着，半导体材料的出现，人们发现半导体材料能得到比金属大得多的温差电动势，在热能与电能的转化上效率更高。80年代末，我国的半导体材料制冷技术的研究逐渐成熟，市场上逐渐出现三类以半导体制冷技术为核心的制冷器材：第一类专门冷却局部对象，第二类恒温控制，第三类小型冰箱。因为半导体制冷器不需要任何制冷剂，是环保友好型的制冷技术。其组装过程中不需要传动组件。半导体制冷片工作时方便，结构简单，无噪音，寿命长，且同时拥有制冷和制热两种功能，因此一个半导体片通过DS18b20温度传感器和单片机的测量和控制就可以调节电流，实现精度高的温度控制。
目录
1 绪论 1
1.1引言 1
1.2课题背景与现实意义 1
1.2 本文研究内容 2
2.半导体制冷技术 3
3.设计方案论证 4
3.1设计要求 4
3.2半导体制冷单元设计 4
3.2.1箱体的设计 4
3.2.2半导体的选型 5
3.3控制系统基本方案的选择 6
3.3.1 单片机芯片的选择方案 6
3.4.2 温度控制模块设计 7
3.4.3显示模块方案论证 8
3.4电路设计最终方案决定 8
4.主控制器系统设计 9
4.1 STC89C51的介绍 9
4.2单片机最小系统 9
4.3温度采集模块 10
4.4蜂鸣器驱动电路 11
4.5按键 11
4.6液晶显示模块 12
4.7继电器介绍 14
4.8软件设计 15
5.组件制作和测试 16
5.1半导体制冷系统的组件 16
5.2半导体制冷系统实物制作流程 16
5.3功能调试 18
结语 20
附录 21
原理图 21
参考文献 22
致谢 24
1 绪论
1.1引言
随着90年代半导体技术开始实用化，中国的半导体技术也在飞速成长，越来越多的半导体产品走入人们的视野，比如在军事上雷达、在医疗中恒温箱、在电子仪器仪表里的降温器件等等 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
的领域。半导体制冷技术的发展广泛，其中最为让人熟悉的就是半导体制冷箱。随着其不断地研究发展，在医疗领域中，便携式半导体盒不仅帮助了一些药物需要在低温下储存的患者，让他们可以自由出行，还运用到医疗手术里，提高了手术的成功率。
1.2课题背景与现实意义
在科技的快速发展下的时代，许多智能技术解决很多社会问题，人们的生活也越来越便利。在经济快速发展的情况下，美国，日本和欧洲等国家对半导体材料和技术已经有了长足的进步和开发，热电制冷技术已经达到实用化的程度。在前人栽树的情况下，我国学习了欧美大量的研究理论，并且不断探索实践下，我国半导体制冷技术发展迅速，半导体制冷器件的技术壁垒逐渐打破，半导体制冷技术高速开发。但仍然存在问题，比如提高半导体制冷片的效率，如何降低成本使之更实用化，但它本身的产品市场价值巨大，有很大的发展空间。随着经济的激增，全球能源的急剧减少，环境危机日益严重，想要减少能源损耗，达到可持续循环的发展，探索新型的新能源技术就成为了未来的必然的方向。
半导体制冷是一种可以制热制冷的的技术，因为半导体制冷片（TEC）体积小、制冷迅速、操作方便、清洁环保，易于调节等优点，受到市场的推广，且与传统制冷装置相比，半导体没有氟利昂等制冷剂，也没有压缩机等运动部件。近年来，车载冰箱，便携式恒温箱，小型空调等民用半导体制冷器逐渐出现在市场，但不经济。现在，消费者对智能恒温半导体箱还不太了解。但是车载小冰箱与传统血液保存箱相比较，功能相似，但更便捷环保，体积小和结构也更简单，尤其对于需要随时使用的药物(比如胰岛素等)和储存条件严苛血液，需在一定的低温下以保证药物的性能稳定，避免失效，便携性半导体制冷箱是他们的必要选择。
所以，便携式半导体制冷盒，不仅拥有可实现的技术，达到可持续循环的发展，在生活中，夏天可以当做小冰箱，冬天就可做出保温盒；在医疗中，他可以让糖尿病患者走出家门，重获自由；这一切都说明便携式制冷盒的巨大价值。
1.2 本文研究内容
本文设计一个基于半导体制冷的智能制冷盒，主要需要半导体制冷单元模块，STC89C51单片机，DS18B20温度传感器，LCD1602液晶显示器。温度控制模块主要基于单片机作为控制核心，对半导体制冷箱内的温度进行实时测量采集，以达到控制温度达到使用者需要的温度的作用，在这里我们采用了DS18B20温度传感器测温的方法；在箱体外部有显示模块液晶1602，可以显示箱内温度；按键模块可以设置温度上下限。当箱体内实时温度大于报警值时，对应的LED灯亮，蜂鸣器闪响。继电器吸合，继电器可以驱动半导体制冷片开始制冷；电源模块使用AC/DC开关电源，使220v交流电转化为12v的稳定电压。
本次论文的核心主要是熟悉STC89C51单片机的运用，把整个硬件设计的各个板块进行讲解，了解软件程序的设计理论。首先我们是查阅各种相关的资料以此为依据进行方案设计，然后再开始硬件电路的设计。最后尽量做出实物，进行半导体制冷温度测试。
2.半导体制冷技术
1821年塞贝克发现温差电现象，这是与温度梯度有关的现象。但由于金属的温度差电动势很小，无法获得较高的效率。随着，半导体材料的出现，人们发现半导体材料能得到比金属大得多的温差电动势，在热能与电能的转化上效率更高。80年代末，我国的半导体材料制冷技术的研究逐渐成熟，市场上逐渐出现三类以半导体制冷技术为核心的制冷器材：第一类专门冷却局部对象，第二类恒温控制，第三类小型冰箱。因为半导体制冷器不需要任何制冷剂，是环保友好型的制冷技术。其组装过程中不需要传动组件。半导体制冷片工作时方便，结构简单，无噪音，寿命长，且同时拥有制冷和制热两种功能，因此一个半导体片通过DS18b20温度传感器和单片机的测量和控制就可以调节电流，实现精度高的温度控制。
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