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                    Arduino 單片機設的半導體制冷箱設計

                    添加時間:2020/07/02 來源:西南交通大學 作者:王兵
                    摘 要 小型制冷箱在家電、生物醫療、農業、科研實驗等領域都是非常重要的設備,目前 這類制冷箱大都采用壓縮機作為其制冷源。以傳統壓縮機作為制冷源的小型制冷箱往往 存在噪音比較大、尺寸難以調節、制冷劑泄露和系統結構比較復雜等問題,半導體制冷 技術的
                    以下為本篇論文正文:

                    摘 要

                      小型制冷箱在家電、生物醫療、農業、科研實驗等領域都是非常重要的設備,目前 這類制冷箱大都采用壓縮機作為其制冷源。以傳統壓縮機作為制冷源的小型制冷箱往往 存在噪音比較大、尺寸難以調節、制冷劑泄露和系統結構比較復雜等問題,半導體制冷 技術的出現很好的解決了以上問題。半導體制冷片通過 PN 型半導體產生帕爾貼效應實 現制冷,具有體積小、無機械運動、清潔環保和控制簡單等優點。

                      本文利用半導體制冷技術基于 Arduino 單片機設計了一款新型制冷箱。首先根據功 能需求和技術指標對半導體制冷箱的總體方案進行設計,將整個制冷箱的設計分為機械 結構設計、溫控系統設計和人機交互設計。機械結構設計主要是完成保溫箱和制冷裝置 的設計。溫控系統的設計是通過位置式 PID 算法控制不同占空比的 PWM(脈沖寬度調 制)輸出,之后通過驅動電路調節制冷器的功率,最終達到精確控溫的目的。人機交互 設計分為物聯網系統的設計和上位機 Labview 溫度采集系統的設計。物聯網系統的設計 是利用 WiFi 模塊以家用路由器作為網關,并以 TCP 作為其傳輸層協議建立與云服務器 的連接,最終實現無線數據傳輸、遠程數據監測、反向控制等功能。上位機通過串口與 單片機進行通信,通過顯示控件、波形圖控件、虛擬按鈕等實現了溫度數據的同步采集、 顯示和繪圖,并且能夠反向實時調節和顯示目標溫度及 PID 算法中的參數值。

                      最后,在以上設計的基礎上,搭建實物測試平臺并進行性能測試,測試結果表明: 本文設計的半導體制冷箱達到了設計要求,相比于傳統制冷箱引入物聯網技術,具備了 遠程數據監測和反向控制的功能,進一步提高了制冷箱的智能化程度;同時本文設計的 Labview 溫度監測系統能夠通過上位機的虛擬按鈕調節下位機 PID 算法中的參數值,避 免在 PID 參數調節過程中,只能通過修改底層代碼來調節參數的冗繁,提高了 PID 參數 調節的效率。

                      關鍵詞:半導體制冷箱;Arduino;WiFi;Labview;溫度控制

                    半導體制冷箱設計

                    Abstract

                      As an important equipment in the fields of home appliances, biomedical, agricultural, scientific research, small refrigerator use compressors as their cooling source mostly at present. Small refrigerators with cooling source of traditional compressors often have problems, such as loud noise, difficulty in adjusting dimensions, leakage of refrigerant and complicated structure. The appearance of the semiconductor refrigerator technology solves the above problems well. The semiconductor refrigerator chip realizes the refrigeration by the Peltier effect of the PN-type semiconductor, so it has advantages of small volume, no mechanical movement, environment friendly and control easil.

                      In this paper, a new type of refrigerator is designed based on Arduino microcontroller using semiconductor refrigeration technology. Firstly, according to the functional requirements and technical indicators, the overall scheme of the semiconductor refrigerator is designed. The design of the whole refrigerator is pided into mechanical structure, temperature control system and human-computer interaction. The design of mechanical structure is mainly to complete the design of insulation box and refrigeration device. The design of the temperature control system is to control the PWM(Pulse Width Modulation) output of different duty cycles through the positional PID algorithm, and then adjusting the power of the refrigerator through the drive circuit, so as to achieve the goal of precise temperature control. The human-computer interaction design is pided into the design of the Internet of Things (IOT) system and the design of the Labview temperature acquisition system. The design of IOT system is established based on WiFi module by using TCP as transport layer protocol to setup the connection between cloud server and the home router. Wireless data transmission, remote data monitoring, reverse control are realized after IOT system proceeded successful. Finally, the temperature data can be synchronously collected, displayed, and plotted through the display control, waveform control, virtual buttons, after PC can communicates with MCU through serial port, and the parameter values in the target temperature and PID algorithm can be adjusted and displayed in real time.

                      A physical platform is built and tested based on the above design. The experiment results show that the semiconductor refrigerator designed in this paper meet the design requirements. Compared with traditional refrigerators, IOT technology is introduced, which has the function of remote data monitoring and reverse control, and further improves the intelligence of refrigerators. In addition, the Labview temperature monitoring system designed in this paper can adjust the parameters in the PID control algorithm of the slave computer through the virtual button of the master computer, which can avoid the tedious adjustment of the parameter by modifying the bottom code in the process of adjusting the PID parameters, and improve the efficiency of adjusting the parameters of the PID.

                      Key words:Semiconductor Refrigerator, Arduino, WiFi, Labview, Temperature Control

                    目錄

                      第 1 章 緒論

                      1.1 研究背景及意義

                      隨著全球經濟的不斷復蘇,全球能源消耗也在日益劇增,特別是化石燃料的消耗, 伴隨而來的環境污染問題進一步加劇。因此,如何提高資源的利用效率成為了各個國家 研究的重點,中國作為能源消耗大國也存在這些方面的問題。在"十九大能源工作會議 中"提出把能源工作納入綠色發展體系,提出要建立綠色低碳循環發展的經濟體系,所 以,研究和開發新型的環境友好型技術具有深遠的實際意義。

                      半導體制冷的研究起源于上世紀 50 年代,作為一種新興發展起來的制冷技術,具有 廣闊的發展前景。半導體制冷又稱熱電制冷或溫差電制冷,是一種具有熱電能量轉換特 性的材料,通過直流電時在熱電材料的兩極會產生吸熱和放熱現象。 目前制冷方式分為:蒸汽壓縮式制冷、吸收式制冷、蒸汽噴射式制冷、吸附式制冷、 空氣膨脹式制冷和半導體制冷,其中前 5 種制冷方式在制冷過程中都需要制冷劑作為其 制冷介質,通過相變的原理吸收潛熱。在制冷過程中制冷劑吸收大量潛熱的同時也存在 很大的泄露風險,這些泄露的制冷劑往往會給環境帶來災難性破壞。例如,氯氟烴類制 冷劑帶來臭氧層破壞,烴類制冷劑帶來的全球變暖,因此研發綠色新型制冷劑或新型環 保制冷技術勢在必行[1,2].

                      半導體制冷相比前幾種制冷具有以下幾個優點:(1)沒有機械制 冷的運動部件,因此在制冷過程中不會產生任何噪音;(2)不使用任何制冷劑不會對環境 造成任何污染;(3)冷、熱端轉換方便,只要電流方向轉變即可以改變制冷制熱的方向; (4)半導體制冷片由 P-N 節串聯而成,可以根據制冷對象形狀做成任意大小的制冷片;(5) 功率調節方便,半導體制冷片不但可以通過改變電流或電壓值實現功率的調節,而且可 以通過串聯或者并聯的方式改變其制冷功率;(6)半導體制冷片熱慣性非常小,制冷制熱 時間短;(7)半導體制冷片通過直流驅動,因此不會受到電源的限制。

                      1.2 半導體制冷的國內外研究現狀

                      自從 1834 年帕爾貼在法國《物理與化學年鑒》發表帕爾貼現象以來,人們就不斷地 對半導體制冷技術進行研究,雖然在研究的過程中取得了不少的突破,但是由于材料的 限制,半導體制冷方式的效率還是非常低下,這也限制了半導體制冷技術的應用。直到 上世紀 50 年代蘇聯科學家約飛發現的碲化鉍固溶體合金材料,該種材料的發現使得半導 體制冷技術取得了階段性發展。2001 年美國 RTI 研究所的 Venkatasubramanian 等人將 Bi-Te 基合金制成超晶格薄膜,通過控制聲子和電子在超晶格中的傳輸速度,在 300 K 的 溫度下將半導體材料的 ZT 值提高到了 2.4[3],這一發現使得半導體制冷材料的研究取得了突破性進展。半導體制冷技術作為一種新型環境友好型技術,在制冷領域有著廣闊的 應用前景,但是相比傳統的壓縮式制冷技術,其效率還是比較低下,因此對于如何提高 半導體制冷技術效率的研究具有非常重要的現實意義。目前對半導體制冷的研究主要集 中在材料優質系數、熱電材料制造工藝、散熱方式和應用等方面。 材料的優質系數 Z 作為衡量制冷元件所能達到最大制冷溫差的一個重要參數。南昌 大學的蔡德坡[4]提出提高半導體制冷效率的關鍵在于提高材料優質系數 Z,其思路是通 過增加聲子散射來降低材料的晶格導熱率。劉原[5]研究發現將納米銀材料以及碲銻鉍合 金引入 PEDOT:PSS 基體中,樣品的電導率有明顯提高,相比純 PEDOT:PSS 材料,ZT 值提升了近 4 倍。He Ming[6]研究發現通過加速聚合物熱電材料的載流子遷移率可以將熱 電材料的 ZT 值提升到 4. 隨著新型制冷材料研究的不斷突破,熱電材料的制造工藝也成為了限制制冷效率提 高的一個關鍵因素,所以如何改善熱電材料的制造工藝也逐漸成為了研究熱點。

                      時陽[7] 提出一系列提高熱電材料制冷性能的工藝方法,如:減少電絕緣層厚度,減小元器件之 間電阻值,保持夾具夾緊力、平面度和平行度,優化焊縫工藝和減少釬焊用量等。Liu[8] 利用水熱合成法制備的高優值的納米結構合金,相比商用 Bi2Te3 合金,性能提高達 60%~70%.雷正大[9]分析了區熔法、機械合金化法、水熱法與溶劑熱合成法、熱壓法、 發電等離子燒結法等 5 種熱電材料制備工藝方法的優缺點和存在的問題。河南工業大學 的趙飛超[10]通過實驗發現利用行星球磨儀制備 Bi2Te3 與理論中 Bi2Te3 的物理性質基本 一致,并且對鍍鉍膜的 Bi2Te3 進行燒結實驗,最后得出了在 750 K 的溫度下材料優質系 數可以達到 0.87,相比傳統的 Bi2Te3 熱電材料的優質系數 0.79 有了一定提高。毛佳妮[11] 采用數值分析與解析求解相結合的方法,對半導體制冷片結構尺寸及熱電材料進行系統 分析,并得出最佳理論設計值,這為熱電系統優化設計和系統性能的提高提供了理論依 據。

                      半導體制冷的性能高低與冷熱端溫差有直接關系,因此,在一定電流強度下,減少 冷熱端的溫差不僅可以提高制冷量,而且可以提升制冷性能。李茂德[12]通過建立半導體 制冷性能與散熱強度微分方程,采用第三類邊界條件求解得出半導體制冷性能與散熱強 度的關系曲線,曲線顯示隨著熱端散熱強度增加,半導體制冷性能逐漸提高,但增大到 一定值后半導體制冷性能曲線趨于平穩。熱導率作為衡量一個材料導熱能力的重要參數, Tian[13]討論了熱電材料和器件的傳熱問題,并指出聲子傳輸能夠降低熱電材料的熱導率。 戴德源[14]通過性能測試實驗對比了熱管散熱、風冷散熱和水冷散熱方式對系統制冷性能 的影響,并最終得出熱管散熱是半導體制冷片熱端散熱的最佳方式。

                      曹旭[15]通過數值分 析和實驗研究,擬合出了半導體制冷片熱端熱管散熱器冷凝段管外對流散熱的努賽爾數 (Nu)隨雷諾數(Re)和普朗特數(Pr)的傳熱方程。黃煥文[16]對半導體制冷片進行穩 態傳熱分析,通過對風冷式散熱器的某些結構建立 ANSYS 模型,最后分析得出優化散 熱片底座厚度,翅片尺寸和增加風扇功率可以較大程度提高制冷效率。丁飛[17]在第三類邊界條件下對半導體制冷片冷熱端的 N-P 型電臂進行傳熱分析和數值計算,得出半導體 制冷參數與散熱強度、電流變化之間的關系。 隨著半導體制冷理論不斷完善和半導體材料優質系數 Z 的不斷提高,半導體制冷技 術在各個領域中得到廣泛應用,并且在不斷發展。因其具有重量輕、體積小、可靠性高、 無噪聲等特點,半導體制冷技術在軍事領域得到廣泛應用。例如用于對空導彈紅外探測 器探頭的冷卻,望遠鏡中熱保護板和航天器部分姿態調節機構的冷卻等[18,19].

                      同時,半 導體制冷技術在工業、家電、醫療衛生和電子技術等方面也有廣泛的應用。洛陽魁谷三 維科技有限公司將半導體制冷技術引入到 FDM(熔融沉積成型)快速成型系統中,在大 功率驅動器和噴頭模組配置半導體制冷模塊,該模塊的引入有效降低了驅動芯片的溫度, 同時也提高了喉管的散熱效率[20].半導體制冷相比傳統制冷不需要任何制冷劑,符合綠 色環保要求,因此各大家電廠商紛紛加入到半導體制冷產品的研發[21],日本松下公司開 發了一種半導體制冷酒柜,可以為葡萄酒的保存提供一個恒溫的環境。如圖 1-1,為我 國生產的一種車載小型家用半導體制冷冰箱,在人們出行的時候能夠滿足對食物保鮮的 要求。在醫療行業半導體制冷技術也有廣泛的應用,例如用于對腫瘤切割的 YAG 激光 手術器;用于切割新鮮組織作病理快速診斷的冰凍切片機[22].隨著現代電子技術的不斷 發展,對各類電子器件溫度控制的要求也越來越高,半導體制冷技術具有制冷迅速、功 率調節方便、形狀大小可以任意調節等優點,因此其也廣泛應用在電子領域。例如,將 半導體制冷技術直接應用于 CPU(如圖 1-2 所示)和一些大規模三極管的降溫[23,24].

                      綜上所述,雖然半導體制冷技術在各個領域得到廣泛應用,但是和傳統制冷技術相 比其效率還比較低下,只有當熱電材料的優值系數達到 13×10-3時,半導體制冷技術才能 達到和傳統制冷技術相同的效率。近年來,材料優質系數提高主要是利用合金化的工藝 方法改進熱電材料的晶格結構。由于目前加工工藝和材料固有屬性的限制,優值系數還 很難達到這么高的數值。例如,劉原通過合金化的方法,將 PEDOT:PSS 熱電材料的 ZT 值提升了近 4 倍,但是與理想中的優質系數相比仍有較大的差距;Liu 利用水熱合成法 制備的高優值的納米結構合金,相比商用 Bi2Te3 合金得到了比較大的提高,但是水熱合 成法存在難以重復及放大成批量生產等問題,并且該方法對實驗設備和加工工藝要求都 非常高,因而其加工成本也非常高。因此,為提升半導體制冷的效率,研究重心逐漸轉 移到半導體制冷散熱性能的改善及控制系統性能優化等方面。李茂德在第三類邊界條件下對熱電制冷電偶對進行求解,得出在一定范圍內,隨著散熱強度的不斷增強,熱電制 冷的性能會逐漸提高。戴德源通過性能測試發現通過熱管散熱可以改善半導體制冷系統 的制冷性能。

                      1.3 國內外溫度測控技術的研究現狀

                      1.3.1 溫度測量的研究現狀

                      無論在工農業生產,還是醫療健康和科學研究中,溫度測量和控制都必不可少,因 此如何提高溫度測控精度就顯得尤為重要。目前溫度測量技術可分為膨脹式測溫和電量 式測溫,其中膨脹式測溫的工作原理主要是利用物質熱脹冷縮的物理性質,較為常用的 膨脹式溫度計有玻璃液體溫度計、雙金屬膨脹式溫度計和壓力式溫度計等,膨脹式測溫 的優點主要是工作原理比較簡單、價格低廉,但是測量精度比較低且不易實現自動化測 溫;電量式測溫的工作原理主要分為溫度采集和信號處理兩個過程,首先利用兩種材料 在接頭處由于溫差存在會形成熱電勢的特性,然后建立該熱電勢與溫度的單值關系,這 樣便可以達到溫度測量的目的,較為常用的電量式測溫有熱電偶溫度測量、熱電阻和熱 敏電阻溫度測量、集成芯片溫度測量等,電量式測溫具有測量精度和自動化程度高等優 點,但是也容易受到測量環境的干擾[25,26]. 目前溫度測量主要是向高精度、高可靠性、長壽命、微型化、集成化和智能化等方 向發展[27].

                      1.3.2 溫度控制的研究現狀

                      目前國內外應用最多的溫度控制算法有:位式控制、PID 控制、模糊控制、神經網 絡控制和遺傳算法等。位式控制即開關量控制,主要是借助人們的經驗,在控制溫度達 到預定溫度時候,即停止輸出。該種控制方法比較簡單,常用在一些溫度精度要求不高 的溫控系統中。對于一些溫度需要嚴格控制的系統中,閉環控制就顯得尤為重要,因為 閉環系統可以利用負反饋,不斷調節輸出量大小,從而實現精確控溫[28-30].李成林[31]采 用模糊自適應 PID 控制算法,設計了一套制冷系統,該系統能夠實時對 PID 控制參數進 行調節,通過實驗發現該系統能夠快速、精確、穩定調節控制溫度的大小。Boldbaatar[32] 提出了一種自學習模糊滑?刂破鳎⊿LFSMC)來控制水浴溫度,該控制器采用模糊控 制算法,通過實驗驗證該控制器即使在外部存在擾動的情況下也能實現精確控溫。余堯[33] 在新型煙熏治療儀中引入 BP 神經網絡 PID 算法,該算法的引入使得整個溫控系統的誤 差不超過 0.5℃,提高整個溫度控制精度的同時也改進了傳統 PID 控制算法。趙剛[34]針 對 VRV 空調溫控系統具有滯后、時變、非線性等缺點,提出了一種改進的算法,該算 法主要是將遺傳算法與模糊控制相結合。

                      經過實驗發現通過改進遺傳優化算法的模糊溫度控制器能夠使系統快速精確穩定在溫度設定值范圍內,并具有一定的魯棒性。 目前溫度控制的研究大多集中在控制算法的改進,并且大都集中在一些傳統的控溫 領域。將智能控制技術、計算機技術、傳感器技術、半導體制冷技術和物聯網技術等結 合設計的控制設備,具有智能化程度高、清潔環保、輕量化和控制精度高等特點,因而 成為了當今溫度控制技術研究的一個發展方向。

                      1.4 論文研究的目標及內容

                      本文以半導體制冷技術為基礎,設計了一款具有物聯網功能的新型半導體制冷箱, 該制冷箱不但具備傳統半導體制冷箱精確控溫的能力,同時還具備傳統半導體制冷箱所 不具備的無線數據傳輸、遠程數據監測和反向控制的能力。論文具體研究的內容如下: 第 1 章內容為緒論,首先介紹研究的背景和意義,其次通過文獻分析介紹國內外在 半導體制冷技術、溫度測量、溫度控制等幾個方面的研究現狀,總結現有研究的成果和 存在的問題并提出本文研究目標。 第 2 章首先介紹了半導體制冷的基本原理,然后對半導體制冷箱需求和功能進行分 析,根據需求功能分析提出半導體制冷箱的總體設計方案,并對制冷箱機械結構、制冷 片和散熱方式進行選型和設計。 第 3 章按照模塊化設計的思路對半導體制冷箱溫控系統的硬件進行選型和設計。 第 4 章對整個系統的程序設計進行介紹,其中主要內容包括溫控系統的程序設計, 控制算法的設計,上位機溫度采集系統后面板程序流設計和前面板人機交互界面的設計。 第 5 章對半導體制冷箱的物聯網方案進行設計和研究,首先介紹本次設計物聯網的 總體架構;然后進行通信方案的選擇,包括設備通信方案和網絡通信方案的選擇;最后 對無線數據傳輸、遠程數據監測和反向控制等功能的實現進行程序設計。 第 6 章首先將半導體制冷箱的硬件和軟件進行集成,并搭建實物測試樣機;然后分 別對下位機各硬件模塊和上位機溫度采集系統進行測試,測試無誤后進行控溫效果實驗, 測試結果表明整個系統的控溫效果良好;最后對系統的物聯網功能進行測試,測試發現 系統能夠穩定可靠地實現遠程數據監測和反向控制。

                      1.5 本章小結

                      本章首先介紹半導體制冷技術的研究背景,通過背景引出半導體制冷技術研究的必 要性,并且總結現有半導體制冷技術所具備的優勢;然后通過文獻分析,總結了目前半 導體制冷技術和溫度測控技術的國內外研究現狀;最后對本文主要研究的內容進行介紹。






                      第2章總體方案及裝置結構設
                      2.1半導體制冷的原理
                      2.2半導體制冷箱總體方案設計
                      2.2.1半導體制冷箱整體需求及功能分析
                      2.2.2半導體制冷箱的總體架構
                      2.3制冷裝置的機械結構設計
                      2.3.1制冷箱的結構設計
                      2.3.2制冷箱熱負荷的計算
                      2.3.3制冷片的選型
                      2.3.4散熱方式的選擇
                      24本章小結

                      第3章溫控系統的硬件計設計
                      3.1控制器的選擇
                      32顯示模塊及按鍵模塊的設計
                      33溫度檢測模塊的設計
                      3.4申口通信模塊
                      3.5降壓模塊的設計
                      3.6 無線通信模塊的設計
                      3.7驅動電路模塊的設計
                      3.8 本章小結

                      第4章溫控系統及上位機的軟件設計
                      4.1 LCD顯示及按鍵的程序設計
                      4.2溫度檢測模塊的程序設計
                      4.3 控制算法的設
                      4.3.1控制算法的選擇
                      4.32控制算法的程序設計
                      4.4 Labview溫度采集系統的程序設
                      4.4.1申口參數的配置

                      4.4.2事件結構的配置和指令的發送
                      4.4.3申口數據的提取
                      4.4.4溫度數據的限幅濾波
                      4.4.5溫度數據顯示及停止運行
                      4.5 Labview溫度采集系統前面板的設計
                      4.6本章小結

                      第5章物聯網方案設計
                      5.1設備通信力案的選擇
                      5.2網絡通信方案的選擇
                      5.3網絡體系結構及通信協議
                      5.4物聯網接入技術的軟件總體設計方案
                      5.5 WiFi模塊與物聯網云平臺連接的程序設計
                      5.6溫度數據上傳的程序設計
                      5.7 基于Doit IOT云平臺數據監測的程序設計
                      5.8基于Doit IoT云平臺遠程通控的程序設計--
                      5.9本章小結

                      第6章系統測試及結果分析
                      6.1下位機硬件的測試
                      6.2. 上位機溫度采集系統的測試
                      6.2.1曲線繪制區的穩定性測
                      6.22參數調節區的測試
                      6.3 PID參數的整定及系統的控溫效果實驗
                      6.3.1 PID參數整定的方法
                      6.3.2 PID參數整定的過程
                      6.3.3控溫效果實驗

                      6.4物聯網功能的測試
                      6.4.1反向控制的功能測試
                      6.4.2遠程數據監測的功能測試
                      6.5本章小結

                    總結與展望

                      論文總結

                      針對目前傳統小型制冷箱存在噪音比較大、尺寸難以調節、溫度波動范圍較大和價 格相對較高等問題,設計了一款基于半導體制冷技術的新型制冷箱,該制冷箱不但能實 現精確控溫,同時還能夠實現無線數據傳輸、遠程數據監測和反向控制等功能。下面將 對本文具體研究的內容進行總結:

                     。1) 通過分析對比傳統制冷技術和半導體制冷技術各自優勢,并結合目前小型恒溫 制冷領域存在的問題,提出半導體制冷箱需要具備的功能和主要的技術指標。

                     。2) 根據功能需求和技術指標對本文半導體制冷箱的總體方案進行設計,將整個制 冷箱的設計分為機械結構設計、溫控系統設計和人機交互設計。

                     。3) 機械結構設計主要是指保溫箱的設計和制冷裝置的設計。其一,保溫箱的設計 主要是完成箱體內保溫材料的選型。其二,制冷裝置的設計主要是根據計算后的熱負荷 選取合適的制冷片,并根據散熱條件選擇適當的散熱方式。

                     。4) 溫控系統的設計和人機交互的設計是本文的重點,溫控系統的設計主要是完成 下位機溫度控制系統的硬件和軟件設計;人機交互設計主要是完成物聯網系統的設計和 上位機 Labview 溫度監測系統的設計。

                     。5) 在完成以上設計的基礎上,搭建實物測試樣機,并對樣機的上位機和下位機功 能進行測試,測試無誤后分別對控溫效果和物聯網功能進行測試。測試結果表明整個系 統能夠滿足設計的技術指標。

                      問題與展望

                      本文基于半導體制冷技術設計了一款功能相對完善的新型制冷箱,由于涉及的知識 領域較多,且個人理論知識的不足等原因,研究過程中依然存在著不足,未來還可以對 以下方面進行改進。

                     。1) 溫控系統的硬件部分還有優化的空間,由于時間的限制和硬件電路知識的不足, 所以本次硬件部分的設計大都選用的現有模塊,對于空間受限的制冷場合,可以根據需 要自行設計電路并繪制 PCB.

                     。2) 本次設計的物聯網系統選用的是現有免費的物聯網云平臺,所以在使用過程中 可能受到不可控因素的影響,例如,可能存在平臺突然關閉或數據泄露等風險。對于一 些安全性要求比較高且數據需要保密的場所,可以根據自身的需求搭建相應的物聯網云 平臺或者選用更加成熟的云平臺。

                     。3) 溫控系統選用位置式 PID 控制算法的原因,一是,為了驗證算法中各參數在實 際溫控過程中所起的作用;二是,本次設計的制冷箱控制精度要求不高。所以對于自動 化程度或溫控精度要求較高的系統,可以考慮引入其它智能控制算法或選用現有比較成 熟的智能調節器,例如,加入模糊控制或神經網絡算法等。

                     。4) 半導體制冷片同時具備制冷制熱的功能,所以在溫控系統的設計中可以考慮通 過改變制冷片電流的方向來調節制冷箱的溫度,從而增大系統的控溫范圍

                    致 謝

                      時光如流,轉眼間研究生的學習階段即將結束。經歷了這三年時間的洗禮,讓我對 學習和生活有了更加清晰的認識,在此論文即將完稿之際,對幫助過我的人表達我的誠 摯謝意。首先感謝我的導師曾明華老師,作為我的科研領路人,感謝您在我學習和生活上的 耐心的指導和關心。

                      在學習方面您一直鼓勵我要不斷實踐,正是因為您的這個寶貴的建 議才讓我的動手能力得到了提高,最后在論文實物制作的時候才能比較順利完成。在生 活方面,您積極向上的生活態度也給我留下了深刻的印象。同時我也要感謝王元良和樓 新遠兩位老師,感謝王老師在新能源方面給我答疑解惑,正是因為您的啟發才讓我對這 個領域產生了濃厚的興趣。感謝樓老師在網絡通信知識方面提供的幫助,正是因為您的 傾囊相授才讓我攻克了論文中比較難的一些章節。在以后的生活和工作中我會時刻銘記 各位老師給我的寶貴意見。

                      其次我要感謝教研室和我一起度過研究生階段的成員們,正是因為你們讓我在這三 年的時光中收獲了無數歡欣。通過與你們的交流解決了我在科研過程中的困惑和不解。 最后我要感謝我的父母和朋友,正是你們無微不至的關心和愛護才給我提供了無憂 無慮的學習環境。在此我要特別感謝我的母親,在我最困難的時候是您的包容和關心給 了我無盡的動力。

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