CN110109495A - 一种基于半导体制冷技术的自动温控箱 - Google Patents

一种基于半导体制冷技术的自动温控箱 Download PDF

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庞宗强
周星光
李玥峰
詹世湘
袁明
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Nanjing Post and Telecommunication University
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/30—Automatic controllers with an auxiliary heating device affecting the sensing element, e.g. for anticipating change of temperature

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Abstract

本发明公开了一种基于半导体制冷技术的自动温控箱，所述自动温控箱包括冷却装置、加热装置、保温隔热装置、继电器、控制装置、传感器以及箱体，所述冷却装置、加热装置、保温隔热装置、继电器、控制装置、传感器均装设在所述箱体内；其中，所述冷却装置固定在所述箱体的内壁上，所述加热装置通过所述保温隔热装置固定在所述箱体内，且所述冷却装置、所述加热装置通过所述继电器连接所述控制装置；所述传感器与所述控制装置连接，且所述传感器固定在所述箱体内壁上；本发明结构简单、节省空间、灵巧便携、绿色环保；且控制精度高、可靠性好以及性能稳定。

Description

一种基于半导体制冷技术的自动温控箱
技术领域
本发明属于温度控制技术领域，尤其为一种半导体制冷***，具体为一种基于半导体制冷技术的自动温控箱。
背景技术
半导体制冷的主要原理是利用半导体材料构成PN结来产生帕尔帖效应，即通过直流电制冷。半导体制冷片是一种热泵，也叫做热电制冷片，具有体积小、重量轻、寿命长、工作稳定、无滑动部件、安装容易，且无需制冷剂，对环境无污染，耐恶劣环境等优点。半导体制冷片热惯性很小，能够实现快速制冷制热，在冷端空载热端散热良好的条件下，通电不超过1min，制冷片就能达到最大温差。另外通过调节输入电流的大小，可以实现对温度的高精度控制，易于构成自动温控***。而传统的压缩机在恒温空间较小的情况下要实现高精度的制冷制热，就显得十分地无能为力。
发明内容
针对上述现有技术中存在的制冷制热精度较低的问题，提供一种基于半导体制冷技术的自动温控箱，该自动温控箱结合半导体制冷技术自身所具有的特点及优势，应用半导体制冷技术设计小型自动温控箱来达到温度控制的目的；同时，应用半导体制冷技术发明了小型自动温控箱来达到对温度的精度控制，实现快速制冷制热；具体采用如下技术方案：
一种基于半导体制冷技术的自动温控箱，所述自动温控箱包括冷却装置、加热装置、保温隔热装置、继电器、控制装置、传感器以及箱体，所述冷却装置、加热装置、保温隔热装置、继电器、控制装置、传感器均装设在所述箱体内；其中，所述冷却装置固定在所述箱体的内壁上，所述加热装置通过所述保温隔热装置固定在所述箱体内，且所述冷却装置、所述加热装置通过所述继电器连接所述控制装置；所述传感器与所述控制装置连接，且所述传感器固定在所述箱体内壁上。
进一步的，所述冷却装置、加热装置和所述控制装置与所述继电器之间通过导线连接。
进一步的，所述冷却装置包括半导体制冷片、散热片和风机。
进一步的，所述加热装置为热功率为20W的硅胶发热片。
进一步的，所述保温隔热装置采用聚乙烯泡沫、耐高温石棉板和铝板制成，所述聚乙烯泡沫、耐高温石棉板和铝板依次叠层设置，且所述聚乙烯泡沫与所述箱体的内壁固定设置。
进一步的，所述加热装置固定在所述耐高温石棉板和所述铝板之间，且所述耐高温石棉板固定在所述聚乙烯泡沫上。
进一步的，所述控制装置包括单片机控制器、显示器和蓝牙串口，所述显示器与所述单片机控制器通过专门的接口连接，单片机控制器通过所述蓝牙串口实现与外界的数据交互；且所述继电器连接在所述单片机控制器指定的I/O口上。
进一步的，所述传感器为DS18B20数字温度传感器，所述温度传感器的精度为±0.1℃。
本发明的基于半导体制冷技术的自动温控箱，首先通过传感器采集温控箱内的实时温度值，将温度值采集后传递至控制装置中的单片机控制器，由单片机控制器进行分析处理后，选择是给予升温还是降温处理，若需要升温，则控制继电器开启加热装置；若需要降温，则控制继电器开启制冷装置。与现有技术相比，本发明具有更简单的结构，可以节省放置空间，且灵巧便携、绿色环保；在对温度的控制方面具有高精度、可靠性好，性能稳定等优点，非常适合在科学研究中作为实验用温控设备来使用。
附图说明
图1为本发明实施例中所述自动温控箱的结构组成图示意；
图2为本发明实施例中所述自动温控箱的功能实现流程图示意。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
在本发明实施例中，提供了一种基于半导体制冷技术的自动温控箱，具体可参阅图1，从中可以明显看出，自动温控箱包括冷却装置、加热装置、保温隔热装置、继电器、控制装置、传感器以及箱体，冷却装置、加热装置、保温隔热装置、继电器、控制装置、传感器均装设在箱体内；其中，冷却装置固定在箱体的内壁上，加热装置通过保温隔热装置固定在箱体内，且冷却装置、加热装置通过继电器连接控制装置；传感器与控制装置连接，且传感器固定在箱体内壁上。
在实施例中，加热装置和控制装置与继电器之间通过导线连接。
在实施例中，冷却装置包括半导体制冷片、散热片和风机，具体的，半导体制冷片工作时向温控箱内传递低温同时通过风扇排出自身产生的热量。
优选地，本发明采用的加热装置为热功率为20W的硅胶发热片。
在实施例中，保温隔热装置采用聚乙烯泡沫、耐高温石棉板和铝板制成，聚乙烯泡沫、耐高温石棉板和铝板依次叠层设置，且聚乙烯泡沫与箱体的内壁固定设置；其中，加热装置固定在耐高温石棉板和铝板之间，且耐高温石棉板固定在聚乙烯泡沫上。特别地，本发明通过保温隔热装置将加热装置隔离开，可以保证传感器采集到的温度为加热后的残余热温，从而影响对温度的控制精度，而且采用聚乙烯泡沫可起到减震作用，对整个加热装置进行有效保护。
在实施例中，控制装置包括单片机控制器、显示器和蓝牙串口，显示器与单片机控制器通过专门的接口连接，单片机控制器通过蓝牙串口实现与外界的数据交互；且继电器连接在单片机控制器指定的I/O口上。
结合图2，在本发明中，由冷却装置、加热装置、保温隔热装置、继电器、控制装置、传感器构成的自动温控箱，可将单片机控制器和继电器组成作为控制部分，通过单片机发出控制信号控制继电器完成控制功能；将半导体制冷套件和硅胶发热片作为温控执行部分，通过继电器开断改变半导体制冷套件和硅胶发热片的执行状态实现温控箱内温度的改变；将传感器作为温度采集部分，实现对温控箱内实时温度进行采集；和将与控制装置连接的显示器作为人机界面部分，用于显示温度与预设温度输入两部分；在实施例中，四个部分相互配合，共同完成自动温控箱的温控功能。
在实际操作中，自动温控箱执行时先通过手机输入预设温度，接着传感器采集温控箱内实时温度，单片机控制器判断预设温度与实时温度的关系，若实时温度大于预设温度，则通过制冷装置执行制冷功能，若实时温度低于预设温度，则通过加热装置执行制热功能，最终使实时温度为预设温度。其中，预设温度输入采用蓝牙模块与手机实现通信，具体的，通过与单片机控制器连接的蓝牙串口实现与手机的通信连接，通过手机输入预设温度后，通过蓝牙传送至单片机控制器中，完成预设温度设置操作。
优选地，本发明中传感器为温度传感器，用于采集自动温控箱的内部的实时温度值；并且，为了保证采集的精度，本发明在温度传感器与单片机控制器之间设置有信号调理电路。
优选地，本发明实施例中单片机控制器可采用如STM32F103等低功耗处理器，单片机控制器通过产生高低电平控制继电器开断进而控制执行部分状态，实现温度改变。而传感器型号采用采集精度为±0.1℃的DS18B20型温度传感器。而显示器为与单片机控制器配套装置，两者之间通过专门的接口连接，实现数据传输。
本发明的基于半导体制冷技术的自动温控箱，首先通过传感器采集温控箱内的实时温度值，将温度值采集后传递至控制装置中的单片机控制器，由单片机控制器进行分析处理后，选择是给予升温还是降温处理，若需要升温，则控制继电器开启加热装置；若需要降温，则控制继电器开启制冷装置。与现有技术相比，本发明具有更简单的结构，可以节省放置空间，且灵巧便携、绿色环保；在对温度的控制方面具有高精度、可靠性好，性能稳定等优点，非常适合在科学研究中作为实验用温控设备来使用。
以上仅为本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于半导体制冷技术的自动温控箱，其特征在于，所述自动温控箱包括冷却装置、加热装置、保温隔热装置、继电器、控制装置、传感器以及箱体，所述冷却装置、加热装置、保温隔热装置、继电器、控制装置、传感器均装设在所述箱体内；其中，所述冷却装置固定在所述箱体的内壁上，所述加热装置通过所述保温隔热装置固定在所述箱体内，且所述冷却装置、所述加热装置通过所述继电器连接所述控制装置；所述传感器与所述控制装置连接，且所述传感器固定在所述箱体内壁上。
2.如权利要求1所述的基于半导体制冷技术的自动温控箱，其特征在于，所述冷却装置、加热装置和所述控制装置与所述继电器之间通过导线连接。
3.如权利要求1所述的基于半导体制冷技术的自动温控箱，其特征在于，所述冷却装置包括半导体制冷片、散热片和风机。
4.如权利要求1所述的基于半导体制冷技术的自动温控箱，其特征在于，所述加热装置为热功率为20W的硅胶发热片。
5.如权利要求1所述的基于半导体制冷技术的自动温控箱，其特征在于，所述保温隔热装置采用聚乙烯泡沫、耐高温石棉板和铝板制成，所述聚乙烯泡沫、耐高温石棉板和铝板依次叠层设置，且所述聚乙烯泡沫与所述箱体的内壁固定设置。
6.如权利要求5所述的基于半导体制冷技术的自动温控箱，其特征在于，所述加热装置固定在所述耐高温石棉板和所述铝板之间，且所述耐高温石棉板固定在所述聚乙烯泡沫上。
7.如权利要求1所述的基于半导体制冷技术的自动温控箱，其特征在于，所述控制装置包括单片机控制器、显示器和蓝牙串口，所述显示器与所述单片机控制器通过专门的接口连接，单片机控制器通过所述蓝牙串口实现与外界的数据交互；且所述继电器连接在所述单片机控制器指定的I/O口上。
8.如权利要求1所述的基于半导体制冷技术的自动温控箱，其特征在于，所述传感器为DS18B20数字温度传感器，所述温度传感器的精度为±0.1℃。
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