基于太阳能供电的多点制冷系统在汽车应用中的研究

冯飞+党淑波+张玉良+严楠彬

摘要：夏季温度升高，汽车易出现老化等问题，给使用者带来了极大的安全隐患。论文主要研究了利用太阳能发电、半导体制冷、温度传感器多点测温、智能调控等技术来实现汽车内部空间温度的多点监测、高温预警及自动降温功能。系统电源模块利用单晶硅太阳能电池板供电；利用温度检测模块对车内温度施行自动多点检测；使用半导体制冷器制冷，其制冷速度快，温度低，功耗小。中央处理器采用51系列单片机，操作简单，整个系统完全自主工作，不需要外部充电或者其他系统干预，功耗小，智能化程度高，制冷效果好。

关键词：太阳能；制冷； 智能

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）25-0173-02

1引言

进入夏天以后，气温不断攀升，随之而来各种汽车因高温自燃的事故也频繁发生。闲置不用的汽车暴晒在室外或者长时间高负荷工作就会造成车内温度过高，使汽车坐垫等散发出有毒气体，更为严重的是温度过高会引起汽车自燃现象，就会给用户的生命和财产安全造成严重的损失。这对汽车使用者来说无疑是一种潜在的安全威胁。

当今国内的研究大都局限于由电路故障引起的温度升高和自燃问题，没有相应的温度预警系统以及相应的后续处理措施。本论文主要研究下列问题：

1）温度升高后汽车发生自燃之前的预警； 2）预警后相应的自动降温处理； 3）太阳能发电对汽车电力系统无不良影响； 4）经过判断后作出相应的后续处理。

2 系统总体设计方案

2.1系统工作框图

本系统包括中央处理模块、测温网络模块，太阳能供电模块、半导体制冷模块、人机交互模块几部分。

系统总体框图如图1所示，经人机交互模块设置完成后系统开始工作，18B20传感器测温网络将温度数据传送给中央处理器之后经判断做出降温指令，太阳能供电模块是本系统的能量源，直接将太阳能转化为电能来驱动系统运作。

2.2 中央处理器模块方案

AT89C51单片机最小系统是整个系统的工作核心，它控制着整个系统的运行过程，89C51单片机作为一个高性能、低功耗的单片机，片内含有8K的Flash只读储存器，和标准MCS-51指令系统兼容，在其内部有8位通用中央处理器和Flash存储单元，可以快速地进行运算和存储。

2.3 测温网络模块解决方案

DS18B20是一种数字式温度传感器，其生产公司为DALLAS公司，它具有一系列优点，如低功耗，微型化等特点，这些特点使它在多点测温系统中广为应用，它可以将所测得的温度通过内置转换模块转换成数字信号，将其传送给单片机进行处理。其封装形式为三引脚TO-92封装，可以测量-55～+125℃的温度，其A/D转换精度为9～12位，测温分辨率可达0.0625℃，测量的温度信号采用串行输出方式，用符号扩展为16位数字，DS18B20的工作电压可以采用寄生电源形式，也可以在远端引入，对于多点测温时，只需将多个温度传感器并联，采用一根数据线和CPU进行通信，这样可以节省端口资源，因此这种连接方式非常适用于多点温度检测系统。DS18B20具有稳定的物理化学性能，有良好的线性度，直接的数字温度值输出方便CPU的处理。由于以上原因，在本文的设计中选择该芯片作为温度测量芯片，

2.4 单晶硅太阳能发电模块

太阳能发电是比较成熟的技术，将太阳光能转变成电能，其核心元件是光伏电池。大面积的太阳能电池板是将独立的太阳能电池板进行串联，封装形成，通过光伏电池控制器控制，处理，用蓄电池收集转换的电能，就可以直接利用。绿色环保是太阳能发电系统的最大优点，在今后将会广泛应用。

整个模块由以下几个部分组成，如图2。

工作原理：太阳能电池板进行电能采集，将采集到的电能在蓄电池里储存，当蓄电池充满电后，太阳能发电控制器控制电路，将充电电路关闭，相关电路将24V直流电转化为12V和5V直流电提供给系统使用。

3 制冷模块设计方案

制冷模块采用半导体制冷片进行制冷，半导体制冷片是一种热泵。它无滑动零件，可靠性好，主要应用在有空间要求，无制冷剂污染的场所。由于半导体材料有Peltier效应，将不同半导体材料的两种电偶进行串联，在直流电通过时，电偶的一端吸收热量，另一端放出热量，从而完成制冷要求。该制冷技术是产生负热阻，可靠性高。

4 软件的设计

程序总体框图如图3所示。

5 结束语

本系统的设计采用多点测温预警，对因过热而产生的事故有较好的预警功能，采用太阳能电池板进行充电，绿色环保，能源持久，当车内温度较高时，进行自动降温处理，将危险遏制在萌芽状态，极大地提高了驾驶人员的安全系数，本系统有较好的实用性及应用前景。

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