摘要：半导体制冷起源于上个世纪，是工业生产研究的重要材料。随着科技的发展，半导体材料的应用越来越广泛，半导体制冷技术慢慢的渗透进了人们的日常生活和工业生产中，越来越多的制冷设备采用半导体制冷。
关键词：单片机；半导体制冷；温度控制
在工业生产中，温度是一个衡量零件是否合格的重要参考参数，一些设备、机器在生产环境下的实时温度给实际生产带来很大的影响。温度的检测在当今的工业场所很常见，由温度传感器传来的实时温度，可以为技术人员提供检测依据，省去很多人力物力财力，带来很大的方便。半导体材料具有体积小，重量轻、加热制冷迅速、无污染等优秀性能，越来越多的制冷设备采用半导体材料，本文，将从认识单片机及单片机的应用开始，引入半导体的温度控制来探讨单片机的半导体制冷智能控制。
一、单片机原理及单片机的半导体的制冷
单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域的广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的32位300M的高速单片机。
单片机的半导体的制冷过程中主要用到了单片机、温度传感器，信号驱动电路、数码显示电路、半导体制冷器。单片机的半导体制冷将单片机作为一个处理核心，接受温度传感器的反馈信号，经过单片机内部系统的算法处理，输出占一定空间比的PWM信号，再在驱动器的作用下，驱使其达到制冷的效果。单片机的占有面积小，功能强大，在工业环境中，完全可以取代人工的作用，在某些情况，甚至做的比人工要好。
二、半导体制冷的原理及半导体的应用
半导体制冷片是根据具体的半导体材料从而形成对应的P-N结，额定电流设定是4.5A，额定的工作电压是12V。将直流电通过半导体制冷片里面，这种制冷方式是渐型制冷方式中的一种。将直流电通过已经成功组装的半导体制冷片时，半导体制冷片PN结就会出现放热以及吸热的效果。
随着科学水平的不断提高，人们环保意识越来越强烈，绿色环保的制冷方式是发展的必然趋势，从而引出半导体制冷技术。半导体制冷与传统制冷技术不同，半导体制冷不采用压缩机和制冷剂，不依赖制冷剂的相变来传递热量，在直流电流通过具有热电转化效应的导体组成的回路时，利用热量转移特性制冷，是一种科技含量高的全新制冷技术。半导体制冷耗电省、温度均、重量轻、体积小、寿命长，工作过程无噪音、无振动，结构简单，绿色环保。
经过长期的发展，半导体的制冷技术已经不被满足于实验和小型设备的使用，在我国的军事领域、科研领域、通信领域也出现他们的身影，如：日常生活中的冷热箱；实验装置中的电子低温测试仪；军事方面的电子雷达、红外线探测等。
三、半导体制冷温度控制
1.温度控制系统的组成
在工业生产生活中，对温度的控制是在一定空间内的温度具有很好的稳定性，温度在一定的范围内变化。在一个温度控制系统中，可采用两组开关电源供电且开关电源可调，电压分别为1～8V和0～5V，负载电阻为2Ω，传感器控制温度范围，温度控制范围为±0.5℃，采用两片半导体制冷片来调节箱内温度。
2.半导体制冷片恒温箱的电流控制
半导体制冷不需要制冷剂，所以不需要考虑破坏臭氧层问题，由于没有运动构件，噪音非常小而且体积也很小的优点，可利用半导体芯片，热交换器、隔热箱、风扇安装小型恒温箱。为了防止冷热端断路，芯片外围均使用隔热板隔热，然后安装散热板。芯片接线与风机采用并联形式，由电源直接供电，采用无级调节电压，按温度变化调节电压的高低。
3.半导体的温度控制
在温度控制的技术中，主要有以下几种制冷方式：压缩机制冷、吸收式制冷、太阳能制冷。然而根据我国的实际情况，现有设备的动力不足，无法使用这几种制冷方式。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在一些特殊的场合，无需消耗很大的功率，这时只需小功率的制冷器件---半导体制冷就能完成，半导体制冷功率适合一些小型的设备，半导体制冷器虽然在制冷方面用的比较多，但他在制热方面也有很大的作用，通过结合单片机与半导体制冷器的应用，实现小型设备温度的自动控制。
4.各领域制冷方式比较
半导体制冷由于材料的限制，还无法与压缩机、吸收式制冷等相比较，但对于很多需要小功率制冷器件的场所来说，半导体制冷技术将充分发挥其强大的优势。我们比较一下目前市场上各个领域所用到的其他制冷技术的特点及其制冷效果。
（1）压缩机制冷
压缩机制冷是指在压缩式制冷系统中，把制冷剂从低压提升为高压，并使制冷剂不断循环流动，从而使系统不断将内部热量排放到高于系统温度的环境中。制冷系统通过压缩机输入电能，从而将热量从低温环境排放到高温环境。由于温度的不断变化的，所以压缩机常处于负荷状态，因此，压缩机需要能量调节。
（2）太阳能制冷
太阳能制冷是指利用电样能发电，光电转化制冷，本质上是压缩式制冷，这种制冷方式比较比较能源。但是会对环境造成污染，而且这种制冷方式效率较为低下。
（3）磁制冷
磁制冷是先加磁场，再消去磁场，这时，磁体会从周围环境中吸收热量，通过热交换，使周围的温度降低，从而实现制冷效果。这种制冷方式的主要特点是制冷效率高，对环境没有污染。
（4）吸收式制冷
吸收式制冷主要是利用物质的物理状态变化，吸收来自蒸发器的冷蒸汽，再一次流入发生器，以此循环，实现吸热和放热的过程。
四、半导体制冷存在的不足
虽然半导体在工业生产和人们生活中有着举足轻重的地位，但其在制冷效果中也存在不足，那就是半导体制冷效率低下，因为半导体材料性能还达不到要求，我国的半导体制冷技术的研究还较为落后。我国的半导体制冷片工作的过程中，无法良好的散热，这是单片机的半导体制冷最大的遗憾，半导体材料影响的是内部电子能量交换的速度和电子能量交换的大小，固溶体合金是我国半导体材料应用最为广泛的材料之一。半导体制冷片非常方便，无需复杂的安装，但是，由于半导体材料的优质系数，制造半导体材料所选择的工艺影响着半导体的制冷效果。这给半导体材料的创新和工艺设计方面带来了挑战。
半导体的散热方式有自然对流散热、强迫风对流散热、液体冷却散热、热管散热等。自然对流散热广泛应用于小型的半导体制冷器热端进行散热。强迫风散热会比自然风散热的面积小一些。液体冷却散热是半导体制冷热端散热最快的一种方式，这里是利用水使其以流动的方式对半导体的热端进行散热，增加水的流动速度可加快散热。热管散热是利用材料的性能变化来吸收热量进行散热，散热效率高，但这种散热方式工艺复杂，成本较高，使用较少。
总而言之，单片机的半导体制冷控制技术的自动化发展给人类的生产、生活带来了巨大的方便，也将更好的改善人们的物质生活和精神生活。在其具体的应用中，基于单片机的应用系统则是我们的首选，采用单片机控制半导体制冷的温度控制系统，不仅对环境无污染，而且操作简单，应用、携带方便，实现更多制冷设备控制的智能化，更好地实现制冷效果，节约能源，具有很高的应用价值和推广意义。
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作者简介
王占昌，男，21岁，黑龙江工业学院 电信系 14级，电气工程及其自动化专业，在校学生，研究方向：电气工程与自动化。
论文作者:王占昌
论文发表刊物:《电力设备》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/22
标签：半导体论文; 单片机论文; 温度论文; 方式论文; 压缩机论文; 制冷剂论文; 半导体材料论文; 《电力设备》2017年第25期论文;