一种基于太阳能光伏的汽车驾驶室智能温控装置及方法与流程

本发明涉及太阳能应用领域，特别是涉及一种基于太阳能光伏的汽车驾驶室智能温控装置及方法。

背景技术：

近年来，汽车已经成为人们生活中不可或缺的交通工具之一，人们在享受汽车给我们的生活带来便利的同时，汽车自身所存在的一些问题也同样困扰着我们。比如在高温炎热的夏季，汽车停放在开阔场地中直接接受太阳照射，在经过长时间的照射后，车体内温度大大升高，使得驾驶环境极端恶劣，严重影响车辆驾驶安全及车辆的经济效益，近年有关媒体报道夏季儿童被留在车内导致死亡的事件屡见不鲜，而车辆驾驶员中暑昏迷的现象也时有发生；而在严寒的冬季，特别是北方，车内温度低，导致人们在进入车内启动车辆时感觉不适，而且由于低温导致部分车载电气设备无法正常工作。所以，适宜的车内环境温度成为人们追求的目标。

为解决汽车长时间停放后温度不适，有以下普遍做法：

人工反复开启车门，通过空气交换来降低温度。但由于采用人工进行且车门沉重，该方法耗时耗力，且效果不佳。

提前放置遮阳板或车衣等遮光设施。由于汽车热源不仅来自透过车窗的透射热源，还有来自车身、车内饰吸收阳光后产生的扩散热源以及汽车发动机等零部件产生的自身热源，这些热量都会导致车内温度升高。因此，该方法在温度调控上效果不理想。

在开启车门后对车内进行化学喷雾降温。其化学残留物对人体都有着或多或少的危害，特别是当车内有婴幼儿的时候。

部分车型可在进车前遥控开启空调进行温度调节，此种方法可以兼顾夏季与冬季的温度调节。但是由于车内空调的运行，车辆能耗增加，不利于节能减排。

因此，迫切需要一种高效率、低能耗的车内温度调节方法。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种基于太阳能光伏的汽车驾驶室智能温控装置及方法，旨在解决汽车停车后由于天气原因导致的汽车驾驶室温度过高或过低，影响驾驶员驾驶舒适度以及安全性的技术问题。

为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种基于太阳能光伏的汽车驾驶室智能温控装置，它包括太阳能电池板、mcu控制模块、热电制冷模块、蓄电池、舵机以及温度传感器；所述太阳能电池板的一端通过铰接轴设置在汽车驾驶室内顶部靠近汽车前挡风玻璃的汽车顶篷上；所述mcu控制模块包括太阳能控制器、stm32单片机和舵机控制器，所述太阳能控制器分别与太阳能电池板和蓄电池连接，用以控制所述蓄电池的充/放电；所述温度传感器设置在汽车驾驶室内，所述热电制冷模块设置在汽车驾驶室内顶部，所述stm32单片机分别与温度传感器和热电制冷模块连接，用以根据所述温度传感器的温度信息控制所述热电制冷模块的制冷/制热；所述舵机控制器与舵机连接，用以控制所述舵机的转动；所述舵机的输出轴与铰接轴固定连接，用以驱动太阳能电池板从汽车顶篷处翻转到汽车前挡风玻璃处；所述的太阳能控制器和舵机控制器分别与stm32单片机连接。

优选地，所述stm32单片机与车载中央控制器连接，用以获取汽车行驶状态，当汽车在启动状态时，通过舵机控制器将太阳能电池板设置在汽车顶篷上；当汽车在熄火状态时，通过舵机控制器驱动舵机转动使太阳能电池板旋转至汽车前挡风玻璃处。

优选地，所述热电制冷模块包括风扇、热电制冷半导体、散热片、隔热垫，所述热电制冷半导体的一端与一个风扇连接，另一端与所述散热片连接，所述散热片的两侧分别设置一个风扇，所述隔热垫设置在热电制冷半导体上。

优选地，所述温度传感器设置在汽车驾驶室内仪表盘处，用以对车内温度进行实时监测，并将温度信息传回给所述stm32单片机。

优选地，当车内温度超出预设的适宜温度范围时，所述stm32单片机控制所述热电制冷模块开启工作；当车内温度处于所述适宜温度范围时，所述stm32单片机控制所述热电制冷模块停止工作。

优选地，当所述太阳能电池板无法进行光电转化时，所述太阳能控制器控制所述蓄电池为所述装置供电；当所述热电制冷模块停止工作后，所述太阳能控制器控制太阳能电池板为蓄电池充电。

优选地，所述stm32单片机包括模糊控制器、脉宽调制器和电压控制器，所述模糊控制器根据温度差值以及温度差值变化率得到控制量，所述脉宽调制器根据所述控制量产生pwm脉宽调节信号，所述电压控制器根据所述pwm脉宽调制信号控制输出电压，继而控制所述热电制冷模块的制冷/热量。

优选地，所述装置还包括触摸屏，所述触摸屏与stm32单片机连接，用以预设适宜温度范围。

优选地，在汽车驾驶室内顶部靠近太阳能电池板远离铰接轴的另一端处设置有卡固装置，所述卡固装置包括立柱和电动销，所述立柱的一端固定在汽车顶篷上，所述电动销设置在立柱的另一端且电动销朝向太阳能电池板方向伸出到设置在汽车顶篷上时太阳能电池板的下方，用以将太阳能电池板牢固地固定在汽车顶篷上，防止在汽车行驶过程中由于颠簸导致太阳能电池板以铰接轴为支点摆动，以便太阳能电池板掉落。

另一方面，本发明还提供了一种基于太阳能光伏的汽车驾驶室智能温控方法，它包括以下过程：

设定汽车驾驶室内适宜温度范围；

温度传感器实时采集汽车驾驶室内温度信息并发送给mcu控制模块，当车内温度超出预设的适宜温度范围时，mcu控制模块控制热电制冷模块开启工作；当车内温度处于所述适宜温度范围时，所述mcu控制模块控制所述热电制冷模块停止工作；

mcu控制模块通过车载中央控制器实时获取汽车行驶状态，当汽车在启动状态时，通过舵机控制器将太阳能电池板设置在汽车顶篷上；当汽车在熄火状态时，通过舵机控制器驱动舵机转动使太阳能电池板旋转至汽车前挡风玻璃处；

优选地，控制热电制冷模块开启工作的过程具体为：

当汽车驾驶室内的温度低于预设的适宜温度范围时，mcu控制模块控制热电制冷模块进行制热工作；当汽车驾驶室内的温度高于预设的适宜温度范围时，mcu控制模块控制热电制冷模块进行制冷工作。

本发明的基于太阳能光伏的汽车驾驶室智能温控装置，通过智能温控，使得停车时车内温度保持在人体舒适温度，避免车内温度由于天气的原因过热或过冷，导致舒适感降低以及汽车行车安全性问题。而且由于采用太阳能光伏供电，在制冷或制热系统停止工作时还可以为蓄电池充电，节省了汽车自身能源的消耗，绿色环保。

该装置是在汽车停车之后，在所有车载电器设备无法工作时，通过太阳能电池板为半导体热电制冷模块供电，对夏季冬季停车后炎热或寒冷的车内环境进行温度调节，有效降低了汽车开启车载空调时对汽油的消耗，并可维持人体适宜温度，避免车内温度过低或过高的情况出现。为了避免车内封闭空间的一些人身安全问题发生，还可以在车内前后加装人体传感器，是该装置在汽车停车后车内无人时实现智能化工作。对于多余的电量储存至蓄电池，达到不浪费电能的目的，使人们有更好的进车环境，且可以达到减少汽车油耗，减少排放，缓解雾霾天气的目的，进而实现了节能减排。

本发明充分利用丰富的太阳能资源，通过太阳能为热电制冷模块供电，调节车内温度。可以设定温度区间，自动控温装置会根据环境温度探头感知的温度，控制半导体模块的工作状态，将温度控制在一定范围内，维持车内实时温度。在实时温度高于上限温度时开启制冷模式；低于下限温度时开启加热模式，将车内环境温度始终控制在设定范围内，达到最终车内温度适宜的目的。

附图说明

图1是本装置的结构框图；

图2是本装置中太阳能电池板内置于汽车顶篷上时的结构示意图；

图3是本装置中太阳能电池板旋转至前挡风玻璃时的结构示意图；

图4是本装置中热电制冷模块的结构示意图，其中，图4(a)是热电制冷模块的正视图，图4(b)是图4(a)的左视图；

图5是本装置中另一实施例结构框图；

图中，1-太阳能电池板；2-mcu控制模块；3-热电制冷模块；4-蓄电池；5-舵机；6-温度传感器；7-风扇；8-热电制冷半导体；9-散热片；10-隔热垫。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例做进一步详述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明：

一种基于太阳能光伏驾驶室光伏智能温度调节装置，如图1和图2所示，由太阳能电池板1、mcu控制模块2、热电制冷模块3、蓄电池4、舵机5以及温度传感器6连接构成，所述太阳能电池板的一端通过铰接轴设置在汽车驾驶室内顶部靠近汽车前挡风玻璃的汽车顶篷上；所述mcu控制模块包括太阳能控制器、stm32单片机和舵机控制器，所述太阳能控制器分别与太阳能电池板和蓄电池连接，用以控制所述蓄电池的充/放电；所述温度传感器设置在汽车驾驶室内，所述热电制冷模块设置在汽车驾驶室内顶部，所述stm32单片机分别与温度传感器和热电制冷模块连接，用以根据所述温度传感器的温度信息控制所述热电制冷模块的制冷/制热；所述舵机控制器与舵机连接，用以控制所述舵机的转动；所述舵机的输出轴与铰接轴固定连接，用以驱动太阳能电池板从汽车顶篷处翻转到汽车前挡风玻璃处；所述的太阳能控制器和舵机控制器分别与stm32单片机连接。所述太阳能控制器控制装置的充放电模式，包括太阳能电池板直接给系统供电、太阳能电池板对蓄电池充电以及蓄电池作为备用电源为系统供电；所述stm32单片机可以对适宜温度范围进行设定，分别设置上限、下限温度值，当车内温度低于适宜温度范围的下限值或者高于适宜温度范围的上限值时，控制热电制冷模块开始工作，进行升温或者降温处理；所述舵机控制器可以根据装置的开启或关闭，来控制舵机带动太阳能电池板转动。

所述stm32单片机与车载中央控制器连接，用以获取汽车行驶状态，如图2和图3所示，当汽车在启动状态时，通过舵机控制器将太阳能电池板设置在汽车顶篷上；当汽车在熄火状态时，通过舵机控制器驱动舵机转动使太阳能电池板旋转至汽车前挡风玻璃处，可以使其最大限度的吸收太阳能转化为电能，从而为整套装置供电。当装置停止工作后，同样由舵机控制转动，回至车顶篷位置处。

如图4所示，所述热电制冷模块包括风扇7、热电制冷半导体8、散热片9、隔热垫10，热电制冷半导体上端连接风扇，下端与散热片连接，散热片两侧分别设置一个风扇，进行散热。所述热电制冷半导体包括多个n型半导体元件和多个p型半导体元件，所述n型半导体元件和p型半导体元件相互间隔设置，并采取串联方式进行连接。热电制冷半导体的一端为冷端，另一端为热端。所述隔热垫设置在热电制冷半导体上，在安装时，通过隔热垫卡将热电制冷半导体接在车顶的天窗位置处，一端位于车内，另一端位于车体外。

当温度调节装置为车内制冷时，电源接通后，热电制冷半导体位于车内的一端电流方向是n→p，使得温度降低，形成冷端；而位于车外的一端的电流方向是p→n，使得温度升高，形成热端。冷端由于散热片以及风扇的作用，使得有效的在车内形成冷量的传递；热端同样由于风扇的作用，使得热端不断散热，并保持一定的温度。当温度调节装置需要为车内供热时，只需控制电源电极正反接，改变热电制冷半导体内的电流方向即可，位于车内一端形成热端，而车外一端形成冷端，从而实现制冷和制热模式切换。

太阳能电池板将太阳能转化为电能后，将电能传输给mcu控制模块，所述温度传感器设置在汽车驾驶室内仪表盘处，用以对车内温度进行实时监测，并将温度信息传回给所述mcu控制模块，mcu控制模块根据预设的温度范围来控制热电制冷模块的工作模式：当夏季高温时，车内温度高于预设上限温度值，mcu控制模块连通热电制冷模块开启制冷模式；当冬季寒冷时，车内温度低于预设下限温度值，mcu控制模块连通热电制冷模块开启制热模式。当车内温度调节至预设温度值范围内后，mcu控制模块自动切断与热电制冷模块的连接，停止制冷或加热，从而实现车辆驾驶室的智能控温。

当车内温度处于预设温度范围内，即热电制冷模块停止工作后，将太阳能电池板光电转化产生的电能储存至蓄电池，从而在阴雨天或是夜晚等光照条件不充足时，将蓄电池作为电源，为装置提供电力输出。当所述热电制冷模块停止工作后，所述太阳能控制器控制太阳能电池板为蓄电池充电，进行电能储备。

所述装置还包括触摸屏，用户可以通过所述触摸屏预设适宜温度范围。

在另一种实施例中，如图5所示，所述stm32单片机包括模糊控制器、脉宽调制器和电压控制器，所述模糊传感器接收温度传感器传回的温度信息以及预设的温度值范围，计算温度差值，当工作模式为制冷模式时，所述温度差值为温度传感器传回的温度值与预设温度值范围上限值的差；当工作模式为制热模式时，所述温度差值为预设温度值范围下限值与温度传感器传回的温度值的差。所述模糊控制器通过计算得到的所述温度差值以及所述温度差值的变化率，依据模糊控制规则得到适当的控制量，并将所述控制量输入到所述脉宽调制器，所述脉宽调制器根据控制量产生相应的pwm脉宽调制信号，所述电压控制器通过所述pwm脉宽调制信号的占空比控制输出电压，在pwm脉宽调制信号的作用下，电压大小可调。所述模糊控制规则为基于目前模糊推理决策常用的mamdani算法制定，在此不再赘述。

由于热电制冷模块的制冷/热量由电源电压决定，因此模糊控制器的控制信号通过控制电源电压继而对热电制冷模块的制冷/热量以及温度进行控制。

上述实施例采用模糊控制原理，对温度的控制具有较好的控制效果，具有温度控制无超调，误差小等优势。

为了行驶安全，在汽车驾驶室内顶部靠近太阳能电池板远离铰接轴的另一端处设置有卡固装置，所述卡固装置包括立柱和电动销，所述立柱的一端固定在汽车顶篷上，所述电动销设置在立柱的另一端且电动销朝向太阳能电池板方向伸出到设置在汽车顶篷上时太阳能电池板的下方，用以将太阳能电池板牢固地固定在汽车顶篷上，防止在汽车行驶过程中由于颠簸导致太阳能电池板以铰接轴为支点摆动，以便太阳能电池板掉落。

本发明的一种基于太阳能光伏的汽车驾驶室智能温控方法，它包括以下过程：

设定汽车驾驶室内适宜温度范围；

温度传感器实时采集汽车驾驶室内温度信息并发送给stm32单片机，当车内温度超出预设的适宜温度范围时，stm32单片机控制热电制冷模块开启工作；当车内温度处于所述适宜温度范围时，所述stm32单片机控制所述热电制冷模块停止工作；

stm32单片机通过车载中央控制器实时获取汽车行驶状态，当汽车在启动状态时，通过舵机控制器将太阳能电池板设置在汽车顶篷上；当汽车在熄火状态时，通过舵机控制器驱动舵机转动使太阳能电池板旋转至汽车前挡风玻璃处；

上述方法中，控制热电制冷模块开启工作的过程具体为：

当汽车驾驶室内的温度低于预设的适宜温度范围时，stm32单片机控制热电制冷模块进行制热工作；当汽车驾驶室内的温度高于预设的适宜温度范围时，stm32单片机控制热电制冷模块进行制冷工作。

本发明利用丰富的太阳能资源，将其转化为电能，供热电制冷模块以及小型风扇工作，达到夏季降温喝冬季加热效果。同时根据环境温度探头感知的温度，控制热电制冷模块的工作状态，将温度控制在一定范围内，维持车内实时温度。除正常保持车辆的运行环境以外，还能有效降低车辆空调制冷系统的能耗指标，即有利于国家节能减排的大政方针的实施，又可以有效控制汽车尾气中nxo的排放，对于多余的电量也会将其输送至蓄电池，不浪费多余电能，有效较少城市雾霾天气的发生，具有重要的经济效益及社会效益。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。