一种基于温差电效应的智能温控系统及其控温方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种基于温差电效应的智能温控系统及其控温方法，属于温度控制技 术领域。
【背景技术】：
[0002] 生活中当饮品温度不适宜饮用时多采取微波炉加热、兑热水等加热方法，或饮品 温度较高想冷却时多采取自然冷却、兑冷水或放入冰箱等冷却方法。但是上述方法存在以 下问题:1)家电设备体积过大，不便于户外携带;2)家电设备耗电量过大，不利于环保;3)兑 冷(热)水会影响饮品口感;4)无法准确控制饮品温度，为饮用带来不便。
[0003]目前市场上存在的饮品加热装置主要有加热型茶杯垫、热得快等，前者存在以下 问题：1)采用通过杯垫对茶杯底部热传递的办法，对茶杯材料有一定要求，不适用于所有类 型的茶杯;2)影响茶杯使用寿命;3)杯垫温度过高易造成意外;4)加热后茶杯杯体过热不利 于手拿杯体饮用;而后者主要存在以下问题：1)需要插座供电不方便室外使用;2)金属管体 需完全浸没入水中，不适用于少量液体加热；3)功率过大，无人情况下易造成水烧干情况引 发事故。
[0004] 温差电效应是利用两种连接起来的导电体或者半导体，通过温度差将热能转换成 电能或通过电压差将电能转化成热能的一种技术。将P型和N型结合的半导体元件组成的器 件构成回路，器件的一侧维持在低温状态，另一侧维持在高温状态。热能从高温侧流入器件 内，通过器件将热能从低温侧排出时，流入器件的一部分热能不放热，并在器件内变成电 能，就会在回路中形成直流电动势和直流电流;而在器件电极两端输入正向电压，器件两侧 将会形成温度差。
【发明内容】
：
[0005] 本发明基于上述温差电效应提供一种智能温控系统，具有制热和制冷两种功能， 智能控温，方便携带。
[0006] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
[0007] -种基于温差电效应的智能温控系统，包括温差发电模块，温差发电模块用于吸 收热能转换成电能通过与之连接的稳压模块给电源充电;USB模块用于外接USB线连接外部 电源并通过稳压模块给电源充电；电源分别给单片机和PWM电压模块供电；单片机分别与温 度传感器和按键相连，温度传感器将检测到的温度信息传送给单片机，按键用于输入需要 的温度，单片机将输入温度与温度传感器检测到的温度进行对比用于判断温差发电模块的 工作模式是制热还是制冷;单片机输出控制信号给PWM电压模块，PWM电压模块输出PWM波并 输入给与之相连的温差发电模块和电热丝，使电热丝进行加热。
[0008] 对上述方案进一步优化：
[0009] 所述单片机还连接显示器，用于显示温度和电源的电量。
[0010] 所述温差发电模块包括圆柱形金属外壳和先两两串联再并联的四块温差发电片。
[0011] 所述温差发电片型号为SP1848。
[0012]所述温度传感器为三个并联组网，并联后与单片机的同一个10接口连接，所述智 能温控系统还包括外壳，外壳从头部至底部划分为A、B、C、D和E五段区域，温差发电模块和 其中一个温度传感器置于C段，另外两个温度传感器分别置于B段和D段，电热丝置于E段， PWM电压模块、电源、稳压模块和单片机置于A段，显示器和按键置于外壳A段侧面上，USB模 块对外连接设有USB接口，USB接口设于外壳A段的顶端，外壳内部各段之间用隔热体间隔开 来，并用导热体对各段空间进行填充。
[0013] 所述温度传感器采用DS18B20数字温度传感器。
[0014] 所述外壳A段为聚丙烯塑料材质，B段至E段为不锈钢材质。
[0015] 所述单片机采用C0M8位STC89C52单片机。
[0016]所述电源使用18650磷酸铁锂电池，电热丝使用2090镍铬丝，导热体使用导热硅 胶，隔热体材质为玻璃纤维，按键采用6*6*5防水轻触按钮，显示器采用IXD。
[0017] 基于上述智能温控系统，本发明还提供一种基于温差电效应的智能控温方法，包 括以下步骤：
[0018] 步骤1)通过按键手动输入所期望的液体温度T1;
[0019] 步骤2)温度传感器组网单元反馈外壳B、D外侧液体温度Τ21、Τ22和外壳D外侧液体 初始温度T 2Q以及温差发电模块内部温度Τ3给单片机；
[0020] 步骤3)显示器显示液体温度、期望温度和电源电量；
[0021] 步骤4)单片机实时判断Τ21、Τ22变化幅度，
，则单片机判定液面低于
外壳B、C的交界线，温差发电模块不能工作于制热模式以免烧坏； 判定液面高于外壳B、C的交界线，无安全隐患，温差发电模块可以工作于制热模式；当T21 2 T，则单片机判断液面过低，断开温差发电模块和电热丝，其中T为阈值温度，t为时间系数；
[0022] 步骤5)单片机判断温差发电模块工作模式:若TifTm，则单片机判断为制冷模式， 温差发电模块吸收液体热能用于发电，通过稳压模块将输出电压滤波调压成适合电源充电 的电压，并将电能输入电源并储存;若!^ 2 T2Q，则单片机判断为制热模式，通过PID控制并 联，将ThTn输入PID控制器分别输出7[)、 71^。单片机将？10并联输出量输入占空比控制函 数?: (X1，X2，X3)、F2 (X1，X2，X3)，再将输出控制信号输入PWM电压模块，将PWM电压模块输出占 空比分别为Di、D2的PWM波分别输入温差发电模块和电热丝；
[0023] 步骤6)当电源的电能用尽后，可通过USB模块外接USB线，经过稳压模块调压后对 电源进行充电。
[0024] 本发明通过温差电效应有效回收热能，并转化成电能，用以电源充电。在温度过高 时，吸收多余的热量转换成电能储存;在温度过低时将储存的电能转换成热能输出。本发明 低碳环保，可有效减少能源浪费;成本低、不影响饮品口感、温控性能强、携带方便、能够有 效弥补现有饮品温度控制方法的不足之处。
[0025] 以下通过附图和【具体实施方式】对本发明做进一步阐述。
【附图说明】：
[0026]图1为本发明温控系统实施例的外观结构透视图；
[0027]图2为本发明温控系统实施例的结构原理框图；
[0028]图3为本发明温差发电模块的原理图；
[0029] 图4为本发明温度传感器多点组网的电路图。
[0030] 标号说明：
[0031 ]导热体1，隔热体2，电热丝3电压模块4，温差发电模块5，电源6，稳压模块7， USB模块8，单片机9，温度传感器10，显示器11，按键12，外壳13，USB接口 14。
【具体实施方式】：
[0032] 结合图1至图4,对本发明技术方案进行详细说明：
[0033] 本发明提供的一种基于温差电效应的智能温控系统，包括温差发电模块5和外壳 13,温差发电模块5用于吸收热能转换成电能通过与之连接的稳压模块7给电源6充电;USB 模块8用于外接USB线连接外部电源并通过稳压模块7给电源6充电；电源6分别给单片机9和 PWM电压模块4供电；单片机9分别与温度传感器10和按键12相连，温度传感器10将检测到的 温度信息传送给单片机9,按键12用于输入需要的温度，单片机9将输入温度与温度传感器 10检测到的温度进行对比用于判断温差发电模块5的工作模式是制热还是制冷;单片机9输 出控制信号给PWM电压模块4，PWM电压模块4输出PWM波并输入给与之相连的温差发电模块5 和电热丝3,使电热丝3进行加热。
[0034] 上述方案中的单片机9还连接显示器11，用于显示温度和电源的电量，电热丝3为 低压发热电热丝。
[0035] 温度传感器10采用DS18B20数字温度传感器，且采用多点组网由三个温度传感器 单元并联组成，并联后与单片机9的同一个10接口连接。DS18B20数字温度传感器具有独特 的一线接口，只需要一条通信接口，具有多点能力，简化了分布式温度传感应用，且无需外 部元件，可用数据总线供电。
[0036] 智能温控系统还包括外壳13,外壳13从头部至底部划分为A、B、C、D和E五段区域， 温差发电模块5和其中一个温度传感器10置于C段，另外两个温度传感器10分别置于B段和D 段，电热丝3置于E段，PWM电压模块4、电源6、稳压模块7和单片机9置于A段，外壳13内部各段 之间用隔热体2间隔开来，用于保障各元器件正常工作，互不干扰;并用导热体1对各段空间 进行填充，用于保障与外部液体的内能传递。外壳13的A段为聚丙烯塑料材质，B段至E段为 不锈钢材质，显示器11和按键12置于外壳13的A段的侧面上，USB模块8对外连接设有USB接 口 14，USB接口 14设于外壳13的A段的顶端。
[0037] 温差发电模块5主要由四块温差发电片和合金外壳组成，其中四块温差发电片两 两串联后并联形成，外侧套上圆柱形合金外壳。所用温差发电片型号为SP1848,其具有明显 的热电特性，能有效地把热能转换成电能，且体积小、能量密度大、寿命长。温差发电模块5