本发明涉及一种冷暖双用智能调温座椅装置，属于制冷系统设计技术领域。
背景技术：
随着制冷技术越发成熟，现办公或家居制冷制热使用空调，但其使用能耗大，在宽阔的 场合不能很好的局部制冷制热，且不方便移动，目前市面上现有的夏季凉坐垫多为竹制，质 硬不贴合人体，或者以水为内容物，用户体验并不很好，制热坐垫多为用电阻丝加热。目前 市面上的坐垫大多只能单一使用，且不智能，用户舒适度较低。而且用户在高温或寒冷的环 境下久坐容易对健康造成不良影响。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种冷暖双用智能调温座椅装 置，基于半导体制冷片的“帕尔贴效应”，利用其热端与冷端两面温差效果达到冷暖两用，通 过温度传感器数据采集与MCU控制制冷器形成多档位智能工作效果。
为解决上述技术问题，本发明提供一种冷暖双用智能调温座椅装置，包括座椅骨架、坐 垫以及拉板；所述坐垫通过左、右两端面中心轴跟座椅骨架相连，并通过两根中心轴转动从 而使坐垫换面；所述拉板通过滑槽跟座椅骨架相连接，拉板通过滑槽被拉出或者推进，翻转 坐垫时，将拉板先拉出，坐垫翻转完毕后，再推进拉板固定坐垫并支撑坐垫；
所述座椅骨架包括椅腿、横梁和椅背，所述椅腿由上、下横梁连接，上横梁中间有孔能 够穿过中心轴，下横梁有滑槽用于放置拉板；
所述坐垫内包含温度传感器、制冷器以及数据采集与控制单元；
所述制冷器在坐垫内成三排排布放置，每排个数分别为2个，3个，2个；所述温度传 感器有三个，三个温度传感器分别与坐垫制冷面、坐垫产热面和坐垫壁板相连，用于检测制 冷面、产热面以及外界温度；所述温度传感器将采集的温度信号转化为电压信号，输送给 MCU的ADC口进行ADC转换，MCU根据接收的信号控制整个座椅装置的运行；
所述数据采集与控制单元包括MCU，与MCU相连的开关按键、MCU供电、显示单元 和7个开关；所述开关按键控制整个座椅装置的运行；
所述坐垫的上端面和下端面均为光滑曲面，且两个面都是朝向中心轴方向弯曲，分别为 制冷面与导热面；所述上端面为封闭面，与坐垫中部制冷器的导冷块相接触；所述坐垫四周 由四块封闭壁板包围，其中，左右两块壁板中央各有一个孔，用于穿过中心轴与座椅骨架相 连，右壁板上镶嵌有MCU、显示单元以及开关按键；
所述拉板上端面中部为光滑曲面，与坐垫的下端面相配合，所述拉板下端面为平面，两 端为平面，拉板两端配合滑槽；
所述制冷器的控制过程为：由220V市电先接DC转换供给制冷器，七个制冷器采用并 联方式，其电源线经过DC转换，DC转换与每个制冷器间为开关，由MCU控制开关开启 和关闭，控制制冷器组的工作方式；
制冷器组的工作方式有三种类型，具体为：4号制冷器单独工作；1、2、6、7号制冷 器共同工作；全部制冷器共同工作；所述制冷器的编号为中间三个从左到右为1、2、3号， 上面为4号和5号，下面为6号和7号。
前述的座椅骨架由木质材料构成。
前述的中心轴采用铁质材料制成。
前述的拉板为中空有缝。
前述的坐垫的下端面为中空有缝。
前述的制冷器四周与坐垫的壁板之间用隔热羽丝绒填充。
前述的制冷器由导冷块、制冷片、制冷片底座以及散热片组成，所述制冷片镶嵌在制冷 片底座中，一面为制冷面，一面为产热面，所述制冷片制冷面与导冷块接触，制冷片产热面 与散热片之间夹杂一层导热硅脂，所述制冷片底座、导冷块以及散热片通过螺钉固定。
本发明的有益效果为：
本发明利用半导体制冷片的“帕尔帖效应”，一面制冷，一面制热，利用冷、热两端温 差效果以及装置的可翻转结构，能够达到冷暖两用效果，同时，采用温度传感器实时监控冷 端、热端与周围环境温度，通过单片机调节制冷器工作状态，达到智能调温效果；设置三个 工作档位，利用MCU调温，节能智能且人性化，可提高对制冷片利用效率，对优化坐垫人 性化服务有重要意义。
附图说明
图1是本发明座椅装置结构原理图；
图2是本发明座椅装置整体结构示意图；
图3是本发明座椅装置座椅骨架结构示意图；
图4是本发明座椅装置拉板结构示意图；图4(a)为俯视图；图4(b)为正视图；图 4(c)为整体结构示意图；
图5是本发明座椅装置坐垫结构示意图；图5(a)为坐垫封装结构示意图；图5(b) 为坐垫分解示意图；
图6是本发明座椅装置翻转示意图；
图7是本发明座椅装置制冷器结构示意图；
图8是本发明座椅装置制冷器分解图；
图9是本发明座椅装置数据采集与控制单元示意图；
图10是本发明座椅装置制冷器摆放位置图；
图11是本发明座椅装置制冷器档位控制方式图；
图12是本发明座椅装置工作原理示意图；
图13是本发明座椅装置制冷器控制图。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而 不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1和图2所示，本发明的冷暖双用智能调温座椅装置，包括座椅骨架、坐垫以及拉 板三部分，其中，坐垫内包含温度传感器、制冷器以及数据采集与控制单元。参见图3，坐 垫2通过左右两端面中心轴5跟座椅骨架1相连，并通过两根中心轴5转动从而使坐垫2 换面使用，从而达到冷暖双用的效果。拉板3通过滑槽4跟座椅骨架1相连接，拉板3可通 过滑槽4被拉出或者推进。翻转坐垫时，将拉板先拉出，坐垫翻转完毕后，再推进拉板固定 坐垫并支撑坐垫。
座椅骨架1由木质材料构成，骨架结构主要包括椅腿、横梁和椅背，其中，椅腿由上、 下横梁连接，上横梁中间有孔可穿过中心轴5，下横梁有滑槽可放置拉板。中心轴采用铁质 材料制成。
如图4(a)、(b)和(c)所示，拉板上端面中部为光滑曲面，可配合坐垫曲面，下端 面为平面，两端为平面，拉板两端可配合滑槽，拉板设计为中空有缝，可散热或导冷。
如图5(a)和(b)所示，坐垫上端面6、坐垫下端面8均为光滑曲面，且两个面都是 朝向中心轴方向弯曲，分别为制冷面与导热面，其中，制冷面(上端面)为封闭面，与坐垫 中部制冷器的导冷块相接触，制冷器通过导冷块传递冷量给制冷面；导热面有中空缝隙，与 拉板上端面中部的曲面配合，有利于制冷器的散热器将热量导出。坐垫中部由七个制冷器 10成三排排布放置，每排个数分别为2个，3个，2个，具体排布参见图10。坐垫四周由四 块封闭壁板7包围，其中，左右两块壁板中央各有一个个孔9，可穿过中心轴与座椅骨架相 连，右壁板上镶嵌有MCU、显示单元以及开关按键。制冷器四周与壁板之间用隔热羽丝绒 填充，避免制冷器冷量或热量从四周损失，有利于冷量与热量集中在制冷面与导热面，同时 因羽丝绒空孔多，充满空气，空气导热系数小，导热系数变小且较为稳定，保温性能变优良。
坐垫内的温度传感器有3个，温度传感器1与坐垫制冷面相连，温度传感器2与坐垫导 热面相连，温度传感器3与坐垫壁板相连，温度传感器1、2、3分别检测制冷面、导热面以 及外界温度。
图6示出了座椅翻转结构，在制冷面工作时，拉板推进滑槽固定坐垫，同时支撑坐垫及 用户的重量，导热面工作时，先将拉板从滑槽拉出，接着翻转坐垫，转换工作面，使导热面 朝上，再推进拉板固定。坐垫通过左右壁板与座椅骨架的横梁之间的中心轴相互连接并转动。
参见图7和图8，本发明坐垫内包括七个制冷器10，制冷器由导冷块11、制冷片12、 制冷片底座13以及散热片14组成，其中，制冷片12镶嵌在制冷片底座13中，一面制冷， 一面产热，制冷片12制冷面与导冷块11接触，制冷片产热面与散热片14之间夹杂一层薄 的导热硅脂，制冷片底座13、导冷块11以及散热片14通过螺钉固定。导冷块与散热片的 作用分别是将制冷片产生的冷量与热量传递至坐垫制冷面与导热面以降低或升高温度。
制冷器工作原理如下：
制冷器中采用半导体制冷片制冷产热，其工作原理为“帕尔贴效应”，由N型半导体材 料和P型半导体材料制成。
所谓的“帕尔贴效应”就是当有电流通过不同的导体组成的回路时，除产生不可逆的焦耳 热外，在不同导体的接头处随着电流方向的不同会分别出现吸热、放热现象。如果电流从自 由电子数较高的一端A流向自由电子数较低的一端B，则B端的温度就会升高；反之，B 端的温度就会降低。
当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成的热电偶对中有电流通过时，两 端之间就会产生热量转移，电流由N型元件流向P型元件的接头吸收热量，成为冷端，由P 型元件流向N型元件的接头释放热量，成为热端。但是半导体自身存在电阻，当电流经过 半导体时就会产生热量，从而会影响热传递。而且两个极板之间的热量也会通过空气和半导 体材料自身进行逆向热传递。当冷热端达到一定温差，这两种热传递的量相等时，就会达到 一个平衡点，正逆向热传递相互抵消。此时冷热端的温度就不会继续发生变化。
本发明将运用制冷片的冷端与热端产生两面温差效果达到冷暖两用，利用其热端散热的 能量，在反面制热，其热量大于制冷功率。半导体制冷片表面均匀涂上薄层硅脂散热，利于 客户接受热量。
制冷器工作状态分析：
因为热电制冷片的特性——热效率大，所以选取制冷片时，我们已经考虑并满足了其制 冷要求。所以，我们只需要计算热电制冷片在制冷时热端的放热和肋片的散热。
假设，夏天空气温度为tf＝t∞＝35℃,热电制冷片热端温度为tw＝65℃，则空气的物性参 数按空气温度和制冷片热端温度的平均值50℃。查表得50℃时空气物性参数：
λ＝2.83×10-2w/(m·k)，
μ＝19.6×10-6kg/(m·s)，
ν＝17.95×10-6m2/s，
Pr＝0.698,
热电制冷片规格为长×宽×高＝0.03×0.03×0.003m。
单个制冷片热端负荷Pw＝65W,
单个肋片长度为H＝4.6×10-2m,
以下为直肋导热的计算：
假设制冷片热端相对于房间是大空间中自然对流，由公式可知格拉晓夫数：
然后根据条件1.43×104<Gr<3×109,即此时为层流运动，代入传热学中相关数据得到雷 诺数：
所以
已知：每片制冷片下有5片铝制肋片，其中：
H＝4.6×10-2m，
δ＝2×10-3，
λ＝237w/(m·k)，
又H＞＞δ,所以P＝2；
由矩形致肋的肋效率计算公式可知：
再由温度分布公式可知：
可得出肋端温度：
tH＝θH+t∞＝35+28.98＝63.98℃ (8)
则每片肋片散出的热流量：
经计算，Φ>Pw,热端热量可以完全由五片散热肋片自然对流散出以保证冷端额定制冷 量，不需要风扇强制对流，本发明可减轻重量且降低成本。
图9示出了数据采集与控制单元，包括MCU，与MCU相连的开关按键、MCU供电、 显示单元、7个开关(1-7)，7个开关各连接一个制冷器。
MCU可以选择STC公司的STC12C、STM32、STC89系列单片机。推荐使用封装为 SOP-20，单片机内置了8位ADC和通用GP口，速度均可达到100kHZ，8路ADC模块可 以用作按键检测、温度以及开关检测等。可将温度传感器检测到的温度转化为电压信号采集 并传送到MCU的ADC口，之后MCU根据采集而来的信号控制整个座椅装置的运行。显 示单元与GP口连接，显示单元可以使用的型号为LCD1602，LCD12864，LCD16864， LCD12232等。
开关按键控制整个座椅装置的运行，闭合后座椅装置便开始正常工作。温度传感器将采 集的信号转化为电压信号，输送给MCU并进行ADC转换，再输送给显示单元。显示单元 与单片机输出端口相连，主要显示机器是否正常工作、当前温度、开关情况等参数。同时， 通过反馈信号利用MCU控制电磁阀开关情况。
参见图11，制冷器的开关由MCU控制，存在三种工作方式，称为档位1、档位2和档 位3，档位1开启则4号制冷器单独工作，档位2开启则1、2、6、7号制冷器共同工作， 档位3开启则全部制冷器共同工作。
如图12所示，本座椅装置的工作原理为：通过温度传感器1、2和3分别测得制冷面、 导热面以及外界的温度，输送给MCU进行ADC转换后在显示单元上显示，并根据人感受 自行调节座椅工作档位制冷或导热，根据温度传感器1或温度传感器2的反馈信息再调节舒 适的档位。
如图13所示，制冷器的控制过程为：由220V市电先接DC转换供给制冷器工作，七 个制冷器采用并联方式，其电源线经过DC转换，DC转换与每个制冷器间为开关，由MCU 控制开关开启和关闭，控制制冷器工作状态。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说， 在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为 本发明的保护范围。