一种太阳能供电的半导体制冷控温保鲜箱的制作方法

本实用新型涉及保鲜箱领域，尤其是一种太阳能供电的半导体制冷控温保鲜箱。

背景技术：

长期以来，采后贮运保鲜设施和技术的不配套是制约果蔬高效流通的主要原因，这导致我国果蔬采后损耗率高达20％～30％，每年腐烂损耗的果蔬农产品高达1.42亿吨以上，价值超过1000亿元人民币。另一方面，按照《药品经营质量管理规范》的要求，企业经营冷藏、冷冻药品时在收货、验收、储存、养护、出库、运输等环节需要根据药品包装标示的贮藏要求，采用经过验证确认的设施设备、技术方法和操作规程，对冷藏、冷冻药品储存过程中的温湿度状况、运输过程中的温度状况进行实时自动监测和控制，保证药品的储运环境温湿度控制在规定范围内。目前通常利用保鲜箱进行新鲜果蔬和贵重药品的保存鲜，但常规的保鲜箱的器械繁杂，导致整个保鲜箱体积庞大、不便移动，而且能耗较高，智能化程度也不够高。

技术实现要素：

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种太阳能供电的半导体制冷控温保鲜箱，该保鲜箱将太阳能技术、半导体制冷技术和物联网控制技术结合，节能环保，模块集成度高，而且可以实现远程监测和智能调控。

本实用新型的技术方案如下：

一种太阳能供电的半导体制冷控温保鲜箱，包括保鲜箱箱体，该半导体制冷控温保鲜箱还包括：太阳能供电模块、主控模块、tft液晶显示模块、按键控制模块、蜂鸣器报警模块、蓝牙模块、气压检测控制模块、温湿度检测控制模块以及含氧量检测控制模块；

太阳能供电模块至少包括太阳能发电板，太阳能发电板设置在保鲜箱箱体上，太阳能供电模块连接主控模块、tft液晶显示模块、按键控制模块、蜂鸣器报警模块、蓝牙模块、气压检测控制模块、温湿度检测控制模块以及含氧量检测控制模块进行供电；

主控模块分别连接tft液晶显示模块、按键控制模块、蜂鸣器报警模块和蓝牙模块，tft液晶显示模块、按键控制模块和蜂鸣器报警模块设置在保鲜箱箱体上；

气压检测控制模块包括气压计和气压控制单元，气压计设置在保鲜箱箱体的内部并连接主控模块，气压控制单元包括受第一继电器控制的真空泵和受第二继电器控制的气压泵，主控模块连接并控制第一继电器和第二继电器，真空泵和气压泵均连通保鲜箱箱体；

温湿度检测控制模块包括温湿度传感器和温湿度控制单元，温湿度传感器设置在保鲜箱箱体的内部并连接主控模块，温湿度控制单元包括半导体制冷装置和湿度控制装置，半导体制冷装置包括同时受第三继电器控制的散热风扇和制冷片，主控模块连接并控制第三继电器，散热风扇安装在保鲜箱箱体上，制冷片设置在保鲜箱箱体的内部；湿度控制装置包括受第四继电器控制的加湿器和受第五继电器控制的除湿器，主控模块连接并控制第四继电器和第五继电器，加湿器和除湿器均连通保鲜箱箱体；

含氧量检测控制模块包括氧气传感器和含氧量控制单元，氧气传感器设置在保鲜箱箱体的内部并通过信号放大电路连接主控模块，含氧量控制单元包括气动阀和氮气罐，氮气罐通过气动阀连通保鲜箱箱体，气动阀受第六继电器控制，主控模块连接并控制第六继电器。

其进一步的技术方案为，太阳能供电模块还包括电流变送器、蓄电池、稳压模块和dc-dc模块，稳压模块基于lm7805ct芯片，dc-dc模块基于lm2596芯片，太阳能发电板连接电流变送器的输入端，电流变送器的输出端连接蓄电池的充电口，蓄电池的放电口连接稳压模块的输入端，稳压模块的输出端连接dc-dc模块的输入端，dc-dc模块的输出端连接其余各个模块进行供电。

其进一步的技术方案为，主控模块采用stm32f103c8t6-ep芯片；气压计采用bmp180气压计模组，bmp180气压计模组基于gy68bmp180芯片，gy68bmp180芯片的scl引脚和sda引脚分别作为bmp180气压计模组的第3引脚和第4引脚连接主控模块的pb3、pb4引脚；温湿度传感器采用dth11传感器，dth11传感器的第2脚连接主控模块的pb1引脚；氧气传感器采用bwo2-a2传感器，bwo2-a2传感器的第3脚连接主控模块的pa0引脚；蓝牙模块采用hc-05蓝牙模组，hc-05蓝牙模组的uart_txd引脚连接主控模块的pa2引脚，hc-05蓝牙模组的uart_rxd引脚连接主控模块的pa3引脚。

本实用新型的有益技术效果是：

本申请公开了一种太阳能供电的半导体制冷控温保鲜箱，该保鲜箱利用太阳能光电转换技术吸收无污染光能将其转换为电能为各用电模块供电，节能环保；该保鲜箱基于传感检测技术可以实现对箱内温湿度、含氧量和气压的调控，而且利用半导体制冷技术进行制冷，各个模块集成度高，实现方式简单，减小了保鲜箱的整体体积；该保鲜箱基于物联网控制原理，可以实现对箱内环境的远程监测和智能调控；该保鲜箱结合光电转换技术、储能技术、半导体制冷技术、稳压降压技术、传感检测技术、通信技术以及反馈控制技术，可以实现对箱内环境参数的智能调控，从而可以延长箱内蔬果的保质期、保证箱内药品的有效期内的价值，该保鲜箱对物流运输和储物仓库领域的新鲜果蔬、贵重药品的保存鲜具有重要使用意义，具有良好的适用范围和发展前景。

附图说明

图1是本申请公开的半导体制冷控温保鲜箱的电路结构框图。

图2是本申请中的稳压模块的电路图。

图3是本申请中的dc-dc模块的电路图。

图4是本申请公开的半导体制冷控温保鲜箱的部分电路结构接线图。

图5是本申请中的气压计的电路图。

图6是本申请中的主控模块控制继电器的控制电路图。

图7是本申请中的信号放大电路的电路图。

图8是本申请中的蓝牙模块的电路图。

图9是本申请中的主控模块的操控流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种太阳能供电的半导体制冷控温保鲜箱，包括保鲜箱箱体，请参考图1的电路框图，该半导体制冷控温保鲜箱的电控部分还包括：太阳能供电模块、主控模块、tft液晶显示模块、按键控制模块、蜂鸣器报警模块、蓝牙模块、气压检测控制模块、温湿度检测控制模块、含氧量检测控制模块以及气压检测控制模块。

太阳能供电模块用于为电控部分的其余各用电模块进行供电，图1仅示出了太阳能供电模块连接主控模块的示意图。太阳能供电模块包括太阳能发电板、电流变送器、蓄电池、稳压模块和dc-dc模块，太阳能发电板连接电流变送器的输入端，电流变送器的输出端连接蓄电池的充电口，蓄电池的放电口连接稳压模块的输入端，稳压模块的输出端连接dc-dc模块的输入端，dc-dc模块的输出端连接其余各个模块进行供电。太阳能发电板放置于阳光充足的环境中进行光电能量转换，通常可以将太阳能发电板直接设置在保鲜箱箱体上，太阳能发电板基于太阳能光伏发电原理进行发电，当太阳光(或其他光)照射到太阳能发电板上时，太阳能发电板吸收了光能并产生光生电子空穴对，在太阳能发电板内建电场的作用下，光照产生的电子和空穴被分离开来，两种不同电性的电荷向电池两端聚集，光生电压因此产生，即所谓“光生伏特效应”。太阳能发电板产生的电能经过电流变送器后输送到蓄电池的充电口进行电能储存。在用电回路部分，蓄电池输出的电能经过稳压模块的稳压处理后经过dc-dc模块的降压后，输出各模块所需的电压进行供电。其中，请参考图2，稳压模块基于lm7805ct芯片，蓄电池的放电口的正、负极分别连接lm7805ct芯片的linevoltage引脚和common引脚，为了防止自激振荡，在lm7805ct芯片的输入端前面加一个c1＝0.33uf的电容；另外为了改善输出的瞬时特性，在lm7805ct芯片的输出端加一个c2＝1uf的电容，最终在负载r1上得到稳压后的电压，lm7805ct芯片的verg引脚和common引脚通过电容c2和负载r1分别接入dc-dc模块的正、负极。请参考图3，dc-dc模块基于lm2596芯片，稳压模块输出的12v直流电压经过电解电容c3和c4后与lm2596芯片的in引脚相连，lm2596芯片的off引脚和gnd引脚接地、out引脚通过电感l1滤波，并与稳压二极管并联进行输出电压的稳定后，与其他各个用电模块相连，dc-dc模块的其他外围电路请参考图3。

主控模块是整个电控部分的核心，本申请采用stm32f103c8t6-ep芯片，stm32f103c8t6-ep芯片通过多个串口、adc端口与其他各个模块进行通信，结合pid控制技术可以将保鲜箱内部的各种对保鲜效果有影响的参数控制在设定值附近，本申请通过气压检测控制模块、温湿度检测控制模块和含氧量检测控制模块可以实现对保鲜箱箱体内部的气压、温湿度和含氧量的调控，请参考图4所示的电路图：

气压检测控制模块用于实现对保鲜箱箱体内部的气压的调控，气压检测控制模块包括气压计和气压控制单元，气压计设置在保鲜箱箱体的内部并连接主控模块，本申请中气压计采用bmp180气压计模组，bmp180气压计模组的第1引脚连接3.3v直流电源，第2引脚接地，第3引脚和第4引脚分别连接stm32f103c8t6-ep芯片的pb3、pb4引脚。bmp180气压计模组的电路图请参考图5，bmp180气压计模组的核心是gy68bmp180芯片，gy68bmp180芯片的vdd引脚和vddio引脚均连接3.3v直流电源，vdd引脚和vddio引脚分别通过两个4.7kω的电阻与gy68bmp180芯片的scl引脚和sda引脚相连，gy68bmp180芯片的gnd引脚接地、cbs引脚和sdo引脚悬空，gy68bmp180芯片的scl引脚和sda引脚作为该bmp180气压计模组的第3引脚和第4引脚连接主控模块。气压计感应到气压值并发送给主控模块，使得主控模块通过气压计检测到保鲜箱箱体内部的气压。主控模块根据检测到的气压值控制气压控制单元的动作以调控保鲜箱箱体内部的气压，气压控制单元包括受第一继电器控制的真空泵和受第二继电器控制的气压泵，主控模块连接并控制第一继电器和第二继电器，真空泵和气压泵均连通保鲜箱箱体，本申请的继电器采用hk19f-dc5v继电器，主控模块连接并控制第一继电器的电路是常规应用电路，本申请中的电路图请参考图6，该电路图中三极管q1的基极作为输入连接主控模块的相应引脚，在该举例中，图6以连接主控模块的pb8引脚为例，当主控模块输出信号使第一继电器动作时，真空泵j得电工作从保鲜箱箱体内部抽气，减小保鲜箱箱体内部气压。类似的，主控模块输出信号使第二继电器动作时，气压泵得电工作向保鲜箱箱体内部充气，增加保鲜箱箱体内部气压，主控模块通过继电器控制气压泵的电路结构与图6类似，只是输入连接至主控模块的不同引脚，本申请不再图示举例。

温湿度检测控制模块用于实现对保鲜箱箱体内部的温湿度的调控，温湿度检测控制模块包括温湿度传感器和温湿度控制单元，温湿度传感器设置在保鲜箱箱体的内部并连接主控模块，本申请中的温湿度传感器采用dth11传感器，dth11传感器的第1脚连接3.3v直流电源，第2脚连接stm32f103c8t6-ep芯片的pb1引脚，第3脚悬空，第4脚接地，温湿度检测控制模块感应到温湿度值并发送给主控模块，使得主控模块通过温湿度传感器检测到保鲜箱箱体内部的温湿度值。主控模块根据检测到的温湿度值控制温湿度控制单元的动作以调控保鲜箱箱体内部的温湿度，对保鲜箱箱体内部的温度的调节主要是需要降低保鲜箱内部的温度，因此温湿度控制单元包括半导体制冷装置和湿度控制装置，半导体制冷装置包括同时受第三继电器控制的散热风扇和制冷片，散热风扇安装在保鲜箱箱体上，制冷片设置在保鲜箱箱体的内部，主控模块连接并控制第三继电器，当主控模块控制第三继电器动作时，散热风扇和制冷片同时得电、同步工作对保鲜箱箱体内部进行降温，从而实现对保鲜箱箱体内部温度的调节，主控模块控制第三继电器的示意图与图6类似，本申请不再单独示出。湿度控制装置包括受第四继电器控制的加湿器和受第五继电器控制的除湿器，温湿度传感器和加湿器和除湿器均连通保鲜箱箱体，主控模块连接并控制第四继电器和第五继电器，当主控模块控制第四继电器动作时，加湿器得电工作对保鲜箱箱体内部进行加湿，当主控模块控制第五继电器动作时，除湿器得电工作对保鲜箱箱体内部进行除湿，从而实现对保鲜箱箱体内部湿度的调节。主控模块控制第四继电器和第五继电器的示意图与图6类似，本申请不再单独示出。

含氧量检测控制模块用于实现对保鲜箱箱体内部的含氧量的调控，含氧量检测控制模块包括氧气传感器和含氧量控制单元，氧气传感器设置在保鲜箱箱体的内部并通过信号放大电路连接主控模块，本申请中的氧气传感器采用bwo2-a2传感器，bwo2-a2传感器的第1脚连接3.3v直流电源，第2脚接地，第3脚连接信号放大电路。信号放大电路对氧气传感器检测到的数据进行放大，可以提高检测数值的精确度，处理后发送给主控模块，使得主控模块通过氧气传感器检测到保鲜箱箱体内部的含氧量。信号放大电路基于lm358芯片，具体电路图请参考图7，其输入端in连接氧气传感器的第3脚，输出端out连接stm32f103c8t6-ep芯片的pa0引脚。主控模块根据检测到的含氧量值控制含氧量控制单元的动作以调控保鲜箱箱体内部的含氧量，对含氧量的调节通常是需要降低保鲜箱箱体内部的含氧量，含氧量控制单元包括气动阀和氮气罐，氮气罐通过气动阀连通保鲜箱箱体，气动阀受第六继电器控制，主控模块连接并控制第六继电器，当主控模块控制第六继电器动作时，气动阀得电打开，向保鲜箱箱体内部充入氮气，从而降低保鲜箱箱体内部湿度的含氧量。主控模块控制第六继电器的示意图与图6类似，本申请不再单独示出。

主控模块还连接tft液晶显示模块，tft液晶显示模块是一种薄膜场效应晶体管，是指液晶显示器上的每一液晶象素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动，从而可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息，本申请选用的tft型号属于有源矩阵液晶显示器，如图4所示，tft液晶显示模块与stm32f103c8t6-ep芯片按照图4的对应引脚相连。当主控模块检测到保鲜箱箱体内的气压、温湿度和含氧量时，可以通过tft液晶显示模块进行同步显示，以便用户监控保鲜箱箱体内部的环境。

主控模块还连接按键控制模块，请参考图4，按键控制模块包括若干个控制按键，每个控制按键与10kω上拉电阻相连，并连接到主控模块的相应引脚上，如图4以包括三个控制按键s1、s2和s3为例，三个控制按键分别与10kω上拉电阻相连并依次连接到主控模块的pa5、pa6和pa7引脚，通过按键控制模块可以进行各项参数的设定值的变更操作。

主控模块还连接蜂鸣器报警模块，蜂鸣器报警模块包括蜂鸣器b1和npn型三极管q1，蜂鸣器b1与npn型三极管q1的发射极相连，npn型三极管q1的集电极接地、基极连接主控模块的pb7引脚。当主控模块检测到保鲜箱箱体内的气压、温湿度和含氧量有至少一项超出设定值时，可以给蜂鸣器报警模块发出超幅信号，蜂鸣器报警模块接收主控模块发送的超幅信号并进行蜂鸣报警。

主控模块还连接蓝牙模块，蓝牙模块与主控模块的串口连接进行数据的发送和接收，该蓝牙模块与手机之类的具有蓝牙功能的监控设备相连，用户可以通过监控设备对该保鲜箱进行远程监控，一方面主控模块可以将保鲜箱箱体内环境的参数通过蓝牙实时发送给监控设备以便远程监测实时参数，另一方面，用户可以直接通过监控设备进行各项参数的设定值的变更操作。请参考图8，本申请的蓝牙模块基于hc-05蓝牙模组，hc-05蓝牙模组的uart_txd引脚连接stm32f103c8t6-ep芯片的pa2引脚，hc-05蓝牙模组的uart_rxd引脚连接stm32f103c8t6-ep芯片的pa3引脚，请参考图8和图4的对应引脚连接关系。除此之外，hc-05蓝牙模组的pio8引脚与电阻和指示灯led相连并接地，通过该指示灯led就能判断蓝牙模块当前是否正常工作。

现对该半导体制冷控温保鲜箱中各模块的执行流程简单介绍如下，请参考图9：首先，系统进行初始化，然后显示标志位置0，延时2s，判断是否复位键按键，若是，返回到系统初始化步骤，若否，则tft液晶显示模块显示当前检测到的各项参数，判断蓝牙是否连接，若连接，则进行手机连接检测控制，若未连接，判断按键控制模块是否有按键按下，若有按键按下，则tft液晶显示模块显示的设定值相应改变然后跳转至判断温度是否超出设定值，若无按键按下，则直接跳转至判断温度是否超出设定值；若检测到箱体内部温度超出设定值，则控制蜂鸣器报警模块发出报警，然后控制第三继电器动作，散热风扇和制冷片同时得电、同步工作进行制冷，若箱体内部温度未超出设定值，则依次判断湿度、含氧量、气压是否超出设定值，若超出设定值，同样控制继电器动作调整参数，并循环判断是否满足继电器动作条件，然后返回到判断复位键是否按下，此后程序不断循环工作，实现对保鲜箱箱体内部的环境参数的动态控制。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。