外侧为热端，通过导热体1与外壳13的C段形成热的良导体，同时内侧经过散热处理，从四块 温差发电片引出的正负极连接稳压模块7，对输出电压作稳压处理，使其发电模式下对电源 6进行充电。
[0038]上述方案中的单片机9采用低功耗、高性能的C0M8位STC89C52单片机；电源6使用 18650磷酸铁锂电池；电热丝3使用2090镍铬丝；导热体1的选择考虑到用于外壳13与发热体 的热能传导，且外壳13内部结构较复杂且存在电子元件线路，因此导热体1采用导热硅胶； 隔热体2的选择考虑到本系统中外壳13内部各空间需要热隔绝处理，避免散热模块影响系 统其它元件的正常工作状态，最终采用玻璃纤维作为本系统的隔热体2;按键12的选择考虑 到本系统的应用环境和空间布局等因素，最终选择6*6*5防水轻触按钮;而显示器11则确定 为 LCD。
[0039] 使用上述智能温控系统对杯中的液体进行温度调节，其控温方法如下：
[0040] 步骤1)将上述温控系统外壳13的E段向下放入盛有液体的杯中，通过按键12手动 输入所期望的液体温度T1;
[0041] 步骤2)温度传感器10组网单元实时反馈外壳13的Β段、D段外侧液体温度Τ21、Τ22和 D段外侧液体的初始温度T2Q以及温差发电模块5内部温度Τ3给单片机9;
[0042] 步骤3)显示器11显示液体温度、期望温度和电源6的剩余电量；
[0043] 步骤4)单片机9实时比较T21和Τ22的变化幅度
（t为时间系数），则单 片机9判定此时杯中的液面低于外壳13的B段和C段的交界线，温差发电模块5不能工作于制 热模式以免烧坏
，则单片机9判定此时杯中的液面高于外壳13的B段和C段的 交界线，无安全隐患，温差发电模块5可以工作于制热模式;ST2QT(T为阈值温度），则单片 机9判定液面过低，断开温差发电模块5和电热丝3。
[0044] 步骤5)单片机9判断温差发电模块5的工作模式：
[0045] 若TKTso，则单片机9判断温差发电模块5为制冷模式，单片机9控制温差发电模块 5处于发电模式并断开电热丝3,温差发电模块5将吸收液体中的热能转换成电能并通过稳 压模块7将电压调整到合适电压，用以给电源6充电；若h 2 T2Q，则单片机9判断温差发电模 块5为制热模式，通过PID控制并联，将输入PID控制器分别输出 7[)、71^。单片机9将 PID并联输出量输入占空比控制函数F! (X1，X2，X3)、F2 (X1，X2，X3)，再将输出控制信号输入PWM 电压模块4，将PWM电压模块4输出占空比分别为Di、D2的^?波分别输入温差发电模块5和电 热丝3开始制热产生热量，通过热传递加热杯中的液体，在最短时间内利用最少的能量使液 体温度T 21达到稳态，即期望温度h，此时供热和散热相平衡；
[0046] 其中，占空计算过程如下：
[0047] 电阻的温度补偿：AR = R2〇(a2〇(T21-2O)+0(T21-2O) 2)
[0050] 系统每秒增加的内能:Ρ3 = Ρ2+Ρι-Ρο
[0051] 系统温度即外壳D外侧液体温度：
[0052] 比例控制器输出：yp = Gp(s) · T
[0053] 积分控制器输出：yi = Gi(s) · T
[0054] 微分控制器输出：yp = GD(s) · T
[0056] 式中，R2q为20°C下电热丝的内阻;a2Q为20°C下一次相温度系数;β为二次相温度系 数;R2为任意温度下电热丝的内阻;Di、D2分别为通道1、2输出Ρ丽波的占空比;Ui、υΑΡ丽波 电压;Ρο为系统散热功率；△ t2为供电时长;t为时间系数；
[0059] 步骤6)当本发明智能温控系统使用完后，从杯中取出，自然冷却后用清水冲洗干 净即可；当电源6的电能用完后，可通过USB接口 14连接USB数据线对电源6进行充电。
[0060] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发 明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围， 均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
【主权项】
1. 一种基于溫差电效应的智能溫控系统，其特征在于:包括溫差发电模块，溫差发电模 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 分别与溫度传感器和按键相连，溫度传感器将检测到的溫度信息传送给单片机，按键用于 输入需要的溫度，单片机将输入溫度与溫度传感器检测到的溫度进行对比用于判断溫差发 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P歷电压模块，P歷电压模块输 出PWM波并输入给与之相连的溫差发电模块和电热丝，使电热丝进行加热。2. 根据权利要求1所述的一种基于溫差电效应的智能溫控系统，其特征在于:所述单片 机还连接显示器，用于显示溫度和电源的电量。3. 根据权利要求1所述的一种基于溫差电效应的智能溫控系统，其特征在于:所述溫差 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溫差发电片。4. 根据权利要求3所述的一种基于溫差电效应的智能溫控系统，其特征在于:所述溫差 发电片型号为SP1848。5. 根据权利要求1所述的一种基于溫差电效应的智能溫控系统，其特征在于:所述溫度 传感器为Ξ个并联组网，并联后与单片机的同一个10接口连接;智能溫控系统还包括外壳， 外壳从头部至底部划分为A、B、C、D和E五段区域，溫差发电模块和其中一个溫度传感器置于 C段，另外两个溫度传感器分别置于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。6. 根据权利要求5所述的一种基于溫差电效应的智能溫控系统，其特征在于:所述溫度 传感器采用DS18B20数字溫度传感器。7. 根据权利要求5所述的一种基于溫差电效应的智能溫控系统，其特征在于:所述外壳 A段为聚丙締塑料材质，B段至E段为不诱钢材质。8. 根据权利要求5所述的一种基于溫差电效应的智能溫控系统，其特征在于:所述电源 使用18650憐酸铁裡电池，电热丝使用2090儀铭丝，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巧防水轻触按钮，显示器采用LCD。9. 根据权利要求1所述的一种基于溫差电效应的智能溫控系统，其特征在于:所述单片 机采用C0M8位STC89C52单片机。10. -种如权利要求1到9任一一种基于溫差电效应的智能溫控系统的控溫方法，其特 征在于： 包括W下步骤： 步骤1)通过按键手动输入所期望的液体溫度Τι; 步骤2)溫度传感器组网单元反馈外壳B、D外侧液体溫度Τ2?、Τ22和外壳D外侧液体初始溫 度T2〇W及溫差发电模块内部溫度Τ3给单片机； 步骤3)显示器显示液体溫度、期望溫度和电源电量； 步骤4)单片机实时判断Τ22、Τ21变化幅度，当则单片机判定液面低于外壳 B、C的交界线，溫差发电模块不能工作于制热模式W免烧坏；当则单片机判定 液面高于外壳B、C的交界线，无安全隐患，溫差发电模块可W工作于制热模式；当T21含T，则 单片机判断液面过低，断开溫差发电模块和电热丝，其中T为阔值溫度，t为时间系数； 步骤5)单片机判断溫差发电模块工作模式:若Τι<Τ2〇,则单片机判断为制冷模式，溫差 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Τι ^20,则单片机判断为制热模式，通过PID控制并联，将 Τι、Τ2?输入PID控制器分别输出7。、71、7〇。单片机将口10并联输出量输入占空比控制函数尸1 (XI ,Χ2 ,Χ3)、F2(X1 ,Χ2,Χ3)，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 分别为化、化的PWM波分别输入溫差发电模块和电热丝； 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。
【专利摘要】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。利用温差电效应有效实现吸热和放热两种功能，通过温度传感器检测温度和设定温度进行对比，确定温控棒的工作模式是制冷还是制热，并在制冷模式时有效回收热能，并转化成电能储存，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。
【IPC分类】G05D23/32
【公开号】CN105573379
【申请号】CN201610063447
【发明人】洪榛, 洪淼, 高金凤, 顾小卫
【申请人】浙江理工大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2016年1月29日