单片机控制的冷暖坐垫

本文主要介绍了一种利用ATmega8单片机控制帕尔贴半导体组件制冷、制热的坐垫。坐垫内置水管与外部水箱连通。根据帕尔贴原理，对水箱内的水制冷或加热，并通过微型泵进行水循环，使坐垫的温度与水箱温度保持一致。
关键词 坐垫；水箱；帕尔贴
高温及寒冷天气久坐都会使人体产生不适，对健康造成影响。如果坐椅具有自动制冷、制热功能，则可解决上述问题。为此设计了一种利用帕尔贴半导体工作原理制作的冷暖坐垫。

1 硬件设计
坐垫采用12 V安全电源，在汽车上则可直接从点烟器取电。坐垫包含了电路及水路两部分，图1为控制系统框图。

1．1 水路
水路由水箱、水管、微型水泵等构成。坐垫内部装有迂回水管，以加大与人体的接触面积。用微型水泵把水箱中的水抽到坐垫内，在坐垫处与人体热交换后再回流到水箱。
1．2 电路
控制单元采用Atmel公司ATmega8单片机，其具有A／D转换功能，有断电后保存数据的EEPROM支持在线编程。帕尔贴半导体作为关键的功率器件选用TEC-12706。TEC-12706额定工作电压12 V，最大电流可达6 A，需要加装散热器及散热风扇，以使帕尔贴半导体两端保持一定的温差。帕尔贴半导体通过继电器切换其工作电源。电路分为控制手柄及主机两部分，控制手柄电路图如图2所示。R313是10 kΩ的热敏电阻，贴在水箱上用于采集水箱温度；Q304跟Q305组成达林顿管以加大驱动能力。

1．3 工作原理
控制面板有制冷／热按键，通过按键选择工作模式。开机后单片机根据工作模式启动相应的继电器，开启帕尔贴半导体电源，并由LED指示工作模式，同时开启水泵。制冷模式下水箱中的冷水被微型水泵输送到坐垫内，在坐垫与人体接触处水被加热，加热后的水回到水箱继续冷却。控制面板设有温度设定键，温度传感器装在水箱上，对水温进行检测，并由两位数码管显示温度。当水温达到设定温度时单片机发出命令，通过继电器关闭帕尔贴半导体电源。工作模式切换通过控制继电器改变帕尔贴半导体的电源极性完成。

2 软件设计
软件采用ICCAVR开发，ICCAVR符合ANSI标准C语言规范，使用方便、技术支持好。
程序由A／D转换、定时、显示、按键、EEPROM读写程序等组成。加电后主程序首先对单片机I／O口、ADC以及定时器进行初始化，然后读EEPROM内容，判断上次关机前的工作模式并点亮对应的发光二极管指示。之后重复扫描按键，根据按键功能选择做进一步控制。
2．1 A／D转换子程序
ATmega8有一个10位的逐次逼近型ADC，存放于ADC数据寄存器ADCH及ADCL中。本设计对精度要求不高，只需8位的转换精度，设置ADMUX寄存器的ADLAR为左对齐，只要读取ADCH即可。
10 kΩ热敏电阻与10 kΩ电阻串联到5 V电源，当温度变化时热敏电阻阻值变化，其压降随之变化。热敏电阻的电压经过ATmega8内部A／D转换处理，得到坐垫水箱的温度。
2．2 EEPROM读写程序
ATmega8单片机内含512Byte的EEPROM，其读／写数据简单方便。此处EEPROM主要用于记忆坐垫的工作模式，关机按键按下后调用eprom _write(0x00，0x01，＆Mod_key)写冷／热状态进EEPROM；开机时则调用eprom_read(0x00，0x01，＆Mod_key)从EEPROM读出冷／热状态。
2．3 按键子程序
系统设有4 个按健，分别为开／关键、冷／热模式选择键、温度设定加及温度设定减键。系统加电后默认为关机状态，需手动开机。冷、热模式切换需延时5min后才工作，以保护帕尔贴半导体器件。

3 结束语
坐垫经实际应用，效果良好，非极端气候条件下甚至不用开空调，一定程度上节约了能源。目前存在的主要问题是，在高温天气下，狭小的空间如汽车内，由于帕尔贴半导体器件工作产生的热量无法排出，导致周围环境温度升高。若进一步优化散热结构，把工作产生的热量排出则使用效果将更好。