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1、太阳能智能保温箱研究 摘要：本文针对目前外卖保温箱保温效率低，且温度不可调节的现状，设计一款能让消费者品尝到热腾腾食物的外卖温控箱。该温控箱选用太阳能薄膜电池为电源，发热半导体作为热源，进而在保温箱里产生热能，减少食物热量的流失，提高了保温箱的保温效果。另外还可根据不同的食物改变加热元件的温控状态。该保温箱不仅环保、节能、还具有体积小、智能化特点，便于推广，有一定的市场价值。关键词：太阳能薄膜电池;单片机;温度控制在信息飞速开展的当今时代，全国掀起了一场外卖风潮。当你满怀希望吃到热腾腾的食物时，却因为等待时间太久，送到手中的食物由于温度降低，口感会大打折扣。因此我们对这个现象作了调查研究，将绿
2、色的太阳能与传统的外卖配送箱相结合。利用太阳能发电为保温箱内的发热片提供电能，发热片为保温箱内提供热能，保温箱内的温度检测元件会给箱外显示器提供检测信号，对箱内温度实时监测，然后调节温控开关，使得外卖箱内保持在一个适宜温度状态。1太阳能智能保温箱结构太阳能智能恒温箱把光伏发电、储能装置、控制装置、传感器装置、显示装置和加热单元进行整合，形成一个单一的、可控的电力加热装置。其运行时，薄膜电池片利用太阳能发电，将所发电能通过控制器存储到锂电池中，锂电池为保温箱中加热元件和控制单元提供电能;传感装置检测保温箱内温度信号，送入控制单元中转变为电信号，在显示装置上直接读出当前保温箱内温度，再通过控制按钮
3、对加热负载进行调节，到达控制箱内温度效果。储能装置是该系统稳定运行、电能质量保证的关键部件，电池的性能将直接决定恒温箱运行的稳定性、可靠性和灵活性。保温箱的原理图如图1所示。将太阳能薄膜电池通过串并联方式安放在保温箱顶部，左右两侧和正前方这四个局部。温度控制模块，安放在保温箱外部侧面，便于操作者能够及时的对箱内温度做出调整。蓄电池通过串并联方式平铺在保温箱内壁底部并与太阳能薄膜电池、温度控制模块相连接;加热片安装在保温箱内壁，并与温度控制模块相连接。2薄膜太阳能电池薄膜太阳能电池是太阳能电池开展的第二代产品，是通过辉光放电GD、离子体增强化学气相沉积PECVD等方法使硅或者其它光伏材料在电池的
4、基板上沉积，形成一层非常薄的薄膜。目前可以把厚度控制在几纳米到几十微米的范围内，其优点是在弱光程度下其发电性能非常好，同等光照强度情况下比其他电池的功率损失少，而且延展性好能好、本钱低。本系统共选用20块单体额定功率0.5W、额定电压2V、额定电流025A薄膜电池串并联连接，其输出功率为10W，输出电压为20V，输出电流为0.5A，为蓄电池供电。3半导体发热材料在这个工程中，选用PTC热敏电阻作为发热材料。PTC热敏电阻具有热阻小、换热效率高，可自动恒温的特点，在任何情况下都不会出现“发红现象，不会导致烫伤和火灾现象，平安性能可以得到保障。由于运用了U型波纹状散热片，使得散热效率得到很大的提高
5、，并且综合应用了胶粘和机械式的各自优势，且PTC具有良好的导热和散热功能，快速加热，平安性高，其型号为12V/60C。4温控箱系统设计温度控制电路以AT89C51单片机作为核心，包含了温度传感电路，按键电路，显示电路以及加热电路，如图2所示。利用AT89C51单片机作为控制单元，温度传感器DS18B20用于采集箱内实际温度数据，利用显示模块显示保温箱内实时温度的数据，利用按键设置箱内温度范围，并且可以实时更改箱内加热温度。该系统能实时监控温度，提醒使用者对箱内温度做出及时调整。1温度检测电路。恒温箱系统所选用的是DS18B20数字温度传感器用于采集箱内实时温度数据，该传感器利用外接电源为其供电
6、，工作性能稳定可靠，有良好的抗干扰能力，并且电路结构相对简单，采集到的温度数据送到单片机P2.2处理。2温度控制电路。工作的控制器总共分别为5个按键，分别是开、关机键、加温键、降温键、设置键。保温箱通电前，首先对系统初始的温度值进行判断，利用加温、降温键对温度进行调节，假设收集到的温度数值比设定温度数值高时，控制系统会停止加热;相反，假设采集到箱内温度高比设定温度低，控制系统将会给加热片供电持续加热直到达到设定温度，此时半导体处于发热增温模式;并且，保温箱内数码管也会是及时显示箱内温度数据。3温度显示电路。采用八位数码管显示，显示形式如XXXXXX，前面两位数字为设定温度，中间一位为加热功率参
7、数，最后三位为实际测量温度值精确到小数点后一位，P0口经74LS245驱动送出段码，P1口经74LS245驱动送出位码，如图3所示。电源电路是为了给予控制器的工作提供5V的直流电，本系统中电源存储采用的是锂电池，选用12块单体额定容量25Ah、额定电压3.7V电池串并联连接，其输出功率为70W，输出电压为15V。锂电池输出的电压通过三端稳压器LM317，得到稳定的5V电压。三端可调稳压器的输出电压可调，稳压精度高，输出波纹小，一般的输出电压为1.2535V或1.2535V调节，负载最大输出电流为1.5A。使用时非常简单，仅需俩个外接电阻控制输出电压，并且内置过载保护、平安区保护等多种保护电路。
8、系统运行后初始化系统变量，I/O端口以及中断等，然后循环调用DS18B20温度比较子程序、按键子程序以及显示子程序。主流程图如图4所示。比较子程序流程图如图5所示，首先求得测量温度与设定温度之差，然后与设定温度比较，并设置相应标志位，假设大于设置温度那么标志位清零，假设小于设定温度那么标志位置1。5总结本工程设计在于克服外卖保温箱保温效率低，且温度不可调节的现状，设计一款能让消费者品尝到热腾腾食物的太阳能智能恒温箱。1在保温箱中参加了新型的发热片加热装置，加快了温度的提升，有效解决温度分布不均的问题。该发热片使用的12V的平安电压，有效保证使用者平安。另外经测试该发热片还能有效的防水，可在雨天
9、放心使用。2在温度调节的问题上，使用智能芯片实时监测保温箱内的温度，并可以按照自己的需求调节温度，从而保持保温箱内适宜状态。3电能供给来源于蓄电池，我们选用的是可以充电的锂电池。相比较其他铅酸蓄电池、镍铬蓄电池的优点有：电压稳定、污染小、体积轻便、使用寿命长。4根据我国外卖行业的开展，并通过研究国内外成熟的太阳能发电技术和经验，开发具有创新实用的温控箱，将太阳能技术运用到生活之中。参考文献：【1】陆冬明，李金喜.单片机应用技术工程化教程M.北京：中国铁道出版社，2021.【2】张志英.新能源与节能技术J.北京：清华大学出版社，2021.【3】胡寿松.自动控制原理简明教程M.北京：科学出版社，2021.【4】贲里进.太阳能光伏发电技术及应用M.北京：中国铁道出版社，2021.课题：该课题是江苏省高等学校大学生创新创业训练方案工程202110958006Y第二作者王冲，职务职称：学生。
