Arduino 单片机设的半导体制冷箱设计

摘 要

　　小型制冷箱在家电、生物医疗、农业、科研实验等领域都是非常重要的设备，目前 这类制冷箱大都采用压缩机作为其制冷源。以传统压缩机作为制冷源的小型制冷箱往往 存在噪音比较大、尺寸难以调节、制冷剂泄露和系统结构比较复杂等问题，半导体制冷 技术的出现很好的解决了以上问题。半导体制冷片通过 PN 型半导体产生帕尔贴效应实 现制冷，具有体积小、无机械运动、清洁环保和控制简单等优点。

　　本文利用半导体制冷技术基于 Arduino 单片机设计了一款新型制冷箱。首先根据功 能需求和技术指标对半导体制冷箱的总体方案进行设计，将整个制冷箱的设计分为机械 结构设计、温控系统设计和人机交互设计。机械结构设计主要是完成保温箱和制冷装置 的设计。温控系统的设计是通过位置式 PID 算法控制不同占空比的 PWM（脉冲宽度调 制）输出，之后通过驱动电路调节制冷器的功率，最终达到精确控温的目的。人机交互 设计分为物联网系统的设计和上位机 Labview 温度采集系统的设计。物联网系统的设计 是利用 WiFi 模块以家用路由器作为网关，并以 TCP 作为其传输层协议建立与云服务器 的连接，最终实现无线数据传输、远程数据监测、反向控制等功能。上位机通过串口与 单片机进行通信，通过显示控件、波形图控件、虚拟按钮等实现了温度数据的同步采集、 显示和绘图，并且能够反向实时调节和显示目标温度及 PID 算法中的参数值。

　　最后，在以上设计的基础上，搭建实物测试平台并进行性能测试，测试结果表明： 本文设计的半导体制冷箱达到了设计要求，相比于传统制冷箱引入物联网技术，具备了 远程数据监测和反向控制的功能，进一步提高了制冷箱的智能化程度；同时本文设计的 Labview 温度监测系统能够通过上位机的虚拟按钮调节下位机 PID 算法中的参数值，避 免在 PID 参数调节过程中，只能通过修改底层代码来调节参数的冗繁，提高了 PID 参数 调节的效率。

　　关键词：半导体制冷箱；Arduino;WiFi;Labview;温度控制

Abstract

　　As an important equipment in the fields of home appliances, biomedical, agricultural, scientific research, small refrigerator use compressors as their cooling source mostly at present. Small refrigerators with cooling source of traditional compressors often have problems, such as loud noise, difficulty in adjusting dimensions, leakage of refrigerant and complicated structure. The appearance of the semiconductor refrigerator technology solves the above problems well. The semiconductor refrigerator chip realizes the refrigeration by the Peltier effect of the PN-type semiconductor, so it has advantages of small volume, no mechanical movement, environment friendly and control easil.

　　In this paper, a new type of refrigerator is designed based on Arduino microcontroller using semiconductor refrigeration technology. Firstly, according to the functional requirements and technical indicators, the overall scheme of the semiconductor refrigerator is designed. The design of the whole refrigerator is pided into mechanical structure, temperature control system and human-computer interaction. The design of mechanical structure is mainly to complete the design of insulation box and refrigeration device. The design of the temperature control system is to control the PWM（Pulse Width Modulation） output of different duty cycles through the positional PID algorithm, and then adjusting the power of the refrigerator through the drive circuit, so as to achieve the goal of precise temperature control. The human-computer interaction design is pided into the design of the Internet of Things （IOT） system and the design of the Labview temperature acquisition system. The design of IOT system is established based on WiFi module by using TCP as transport layer protocol to setup the connection between cloud server and the home router. Wireless data transmission, remote data monitoring, reverse control are realized after IOT system proceeded successful. Finally, the temperature data can be synchronously collected, displayed, and plotted through the display control, waveform control, virtual buttons, after PC can communicates with MCU through serial port, and the parameter values in the target temperature and PID algorithm can be adjusted and displayed in real time.

　　A physical platform is built and tested based on the above design. The experiment results show that the semiconductor refrigerator designed in this paper meet the design requirements. Compared with traditional refrigerators, IOT technology is introduced, which has the function of remote data monitoring and reverse control, and further improves the intelligence of refrigerators. In addition, the Labview temperature monitoring system designed in this paper can adjust the parameters in the PID control algorithm of the slave computer through the virtual button of the master computer, which can avoid the tedious adjustment of the parameter by modifying the bottom code in the process of adjusting the PID parameters, and improve the efficiency of adjusting the parameters of the PID.

　　Key words:Semiconductor Refrigerator, Arduino, WiFi, Labview, Temperature Control

目录

　　第 1 章 绪论

　　1.1 研究背景及意义

　　随着全球经济的不断复苏，全球能源消耗也在日益剧增，特别是化石燃料的消耗， 伴随而来的环境污染问题进一步加剧。因此，如何提高资源的利用效率成为了各个国家 研究的重点，中国作为能源消耗大国也存在这些方面的问题。在"十九大能源工作会议 中"提出把能源工作纳入绿色发展体系，提出要建立绿色低碳循环发展的经济体系，所 以，研究和开发新型的环境友好型技术具有深远的实际意义。

　　半导体制冷的研究起源于上世纪 50 年代，作为一种新兴发展起来的制冷技术，具有 广阔的发展前景。半导体制冷又称热电制冷或温差电制冷，是一种具有热电能量转换特 性的材料，通过直流电时在热电材料的两极会产生吸热和放热现象。 目前制冷方式分为：蒸汽压缩式制冷、吸收式制冷、蒸汽喷射式制冷、吸附式制冷、 空气膨胀式制冷和半导体制冷，其中前 5 种制冷方式在制冷过程中都需要制冷剂作为其 制冷介质，通过相变的原理吸收潜热。在制冷过程中制冷剂吸收大量潜热的同时也存在 很大的泄露风险，这些泄露的制冷剂往往会给环境带来灾难性破坏。例如，氯氟烃类制 冷剂带来臭氧层破坏，烃类制冷剂带来的全球变暖，因此研发绿色新型制冷剂或新型环 保制冷技术势在必行[1,2].

　　半导体制冷相比前几种制冷具有以下几个优点：（1）没有机械制 冷的运动部件，因此在制冷过程中不会产生任何噪音；（2）不使用任何制冷剂不会对环境 造成任何污染；（3）冷、热端转换方便，只要电流方向转变即可以改变制冷制热的方向； （4）半导体制冷片由 P-N 节串联而成，可以根据制冷对象形状做成任意大小的制冷片；（5） 功率调节方便，半导体制冷片不但可以通过改变电流或电压值实现功率的调节，而且可 以通过串联或者并联的方式改变其制冷功率；（6）半导体制冷片热惯性非常小，制冷制热 时间短；（7）半导体制冷片通过直流驱动，因此不会受到电源的限制。

　　1.2 半导体制冷的国内外研究现状

　　自从 1834 年帕尔贴在法国《物理与化学年鉴》发表帕尔贴现象以来，人们就不断地 对半导体制冷技术进行研究，虽然在研究的过程中取得了不少的突破，但是由于材料的 限制，半导体制冷方式的效率还是非常低下，这也限制了半导体制冷技术的应用。直到 上世纪 50 年代苏联科学家约飞发现的碲化铋固溶体合金材料，该种材料的发现使得半导 体制冷技术取得了阶段性发展。2001 年美国 RTI 研究所的 Venkatasubramanian 等人将 Bi-Te 基合金制成超晶格薄膜，通过控制声子和电子在超晶格中的传输速度，在 300 K 的 温度下将半导体材料的 ZT 值提高到了 2.4[3],这一发现使得半导体制冷材料的研究取得了突破性进展。半导体制冷技术作为一种新型环境友好型技术，在制冷领域有着广阔的 应用前景，但是相比传统的压缩式制冷技术，其效率还是比较低下，因此对于如何提高 半导体制冷技术效率的研究具有非常重要的现实意义。目前对半导体制冷的研究主要集 中在材料优质系数、热电材料制造工艺、散热方式和应用等方面。 材料的优质系数 Z 作为衡量制冷元件所能达到最大制冷温差的一个重要参数。南昌 大学的蔡德坡[4]提出提高半导体制冷效率的关键在于提高材料优质系数 Z,其思路是通 过增加声子散射来降低材料的晶格导热率。刘原[5]研究发现将纳米银材料以及碲锑铋合 金引入 PEDOT:PSS 基体中，样品的电导率有明显提高，相比纯 PEDOT:PSS 材料，ZT 值提升了近 4 倍。He Ming[6]研究发现通过加速聚合物热电材料的载流子迁移率可以将热 电材料的 ZT 值提升到 4. 随着新型制冷材料研究的不断突破，热电材料的制造工艺也成为了限制制冷效率提 高的一个关键因素，所以如何改善热电材料的制造工艺也逐渐成为了研究热点。

　　时阳[7] 提出一系列提高热电材料制冷性能的工艺方法，如：减少电绝缘层厚度，减小元器件之 间电阻值，保持夹具夹紧力、平面度和平行度，优化焊缝工艺和减少钎焊用量等。Liu[8] 利用水热合成法制备的高优值的纳米结构合金，相比商用 Bi2Te3 合金，性能提高达 60%~70%.雷正大[9]分析了区熔法、机械合金化法、水热法与溶剂热合成法、热压法、 发电等离子烧结法等 5 种热电材料制备工艺方法的优缺点和存在的问题。河南工业大学 的赵飞超[10]通过实验发现利用行星球磨仪制备 Bi2Te3 与理论中 Bi2Te3 的物理性质基本 一致，并且对镀铋膜的 Bi2Te3 进行烧结实验，最后得出了在 750 K 的温度下材料优质系 数可以达到 0.87,相比传统的 Bi2Te3 热电材料的优质系数 0.79 有了一定提高。毛佳妮[11] 采用数值分析与解析求解相结合的方法，对半导体制冷片结构尺寸及热电材料进行系统 分析，并得出最佳理论设计值，这为热电系统优化设计和系统性能的提高提供了理论依 据。

　　半导体制冷的性能高低与冷热端温差有直接关系，因此，在一定电流强度下，减少 冷热端的温差不仅可以提高制冷量，而且可以提升制冷性能。李茂德[12]通过建立半导体 制冷性能与散热强度微分方程，采用第三类边界条件求解得出半导体制冷性能与散热强 度的关系曲线，曲线显示随着热端散热强度增加，半导体制冷性能逐渐提高，但增大到 一定值后半导体制冷性能曲线趋于平稳。热导率作为衡量一个材料导热能力的重要参数， Tian[13]讨论了热电材料和器件的传热问题，并指出声子传输能够降低热电材料的热导率。 戴德源[14]通过性能测试实验对比了热管散热、风冷散热和水冷散热方式对系统制冷性能 的影响，并最终得出热管散热是半导体制冷片热端散热的最佳方式。

　　曹旭[15]通过数值分 析和实验研究，拟合出了半导体制冷片热端热管散热器冷凝段管外对流散热的努赛尔数 （Nu）随雷诺数（Re）和普朗特数（Pr）的传热方程。黄焕文[16]对半导体制冷片进行稳 态传热分析，通过对风冷式散热器的某些结构建立 ANSYS 模型，最后分析得出优化散 热片底座厚度，翅片尺寸和增加风扇功率可以较大程度提高制冷效率。丁飞[17]在第三类边界条件下对半导体制冷片冷热端的 N-P 型电臂进行传热分析和数值计算，得出半导体 制冷参数与散热强度、电流变化之间的关系。 随着半导体制冷理论不断完善和半导体材料优质系数 Z 的不断提高，半导体制冷技 术在各个领域中得到广泛应用，并且在不断发展。因其具有重量轻、体积小、可靠性高、 无噪声等特点，半导体制冷技术在军事领域得到广泛应用。例如用于对空导弹红外探测 器探头的冷却，望远镜中热保护板和航天器部分姿态调节机构的冷却等[18,19].

　　同时，半 导体制冷技术在工业、家电、医疗卫生和电子技术等方面也有广泛的应用。洛阳魁谷三 维科技有限公司将半导体制冷技术引入到 FDM（熔融沉积成型）快速成型系统中，在大 功率驱动器和喷头模组配置半导体制冷模块，该模块的引入有效降低了驱动芯片的温度， 同时也提高了喉管的散热效率[20].半导体制冷相比传统制冷不需要任何制冷剂，符合绿 色环保要求，因此各大家电厂商纷纷加入到半导体制冷产品的研发[21],日本松下公司开 发了一种半导体制冷酒柜，可以为葡萄酒的保存提供一个恒温的环境。如图 1-1,为我 国生产的一种车载小型家用半导体制冷冰箱，在人们出行的时候能够满足对食物保鲜的 要求。在医疗行业半导体制冷技术也有广泛的应用，例如用于对肿瘤切割的 YAG 激光 手术器；用于切割新鲜组织作病理快速诊断的冰冻切片机[22].随着现代电子技术的不断 发展，对各类电子器件温度控制的要求也越来越高，半导体制冷技术具有制冷迅速、功 率调节方便、形状大小可以任意调节等优点，因此其也广泛应用在电子领域。例如，将 半导体制冷技术直接应用于 CPU（如图 1-2 所示）和一些大规模三极管的降温[23,24].

　　综上所述，虽然半导体制冷技术在各个领域得到广泛应用，但是和传统制冷技术相 比其效率还比较低下，只有当热电材料的优值系数达到 13×10-3时，半导体制冷技术才能 达到和传统制冷技术相同的效率。近年来，材料优质系数提高主要是利用合金化的工艺 方法改进热电材料的晶格结构。由于目前加工工艺和材料固有属性的限制，优值系数还 很难达到这么高的数值。例如，刘原通过合金化的方法，将 PEDOT:PSS 热电材料的 ZT 值提升了近 4 倍，但是与理想中的优质系数相比仍有较大的差距；Liu 利用水热合成法 制备的高优值的纳米结构合金，相比商用 Bi2Te3 合金得到了比较大的提高，但是水热合 成法存在难以重复及放大成批量生产等问题，并且该方法对实验设备和加工工艺要求都 非常高，因而其加工成本也非常高。因此，为提升半导体制冷的效率，研究重心逐渐转 移到半导体制冷散热性能的改善及控制系统性能优化等方面。李茂德在第三类边界条件下对热电制冷电偶对进行求解，得出在一定范围内，随着散热强度的不断增强，热电制 冷的性能会逐渐提高。戴德源通过性能测试发现通过热管散热可以改善半导体制冷系统 的制冷性能。

　　1.3 国内外温度测控技术的研究现状

　　1.3.1 温度测量的研究现状

　　无论在工农业生产，还是医疗健康和科学研究中，温度测量和控制都必不可少，因 此如何提高温度测控精度就显得尤为重要。目前温度测量技术可分为膨胀式测温和电量 式测温，其中膨胀式测温的工作原理主要是利用物质热胀冷缩的物理性质，较为常用的 膨胀式温度计有玻璃液体温度计、双金属膨胀式温度计和压力式温度计等，膨胀式测温 的优点主要是工作原理比较简单、价格低廉，但是测量精度比较低且不易实现自动化测 温；电量式测温的工作原理主要分为温度采集和信号处理两个过程，首先利用两种材料 在接头处由于温差存在会形成热电势的特性，然后建立该热电势与温度的单值关系，这 样便可以达到温度测量的目的，较为常用的电量式测温有热电偶温度测量、热电阻和热 敏电阻温度测量、集成芯片温度测量等，电量式测温具有测量精度和自动化程度高等优 点，但是也容易受到测量环境的干扰[25,26]. 目前温度测量主要是向高精度、高可靠性、长寿命、微型化、集成化和智能化等方 向发展[27].

　　1.3.2 温度控制的研究现状

　　目前国内外应用最多的温度控制算法有：位式控制、PID 控制、模糊控制、神经网 络控制和遗传算法等。位式控制即开关量控制，主要是借助人们的经验，在控制温度达 到预定温度时候，即停止输出。该种控制方法比较简单，常用在一些温度精度要求不高 的温控系统中。对于一些温度需要严格控制的系统中，闭环控制就显得尤为重要，因为 闭环系统可以利用负反馈，不断调节输出量大小，从而实现精确控温[28-30].李成林[31]采 用模糊自适应 PID 控制算法，设计了一套制冷系统，该系统能够实时对 PID 控制参数进 行调节，通过实验发现该系统能够快速、精确、稳定调节控制温度的大小。Boldbaatar[32] 提出了一种自学习模糊滑模控制器（SLFSMC）来控制水浴温度，该控制器采用模糊控 制算法，通过实验验证该控制器即使在外部存在扰动的情况下也能实现精确控温。余尧[33] 在新型烟熏治疗仪中引入 BP 神经网络 PID 算法，该算法的引入使得整个温控系统的误 差不超过 0.5℃，提高整个温度控制精度的同时也改进了传统 PID 控制算法。赵刚[34]针 对 VRV 空调温控系统具有滞后、时变、非线性等缺点，提出了一种改进的算法，该算 法主要是将遗传算法与模糊控制相结合。

　　经过实验发现通过改进遗传优化算法的模糊温度控制器能够使系统快速精确稳定在温度设定值范围内，并具有一定的鲁棒性。 目前温度控制的研究大多集中在控制算法的改进，并且大都集中在一些传统的控温 领域。将智能控制技术、计算机技术、传感器技术、半导体制冷技术和物联网技术等结 合设计的控制设备，具有智能化程度高、清洁环保、轻量化和控制精度高等特点，因而 成为了当今温度控制技术研究的一个发展方向。

　　1.4 论文研究的目标及内容

　　本文以半导体制冷技术为基础，设计了一款具有物联网功能的新型半导体制冷箱， 该制冷箱不但具备传统半导体制冷箱精确控温的能力，同时还具备传统半导体制冷箱所 不具备的无线数据传输、远程数据监测和反向控制的能力。论文具体研究的内容如下： 第 1 章内容为绪论，首先介绍研究的背景和意义，其次通过文献分析介绍国内外在 半导体制冷技术、温度测量、温度控制等几个方面的研究现状，总结现有研究的成果和 存在的问题并提出本文研究目标。 第 2 章首先介绍了半导体制冷的基本原理，然后对半导体制冷箱需求和功能进行分 析，根据需求功能分析提出半导体制冷箱的总体设计方案，并对制冷箱机械结构、制冷 片和散热方式进行选型和设计。 第 3 章按照模块化设计的思路对半导体制冷箱温控系统的硬件进行选型和设计。 第 4 章对整个系统的程序设计进行介绍，其中主要内容包括温控系统的程序设计， 控制算法的设计，上位机温度采集系统后面板程序流设计和前面板人机交互界面的设计。 第 5 章对半导体制冷箱的物联网方案进行设计和研究，首先介绍本次设计物联网的 总体架构；然后进行通信方案的选择，包括设备通信方案和网络通信方案的选择；最后 对无线数据传输、远程数据监测和反向控制等功能的实现进行程序设计。 第 6 章首先将半导体制冷箱的硬件和软件进行集成，并搭建实物测试样机；然后分 别对下位机各硬件模块和上位机温度采集系统进行测试，测试无误后进行控温效果实验， 测试结果表明整个系统的控温效果良好；最后对系统的物联网功能进行测试，测试发现 系统能够稳定可靠地实现远程数据监测和反向控制。

　　1.5 本章小结

　　本章首先介绍半导体制冷技术的研究背景，通过背景引出半导体制冷技术研究的必 要性，并且总结现有半导体制冷技术所具备的优势；然后通过文献分析，总结了目前半 导体制冷技术和温度测控技术的国内外研究现状；最后对本文主要研究的内容进行介绍。

　　第2章总体方案及装置结构设
　　2.1半导体制冷的原理
　　2.2半导体制冷箱总体方案设计
　　2.2.1半导体制冷箱整体需求及功能分析
　　2.2.2半导体制冷箱的总体架构
　　2.3制冷装置的机械结构设计
　　2.3.1制冷箱的结构设计
　　2.3.2制冷箱热负荷的计算
　　2.3.3制冷片的选型
　　2.3.4散热方式的选择
　　24本章小结

　　第3章温控系统的硬件计设计
　　3.1控制器的选择
　　32显示模块及按键模块的设计
　　33温度检测模块的设计
　　3.4申口通信模块
　　3.5降压模块的设计
　　3.6 无线通信模块的设计
　　3.7驱动电路模块的设计
　　3.8 本章小结

　　第4章温控系统及上位机的软件设计
　　4.1 LCD显示及按键的程序设计
　　4.2温度检测模块的程序设计
　　4.3 控制算法的设
　　4.3.1控制算法的选择
　　4.32控制算法的程序设计
　　4.4 Labview温度采集系统的程序设
　　4.4.1申口参数的配置

　　4.4.2事件结构的配置和指令的发送
　　4.4.3申口数据的提取
　　4.4.4温度数据的限幅滤波
　　4.4.5温度数据显示及停止运行
　　4.5 Labview温度采集系统前面板的设计
　　4.6本章小结

　　第5章物联网方案设计
　　5.1设备通信力案的选择
　　5.2网络通信方案的选择
　　5.3网络体系结构及通信协议
　　5.4物联网接入技术的软件总体设计方案
　　5.5 WiFi模块与物联网云平台连接的程序设计
　　5.6温度数据上传的程序设计
　　5.7 基于Doit IOT云平台數据监测的程序设计
　　5.8基于Doit IoT云平台远程通控的程序设计--
　　5.9本章小结

　　第6章系统测试及结果分析
　　6.1下位机硬件的测试
　　6.2. 上位机温度采集系统的测试
　　6.2.1曲线绘制区的稳定性测
　　6.22参数调节区的测试
　　6.3 PID参数的整定及系统的控温效果实验
　　6.3.1 PID参数整定的方法
　　6.3.2 PID参数整定的过程
　　6.3.3控温效果实验

　　6.4物联网功能的测试
　　6.4.1反向控制的功能测试
　　6.4.2远程数据监测的功能测试
　　6.5本章小结

总结与展望

　　论文总结

　　针对目前传统小型制冷箱存在噪音比较大、尺寸难以调节、温度波动范围较大和价 格相对较高等问题，设计了一款基于半导体制冷技术的新型制冷箱，该制冷箱不但能实 现精确控温，同时还能够实现无线数据传输、远程数据监测和反向控制等功能。下面将 对本文具体研究的内容进行总结：

　　（1） 通过分析对比传统制冷技术和半导体制冷技术各自优势，并结合目前小型恒温 制冷领域存在的问题，提出半导体制冷箱需要具备的功能和主要的技术指标。

　　（2） 根据功能需求和技术指标对本文半导体制冷箱的总体方案进行设计，将整个制 冷箱的设计分为机械结构设计、温控系统设计和人机交互设计。

　　（3） 机械结构设计主要是指保温箱的设计和制冷装置的设计。其一，保温箱的设计 主要是完成箱体内保温材料的选型。其二，制冷装置的设计主要是根据计算后的热负荷 选取合适的制冷片，并根据散热条件选择适当的散热方式。

　　（4） 温控系统的设计和人机交互的设计是本文的重点，温控系统的设计主要是完成 下位机温度控制系统的硬件和软件设计；人机交互设计主要是完成物联网系统的设计和 上位机 Labview 温度监测系统的设计。

　　（5） 在完成以上设计的基础上，搭建实物测试样机，并对样机的上位机和下位机功 能进行测试，测试无误后分别对控温效果和物联网功能进行测试。测试结果表明整个系 统能够满足设计的技术指标。

　　问题与展望

　　本文基于半导体制冷技术设计了一款功能相对完善的新型制冷箱，由于涉及的知识 领域较多，且个人理论知识的不足等原因，研究过程中依然存在着不足，未来还可以对 以下方面进行改进。

　　（1） 温控系统的硬件部分还有优化的空间，由于时间的限制和硬件电路知识的不足， 所以本次硬件部分的设计大都选用的现有模块，对于空间受限的制冷场合，可以根据需 要自行设计电路并绘制 PCB.

　　（2） 本次设计的物联网系统选用的是现有免费的物联网云平台，所以在使用过程中 可能受到不可控因素的影响，例如，可能存在平台突然关闭或数据泄露等风险。对于一 些安全性要求比较高且数据需要保密的场所，可以根据自身的需求搭建相应的物联网云 平台或者选用更加成熟的云平台。

　　（3） 温控系统选用位置式 PID 控制算法的原因，一是，为了验证算法中各参数在实 际温控过程中所起的作用；二是，本次设计的制冷箱控制精度要求不高。所以对于自动 化程度或温控精度要求较高的系统，可以考虑引入其它智能控制算法或选用现有比较成 熟的智能调节器，例如，加入模糊控制或神经网络算法等。

　　（4） 半导体制冷片同时具备制冷制热的功能，所以在温控系统的设计中可以考虑通 过改变制冷片电流的方向来调节制冷箱的温度，从而增大系统的控温范围

致 谢

　　时光如流，转眼间研究生的学习阶段即将结束。经历了这三年时间的洗礼，让我对 学习和生活有了更加清晰的认识，在此论文即将完稿之际，对帮助过我的人表达我的诚 挚谢意。首先感谢我的导师曾明华老师，作为我的科研领路人，感谢您在我学习和生活上的 耐心的指导和关心。

　　在学习方面您一直鼓励我要不断实践，正是因为您的这个宝贵的建 议才让我的动手能力得到了提高，最后在论文实物制作的时候才能比较顺利完成。在生 活方面，您积极向上的生活态度也给我留下了深刻的印象。同时我也要感谢王元良和楼 新远两位老师，感谢王老师在新能源方面给我答疑解惑，正是因为您的启发才让我对这 个领域产生了浓厚的兴趣。感谢楼老师在网络通信知识方面提供的帮助，正是因为您的 倾囊相授才让我攻克了论文中比较难的一些章节。在以后的生活和工作中我会时刻铭记 各位老师给我的宝贵意见。

　　其次我要感谢教研室和我一起度过研究生阶段的成员们，正是因为你们让我在这三 年的时光中收获了无数欢欣。通过与你们的交流解决了我在科研过程中的困惑和不解。 最后我要感谢我的父母和朋友，正是你们无微不至的关心和爱护才给我提供了无忧 无虑的学习环境。在此我要特别感谢我的母亲，在我最困难的时候是您的包容和关心给 了我无尽的动力。

　　参考文献
　　[1] 秦越，杨志强，王博，郝志军，韩升。新型环保制冷剂的研究进展及发展趋势[J].化学世 界，2018,59（01）：60-64.
　　[2] Wei H, Gan Z, Zhang X, et al. Recent development and application of thermoelectric generator and cooler[J]. Applied Energy, 2015, 143:1-25.
　　[3] Venkatasubramanian R, Silvola E, Colpitts T, et al. Thin-film thermoelectric devices with high room-temperature figures of merit[J]. Nature, 2001, 413（6856）：597-602.
　　[4] 蔡 德 坡 , 陈 杨 华 . 半 导 体 制 冷 材 料 及 工 况 优 化 分 析 [J]. 能 源 研 究 与 管 理，2010（01）：25-27+31.
　　[5] 刘原。 PEDOT:PSS 基复合热电材料的制备与性能表征[D].东华大学，2016.
　　[6] He M, Qiu F, Lin Z. Towards high-performance polymer-based thermoelectric materials[J]. Energy & Environmental Science, 2013, 6（5）：1352.
　　[7] 时阳，朱兴旺，陈爱东，姬鹏先。热电制冷器制冷性能的影响因素及改善措施[J].郑州轻 工业学院学报，2003（02）：39-41.
　　[8] Liu C J, Lai H C, Liu Y L, High thermoelectric figure-of-merit in p-type nanostructured （Bi,Sb）2Te3 fabricated via hydrothermal synthesis and evacuated-and-encapsulated sintering[J]. Journal of Materials Chemistry, 2012, 22（11）：4825-4831.
　　[9] 雷 正 大 , 林 国 英 , 张 勇 , 陈 振 瑞 . 碲 铋 基 热 电 材 料 的 制 备 工 艺 [J]. 热 加 工 工 艺，2013,42（04）：82-85.
　　[10] 赵飞超。 金属铋膜对热电材料 Bi_2Te_3 优值系数影响的研究[D].河南工业大学，2018.
　　[11] 毛佳妮，申丽梅，李爱博，汤魁。半导体制冷器制冷性能的综合影响因素探讨及其优化设 计分析[J].流体机械，2010,38（07）：68-72+19.
　　[12] 李茂德，卢希红。热电制冷过程中散热强度对制冷参数的影响分析[J].同济大学学报（自 然科学版），2002（07）：811-813.
　　[13] Tian Z. Thermal and Electronic Transport in Inorganic and Organic Thermoelectric Materials[C]// APS March Meeting 2016. American Physical Society, 2016.
　　[14] 戴源德，温鸿，于娜，曹志高。热管散热半导体制冷系统的实验研究[J].南昌大学学报（工 科版），2013,35（01）：54-57.
　　[15] 曹旭，王宝田，李菊香。半导体制冷热端热管式散热器的研究[J].南京工业大学学报（自 然科学版），2015,37（05）：122-126. [16] 黄焕文。 半导体制冷系统强化传热的研究[D].华南理工大学，2011.
　　[17] 丁飞。半导体制冷器制冷参数的性能分析[J].制冷，2012,31（03）：23-26.
　　[18] 王小群，杜善义。热电制冷技术在航空航天领域的应用[J].中国航天
　　[19] Twaha S, Zhu J, Yan Y, et al. A comprehensive review of thermoelectric technology: Materials, applications, modelling and performance improvement[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2016, 65:698-726.
　　[20] 吕逸飞。半导体制冷技术在熔融沉积快速成型工艺中的应用及开发[J].塑料工 业，2016,44（10）：50-52+63.
　　[21] Dong, Kai W. Coolers Based on Semiconductor Refrigeration Technology for Electric Vehicle On-Board Chargers[J]. Applied Mechanics and Materials, 2014, 644-650.
　　[22] Liu J, Xu C G, Xiang H Y, et al. Applications in Medical Reagent Test Equipment of Semiconductor Refrigeration[J]. Applied Mechanics and Materials, 2013, 703-707.
　　[23] Ji Z, Sun W, Wang H, et al. Research on the cooling effect of semiconductor refrigeration chip[C]// 2011 2nd International Conference on Artificial Intelligence, Management Science and Electronic Commerce （AIMSEC）。 IEEE, 2011.
　　[24] Zhili Z, Chuanxun H, Yi J. Optimal Design of Power Supply for Semiconductor Refrigeration[C]// International Conference on Intelligent System Design & Engineering Application. IEEE Computer Society, 2010.
　　[25] 杨永军。温度测量技术现状和发展概述[J].计测技术，2009,29（04）：62-65.
　　[26] 杨秋兰。浅谈温度测量的发展现状[J].科技传播，2010（14）：116+113.
　　[27] 王克军。国外低温温度传感器的研制现状[J].低温工程，2002（05）：49-53+64.
　　[28] 白冰，王伟明，李青峰，李路明。PEM 老炼过程中的温度闭环控制系统[J].清华大学学报 （自然科学版），2016,56（03）：294-298.
　　[29] Juang C F, Hsu C H. Temperature control by chip-implemented adaptive recurrent fuzzy controller designed by evolutionary algorithm[J]. Circuits and Systems I: Regular Papers, IEEE Transactions on, 2005, 52（11）：2376-2384.
　　[30] Wang C S, Zhou F H. Research of Temperature Control System Based on Fuzzy Control Algorithm for Mixer[J]. Advanced Materials Research, 2009, 87-88:288-292.
　　[31] 李成林。 半导体制冷温控系统硬件架构与软件设计[D].华北电力大学（北京），2017.
　　[32] Boldbaatar E A, Lin C M. Self-Learning Fuzzy Sliding-Mode Control for a Water Bath Temperature Control System[J]. International Journal of Fuzzy Systems, 2015, 17（1）：31-38.
　　[33] 余尧，王先全，朱桂林，张虹光，雷毅谈。基于 BP 神经网络自整定的 PID 温度控制系统的 设计[J].电子器件，2015,38（06）：1360-1363.
　　[34] 赵刚，张九根，杨珊珊，徐玮。基于改进遗传算法的模糊温度控制在空调中的应用[J].科 技通报，2017,33（08）：156-161.
　　[35] 徐德胜。 半导体制冷与应用技术[M]. 上海交通大学出版社， 1999.
　　[36] 杨玉顺，王国庆。热电制冷循环最佳特性分析[J].哈尔滨工业大学学报，1990（04）：50-59.
　　[37] Disalvo F J. Thermoelectric Cooling and Power Generation[J]. Science, 1999, 703-706.
　　[38] 冯金秋。 关于常用绝热材料使用中有关问题的再认识（探讨）[C]// 中国建筑节能总工 高峰论坛。 2007.
　　[39] Zhang S N. Thermoelectric Cooler Based Temperature Controlled Environment Chamber Design for Application in Optical Systems[J]. 2013.
　　[40] 曹娟华。 太阳能半导体冷箱性能的理论分析及实验研究[D].南昌大学，2010.
　　[41] 建筑工程常用数据系列手册编写组。 暖通空调常用数据手册[M]. 中国建筑工业出版 社， 1997.
　　[42] 张奕，张小松，胡洪，翁雯，刘佳。冷/热端散热对半导体冷藏箱性能的影响[J].江苏大学学 报（自然科学版），2008（01）：43-46.
　　[43] 金刚善。 太阳能半导体制冷/制热系统的实验研究[D].清华大学，2004.
　　[44] Qian B, Ren F. Cooling performance of transverse thermoelectric devices[J]. International Journal of Heat & Mass Transfer, 2016, 95:787-794.
　　[45] 卢菡涵。 半导体制冷性能及恒温控制的研究[D].太原科技大学，2013.
　　[46] 丁 杰 , 唐 玉 兔 . 翅 柱 式 IGBT 水 冷 散 热 器 的 数 值 模 拟 [J]. 机 床 与 液 压，2014,42（16）：63-66+85.
　　[47] Han X, Wang X, Zheng H, et al. Review of the development of pulsating heat pipe for heat dissipation[J]. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 2016, 59:692-709.
　　[48] 吕萍。常用温度控制算法的分析与研究[J].科技视界，2012（28）：124-125.
　　[49] 李煊，丁为。常用设备串口通信协议及其应用[J].自动化仪表，2011,32（10）：82-86.
　　[50] 王兆安，刘进军。 电力电子技术：第 5 版[M]. 机械工业出版社， 2009.
　　[51] 李钦林。 DC-DC 升降压（Buck-Boost）变换器设计与仿真分析[J]. 机电技术， 2017（3）。
　　[52] Shi J, Wang H, Peng X, et al. A research for improved buck-boost circuit[J]. Lecture Notes in Electrical Engineering, 2011, 99.
　　[53] 孙跃，陈小洁，夏晨阳。电流连续模式下 BUCK 开关变换器的频率选取优化[J].世界科技 研究与发展，2010,32（05）：618-621.
　　[54] 苟静。 BUCK 型 DC-DC 中关键电路的研究与设计[D].西南交通大学，2014.
　　[55] 黄奥云，高瑜翔，陈准。基于 WIFI 的无线数据传输系统的研究与实现[J].信息技术与信 息化，2016（09）：47-49.
　　[56] Jie M A, Jin-Long E. WiFi Transmission Connection Scheme Based on Near Field Communication[J]. Computer Engineering, 2013, 39（6）：1-6.
　　[57] 许宏，骆涵秀。脉宽调制（PWM）数控比例方向阀的研究[J].机床与液压，1989（02）：13-19.
　　[58] 刘振明，欧阳光耀，安士杰。基于 PWM 控制的压电驱动器驱动电路设计[J].电源技 术，2013,37（06）：1031-1033.
　　[59] 肖珊，鲁五一。基于 PID 控制的半导体激光器温度控制系统的设计[J].激光杂志，2015,36（06）：39-42.
　　[60] Wu Y W, Sun X M, Ren C M, et al. Research on human-like intelligent PID control algorithm in the temperature control[C]// International Conference on Machine Learning & Cybernetics. IEEE, 2003.
　　[61] Yin C, Zhang B. The Design of an Arbitrary Function Signal Generator Based on LabVIEW[C]// International Conference on Electronics. IEEE Computer Society, 2012.
　　[62] International Telecommunication Union UIT. ITU Inter-net Reports 2005: The Internet of Things[R]. 2005.
　　[63] Gustavo Ramírez González, Mario Mu?oz Organero, Kloos C D . Early Infrastructure of an Internet of Things in Spaces for Learning[C]// The 8th IEEE International Conference on Advanced Learning Technologies, ICALT 2008, July 1st- July 5th, 2008, Santander, Cantabria, Spain. IEEE, 2008.
　　[64] Sarma A C, Jo?o Gir?o. Identities in the Future Internet of Things[J]. Wireless Personal Communications, 2009, 49（3）：353-363.
　　[65] 魏立明， 吕雪莹。 物联网技术研究综述[J]. 数码世界， 2016（8）：36-37.
　　[66] 张 方 奎 , 张 春 业 . 短 距 离 无 线 通 信 技 术 及 其 融 合 发 展 研 究 [J]. 电 测 与 仪 表，2007（10）：48-52.
　　[67] Al-Sarawi S, Anbar M, Alieyan K, et al. Internet of Things （IoT） Communication Protocols: Review[C]// 2017 8th International Conference on Information Technology （ICIT）。 IEEE, 2017.
　　[68] 姚丹，谢雪松，杨建军，Han Fei,Wang Shuai.基于 MQTT 协议的物联网通信系统的研究 与实现[J].信息通信，2016（03）：33-35.
　　[69] Budka K C, Deshpande J G, Doumi T L, et al. Communication network architecture and design principles for smart grids[J]. Bell Labs Technical Journal, 2010, 15（2）：205-227.
　　[70] 朱晶。TCP 协议简述与三次握手原理解析[J].电脑知识与技术，2009,5（05）：1079-1080.
　　[71] 刘玲玲。 PID 参数整定技术的研究及应用[D].郑州大学，2010.
　　[72] 王庆兰，石学文，张同对。临界比例度法整定 PID 控制器参数[J].唐山师范学院学 报，2016,38（05）：58-60+77.
　　[73] Astrom K J, HaGglund T. Revisiting the Ziegler–Nichols step response method for PID control[J]. Journal of Process Control, 2004, 14（6）：635-650.
　　[74] Bartelt T. 工业控制电子学[M]. 清华大学出版社，2006,

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