本科畢業(yè)論文-基于USB接口供電的迷你冰箱電路系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

1、基于USB接口供電的迷你冰箱電路系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)摘要：基于USB接口供電的迷你冰箱是一個(gè)小型的冷熱器，它沒(méi)有家用冰箱復(fù)雜的電路，它靠半導(dǎo)體致冷片將熱量從片的一面?zhèn)鲗?dǎo)到另一面的方法，達(dá)到制冷的效果，再利用直流電源極性倒過(guò)來(lái)能使熱傳導(dǎo)方向改變的原理，達(dá)到半導(dǎo)體加熱的效果。該USB小冰箱無(wú)噪音，無(wú)壓縮機(jī)，綠色環(huán)保，小巧玲瓏，節(jié)能輕便，制造工藝精美細(xì)致，能在5分鐘內(nèi)制冷到8.5攝氏度（或47華氏度），而且只需5伏電壓只要有USB接口（1.1或者2.0接口）即可。 它不需要外加驅(qū)動(dòng)程序，隨意插入U(xiǎn)SB接口即可！幾分鐘后就可以使用了。它適用于在辦公室，學(xué)?；虺鋈ヂ糜危且粋€(gè)隨身攜帶的冷熱器，但該小冰箱的電

2、源部分不穩(wěn)定，不能知道冰箱的溫度是否加熱適宜，針對(duì)以上小冰箱的特點(diǎn)和不足，我們從以下三個(gè)方面對(duì)小冰箱作了改進(jìn)：電源部分，過(guò)熱檢測(cè)部分，溫度告知部分。首先對(duì)小冰箱的電源部分進(jìn)行了改進(jìn)，利用二極管的特性，采用了雙電源，一條可以采用USB電源，另一根可以用家用電源。在兩條線相連部分利用二極管的單向?qū)ㄐ?，把兩條電源線相連，并用仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源進(jìn)行仿真，利用該電源，可以減少電源的損耗，提高效率。其次對(duì)小冰箱的溫控部分進(jìn)行了改進(jìn)，在冰箱的溫控部分裝上過(guò)熱檢測(cè)系統(tǒng)，并設(shè)置適當(dāng)?shù)臏囟冗M(jìn)行檢測(cè)，方便提醒用戶。尤其達(dá)到60的時(shí)候，那時(shí)熱敏電阻閃爍頻率為零。并通過(guò)仿真把冰箱溫度的變化對(duì)LED1閃爍頻率

3、的改變和熱敏電阻的阻值變化進(jìn)行分析與總結(jié)。再次增加溫度告知功能，在電路中連接溫度告知電路，方便用戶及時(shí)知道冰箱溫度。查看溫度的時(shí)候，利用二極管發(fā)光的個(gè)數(shù)來(lái)確定電路的溫度。在詳細(xì)分析USB供電小冰箱的工作原理后，針對(duì)上述技術(shù)改進(jìn)，采用Multisim作了仿真，仿真結(jié)果證實(shí)了這些技術(shù)改進(jìn)收到了良好的效果。關(guān)鍵詞：冷熱器；半導(dǎo)體；開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源；過(guò)熱檢測(cè)系統(tǒng)；溫度告知電路Study and Design of Mini-refrigerator Circuit System Based on the USB Power SupplyAbstract: The mini refrigerator sup

4、plying power on the basis of USB interface is a small-scale cold and hot device, it does not have complicated circuit of a domestic refrigerator, it depend on semiconductor refrigeration slice heat from the conducting to the method of another side of one, get the result of refrigeration, and then ut

5、ilize polarity of direct current source to turn the principle that can make the heat-conduction direction change around, reach the result that the semiconductor is heated. This USB mini-bar has no noise, without compressor, green environmental protection, pretty and cleverly-made, energy-conservatio

6、n is light, manufacturing process is exquisite and careful, can refrigerate within 5 minutes to 8.5 (or 47 degrees Fahrenheit), and only takes voltage of 5 volts -So long as there is USB interface (1.1 or 2.0 interface). It does not need any driver at all, inserts USB interface at will! Can use seve

7、ral minutes later. It is suitable for in the office, the school or going out to travel is a carry-on cold and hot device, but the power part of this mini-bar is unstable, cant know whether the temperature of the refrigerator is heated suitably, to characteristic and deficiency of the above-mentioned

8、 mini-bars, we have improved the mini-bar from three following respects: For example: Power part, measure the part overheatedly, tell some in temperatureImprove the power part of the mini-bar at first, utilize the characteristic of the diode, having adopted a pair of power, one can adopt USB power,

9、another one can use the home power. What linked up and utilized the diode partly was linked to two cables to the conduction only on two lines, and carry on emulation to the switch steady voltage plug that is designed with the artificial software, utilize this power, can reduce the loss of the power,

10、 raise the efficiency. Secondly has improved the temperature-controled part of the mini-bar, has loaded in the temperature-controled part of the refrigerator onto the overheated detection system, set up appropriate temperature to measure, it is convenient to remind users. While especially reaching 6

11、0 , frequency glimmers as zero in the thermal resistor at that time. And change of temperature glimmer change of frequency to LED1 and person who hinder of thermal resistor change analyzes and summarizes refrigerator through emulation. Increase temperature to tell the function again, connect tempera

12、ture to tell the circuit in the circuit, help users know the refrigerator temperature in time. While looking over temperature, make use of number that the diode gives out light to confirm the temperature of the circuit. After the operation principle of the mini-bar that USB supplies power in detaile

13、d analysis, improve to technology described above, use Multisim as emulation, the artificial result has verified these technological improvement has achieved the good result.Keywords: Cold and hot device; Semiconductor; Steady voltage plug of switch; Overheated detection system; Tell the circuit in

14、temperature目 錄1 緒 論11.1 本課題的研究背景和意義11.2 家用普通冰箱電路系統(tǒng)簡(jiǎn)介21.2.1 家用普通冰箱的組成21.2.2 家用冰箱的工作原理41.2.3 家用冰箱內(nèi)部電路的原理圖51.3 基于USB接口供電的迷你冰箱電路系統(tǒng)簡(jiǎn)介61.3.1 USB設(shè)備的接入61.3.2 基于USB接口供電的迷你冰箱內(nèi)部電路62 基于USB接口供電的迷你冰箱電路系統(tǒng)工作機(jī)理及技術(shù)改進(jìn)72.1 基于USB接口供電的迷你冰箱電路系統(tǒng)工作機(jī)理72.1.1 USB電源供電系統(tǒng)工作機(jī)理72.1.2迷你小冰箱半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)工作機(jī)理92.2 基于USB接口供電的迷你冰箱電路系統(tǒng)技術(shù)改進(jìn)112.2.

15、1 電源部分的改進(jìn)112.2.2 過(guò)熱檢測(cè)電路的技術(shù)改進(jìn)132.2.3 冰箱溫度告知電路的改進(jìn)143 基于USB接口供電的迷你冰箱電路系統(tǒng)的仿真及分析163.1 Multisim仿真軟件163.1.1 Multisim仿真軟件的介紹163.1.2 Multisim的特點(diǎn)163.1.3 Multisim在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用173.2 迷你小冰箱電源部分的仿真模型與分析183.3 熱檢測(cè)電路的仿真模型與分析203.4 冰箱溫度告知電路的改進(jìn)仿真模型的建立與分析244 本文總結(jié)和未來(lái)展望274.1 本文總結(jié)274.2 未來(lái)展望27致 謝29參考文獻(xiàn)301 緒 論USB是英文Universal Se

16、rial BUS的縮寫(xiě)，中文含義是“通用串行總線”。它不是一種新的總線標(biāo)準(zhǔn)，而是應(yīng)用在PC領(lǐng)域的接口技術(shù)。基于USB接口供電的迷你冰箱采用了這個(gè)技術(shù)，用5V的USB電源冷卻飲料 ，內(nèi)置LED燈，不需要壓縮機(jī)。它沒(méi)有家用冰箱復(fù)雜的電路，它靠半導(dǎo)體致冷片將熱量從片的一面?zhèn)鲗?dǎo)到另一面的方法，如果把直流電源極性倒過(guò)來(lái)的話，熱傳導(dǎo)方向也會(huì)改變，這就是半導(dǎo)體致冷片的原理。當(dāng)然不需要壓縮機(jī)了，而且也不需要加致冷劑。 半導(dǎo)體致冷片是整個(gè)冰箱內(nèi)外冷熱交換的唯一部位。雖然簡(jiǎn)單，它也能把溫度下降到0-5(最低溫度，環(huán)境溫度20-25). 在加熱的過(guò)程中，也能把溫度加到60左右，打破了冰箱以往的作用，實(shí)現(xiàn)了冰箱的致冷

17、和加熱雙重作用。目前，冰箱應(yīng)用的層面極廣，除了家用以外，還應(yīng)用到車(chē)上和其他領(lǐng)域。它不單單只是運(yùn)用我們的生活中，還運(yùn)用到我們的科研和學(xué)習(xí)方面，為了解決一些常見(jiàn)問(wèn)題，譬如攜帶方便，輕巧等問(wèn)題，越來(lái)越多的科學(xué)家進(jìn)行了研究和改造，一些功能更好的冰箱已經(jīng)上市，我們?nèi)缦陆榻B的也是其中一款很實(shí)用的冰箱：基于USB接口供電的迷你小冰箱。1.1 本課題的研究背景和意義家電產(chǎn)品是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ?jiàn)的物品，它們已經(jīng)融入到我們的生活中，我們每天都在自覺(jué)或不自覺(jué)地使用著它們。隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，家用電器產(chǎn)品的形式正在日益變得豐富多彩，產(chǎn)品的品種也正隨著技術(shù)的進(jìn)步而不斷增加1?？上攵褐袊?guó)冰箱經(jīng)過(guò)引進(jìn)、吸收和

18、消化的20年,有了高速的發(fā)展,但是國(guó)內(nèi)目前對(duì)電冰箱的本土化概念研究尚未具體展開(kāi),大多數(shù)只是停留在外觀造型上的創(chuàng)新及新技術(shù)上的應(yīng)用。由于冰箱產(chǎn)業(yè)的日益成熟,產(chǎn)品市場(chǎng)也開(kāi)始進(jìn)入成熟期,競(jìng)爭(zhēng)開(kāi)始出現(xiàn)白熱化狀態(tài),生產(chǎn)商無(wú)不在積極采用各種方式和手段,來(lái)爭(zhēng)得產(chǎn)品市場(chǎng)的一席之地。而市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的另一個(gè)結(jié)果就是直接導(dǎo)致了冰箱產(chǎn)品同質(zhì)化的現(xiàn)象,也就是說(shuō)冰箱產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)、功能、服務(wù)、外觀、價(jià)格、使用、技術(shù)基礎(chǔ)等等各個(gè)方面有很大的相似性,同級(jí)別產(chǎn)品相互之間具有很強(qiáng)的可替代性。 最早的冰箱屬于“舶來(lái)品”的一種,不管是功能、結(jié)構(gòu)、界面還是技術(shù)都是直接從國(guó)外引進(jìn)。在一段時(shí)期內(nèi),外來(lái)的優(yōu)勢(shì)使使用者暫時(shí)忽略了自己根本無(wú)法揮去的生活

19、方式,但是由于不同的民族與國(guó)家,在生活狀態(tài)、生活方式、生活習(xí)慣與生活水平上都有一定的差異,有的甚至相差較遠(yuǎn),當(dāng)使用者的消費(fèi)意識(shí)日益成熟時(shí),會(huì)逐漸意識(shí)到自己的真正需要,什么才是適合于自己生活的產(chǎn)品,這時(shí)候由于中西文化差異所產(chǎn)生的矛盾便出現(xiàn)了。2近幾年，我國(guó)小家電市場(chǎng)正呈現(xiàn)出方興未艾的旺銷(xiāo)態(tài)勢(shì)。從某種程度上說(shuō)，品種繁多的小家電已成為消費(fèi)者生活的必需品，使用小家電的數(shù)量及選購(gòu)其品質(zhì)已是老百姓生活水平高低的標(biāo)志之一。市場(chǎng)的旺盛需求帶動(dòng)了生產(chǎn)的高速增長(zhǎng)，近期，為適應(yīng)消費(fèi)需求的快速增長(zhǎng)，不少大家電廠家紛紛轉(zhuǎn)產(chǎn)小家電產(chǎn)品，使小家電產(chǎn)品生產(chǎn)量急劇增加。例如冰箱就是我們?cè)谏钪胁豢缮俚募译姟Ｋ臀覀兊纳钕⑾⑾?/p>

20、關(guān)3。 目前，人們對(duì)冰箱要求日見(jiàn)增高，尤其在它的容量、功能、保鮮效果方面特高。這就要求我們?cè)O(shè)計(jì)的電冰箱容量大、功能全、保鮮好、自動(dòng)化程度高，并且能攜帶更便利、舒適而且安全，能根據(jù)用戶的要求和需要進(jìn)行運(yùn)用，尤其在上班期間更方便。為了解決市場(chǎng)上冰箱體積大，供電不方便等問(wèn)題，并且提高人們?cè)谙奶旃ぷ鞯男?，適應(yīng)市場(chǎng)需要，因而我們?cè)O(shè)計(jì)了用USB接口供電的迷你小冰箱。該USB小冰箱無(wú)噪音，無(wú)壓縮機(jī)，綠色環(huán)保，小巧玲瓏，節(jié)能輕便，制造工藝精美細(xì)致，能放在辦公桌上。你只要把一聽(tīng)易拉罐放在里面，然后把它插入一個(gè)開(kāi)啟的電腦USB接口，幾分鐘后就能喝到冷飲料了。它能在5分鐘內(nèi)制冷到8.5攝氏度（或47華氏度），而且

21、只需5伏電壓只要有USB接口（1.1或者2.0接口）即可。不需要任何驅(qū)動(dòng)程序，隨意插入U(xiǎn)SB接口即可！該設(shè)計(jì)包含的技術(shù)有：數(shù)字和模擬技術(shù)、單片機(jī)控制技術(shù)、USB供電系統(tǒng)、電路設(shè)計(jì)與電路仿真技術(shù)等4。1.2 家用普通冰箱電路系統(tǒng)簡(jiǎn)介冰箱是一種使食物或其他物品保持冷態(tài)的小柜或小室內(nèi)有制冰機(jī)用以結(jié)冰的柜或箱帶有制冷裝置的儲(chǔ)藏箱。家用電冰箱的容積通常為20500升。1910 年世界上第一臺(tái)壓縮式制冷的家用冰箱在美國(guó)問(wèn)世到如今生活中有了超低溫冰箱(低至-100度左右)冰箱為止,大部分是用來(lái)做實(shí)驗(yàn)等,真正用于生活中的還不多。1.2.1 家用普通冰箱的組成電冰箱主要由箱體、門(mén)體、制冷系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及附件五部

22、分組成。1.2.1.1 箱體和門(mén)體箱體、門(mén)體根據(jù)不同的溫度要求組成若干間室，與外界空氣隔絕并分別保持一定低溫。箱體、門(mén)體由箱殼、箱膽、門(mén)殼、門(mén)膽等結(jié)構(gòu)件和絕熱材料組成。 1.2.1.2制冷系統(tǒng)電冰箱的制冷系統(tǒng)由壓縮機(jī)、冷凝器、干燥過(guò)濾器、毛細(xì)管、和蒸發(fā)器組成，制冷系統(tǒng)利用制冷劑的循環(huán)進(jìn)行熱交換，將冰箱內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到冰箱外的空氣中去，達(dá)到使冰箱內(nèi)降溫的目的。5（1）壓縮機(jī)家用電冰箱用壓縮機(jī)一般為全封閉壓縮機(jī)。它的全稱(chēng)為“電冰箱用全封閉型電動(dòng)機(jī)-壓縮機(jī)”，它實(shí)際是將壓縮機(jī)與電動(dòng)機(jī)全部密封在機(jī)殼內(nèi)。6 壓縮機(jī)是制冷循環(huán)系統(tǒng)的“心臟”，它的作用是在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下，輸送和壓縮制冷劑蒸氣，使制冷劑在系統(tǒng)中

23、進(jìn)行制冷循環(huán)。當(dāng)壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)曲軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，連桿將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為活塞的往復(fù)式運(yùn)動(dòng)?；钊跉飧字兴鞯耐鶑?fù)運(yùn)動(dòng)，可分為吸氣、壓縮、排氣和膨脹四個(gè)工作過(guò)程。 壓縮機(jī)冷凍油的作用 a、潤(rùn)滑作用 減小機(jī)器運(yùn)動(dòng)部件的磨損，延長(zhǎng)機(jī)器的使用壽命。 b、降溫作用 c、密封作用 冷凍油在壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)部位起著密封作用，防止制冷劑的泄漏。冷凍油的性能和質(zhì)量直接影響著制冷壓縮機(jī)的工作和運(yùn)行。因此，了解冷凍油的性能和牌號(hào)，以便正確選用冷凍油就顯得十分必要。國(guó)產(chǎn)的冷凍油按其50時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度分為13、18、25、30、40、等5個(gè)牌號(hào)。不同牌號(hào)的冷凍油不能混合使用，但可以代用，其原則是高牌號(hào)可以代替低牌號(hào)冷凍油。7（2

24、）冷凝器冷凝器又稱(chēng)為散熱器，是電冰箱制冷系統(tǒng)中主要的熱交換設(shè)備。冷凝器的作用是將壓縮機(jī)排出的高溫、高壓制冷劑蒸汽，在冷凝器里經(jīng)過(guò)熱量的傳遞，向周?chē)諝馍?，使制冷劑蒸氣冷卻然后液化成液體。 防露管既起到了冷凝器的作用，又使冷凍室門(mén)口周?chē)鷾囟壬?，防止冷凍室門(mén)口周?chē)丁?8（3）毛細(xì)管 毛細(xì)管有兩個(gè)作用：a.保持冷凝器制冷劑和蒸發(fā)器制冷劑之間有一定的壓力差，以保證制冷劑蒸汽在冷凝器內(nèi)有較高的壓力，從而使制冷劑蒸汽在冷凝器內(nèi)散熱冷凝成液體；保證制冷劑液體在蒸發(fā)器內(nèi)有較低的壓力，從而使制冷劑液體在蒸發(fā)器內(nèi)吸熱蒸發(fā)成氣體。b.控制制冷劑流量。如果毛細(xì)管阻力大，制冷劑流量小，制冷量少，蒸發(fā)溫度低；如果

25、毛細(xì)管阻力小，制冷劑流量大，制冷量大，蒸發(fā)溫度高。它是一根細(xì)而長(zhǎng)的紫銅管。內(nèi)徑一般為0.51mm，長(zhǎng)度為24m不等。銅管的導(dǎo)熱性能良好。10（4）蒸發(fā)器 蒸發(fā)器是冰箱制冷系統(tǒng)中的產(chǎn)生冷的部件，俗稱(chēng)冷源。蒸發(fā)器的作用：從毛細(xì)管降壓后的制冷劑氣液混合體（氣液比例約為1：9）進(jìn)入蒸發(fā)器，在低壓下蒸發(fā)由液體變成氣體，經(jīng)蒸發(fā)器吸收箱內(nèi)的熱量，達(dá)到制冷的目的。蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑的蒸發(fā)溫度越低，冷卻周?chē)矬w的能力越大，而它的蒸發(fā)面積是由壓縮機(jī)產(chǎn)生冷量決定的。11（5）干燥過(guò)濾器 干燥過(guò)濾器的構(gòu)成：干燥過(guò)濾器外殼為銅管，直徑為16左右，長(zhǎng)100-150mm，銅管兩端縮口，銅管里面兩端裝有銅絲過(guò)濾網(wǎng)，中間裝有分子篩

26、。干燥過(guò)濾器的作用：干燥過(guò)濾器安裝于冷凝器與毛細(xì)管之間，用以吸附制冷系統(tǒng)中的水分，以防止發(fā)生冰堵，同時(shí)還起到過(guò)濾作用，防止雜質(zhì)、碎物等進(jìn)入毛細(xì)管引起臟堵。（6）制冷劑 制冷劑是指在制冷系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)的工作介質(zhì)。在壓縮式制冷循環(huán)中，利用制冷劑的相變傳遞熱量，即制冷劑在蒸發(fā)過(guò)程吸熱，在冷凝過(guò)程放熱。冰箱所用制冷劑主要有四類(lèi)：R12、混合工質(zhì)（R152a/R22）、R134a、R600a1.2.1.3電氣系統(tǒng) 電氣系統(tǒng)的主要作用是將箱內(nèi)的溫度控制在一定的范圍內(nèi)，以保證冷藏冷凍的需要。（1）機(jī)械式溫控冰箱電氣系統(tǒng)零部件 溫控器 過(guò)載保護(hù)繼電器（2）電腦溫控冰箱電氣系統(tǒng) 雙溫雙控冰箱控制原理 四點(diǎn)感

27、溫電腦控制冰箱 1.2.1.4附件 （1）對(duì)上置冷凍室，冷凍室擱架為鋼絲擱架，冷藏室擱架和果菜盒為平面鋼化玻璃，門(mén)擱架為PS塑料擱架。 （2）對(duì)下置冷凍室，冷凍室抽屜為ABS不透明抽屜或?yàn)锳S（也有PS）透明抽屜，冷藏室擱架和果菜盒為平面鋼化玻璃，門(mén)擱架為PS塑料擱架。1.2.2 家用冰箱的工作原理現(xiàn)今，在這么多的冰箱中，他們的工作原理也有所不同，如下就列舉了幾種常見(jiàn)的冰箱工作原理。1.2.2.1 壓縮式電冰箱該種電冰箱由電動(dòng)機(jī)提供機(jī)械能，通過(guò)壓縮機(jī)對(duì)制冷系統(tǒng)作功。制冷系統(tǒng)利用低沸點(diǎn)的制冷劑，蒸發(fā)時(shí)，吸收汽化熱的原理制成的。其優(yōu)點(diǎn)是壽命長(zhǎng)，使用方便，目前世界上9195的電冰箱屬于這一類(lèi)。1.2

28、.2.2 吸收式電冰箱該種電冰箱可以利用熱源（如煤氣、煤油、電等）作為動(dòng)力。利用氨水氫混合溶液在連續(xù)吸收擴(kuò)散過(guò)程中達(dá)到制冷的目的。其缺點(diǎn)是效率低，降溫慢，現(xiàn)已逐漸被淘汰。1.2.2.3 半導(dǎo)體電冰箱它是利用對(duì)PN型半導(dǎo)體，通以直流電，在結(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生珀?duì)柼?yīng)的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)制冷的電冰箱。1.2.2.4 化學(xué)冰箱它是利用某些化學(xué)物質(zhì)溶解于水時(shí)強(qiáng)烈吸熱而獲得制冷效果的冰箱。1.2.2.5 電磁振動(dòng)式冰箱它是用電磁振動(dòng)機(jī)作本動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的冰箱。其原理、結(jié)構(gòu)與壓縮式電冰箱基本相同。1.2.2.6 太陽(yáng)能電冰箱它是利用太陽(yáng)能作為制冷能源的電冰箱。1.2.2.7 絕熱去磁制冷電冰箱。1.2.2.8 輻射制冷

29、電冰箱。1.2.2.9 固體制冷電冰箱。1.2.3 家用冰箱內(nèi)部電路的原理圖如圖1所示，我們看到了冰箱的各個(gè)組成和連接情況，從這里不難看出，在冰箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，溫控電路起著心臟的作用，在整個(gè)冰箱中控制溫度的高低來(lái)達(dá)到制冷的目的。圖1 冰箱內(nèi)部電路原理圖1.3 基于USB接口供電的迷你冰箱電路系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.3.1 USB設(shè)備的接入 USB接口中的5V電源不但可以為外接設(shè)置提供小電流供應(yīng)，并且還起著檢測(cè)功能。當(dāng)USB設(shè)置插入U(xiǎn)SB接口后，主機(jī)的5V電源就會(huì)通過(guò)USB邊線與USB設(shè)備相通。USB外設(shè)的控制芯片會(huì)通過(guò)兩只10K的電阻來(lái)檢查USB設(shè)備是否接入了主機(jī)的USB端口。如果這兩個(gè)引腳一個(gè)為高電平，

30、一個(gè)為低電平時(shí)就表示USB外設(shè)已經(jīng)正常確連入U(xiǎn)SB接口，這時(shí)外設(shè)的控制芯片開(kāi)始工作，并通過(guò)DATA，DATA向外送出數(shù)據(jù)。這時(shí)主機(jī)接收數(shù)據(jù)后，就會(huì)提示發(fā)現(xiàn)新硬件，并開(kāi)始安裝新硬件驅(qū)動(dòng)。 1.3.2 基于USB接口供電的迷你冰箱內(nèi)部電路 USB迷你小冰箱并不像家用冰箱有那么復(fù)雜的電路系統(tǒng)，它是根據(jù)熱電制冷原理(PeltierEffect)，運(yùn)用先進(jìn)的半導(dǎo)體制冷技術(shù)，采用特殊的制冷散熱系統(tǒng)制造的，是具有制冷效果佳、無(wú)壓縮機(jī)、無(wú)氟利昂、無(wú)振動(dòng)，低1噪音(0的部分稱(chēng)為正向特性。反向特性：u0的部分稱(chēng)為反向特性。反向擊穿：當(dāng)反向電壓超過(guò)一定數(shù)值U（BR）后，反向電流急劇增加，稱(chēng)之反向擊穿。勢(shì)壘電容：耗盡

31、層寬窄變化所等效的電容稱(chēng)為勢(shì)壘電容Cb。變?nèi)荻O管：當(dāng)PN結(jié)加反向電壓時(shí)，Cb明顯隨u的變化而變化，而制成各種變?nèi)荻O管。如圖4所示。 圖4 PN結(jié)的勢(shì)壘電容 平衡少子：PN結(jié)處于平衡狀態(tài)時(shí)的少子稱(chēng)為平衡少子。 非平衡少子：PN結(jié)處于正向偏置時(shí)，從P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)的空穴和從N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)的自由電子均稱(chēng)為非平衡少子。擴(kuò)散電容：擴(kuò)散區(qū)內(nèi)電荷的積累和釋放過(guò)程與電容器充、放電過(guò)程相同，這種電容效應(yīng)稱(chēng)為Cd。結(jié)電容：勢(shì)壘電容與擴(kuò)散電容之和為PN結(jié)的結(jié)電容Cj。2.1.2.4半導(dǎo)體制冷器件的工作原理：半導(dǎo)體制冷器件的工作原理是基于帕爾帖原理，該效應(yīng)是在1834年由J.A.C帕爾帖首先發(fā)現(xiàn)的，即利用當(dāng)兩種不同

32、的導(dǎo)體A和B組成的電路且通有直流電時(shí)，在接頭處除焦耳熱以外還會(huì)釋放出某種其它的熱量，而另一個(gè)接頭處則吸收熱量，且帕爾帖效應(yīng)所引起的這種現(xiàn)象是可逆的，改變電流方向時(shí)，放熱和吸熱的接頭也隨之改變，吸收和放出的熱量與電流強(qiáng)度IA成正比，且與兩種導(dǎo)體的性質(zhì)及熱端的溫度有關(guān)，即： Qab=Iab ，ab稱(chēng)做導(dǎo)體A和B之間的相對(duì)帕爾帖系數(shù) ，單位為V, ab為正值時(shí)，表示吸熱，反之為放熱，由于吸放熱是可逆的，所以ab=ab ，帕爾帖系數(shù)的大小取決于構(gòu)成閉合回路的材料的性質(zhì)和接點(diǎn)溫度，其數(shù)值可以由賽貝克系數(shù)abV.K-1和接頭處的絕對(duì)溫度TK得出ab=abT與塞貝克效應(yīng)相，帕爾帖系也具有加和性，即：Qac=

33、Qab+Qbc=(ab+bc)I 因此絕對(duì)帕爾帖系數(shù)有ab=a b金屬材料的帕爾帖效應(yīng)比較微弱，而半導(dǎo)體材料則要強(qiáng)得多，因而得到實(shí)際應(yīng)用的溫差電制冷器件都是由半導(dǎo)體材料制成的。142.1.2.5半導(dǎo)體應(yīng)用：在積極尋找提高半導(dǎo)體材料熱電性能的同時(shí)，人們又從優(yōu)化半導(dǎo)體制冷器的結(jié)構(gòu)和工作狀況出發(fā)，得到了很多提高制冷器制冷性能和穩(wěn)定性的有益結(jié)論，從而使得半導(dǎo)體制冷技術(shù)的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，現(xiàn)在半導(dǎo)體制冷在電子技術(shù)、醫(yī)療器械、家用冰箱和工業(yè)的發(fā)展。最早的實(shí)用“半導(dǎo)體”是電晶體（Transistor）/ 二極體（Diode）。一、在無(wú)電收音機(jī)（Radio）及 電視機(jī)（Television）中，作為“訊號(hào)放

34、大器 /整流器”用。 二、近來(lái)發(fā)展太陽(yáng)能（Solar Power），也用在光電池（Solar Cell）中。三、半導(dǎo)體可以用來(lái)測(cè)量溫度，測(cè)溫范圍可以達(dá)到生產(chǎn)、生活、醫(yī)療衛(wèi)生、科研教學(xué)等應(yīng)用的70%的領(lǐng)域，有較高的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，分辨率可達(dá)0.1攝氏度，甚至達(dá)到0.01度也不是不可能，線性度0.2%，測(cè)溫范圍-100+300攝氏度，是性價(jià)比極高的一種測(cè)溫元件。所以在我們的設(shè)計(jì)中，我們就采用了半導(dǎo)體制冷的原理，制作了迷你小冰箱。152.2 基于USB接口供電的迷你冰箱電路系統(tǒng)技術(shù)改進(jìn)2.2.1 電源部分的改進(jìn)我們知道，用USB接口供電也有不方便的時(shí)候，如果在我們的身邊沒(méi)有PC機(jī)的情況，那我們不是不

35、能使用這款冰箱了，雖然它使用很方便，但有時(shí)候遇到客觀問(wèn)題的時(shí)候我們還是要靈活運(yùn)用，我們這款冰箱在市場(chǎng)上已經(jīng)有了，但是它只能用USB接口。如今，為了滿足更多顧客的需求和要求，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中就利用所學(xué)知識(shí)，對(duì)該冰箱的電源部分進(jìn)行了創(chuàng)新。為了解決USB供電不足或是沒(méi)有PC的情況下，我們經(jīng)過(guò)分析，為解決此問(wèn)題做出了改進(jìn)，就是采用雙電源，一條線可以大家在有電腦的情況下使用該冰箱。在沒(méi)有PC機(jī)的情況下，我們就用另一條線直接插上家用電源即可。在電源電路中，為了能讓USB和家用電源插座能在不同環(huán)境下靈活應(yīng)用，我們?cè)谕饨与娫吹牟糠诌B接了兩條線，但是如何能讓我們實(shí)現(xiàn)兩條線都可以使用呢，尤其在你需要的時(shí)候就成用哪條？

36、下面就介紹了方法：在我們市場(chǎng)上買(mǎi)來(lái)的USB迷你小冰箱有一根電源線，我們?cè)趧?chuàng)新的時(shí)候就把那個(gè)電源線分成兩個(gè)線頭，一個(gè)接USB接口，另一個(gè)接市場(chǎng)上很普通的家用插座。在線分段電路的時(shí)候接個(gè)二極管，這樣電路就能達(dá)到我們的要求。為什么我們要在電源部分裝上二極管呢？開(kāi)關(guān)二極管的開(kāi)關(guān)作用是利用二極管的單向?qū)щ娞匦詠?lái)完成的，在給二極管加正向偏壓時(shí)，處于導(dǎo)通狀態(tài)，在加反向偏壓時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)，在電路中起到接通電流、關(guān)斷電流的作用。即開(kāi)關(guān)作用。為能使二極管的開(kāi)關(guān)特性更好，可通過(guò)制作工藝，使其正向電阻特小，反向電阻特大，以提高其開(kāi)關(guān)速度。開(kāi)關(guān)二極管有一個(gè)很重要的參數(shù)反向恢復(fù)時(shí)間。它是指開(kāi)關(guān)二極管從導(dǎo)通到截止所需要的時(shí)

37、間。此時(shí)間越短越好。另外，開(kāi)關(guān)二極管從截止到導(dǎo)通所需的時(shí)間稱(chēng)為開(kāi)通時(shí)間。開(kāi)通時(shí)間與反向恢復(fù)時(shí)間的和稱(chēng)為開(kāi)關(guān)時(shí)間，由于反向恢復(fù)時(shí)間遠(yuǎn)大于開(kāi)通時(shí)間，所以一般的參數(shù)手冊(cè)中只給出反向恢復(fù)時(shí)間。由于開(kāi)關(guān)二極管具有開(kāi)關(guān)速度快、壽命長(zhǎng)、無(wú)觸點(diǎn)、體積小、可靠性高等特點(diǎn)，所以被廣泛用于各種自控電路、通信電路、儀器儀表電路、家用電腦電路和電視機(jī)、影碟機(jī)、錄像機(jī)等電路中。16開(kāi)關(guān)二極管的伏安特性曲線如圖5所示 圖5 開(kāi)關(guān)二極管的伏安特性曲線有了二極管的作用，我們?cè)O(shè)計(jì)的雙電源也能實(shí)現(xiàn)了，我們?cè)诳刂评錈岬拈_(kāi)關(guān)后把電線減斷，裝上二極管，然后一端是USB接口，另一端是家用電源插座。為了能讓電源損耗減小，我們還設(shè)計(jì)了開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓

38、電路，使得它的電源利用率增加。2.2.2 過(guò)熱檢測(cè)電路的技術(shù)改進(jìn)我們接觸到的冰箱大都沒(méi)有過(guò)熱檢測(cè)系統(tǒng),因?yàn)槲覀兩钪械募矣帽渌鼈冎荒苤评?而我們的迷你小冰箱利用半導(dǎo)體還能加熱,這個(gè)冰箱它的加熱溫度可達(dá)到60,所以在我們?cè)谶\(yùn)用這個(gè)冰箱的時(shí)候，為了避免人們?cè)诓蛔⒁獗浼訜岫绊懙囊恍﹩?wèn)題,譬如電壓過(guò)大，電流過(guò)大,所以我們就在冰箱中安裝一個(gè)過(guò)熱檢測(cè)電路，能讓冰箱在達(dá)到某個(gè)加熱最大溫度時(shí)能提醒用戶溫度已經(jīng)加熱到最大值.17我們?cè)诒渲胁捎玫倪^(guò)熱檢測(cè)系統(tǒng)就是圍繞我們冰箱加熱溫度只能達(dá)到60為止的一個(gè)限制溫度著手。過(guò)熱檢測(cè)電路采用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻作熱量傳感器。熱敏電阻R1與IC1（NE555）定時(shí)器

39、芯片，VR1，C1一起接成多諧振蕩器。C1是定時(shí)電容，它在1/3Vcc和2/3Vcc之間充電和放電。振蕩頻率主要取決于R1，VR1和C1的值，R1的阻值隨溫度而變化。在正常室溫條件下，LED1以1Hz（可用VR1調(diào)節(jié)）頻率閃爍，表示電路處于電源接通狀態(tài)。當(dāng)熱敏電阻附近的溫度由于設(shè)備工作上升時(shí)，熱敏電阻的阻值變小，LED1的閃爍頻率也降低，當(dāng)溫度達(dá)到50度的時(shí)候，閃爍頻率也要進(jìn)一步降低，在溫度達(dá)到60度的時(shí)候，由于熱敏電阻的阻值降低劇烈，LED1就停止閃爍，并一直保持發(fā)光狀態(tài)，這表示設(shè)備已經(jīng)過(guò)熱了，LED1的亮度可以通過(guò)調(diào)節(jié)VR2來(lái)調(diào)節(jié)。熱敏電阻應(yīng)貼裝在需要進(jìn)行溫度檢測(cè)的部件上，LED1裝在面板

40、上作為加電和測(cè)穩(wěn)指示器。在連接熱敏電阻之前，最好先測(cè)一下它在室溫下的阻值，正常值應(yīng)該是400到500歐姆之間。過(guò)熱檢測(cè)系統(tǒng)電路用5V12V直流電壓供電。電路圖如6所示: 圖6: 過(guò)熱檢測(cè)電路2.2.3 冰箱溫度告知電路的改進(jìn)在冰箱中的溫控部分，不少冰箱都會(huì)增加溫度告知電路，在冰箱使用過(guò)程中，能讓用戶知道冰箱的溫度，達(dá)到這個(gè)范圍的時(shí)候，提醒用戶完成了。市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)的迷你冰箱沒(méi)有溫度告知系統(tǒng)，所以我們?cè)谠瓉?lái)冰箱的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，原本小冰箱靠半導(dǎo)體的特殊性能來(lái)使溫度達(dá)到某個(gè)范圍，到時(shí)就可以使用該飲料，在這里，就是缺乏了告知溫度的功能，如果人們?cè)诿τ诠ぷ骰蚴遣辉赑C機(jī)旁邊而忘記了飲料加熱或是在制冷，對(duì)人

41、們有點(diǎn)不方便，而由于如果長(zhǎng)期任憑冰箱這么使用下去，也會(huì)使得冰箱電流過(guò)大或是電壓過(guò)大，影響冰箱的功效和使用時(shí)間，如果裝上溫度告知器，那么效果將會(huì)更好。當(dāng)溫度達(dá)到加熱或制冷溫度時(shí)候，我們可以及時(shí)知道了。如圖7所示為電冰箱溫摩告知電路。該電路由降壓整流電路、溫度檢測(cè)元件Rt、集成運(yùn)算放大器LM324、電平顯示集成電路SL322等組成。其中降壓整流電路為整個(gè)電路提供直流電壓，Rt為熱敏電阻，SL322用于驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)光。 當(dāng)電冰箱內(nèi)溫度升高時(shí)，Rt的阻值下降，相應(yīng)Vi1下降，它通過(guò)LM324放大后，使電壓Vo上升，Vo被直接送入SL322，以驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)光，且因SL322的輸入電壓上升，被點(diǎn)亮

42、的發(fā)光二極管數(shù)目增多。反之，當(dāng)電冰箱內(nèi)的溫度降低時(shí)，被點(diǎn)亮的發(fā)光二極管數(shù)目減少。確定好1只發(fā)光二極管表示的溫度后，則由發(fā)光二極管被點(diǎn)亮的數(shù)目即可知電冰箱內(nèi)的溫度。圖示電路在0時(shí)只有1只發(fā)光二極管點(diǎn)亮，18有10只發(fā)光二極管點(diǎn)亮，則平均每隔2的變化將引起l只發(fā)光二極管的亮或滅。 如果想使電冰箱內(nèi)的溫度越低時(shí)被點(diǎn)亮的發(fā)光二極管越多，則可將R3與R4的位置對(duì)調(diào)一下即可。 熱敏電阻Rt選用MF51型，使用范圍為-55+125，靈敏度高。使用時(shí)對(duì)其進(jìn)行定標(biāo)的方法是：先把Rt與溫度計(jì)綁在一起，兩個(gè)測(cè)溫頭盡量靠攏，以減小誤差，然后將Rt的兩根引線與萬(wàn)用表的表筆連好，并把量程開(kāi)關(guān)放在R1k擋，最后把兩個(gè)測(cè)溫頭

43、放入冷藏室或冷凍室內(nèi)，即可測(cè)出Rt在所要求的低溫時(shí)或高溫時(shí)顯示的阻值。一般測(cè)兩次取平均值較好。通常冷藏室內(nèi)溫度為28，取顯示溫度范圍為018即可滿足要求。 調(diào)試時(shí)，先取R3的阻值等于Rt最低顯示溫度對(duì)應(yīng)的值，然后將Rt換成電位器，并將它調(diào)至最高溫度Rt對(duì)應(yīng)的值，再調(diào)整Rt，使發(fā)光二極管全部點(diǎn)亮。最后調(diào)電位器，使阻值等于最低顯示溫度Rt對(duì)應(yīng)的值，調(diào)整R3使1個(gè)發(fā)光二極管點(diǎn)亮即可。 本電路可通過(guò)發(fā)光二極管的顯示從冰箱外部得知電冰箱內(nèi)的溫度。不過(guò)電路接入中需注意的是：Rt應(yīng)放在溫度較均勻且能代表整個(gè)箱內(nèi)的平均溫度的冷藏室內(nèi)側(cè)壁中點(diǎn)。 圖7冰箱溫度告知電路3 基于USB接口供電的迷你冰箱電路系統(tǒng)的仿真

44、及分析3.1 Multisim仿真軟件3.1.1 Multisim仿真軟件的介紹Multisim是加拿大圖像交互技術(shù)公司（Interactive Image Technoligics簡(jiǎn)稱(chēng)IIT公司)推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。18我們用Multisim仿真軟件對(duì)我們電源電路進(jìn)行仿真后，發(fā)現(xiàn)冰箱可以利用兩級(jí)管控制開(kāi)關(guān)控制，設(shè)置了兩極，要哪邊導(dǎo)通就開(kāi)下哪邊，給我們的冰箱解決了供電問(wèn)題。3.1.2 Multisim的特點(diǎn)Multisim是加拿大 IIT Interact

45、ive Image Technologies公司在 EWB Electronics Workbench 基礎(chǔ)上推出的電子電路仿真設(shè)計(jì)軟件 , 它具有這樣一些特點(diǎn):3.1.2.1 直觀的圖形界面整個(gè)操作界面就像一個(gè)電子實(shí)驗(yàn)工作臺(tái) , 繪制電路所需的元器件和仿真所需的測(cè)試儀器均可直接拖放到屏幕上 , 輕點(diǎn)鼠標(biāo)可用導(dǎo)線將它們連接起來(lái) ,軟件儀器的控制面板和操作方式都與實(shí)物相似 ,測(cè)量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實(shí)儀器上看到的一樣。3.1.2.2 豐富的元器件庫(kù)Multisim大大擴(kuò)充了 EWB 的元器件庫(kù) , 包括基本元件、半導(dǎo)體器件、運(yùn)算放大器、TTL和 CMOS數(shù)字 IC、DAC、ADC及其他各

46、種部件 , 且用戶可通過(guò)元件編輯器自行創(chuàng)建或修改所需元件模型 , 還可通過(guò)IIT公司網(wǎng)站或其代理商獲得元件模型的擴(kuò)充和更新服務(wù)。3.1.2.3 豐富的測(cè)試儀器除 EWB 具備的數(shù)字萬(wàn)用表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、雙通道示波器、掃頻儀、字信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀和邏輯轉(zhuǎn)換儀外 , Multisim 新增了瓦特表、失真分析儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀。尤其與 EWB 不同的是: 所有儀器均可多臺(tái)同時(shí)調(diào)用。3.1.2.4 完備的分析手段除了 EWB 提供的直流工作點(diǎn)分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析、噪聲分析、失真分析、參數(shù)掃描分析、溫度掃描分析、極點(diǎn)一零點(diǎn)分析、傳輸函分析、靈敏度分析、最壞情況分析和蒙特卡羅分析外 , Multisim新增了直流掃描分析、批處理分析、用戶定義分析、噪聲圖形分析和射頻分析等 , 基本上能滿足一般電子電路的分析設(shè)計(jì)要求。3.1.2.5 強(qiáng)大的仿真能力Multisim 既可對(duì)模擬電路或數(shù)字電路分別進(jìn)行仿真 , 也可進(jìn)行數(shù)模混合仿真 , 尤其是新增了射頻 RF 電路的仿真功能。仿真失敗時(shí)會(huì)顯示出錯(cuò)信息、提示可能出錯(cuò)的原因 , 仿真結(jié)果可隨時(shí)儲(chǔ)存和打印。3.1.3 Multisim在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用 Multsim 具有強(qiáng)大的模擬/數(shù)字/ RF 仿真能力