本發明涉及半導體制冷,具體為一種半導體制冷系統。
背景技術:
1、傳統的制冷系統往往依賴于簡單的開關控制或固定的預設值進行調控,這種方式無法實現對環境溫度的精準預測和實時響應,當環境參數發生變化時,往往反應遲緩,無法迅速調整以滿足實際需求,這在一定程度上影響了使用的舒適性和效率。
2、傳統控制系統在智能化和自動化水平方面還有待提高,隨著物聯網和人工智能技術的不斷發展,用戶對控制系統的智能化和自動化水平提出了更高的要求,現有的控制系統往往缺乏對這些先進技術的應用,無法實現遠程監控、自動調節的智能化功能,無法滿足用戶的實際需求。
3、因此,針對現有技術的不足和缺點,本發明專利提出了一種半導體制冷系統解決上述的問題。
技術實現思路
1、本發明的目的就是為了彌補現有技術的不足,提供了一種半導體制冷系統,它能夠通過半導體制冷技術、環境感知、中央處理及遠程控制,實現對冷庫環境的實時監測和精準控制,利用溫度傳感器、采集數據,通過智能算法計算最優制冷功率,并通過pwm電流控制算法精確調節制冷效果,用戶可通過手機、電腦遠程監控和調節冷庫環境,提高了冷庫管理的便捷性和效率。
2、本發明為解決上述技術問題,提供如下技術方案:一種半導體制冷系統,該系統包括以下組成部分:
3、環境感知單元:利用溫度傳感器實時監測所在環境的溫度的相關數據,利用滑動平均濾波器對溫度數據進行預處理,以消除噪聲和波動,將處理后的數據傳輸至中央處理單元;
4、中央處理單元:接收環境感知單元傳輸的數據,對其進行處理和分析,通過時間序列預測模型預測未來溫度狀態的變化,結合實時感知的溫度,利用智能算法計算出最優的制冷功率,從而實現對溫度的精準控制,并生成相應的控制指令;
5、半導體溫控核心:采用半導體制冷技術,通過精確控制電流的大小和方向,以實現制冷功能,過內置的溫度傳感器或接收環境感知單元的溫度數據,確保在安全溫度范圍內運行;
6、遠程控制模塊:通過互聯網技術與用戶終端進行通信,接收用戶終端發送的遠程控制指令,并將其傳輸至中央處理單元,將實時溫度數據發送至用戶終端,方便用戶隨時了解溫度情況;
7、用戶界面:用戶可以通過手機、電腦訪問用戶界面,查看實時溫度數據、歷史數據以及控制指令的執行情況,根據需求設置溫度的閾值,并發送遠程控制指令以調節溫度。
8、進一步地,所述環境感知單元利用溫度傳感器通過熱電法測量環境溫度,將采集到數據轉換為電信號,通過模數轉換器adc將電信號換為數字信號,對采集到的數字信號進行預處理,使用滑動平均濾波器消除噪聲和波動,滑動平均濾波器的數學表達式為:,其中:是當前時間點的索引、是濾波器窗口的大小、是時間窗口內從到的溫度讀數,提高數據的準確性,將處理后的溫度數據打包成標準的數據包格式,通過有線方式將數據包傳輸至中央處理單元。
9、更進一步地,所述中央處理單元從環境感知單元接收實時的溫度數據,加載過去的溫度記錄,選擇時間序列預測模型,對未來的溫度進行預測,根據預測的未來溫度和實時感知的溫度,利用pid控制算法計算出最優的制冷功率,并生成相應的控制指令,將控制指令發送給半導體溫控核心,監控半導體溫控核心的執行情況,接收半導體溫控核心的反饋數據,根據反饋數據調整控制策略。
10、更進一步地,所述通過arima模型,對未來的溫度進行預測,使用差分方法將數據轉化為平穩序列,使用自相關函數acf和偏自相關函數pacf來確定arima模型的參數(p,d,q,),使用最大似然估計mle估計arima模型的常數項c、自回歸系數、移動平均系數,arima模型的數學表達式為:,其中:、是誤差項,使用殘差圖檢查模型的殘差是否滿足白噪聲假設,使用已建立的arima模型對未來的溫度進行預測,將預測結果與實際觀測值進行比較,評估模型的預測準確性。
11、更進一步地,所述利用pid控制算法計算出最優的制冷功率,依據預測的未來溫度和實時感知的溫度,計算溫度偏差,數學表達式為:,初始化pid控制器的三個變量:比例項p、積分項i和微分項d,計算比例項:將溫度偏差e(t)乘以比例系數,數學表達式為:,計算積分項:將溫度偏差在時間上的積分乘以積分系數,數學表達式為:,計算微分項:計算溫度偏差e(t)的變化率(,然后乘以微分系數,數學表達式為:,計算總控制量:將比例項p、積分項i和微分項d相加得到總控制量,數學表達式為:=p+i+d將計算得到的總控制量轉換為控制指令,并發送給半導體溫控核心,使用溫度傳感器讀取當前的環境溫度值,根據反饋數據調整pid控制器的參數以優化控制效果。
12、更進一步地,所述半導體溫控核心通過內置的溫度傳感器或接收環境感知單元的溫度數據,實時獲取當前溫度值,將當前溫度值與預設的目標溫度值進行比較,當前溫度高于目標溫度,觸發制冷流程,通過pwm電流控制算法,調整電流驅動電路中的電流大小,實現對制冷的控制,使電流通過半導體制冷片的制冷端,實現制冷效果,通過內置的溫度傳感器實時監測半導體制冷片的溫度,確保其在安全溫度范圍內運行,根據實時溫度收集的數據,通過最優控制算法對pwm占空比進行動態調整,以實現更精確的溫度控制。
13、更進一步地,所述pwm電流控制算法調整電流驅動電路中的電流大小,實現對半導體制冷工作的控制,基于硬件的限制確定pwm信號的周期(t),根據初始制冷效果設定初始的占空比(d),占空比表示在一個周期內高電平所占的比例,占空比d數學表達式為:,其中:是高電平的持續時間,使用pwm生成器根據設定的周期和占空比生成pwm信號,通過改變pwm信號的占空比,以控制電流驅動電路中的平均電流,平均電流計算公式,其中:是平均電流、是最大電流,通過溫度傳感器實時監測溫度,根據溫度的變化,通過最優控制算法動態調整pwm信號的占空比,以實現精確的溫度控制。
14、更進一步地,所述利用最優控制算法動態調整pwm信號的占空比,選擇影響溫度的關鍵變量pwm信號的占空比,建立描述溫度與電流和pwm占空比之間關系的性能指標函數,性能指標函為:,其中:是運行損失函數、是溫度,是pwm信號的占空比、和分別是控制開始和結束的時間、是終端損失函數根據系統特性和控制要求,選擇間接法來導出最優控制的條件和方程,根據實時溫度數據和制冷效果,使用最優控制算法動態調整pwm信號的占空比,在實際系統中測試和調整最優控制算法,以確保其能夠實現預期的溫度控制性能。
15、更進一步地,所述遠程控制模塊用戶通過用戶終端的遠程控制應用界面,輸入需要執行的遠程控制,指令通過網絡協議被編碼并發送至遠程服務器,服務器接收到指令后,進行驗證,驗證通過的指令被轉發至中央處理單元,中央處理單元解析接收到的指令,并執行相應的操作,傳感器實時采集環境數據,中央處理單元對采集到的數據進行處理,處理后的數據被發送至遠程服務器,用戶終端接收并顯示實時環境數據,同時提供用戶交互界面供用戶操作。
16、更進一步地,所述用戶界面通過手機或電腦打開用戶界面進行登錄,登錄成功后,將實時數據轉化為圖表或圖形界面上的動態元素,用戶可以查詢某個時間段內的歷史數據,用戶界面顯示溫度的變化趨勢,用戶可以根據需求設置溫度的閾值,當環境數據超過或低于設定的閾值時,系統會發送警報通知用戶,用戶執行遠程控制指令,用戶界面將指令發送至服務器,由服務器轉發至中央處理單元執行,用戶可以查看已發送的控制指令的執行情況,用戶界面提供反饋信息,幫助用戶了解指令的執行狀態。
17、與現有技術相比,該一種半導體制冷系統具備如下有益效果:
18、一、本發明通過集成環境感知、時間序列預測和pid控制算法,實現了對環境溫度的精準預測與高效控制,夠實時接收環境數據,利用arima模型準確預測未來溫度,結合pid控制算法計算出最優制冷功率,并通過半導體溫控核心實現精確調控,不僅提高了制冷效率,降低了能耗,還增強了系統的智能化和自動化水平,為用戶提供了更加舒適和節能的使用體驗。
19、二、本發明通過實時監測和遠程控制,用戶能夠隨時掌握半導體制冷情況,并根據需要進行精確調節,系統采用先進的pwm電流控制算法和最優控制算法,實現了對制冷功率的精準控制,有效節約了能源,滑動平均濾波器的應用進一步提升了數據處理的準確性,降低了噪聲和波動的影響,為半導體制冷提供了強有力的技術支持。
20、本發明的其他優點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述,并且在某種程度上,基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的,或者可以從本發明的實踐中得到教導。