测量空气质量套件 - 移动空调：第 2 部分

在上一章中，我分享了如何从 Air Quality Kit 获取数据到 Arduino Nano 33 IOT。因此，在本章中，我将重点关注空调部分。怎么做？它是如何工作的？

与传统空调不同，我没有使用压缩机和膨胀值将热量传递给制冷剂以形成循环。我正在使用半导体冷冻制冷进行制冷；它可以更小更高效，但同时使用半导体冷却的覆盖范围较小。

让我介绍一下半导体制冷是如何制造空调的。以下是空调的原型。首先，在空调中间有一个半导体制冷，这是这台空调的主要部件。对于半导体冷却，有两个方面，一个是冷端，另一个是热端。对于冷端，我在上面放了一个散热器和一个风扇来引导外面的冷风。然后，我还添加了一个水泵，并在热侧下方添加了另一个散热器来冷却半导体冷却。利用水泵和散热器对半导体进行冷却，冷却可以保护半导体并获得更高的效率。

正如我之前提到的，半导体冷却有两个方面，一个是冷端，另一个是热端。半导体制冷剂之所以可以剂冷，是因为珀尔帖效应。当电子通过热电偶时，热量在一个结处放出并在另一结处被吸收。珀尔帖效应是在两个不同导体的带电连接处存在加热或冷却。有关更多信息，您可以搜索 Peltier effect 或半导体冷却。

在我们制作完这个空调之后，让我们回到如何打开和关闭它。正如我在上一章中所说，这个项目的主要目标是正确使用电力并解决全球变暖问题。这就是为什么我们需要空气质量套件来获取环境温度以确定我们是否需要打开移动空调。

首先，我们在MCU中接收到数据后，需要设置一些触发空调的条件。 （如果不知道MCU如何接收数据，可以先看上一章。）

void Chilling()
{    
  if (thv_temperature >= 30 ){
     digitalWrite(2,HIGH);
    }
  }else{
    digitalWrite(2,LOW);
  }                             
  delay(1000);
}

由于半导体制冷、风扇和水泵的功耗均为 12V DC。因此，我们需要在MCU和空调之间增加一个继电器和一个外部电源（可以使用台式电源、铅酸电池或任何其他12V DC的电池）。下面是连接的原型。

然后我们的空调工作将与空气质量套件一起工作。

但是，正如我在第 1 部分中提到的，不使用电并不是解决全球变暖的最有效方法，它可能会导致一些慢性病和中暑的风险。所以做了这个空调之后，我就想着怎么让它更有效，更省电。因此，我尝试使用PWM来驱动空调以降低功率。

但是，继电器并不是我们通过 PWM 控制它的最合适的方式。因此，我将继电器更改为 MOSFET 开关。通过使用 MOSFET，我们可以通过 PWM 对其进行控制。需要注意的是，大多数 MOSFET 都有自己的工作电压、输出容量和触发源限制。因此，我们需要选择合适的 MOSFET 模块或组件。

变频空调

首先，我在散热器顶部（冷侧）添加了一个热传感器，以查看空调的功效。

原型

热传感器

void ChillingTherrmometer()
{
  VRT = analogRead(A2);              
  //Acquisition analog value of VRT

  VRT = (3.30 / 1023.00) * VRT;      
  //Conversion to voltage

  VR = VCC - VRT;
  RT = VRT / (VR / R);               
  //Resistance of RT


  ln = log(RT / RT0);
  TX = (1 / ((ln / B) + (1 / T0))); 
  //Temperature from thermistor


  TX = TX - 273.15;                 
  //Conversion to Celsius
}

设计一款功效型变频空调，首先要做一个实验，看看空调在不同PWM下的效率。

在上图中，我们可以获得空调在不同占空比下的最小限制。达到最低点后，空调温度将保持稳定。

然后，我们可以看到温度最终会保持稳定，无论功率如何保持不变，这意味着一定有能量损失。因此，我在考虑是否让空调在达到特定温度时调整 PWM，以避免能量损失。因此，如果我将散热器的温度设置为低于 25，则 PWM 调整为 80%。如果散热器的温度低于 22，那么 PWM 调整到 70%。

void Chilling()
{    
  ChillingTherrmometer();
  Serial.print("Temperature: ");  Serial.print(thv_temperature);
  if (thv_temperature >= 30 ){
    if (TX >= 25){
      analogWrite(2, 255);    
//100% duty cycle 255

      Serial.print(" Heat sink temperature: ");
      Serial.print(TX);
      Serial.print("°C  ");
      Serial.print("100% duty cycle");
    }else if (TX >= 22 && TX < 25){
      analogWrite(2, 204);    
//80% duty cycle 204

      Serial.print(" Heat sink temperature: ");
      Serial.print(TX);
      Serial.print("°C  ");
      Serial.print("80% duty cycle");
    }else if (TX < 22){
      analogWrite(2, 178);    
//70% duty cycle 178

      Serial.print(" Heat sink temperature: ");
      Serial.print(TX);
      Serial.print("°C  ");
      Serial.print("70% duty cycle");
    }
  }else{
    digitalWrite(2,LOW);    
//Shut down

    Serial.print("Temperature < 30");
  }                             
    delay(1000);
    Serial.println();
}

最后，我得到了下面的红色曲线。我们可以看到，红色曲线达到25后，温度会继续下降。并且达到最低点后，会保持在22-25之间，但会缓慢增加。如果温度再次高于 25，PWM 将变为 100% 占空比。

结果是我所期望的，我对结果非常满意。在空气质量套件下，我们可以判断何时需要开启空调，这是我们开启空调、预防一些慢性病和中暑风险的有效方法。同时变频空调系统功耗低，效率更高。

最后，感谢您阅读本系列关于空气质量套件-移动空调的文章，希望您喜欢。