本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制冷，具體為一種半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的制冷系統(tǒng)往往依賴(lài)于簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)控制或固定的預(yù)設(shè)值進(jìn)行調(diào)控，這種方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)和實(shí)時(shí)響應(yīng)，當(dāng)環(huán)境參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，往往反應(yīng)遲緩，無(wú)法迅速調(diào)整以滿(mǎn)足實(shí)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(tǒng)控制系統(tǒng)在智能化和自動(dòng)化水平方面還有待提高，隨著物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，用戶(hù)對(duì)控制系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)化水平提出了更高的要求，現(xiàn)有的控制系統(tǒng)往往缺乏對(duì)這些先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、自動(dòng)調(diào)節(jié)的智能化功能，無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)的實(shí)際需求。

3、因此，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺點(diǎn)，本發(fā)明專(zhuān)利提出了一種半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)解決上述的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)，它能夠通過(guò)半導(dǎo)體制冷技術(shù)、環(huán)境感知、中央處理及遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)冷庫(kù)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和精準(zhǔn)控制，利用溫度傳感器、采集數(shù)據(jù)，通過(guò)智能算法計(jì)算最優(yōu)制冷功率，并通過(guò)pwm電流控制算法精確調(diào)節(jié)制冷效果，用戶(hù)可通過(guò)手機(jī)、電腦遠(yuǎn)程監(jiān)控和調(diào)節(jié)冷庫(kù)環(huán)境，提高了冷庫(kù)管理的便捷性和效率。

2、本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題，提供如下技術(shù)方案：一種半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括以下組成部分：

3、環(huán)境感知單元：利用溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所在環(huán)境的溫度的相關(guān)數(shù)據(jù)，利用滑動(dòng)平均濾波器對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以消除噪聲和波動(dòng)，將處理后的數(shù)據(jù)傳輸至中央處理單元；

4、中央處理單元：接收環(huán)境感知單元傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行處理和分析，通過(guò)時(shí)間序列預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)未來(lái)溫度狀態(tài)的變化，結(jié)合實(shí)時(shí)感知的溫度，利用智能算法計(jì)算出最優(yōu)的制冷功率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精準(zhǔn)控制，并生成相應(yīng)的控制指令；

5、半導(dǎo)體溫控核心：采用半導(dǎo)體制冷技術(shù)，通過(guò)精確控制電流的大小和方向，以實(shí)現(xiàn)制冷功能，過(guò)內(nèi)置的溫度傳感器或接收環(huán)境感知單元的溫度數(shù)據(jù)，確保在安全溫度范圍內(nèi)運(yùn)行；

6、遠(yuǎn)程控制模塊：通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與用戶(hù)終端進(jìn)行通信，接收用戶(hù)終端發(fā)送的遠(yuǎn)程控制指令，并將其傳輸至中央處理單元，將實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)發(fā)送至用戶(hù)終端，方便用戶(hù)隨時(shí)了解溫度情況；

7、用戶(hù)界面：用戶(hù)可以通過(guò)手機(jī)、電腦訪(fǎng)問(wèn)用戶(hù)界面，查看實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)以及控制指令的執(zhí)行情況，根據(jù)需求設(shè)置溫度的閾值，并發(fā)送遠(yuǎn)程控制指令以調(diào)節(jié)溫度。

8、進(jìn)一步地，所述環(huán)境感知單元利用溫度傳感器通過(guò)熱電法測(cè)量環(huán)境溫度，將采集到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc將電信號(hào)換為數(shù)字信號(hào)，對(duì)采集到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，使用滑動(dòng)平均濾波器消除噪聲和波動(dòng)，滑動(dòng)平均濾波器的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:，其中：是當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的索引、是濾波器窗口的大小、是時(shí)間窗口內(nèi)從到的溫度讀數(shù)，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，將處理后的溫度數(shù)據(jù)打包成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)包格式，通過(guò)有線(xiàn)方式將數(shù)據(jù)包傳輸至中央處理單元。

9、更進(jìn)一步地，所述中央處理單元從環(huán)境感知單元接收實(shí)時(shí)的溫度數(shù)據(jù)，加載過(guò)去的溫度記錄，選擇時(shí)間序列預(yù)測(cè)模型，對(duì)未來(lái)的溫度進(jìn)行預(yù)測(cè)，根據(jù)預(yù)測(cè)的未來(lái)溫度和實(shí)時(shí)感知的溫度，利用pid控制算法計(jì)算出最優(yōu)的制冷功率，并生成相應(yīng)的控制指令，將控制指令發(fā)送給半導(dǎo)體溫控核心，監(jiān)控半導(dǎo)體溫控核心的執(zhí)行情況，接收半導(dǎo)體溫控核心的反饋數(shù)據(jù)，根據(jù)反饋數(shù)據(jù)調(diào)整控制策略。

10、更進(jìn)一步地，所述通過(guò)arima模型，對(duì)未來(lái)的溫度進(jìn)行預(yù)測(cè)，使用差分方法將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為平穩(wěn)序列，使用自相關(guān)函數(shù)acf和偏自相關(guān)函數(shù)pacf來(lái)確定arima模型的參數(shù)（p，d，q，），使用最大似然估計(jì)mle估計(jì)arima模型的常數(shù)項(xiàng)c、自回歸系數(shù)、移動(dòng)平均系數(shù)，arima模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：，其中：、是誤差項(xiàng)，使用殘差圖檢查模型的殘差是否滿(mǎn)足白噪聲假設(shè)，使用已建立的arima模型對(duì)未來(lái)的溫度進(jìn)行預(yù)測(cè)，將預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)值進(jìn)行比較，評(píng)估模型的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性。

11、更進(jìn)一步地，所述利用pid控制算法計(jì)算出最優(yōu)的制冷功率，依據(jù)預(yù)測(cè)的未來(lái)溫度和實(shí)時(shí)感知的溫度，計(jì)算溫度偏差，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：，初始化pid控制器的三個(gè)變量：比例項(xiàng)p、積分項(xiàng)i和微分項(xiàng)d，計(jì)算比例項(xiàng)：將溫度偏差e(t)乘以比例系數(shù)，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：，計(jì)算積分項(xiàng)：將溫度偏差在時(shí)間上的積分乘以積分系數(shù)，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：，計(jì)算微分項(xiàng)：計(jì)算溫度偏差e(t)的變化率（，然后乘以微分系數(shù)，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：，計(jì)算總控制量：將比例項(xiàng)p、積分項(xiàng)i和微分項(xiàng)d相加得到總控制量，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：=p+i+d將計(jì)算得到的總控制量轉(zhuǎn)換為控制指令，并發(fā)送給半導(dǎo)體溫控核心，使用溫度傳感器讀取當(dāng)前的環(huán)境溫度值，根據(jù)反饋數(shù)據(jù)調(diào)整pid控制器的參數(shù)以?xún)?yōu)化控制效果。

12、更進(jìn)一步地，所述半導(dǎo)體溫控核心通過(guò)內(nèi)置的溫度傳感器或接收環(huán)境感知單元的溫度數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前溫度值，將當(dāng)前溫度值與預(yù)設(shè)的目標(biāo)溫度值進(jìn)行比較，當(dāng)前溫度高于目標(biāo)溫度，觸發(fā)制冷流程，通過(guò)pwm電流控制算法，調(diào)整電流驅(qū)動(dòng)電路中的電流大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)制冷的控制，使電流通過(guò)半導(dǎo)體制冷片的制冷端，實(shí)現(xiàn)制冷效果，通過(guò)內(nèi)置的溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)半導(dǎo)體制冷片的溫度，確保其在安全溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，根據(jù)實(shí)時(shí)溫度收集的數(shù)據(jù)，通過(guò)最優(yōu)控制算法對(duì)pwm占空比進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)更精確的溫度控制。

13、更進(jìn)一步地，所述pwm電流控制算法調(diào)整電流驅(qū)動(dòng)電路中的電流大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體制冷工作的控制，基于硬件的限制確定pwm信號(hào)的周期（t），根據(jù)初始制冷效果設(shè)定初始的占空比（d），占空比表示在一個(gè)周期內(nèi)高電平所占的比例，占空比d數(shù)學(xué)表達(dá)式為：，其中：是高電平的持續(xù)時(shí)間，使用pwm生成器根據(jù)設(shè)定的周期和占空比生成pwm信號(hào)，通過(guò)改變pwm信號(hào)的占空比，以控制電流驅(qū)動(dòng)電路中的平均電流，平均電流計(jì)算公式，其中:是平均電流、是最大電流，通過(guò)溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度，根據(jù)溫度的變化，通過(guò)最優(yōu)控制算法動(dòng)態(tài)調(diào)整pwm信號(hào)的占空比，以實(shí)現(xiàn)精確的溫度控制。

14、更進(jìn)一步地，所述利用最優(yōu)控制算法動(dòng)態(tài)調(diào)整pwm信號(hào)的占空比，選擇影響溫度的關(guān)鍵變量pwm信號(hào)的占空比，建立描述溫度與電流和pwm占空比之間關(guān)系的性能指標(biāo)函數(shù)，性能指標(biāo)函為：，其中：是運(yùn)行損失函數(shù)、是溫度，是pwm信號(hào)的占空比、和分別是控制開(kāi)始和結(jié)束的時(shí)間、是終端損失函數(shù)根據(jù)系統(tǒng)特性和控制要求，選擇間接法來(lái)導(dǎo)出最優(yōu)控制的條件和方程，根據(jù)實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)和制冷效果，使用最優(yōu)控制算法動(dòng)態(tài)調(diào)整pwm信號(hào)的占空比，在實(shí)際系統(tǒng)中測(cè)試和調(diào)整最優(yōu)控制算法，以確保其能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的溫度控制性能。

15、更進(jìn)一步地，所述遠(yuǎn)程控制模塊用戶(hù)通過(guò)用戶(hù)終端的遠(yuǎn)程控制應(yīng)用界面，輸入需要執(zhí)行的遠(yuǎn)程控制，指令通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議被編碼并發(fā)送至遠(yuǎn)程服務(wù)器，服務(wù)器接收到指令后，進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證通過(guò)的指令被轉(zhuǎn)發(fā)至中央處理單元，中央處理單元解析接收到的指令，并執(zhí)行相應(yīng)的操作，傳感器實(shí)時(shí)采集環(huán)境數(shù)據(jù)，中央處理單元對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理后的數(shù)據(jù)被發(fā)送至遠(yuǎn)程服務(wù)器，用戶(hù)終端接收并顯示實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)，同時(shí)提供用戶(hù)交互界面供用戶(hù)操作。

16、更進(jìn)一步地，所述用戶(hù)界面通過(guò)手機(jī)或電腦打開(kāi)用戶(hù)界面進(jìn)行登錄，登錄成功后，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖表或圖形界面上的動(dòng)態(tài)元素，用戶(hù)可以查詢(xún)某個(gè)時(shí)間段內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)，用戶(hù)界面顯示溫度的變化趨勢(shì)，用戶(hù)可以根據(jù)需求設(shè)置溫度的閾值，當(dāng)環(huán)境數(shù)據(jù)超過(guò)或低于設(shè)定的閾值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)送警報(bào)通知用戶(hù)，用戶(hù)執(zhí)行遠(yuǎn)程控制指令，用戶(hù)界面將指令發(fā)送至服務(wù)器，由服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)至中央處理單元執(zhí)行，用戶(hù)可以查看已發(fā)送的控制指令的執(zhí)行情況，用戶(hù)界面提供反饋信息，幫助用戶(hù)了解指令的執(zhí)行狀態(tài)。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，該一種半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)具備如下有益效果：

18、一、本發(fā)明通過(guò)集成環(huán)境感知、時(shí)間序列預(yù)測(cè)和pid控制算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境溫度的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)與高效控制，夠?qū)崟r(shí)接收環(huán)境數(shù)據(jù)，利用arima模型準(zhǔn)確預(yù)測(cè)未來(lái)溫度，結(jié)合pid控制算法計(jì)算出最優(yōu)制冷功率，并通過(guò)半導(dǎo)體溫控核心實(shí)現(xiàn)精確調(diào)控，不僅提高了制冷效率，降低了能耗，還增強(qiáng)了系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)化水平，為用戶(hù)提供了更加舒適和節(jié)能的使用體驗(yàn)。

19、二、本發(fā)明通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制，用戶(hù)能夠隨時(shí)掌握半導(dǎo)體制冷情況，并根據(jù)需要進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，系統(tǒng)采用先進(jìn)的pwm電流控制算法和最優(yōu)控制算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)制冷功率的精準(zhǔn)控制，有效節(jié)約了能源，滑動(dòng)平均濾波器的應(yīng)用進(jìn)一步提升了數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性，降低了噪聲和波動(dòng)的影響，為半導(dǎo)體制冷提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

20、本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說(shuō)明書(shū)中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。