《半导体制冷温度控制系统》讲解.doc

本科生实习报告 实习类型 综合实习（专业电子实践） 题 目 半导体制冷温度控制系统201213010306/201213010313 指导教师 实习地点 5721 实习成绩 二〇一五 年 九 月 二〇一五 年 九 月  目录 一、系统设计框图 2 二、系统设计方案 2 2.1 、方案选择 2 2.1.1、半导体制冷芯片的选择 2 2.1.2、温度传感器的选择 3 2.1.3、单片机的选择 3 2.2、系统框图 3 三、系统原理图及工作原理 4 3.1、系统原理图 4 3.2、系统工作原理 4 四、系统设计步骤 5 4.1、电路设计 5 4.1.1、TLC5615转换器接口电路 5 4.1.2、半导体制冷片驱动电路 5 4.1.3、显示和键盘电路 6 4.2、PCB设计 7 4.2.1、顶层设计 7 4.2.2、底层设计 7 五、系统程序设计 8 5.1、单片机程序设计框图 8 5.2、温度采集程序 8 5.3、温度设定及显示 9 5.4、温度显示 10 5.5、PID控制及D/A转换程序 14  半导体制冷温度控制系统 ：设计温控系统包括单片机系统，温度测量系统，温度的输入和显示，以及半导体制冷器的功率几个部分温度指的是通过温度传感器读取系统的当前温度，这里采用的是数字式的温度传感器，易于测量值。单片机整个温控的中央处理器，温度控制算法是单片机进行的。将到的当前温度值输入到单片机，再通过比例积分微分控制算法的运算，就可以得到要输出的控制量。单片机的控制量要通过半导体制冷器的功率驱动电路才能半导体制冷器工作。首先控制量经过数模转换成模拟的电压量，然后通过半导体制冷器的驱动电路，将可变的电压量转换成可变的电流量驱动半导体制冷器的正常工作，完成温度控制的目的温度输入模块是为了能方便的调节目标温度，显示模块则是能地显示的当前温度。 设计的温控系统中，控制算法是一个非常重要的部分。这里广泛使用的经典控制算法——比例微分积分算法。它的优点是，实用，价格低，效果好。 ：制冷器 一系统设计 如上图所示该系统主要由单片机系统，温度测量电路，温度的输入和输出显示，以及半导体制冷器的驱动电路组成。 测量电路通过温度传感器，读取当前系统的实时温度，经过单片机分析后，进行相应的处理，发出控制信号，然后通过驱动电路控制半导体制冷器工作。 设计方案 2.1.1、半导体制冷芯片的选择 三、系统原理图及工作原理 3.1、系统原理图 3.2、系统工作原理 如上图，温度控制系统在CPU的选型上采用被广泛使用的51系列单片机，同时温度采集上则是通过DB18B20温度传感器来完成。读取目标系统温度后，输入到单片机中，经过数据转换，显示到LCD1206上。同时在单片机PID控制算法处理后，对接收到的实际温度进行计算，得出要输出的当前温度控制量，通过TLC5615进行D/A转换，最后获得模拟的电压量。而TEC的制冷量与电流成正比，所以还要添加一个TEC的驱动电路，将电压量转变为电流驱动量驱动TEC工作，达到温度控制的目的。同时单片机外加键盘输入的外设，可以更方便的对目标温度进行设定。 四、系统设计步骤 4.1、电路设计 4.1.1、TLC5615转换器接口电路 4.1.2、半导体制冷片驱动电路 该电路中采用电流驱动温度控制的方法，通过输出不同的电流大小达到调整整个系统输出功率的目的，从而调整温度控制设备的功率，同时根据不同的情况让温度控制设备运行功率得到动态调整。特别是可以根据目标控制温度与当前环境温度的差别大小来决定温度控制设备的功率大小。 而要控制TEC的制冷功率可以采用线性化的方法，即通过控制加在TEC两端的电压或者控制通过TEC的电流来控制TEC的制冷功率。加在TEC两端的电压越大，那么TEC的功率就按照电压的平方关系增大。线性化的方法一般电路都是利用运算放大器的虚短，虚断的性质，并且加上一个MOFET管来控制TEC两端的电压大小。 4.1.3、显示和键盘电路 显示电路： 键盘电路： 4.2、PCB设计 4.2.1、顶层设计 4.2.2、底层设计 五、系统程序设计 5.1、单片机程序设计框