1、精選優質文檔-傾情為你奉上本科生實習報告實習類型 綜合實習（專業電子實踐） 題 目 半導體制冷溫度控制系統 學院名稱 信息科學與技術學院 專業名稱 信息工程（電子方向） 學生姓名 學生學號 6/3 指導教師 實習地點 5721 實習成績 二一五 年 九 月 二一五 年 九 月目錄專心-專注-專業 半導體制冷溫度控制系統摘要：本文設計的溫控系統包括單片機系統，溫度測量系統，溫度的輸入和顯示，以及半導體制冷器的功率驅動這幾個部分。溫度測量系統指的是通過溫度傳感器讀取目標系統的當前溫度，這里采用的是數字式的溫度傳感器，易于單片機讀取測量值。單片機是整個溫控的中央處理器，溫度控制算法是在單片機中進行的

2、。將測量到的當前溫度值輸入到單片機，再通過比例積分微分控制算法的運算，就可以得到要輸出的控制量。單片機計算出的控制量要通過半導體制冷器的功率驅動電路才能驅動半導體制冷器工作。首先要將控制量經過數模轉換成模擬的電壓量，然后通過半導體制冷器的驅動電路，將可變的電壓量轉換成可變的電流量驅動半導體制冷器的正常工作，完成溫度控制的目的。溫度的輸入模塊是為了能夠方便的調節目標溫度，顯示模塊則是為了能夠實時地顯示目標系統的當前溫度。 本設計介紹的溫控系統中，控制算法是一個非常重要的部分。這里采用廣泛使用的經典控制算法比例微分積分算法。它的優點是:結構簡單，實用，價格低，控制效果好。關鍵詞：半導體制冷器 溫度

3、控制 比例積分微分 單片機一、系統設計框圖如上圖所示，該系統主要由單片機系統，溫度測量電路，溫度的輸入和輸出顯示，以及半導體制冷器的驅動電路組成。溫度測量電路通過溫度傳感器，讀取當前系統的實時溫度，經過單片機分析后，進行相應的處理，發出控制信號，然后通過驅動電路控制半導體制冷器工作。二、系統設計方案2.1 、方案選擇2.1.1、半導體制冷芯片的選擇 從TEC的制冷功率以及最大溫差等多個參數為依據對TEC芯片進行考慮。常用的TEC一級制冷芯片如TEC112706T125，它的制冷效果只能將目標系統的溫度降到比室溫低20，很難提高制冷效果。就現有數據表明，在實際應用中，我們設計的系統要考慮最大溫差

4、和制冷量，這樣能使我們設計的系統有更大的實用空間。而另外一款TEC芯片-TEC2-25504，它雖然是二級的半導體制冷芯片，當通過TEC的電流達到3.75A時，在使用風冷散熱條件下，整個系統能達到最好的制冷效果，目標系統溫度可以降到比室溫低35。而且它的價格還比前者要低，在此本文的設計就采用這種制冷芯片。2.1.2、溫度傳感器的選擇 溫度采集時需要使用溫度傳感器對當前溫度系統的溫度進行測量，目前常見的溫度常感器有：接觸式溫度傳感器（如：常用熱電阻溫度傳感器，管纜熱電阻溫度傳感器，陶瓷熱電阻溫度傳感器，超低溫熱電阻溫度傳感器，熱敏電阻溫度傳感器）和非接觸式溫度傳感器（如：輻射高溫計溫度傳感器，光

5、譜高溫計溫度傳感器，超聲波溫度傳感器，激光溫度傳感器），兩者各有優點，基于可行性和經費考慮，本設計采用接觸式溫度傳感器中由DALAS公司開發的DS18B20數字式溫度傳感器來采集目標系統的溫度。DS18B20的測量范圍從-55到125，測量精度高達12位，最小分辨溫度為0.0625，完全可以滿足系統設計要求的技術指標。同時，DS18B20采用1總線接口，大大簡化了接口電路的設計，可以把精力主要集中在溫度控制算法的研究上。2.1.3、單片機的選擇 在本設計中，單片機主要完成一下任務：首先控制溫度的測量，讀取系統的當前溫度，然后進行控制算法的運算，計算出控制量，再控制D/A轉換，將控制量輸出。同時

6、還要完成對鍵盤攝入和顯示的控制。而目前用的最多的單片機有stm系列和51系列的。用stm系列的單片機顯然可以實現以上功能，但它的價格一般為51系列的兩倍，而使用51系列的單片機實現以上功能也是綽綽有余的。所以在本設計中我們采用51系列中的89C52單片機。89C52單片機采用的是MCS-51單片機的內核，指令系統與51單片機完全兼容。內部有256字節的RAM，8k的EPROM，5個中斷源，2個16位定時器/計時器，1個全雙工的串行口，4個8位可編程的并行I/O口，完全可以滿足本次設計的系統要求。2.2、系統框圖 三、系統原理圖及工作原理3.1、系統原理圖3.2、系統工作原理 如上圖，溫度控制系

7、統在CPU的選型上采用被廣泛使用的51系列單片機，同時溫度采集上則是通過DB18B20溫度傳感器來完成。讀取目標系統溫度后，輸入到單片機中，經過數據轉換，顯示到LCD1206上。同時在單片機PID控制算法處理后，對接收到的實際溫度進行計算，得出要輸出的當前溫度控制量，通過TLC5615進行D/A轉換，最后獲得模擬的電壓量。而TEC的制冷量與電流成正比，所以還要添加一個TEC的驅動電路，將電壓量轉變為電流驅動量驅動TEC工作，達到溫度控制的目的。同時單片機外加鍵盤輸入的外設，可以更方便的對目標溫度進行設定。 四、系統設計步驟4.1、電路設計4.1.1、TLC5615轉換器接口電路4.1.2、半導

8、體制冷片驅動電路 該電路中采用電流驅動溫度控制的方法，通過輸出不同的電流大小達到調整整個系統輸出功率的目的，從而調整溫度控制設備的功率，同時根據不同的情況讓溫度控制設備運行功率得到動態調整。特別是可以根據目標控制溫度與當前環境溫度的差別大小來決定溫度控制設備的功率大小。 而要控制TEC的制冷功率可以采用線性化的方法，即通過控制加在TEC兩端的電壓或者控制通過TEC的電流來控制TEC的制冷功率。加在TEC兩端的電壓越大，那么TEC的功率就按照電壓的平方關系增大。線性化的方法一般電路都是利用運算放大器的虛短，虛斷的性質，并且加上一個MOFET管來控制TEC兩端的電壓大小。4.1.3、顯示和鍵盤電路

9、 顯示電路： 鍵盤電路：4.2、PCB設計4.2.1、頂層設計4.2.2、底層設計五、系統程序設計5.1、單片機程序設計框圖5.2、溫度采集程序float gettemp(void) /當前溫度讀取Init_DS18B20(); /初始化DS18B20WriteOneChar(0xCC); /跳過讀序列號的操作WriteOneChar(0x44); /啟動溫度轉換delay（5）; /延時程序Init_DS18B20(); /初始化DS18B20WriteOneChar(0xCC); /跳過讀序列號的操作WriteOneChar(0xBE); /讀取溫度寄存器中的值，前兩個就是溫度a=Read

10、OneChar(); /讀取溫度的低位LSBb=ReadOneChar(); /讀取溫度的高位MSBflag1=b&0xf8; /獲取溫度正負的標記值，正為0，負為1 if（flag1） /如果溫度小于0，轉換成浮點型 a=a,b=b; t1=(float)(b*256)+a+1)*0.0625; flag1=1; else /如果溫度小于0，轉換成浮點型 t1=(float)(b*256)+a)*0.0625; flag1=0; delay(200); return(t1);5.3、溫度設定及顯示 void keyboardtest() while(!key3) /檢測key3是否按

11、下，如果“否”，繼續執行；如果 “是”，結束循環。 if(key1=1) /判斷key1是否按下，如果“是”，繼續執行；如果 “否”，跳過執行下步 delay(5000); /延時消除抖動 if(key1=1) Tend=Tend+1; /目標溫度增加一度 show(Tend); /顯示當前溫度 if(key2=1) delay(5000); if(key2=1) Tend=Tend-1; show(Tend); FINT0=1; /將全局變量 FINT0 設為15.4、溫度顯示void LCD1602_Init(void);Write_LCD_Mult_Byte(uchar addr,uch

12、ar* pointer,uchar index,uchar num); /液晶輸出顯示的方式void main()/*tab9=3+0x30;tab10='.'tab11=5+0x30;*/ADCON1 = 0x87;/設置PORTE為普通IO口TRISA5=0;/設置RA5口為輸出TRISD = 0x00;/設置PORTD為輸出TRISE = 0x00;/設置PORTE為輸出LCD1602_Init();while(1) Write_LCD_Mult_Byte(0x80,tab,0x00,16); /顯示內容的格式。 Write_LCD_Mult_Byte(0xC0,tab,

13、0x10,16); void DelayUS(uchar delay)while(-delay);void DelayMS(uint delay) uint i; for(;delay>0;delay-) for(i=0;i<453;i+);void Read_LCD_Busy(void) /查詢液晶是否忙碌 uchar temp,i;i = 200;while(i-)TRISD = 0xFF;/PORTD設置為輸入PORTA = 0x00; LCD1602_DI = 0;/指令方式 LCD1602_WR = 1;/讀操作LCD1602_CS=1;NOP(); /延時一個周期 te

14、mp = PORTD;/讀取忙通道數據LCD1602_CS=0;TRISD = 0x00;if(temp & 0x80) != 0x80)/不忙，則跳出while語句，否則，繼續 查忙 break;void Write_LCD_Comd(uchar commond)/給液晶出入命令和輸入的地址TRISD = 0x00;LCD1602_CS=0; LCD1602_WR = 0;/寫操作 LCD1602_DI = 0;/指令方式 PORTD = commond;/送指令數據LCD1602_CS=1;NOP();LCD1602_CS=0;void Write_LCD_Data(uchar D

15、ata)/給液晶輸入要顯示的數據 Read_LCD_Busy(); /查忙LCD1602_CS=0; LCD1602_WR = 0; /寫操作 LCD1602_DI = 1;/數據方式 PORTD = Data;/送數據LCD1602_CS=1;/使能有效NOP();LCD1602_CS=0;void LCD1602_Init(void)/初始化液晶 DelayMS(15);/上電延時15ms Write_LCD_Comd(0x38); /寫顯示指令(不檢測忙信號) DelayMS(5);/延時5ms Write_LCD_Comd(0x38); /寫顯示指令(不檢測忙信號) DelayMS(5

16、);/延時5ms Write_LCD_Comd(0x38); /寫顯示指令(不檢測忙信號) Read_LCD_Busy(); /查忙 Write_LCD_Comd(0x38); /寫顯示指令 Read_LCD_Busy(); /查忙 Write_LCD_Comd(0x08); /顯示關閉 Read_LCD_Busy(); Write_LCD_Comd(0x01); /清屏 Read_LCD_Busy(); Write_LCD_Comd(0x06); /顯示光標移動設置 Read_LCD_Busy(); Write_LCD_Comd(0x0c); /顯示開及光標設置 void Write_LCD

17、_Mult_Byte(uchar addr,uchar* pointer,uchar index,uchar num) /顯示液晶 uchar i; Read_LCD_Busy(); Write_LCD_Comd(addr);/寫地址 for(i=0;i<num;i+) /循環num次 Write_LCD_Data（pointerindex+i); /寫數據 5.5、PID控制及D/A轉換程序void PID() /PID控制程序 delay(2000); T=gettemp(); /獲取當前溫度 e1=T-Tw /計算當前溫度個目標溫度之間的差值 de=(e1-e0) /溫度微分量 ie=ie+e1; /溫度積分量 kp=600; /設定kp的值 ki=0.8; /設定ki的值 kd=2000; /設定kd的值 v=kp*e1+ki*ie+kd*de+v0; /帶入計算出輸出量 if(v>1023) v=1023; /D/A是10位轉換器，溢出的部分舍去 if(v<0) v=0; da5615(unsigned int)v); /調用D/A轉換子程序 e0=e1; de0=de; void da5615（unsigned int