基于半导体制冷器件的恒温系统.pdf

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1、技术论坛中国高新技术企业基于半导体制冷器件的恒温系统文/洪金海【摘要】本设计采用单片机AT89S52作为恒温系统的核心部件，半导体制冷片TEC-12706作为恒温控制系统的执行部件，运用模糊PID控制算法实现温度快速、稳定、精确控制。系统通过模糊PID算法改变单片机输出的PWM脉冲来控制制冷片工作状态，不仅使系统的温度能够自动调整到设定值，且能使温度控制动态响应好、上升时间快、超调小、稳态精度高，具有很好的实时性。【关键词】单片机半导体制冷恒温控制系统模糊PID算法1半导体制冷原理单片机，单片机对其进行模糊PID算法控制后，由P0.0和P0.1口输半导体制冷是近年来迅速发展的一项

2、高新技术，其原理就是半出相应的PWM信号。其中P0.0口的PWM信号控制制冷单元，P0.1导体材料的温差效应。如果把不同极性的两种半导体材料（P型、N口的PWM信号控制加热单元。PWM信号经高速光耦TLP250后，将型），联接成电偶对，通过直流电流时就发生能量的转移；电流由NPWM的电压幅值提高到12V，以减小MOS管IRF540的管压降。型元件流向P型元件时便吸收热量，这个端面为冷面，电流由P型为保证半导体制冷器件正常工作，要求输入的电源电压纹波小元件流向N型元件时便放出热量，这个端面为热面。如果改变直流于10%，且不能突然改变电源的极性，因此，MOS管IRF540的输出电的极

3、性，同一制冷器可以实现制冷和加热两种功能。电压不能直接供给半导体制冷片，本系统采取了合理的LC滤波电2恒温控制系统路，使得电压的纹波达到了要求，采用两个分立的控制电路，使得制恒温控制系统框图如图1所示。温度传感器变送电路把恒温控冷单元和加热单元完全分开，既能保证迅速制冷和加热，也能保证制箱内的现场温度转换成相应的电信号，经AD采样后输入不突然改变半导体制冷器件电源电压的极性，从而确保了制冷器件AT89S52单片机系统。单片机一方面显示现场温度，另一方面把现场的长寿命。的温度值与键盘设定的温度值进行比较，经模糊PID算法控制后，从P0.0和P0.1输出相应的PWM控制信号，控制驱动

4、电路工作，从而控制半导体制冷器件的工作状态，进而实现对箱体的恒温控制。图3半导体制冷片驱动电路图1恒温控制系统框图图3为半导体制冷片的驱动电路。制冷单元和加热单元的驱动2.1温度传感器及变送电路电路完全一样，只是半导体制冷片的电源极性正好相反。制冷和加为了提高恒温控制系统的灵敏度和控制精度，必须寻找高精度的温热单元制冷片的工作状态由单片机输出的PWM控制。度传感器并设计合理的变送电路。系统选用AD590作为温度传感器。2.3半导体制冷器件工作状态的设计AD590等效为一个恒流源，输出阻抗大于10MΩ，能大大减小由于电源电要达到理想的制冷加热效果，除选用合适的电压电流外，热端还压波

5、动而产生的测温误差，测温范围为-55~150℃，对应于热力学温度每变要有良好的散热条件，冷端还要有良好的导冷条件，以防冷面结露化1K，输出电流变化1mA。AD590与电阻R4和R5串联，调节其阻值，使而导致冷气散不出去，冷热两面冷热中和达到最小。这就要求，两面两电阻阻值之和为10kΩ，对应于温度每变化1℃，输出电压变化10mV。之间完全隔离，两接触面热阻小。为此，两面产生的热量要及时传TL431为精密电源输出，调节R2使得其输出电压为2.73V，递，控制的空间要有良好的绝热封闭性。AD590的输出电压经电压跟随后与2.73V进行10倍的差动放大，从而有摄氏温度和差动放大后的电压的

6、关系为：T=10×Vout（1）图4软件设计流程图图2温度传感器及变送器2.4键盘及显示电路2.2半导体制冷器驱动电路键盘用作控制信息的输入。系统采用4个按键，分别实现系统的温度传感器及变送电路的输出信号（Vout）经AD转换后送人(下转76页)-67-技术论坛中国高新技术企业滤波器保护系统2UDL测量值偏大，导致过负荷保护误动作，极2进措施：紧急停运。对此，肇庆换流站实行了如图3所示的反措：如果直流滤波器保护系统检测到UDL大于1.7p.u.，则闭锁直流滤波器过负荷保护：3改进建议光电传感器具有良好的暂态响应特性，能真实、快速地反映一次故障信号，同时又能以数字信号输出，取消了大

7、量的二次电缆，为电力系统的安全运行、节约成本、高压设备无油化、优化二次设备提供了坚实的基础[34]，因此天广与高肇等直流输电工程均采用了大量的光电传感器。但是，光电传感器属于精密仪器，在高温高压等较恶劣的环境下运行较长时间后，容易出现老化、损坏等故障。近年来，天广和高肇直流输电系统直流线路电压分压器的光电传感器便多次出现故障，对直流输电系统的安全稳定运行造成了较严重的影响，而且到目前为止，故障原因仍不明确，这给直流输电系统的稳定图5复合电流闭锁条件的运行带来了极大的隐患。直流滤波