基于單片機的精密溫控系統設計

熱電致冷器件特別適合于小熱量和受空間限制的溫控領(lǐng)域。改變加在器件上的直流電的極性即可變致冷為加熱，而吸熱或放熱率則正比于所加直流電流的大小。Pe1tier 溫控器的設定溫度可以在一個(gè)較寬的范圍內任意選擇，可選擇低于或高于環(huán)境溫度。
在本系統中我們選用了天津藍天高科電源有限公司生產(chǎn)的半導體致冷器件 TES1－12739,其最大溫差電壓 14.7V,最大溫差電流3.9A最大致冷功率33.7W。
1.5 其它部分
系統采用Samsung（三星）公司生產(chǎn)的真空熒光數碼顯示屏 VFD用來(lái)實(shí)時(shí)顯示當前溫度，以觀(guān)察控制效果。鍵盤(pán)和串行通信接口用來(lái)設定控制溫度和調整PID參數。系統電路原理圖如圖3所示。

2 系統軟件設計
系統開(kāi)始工作時(shí)，首先由單片機控制軟件發(fā)出溫度讀取指令，通過(guò)數字溫度傳感器 DS18B20 采樣被控對象的當前溫度值T1并送顯示屏實(shí)時(shí)顯示。然后，將該溫度測量值與設定值T比較，其差值送 PID控制器。PID 控制器處理后輸出一定數值的控制量，經(jīng)DA 轉換為模擬電壓量，該電壓信號再經(jīng)大電流驅動(dòng)電路，提高電流驅動(dòng)能力后加載到半導體致冷器件上，對溫控對象進(jìn)行加熱或制冷。加熱或制冷取決于致冷器上所加電壓的正負，若溫控對象當前溫度測量值與設定值差值為正，則輸出負電壓信號，致冷器上加載負電壓溫控對象溫度降低；反之，致冷器上加載正向電壓，溫控對象溫度升高。上述過(guò)程：溫度采樣－計算溫差－PID調節－信號放大輸出周而復始，最后將溫控對象的溫度控制在設定值附近上下波動(dòng)，隨著(zhù)循環(huán)次數的增加，波動(dòng)幅度會(huì )逐漸減小到某一很小的量，直至達到控制要求。為了加快控制，在進(jìn)入PID控制前加入了一段溫差判斷程序。當溫度差值大于設定閾值Δt時(shí)，系統進(jìn)行全功率加熱或制冷，直到溫差小于Δt才進(jìn)入PID控制環(huán)節。圖4為系統工作主程序的軟件流程圖．

3 結論
本文設計的基于單片機數字PID控制的精密溫度控制系統，在實(shí)際應用中取得了良好的控制效果，溫度控制精度達到±0.1℃。經(jīng)48小時(shí)連續運行考驗，系統工作穩定，有效地降低了輻亮度標準探測器的溫度系數，使輻亮度標準探測器在溫度變化較大的環(huán)境中也能保持其高精度，為實(shí)現基于探測器的高精度輻射定標的廣泛應用奠定了基礎。

本文作者創(chuàng )新點(diǎn)：在原來(lái)基于PC的PID溫控系統的基礎上，設計了由單片機、數字式溫傳感器DS18B20和半導體致冷器組成的精密溫度控制系統。該溫控系統的應用為高精度光輻射測量?jì)x器－輻亮度標準探測器的小型化、智能化提供了有利條件。