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

学院名称 信息科学与技术学院

专业名称 信息工程（电子方向）

学生姓名

学生学号 ************/************

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

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半导体制冷温度控制系统

摘要：本文设计的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驱动这几个部分。温度测量系统指的是通过温度传感器读取目标系统的当前温度，这里采用的是数字式的温度传感器，易于单片机读取测量值。单片机是整个温控的中央处理器，温度控制算法是在单片机中进行的。将测量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。单片机计算出的控制量要通过半导体制冷器的功率驱动电路才能驱动半导体制冷器工作。首先要将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。温度的输入模块是为了能够方便的调节目标温度，显示模块则是为了能够实时地显示目标系统的当前温度。

本设计介绍的温控系统中，控制算法是一个非常重要的部分。这里采用广泛使用的经典控制算法——比例微分积分算法。它的优点是:结构简单，实用，价格低，控制效果好。

关键词：半导体制冷器 温度控制 比例积分微分 单片机

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一、系统设计框图

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。

温度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。

二、系统设计方案

2.1 、方案选择

2.1.1、半导体制冷芯片的选择

从TEC的制冷功率以及最大温差等多个参数为依据对TEC芯片进行考虑。常用的TEC一级制冷芯片如TEC1—12706T125，它的制冷效果只能将目标系统的温度降到比室温低20℃，很难提高制冷效果。就现有数据表明，在实际应用中，我们设计的系统要考虑最大温差和制冷量，这样能使我们设计的系统有更大的实用空间。而另外一款TEC芯片--TEC2-25504，它虽然是二级的半导体制冷芯片，当通过TEC的电流达到3.75A时，在使用风冷散热条件下，整个系统能达到最好的制冷效果，目标系统温度可以降到比室温低35℃。而且它的价格还比前者要低，在此本文的设计就采用这种制冷芯片。