專利名稱：一種基于單片機的多tec調(diào)溫控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種TEC的雙向調(diào)溫控制系統(tǒng)，尤其涉及ー種基于單片機的多TEC調(diào)溫控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
熱電制冷器(Thermoelectric Coolers) TECj S也稱半導體制冷器,是一種新型的帶制熱和制冷功能的器件，常應(yīng)用于空間有限和高可靠性的場合。熱電制冷器的功能實現(xiàn)取決于供電電流的方向，改變電流方向，則制熱和制冷面反轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)電流量的大小，即可調(diào)節(jié)制冷量的輸出。熱電制冷器實際工作時，熱端溫度由環(huán)境溫度和熱端散熱量決定，制冷量由冷負荷和制冷溫度決定。當熱端溫度和制冷量一定時，工作電壓和冷端電壓相對應(yīng)。調(diào)整電偶的工作電壓，可使熱電制冷器在不同的熱端溫度下保持冷端溫度恒定。熱電制冷器具有結(jié)構(gòu)簡単，無磨損、可靠性好、壽命長、啟動快、控制靈活，精度高的特點。 隨著現(xiàn)代航天技術(shù)的發(fā)展，航天領(lǐng)域很多空間設(shè)備需要溫控系統(tǒng)，常見的被動熱控不足以滿足局部部件最佳工作狀態(tài)對溫度的要求，特別是CCD等光電探測器的工作溫度直接影響到獲得數(shù)據(jù)的精度，探測器隨著溫度的變化，讀出噪聲會有不同程度變化，要想獲得高質(zhì)量的圖像數(shù)據(jù)，給探測器提供穩(wěn)定的溫度工作環(huán)境是必要的手段之一。因此，高精度的溫度控制系統(tǒng)特別顯得十分重要。在實際系統(tǒng)中，探測器所處的環(huán)境比較復(fù)雜，包括與探測器相連的安裝部件，環(huán)境溫度、探測器自身的發(fā)熱情況等都是導致探測器工作溫度不能恒定在最佳工作點的因素，單片TEC制冷量和制冷面積有限，往往難以滿足溫度恒定的精度要求，影響了探測器最佳性能發(fā)揮，另外，在某些特殊情況下，還需要對被控物進行反向溫控，如某個進行階段制熱，以期望實現(xiàn)某種控制目標。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決背景技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了ー種具有控制靈活、可靠性強、精度高以及速度快等優(yōu)點的基于單片機的多TEC調(diào)溫控制系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是本發(fā)明提供了一種基于單片機的多TEC調(diào)溫控制系統(tǒng)，其特殊之處在于所述基于單片機的多TEC調(diào)溫控制系統(tǒng)包括用于接收溫控的外部指令，并將采集到的測溫數(shù)據(jù)進行計算得出各個溫控目標的控制電壓數(shù)字量的單片機、用于對溫控對象進行調(diào)溫控制的驅(qū)動模塊以及用于對被控對象進行測溫的測溫模塊；所述測溫模塊通過單片機與驅(qū)動模塊相關(guān)聯(lián)。上述驅(qū)動模塊包括D/A轉(zhuǎn)換器、第一運算放大器、PMW發(fā)生器以及驅(qū)動電路；所述D/A轉(zhuǎn)換器通過第一運算放大器接入PMW發(fā)生器；所述PMW發(fā)生器接入驅(qū)動電路；所述單片機接入D/A轉(zhuǎn)換器。上述驅(qū)動電路是單向驅(qū)動電路或雙向驅(qū)動電路。上述D/A轉(zhuǎn)換器是AD664的12位D/A轉(zhuǎn)換器。
上述測溫模塊包括恒流源、溫度傳感器、第二運算放大器、模擬選擇開關(guān)以及A/D轉(zhuǎn)換器；所述恒流源、溫度傳感器、第二運算放大器、模擬選擇開關(guān)以及A/D轉(zhuǎn)換器依次連接；所述A/D轉(zhuǎn)換器接入單片機。上述溫度傳感器是熱敏電阻，所述熱敏電阻是ー個或多個。上述A/D轉(zhuǎn)換器是AD674的12位A/D轉(zhuǎn)換器。上述基于單片機的多TEC調(diào)溫控制系統(tǒng)還包括用于接收控制指令并回傳采集到的溫度值的通訊模塊；所述通訊模塊與單片機連接。上述單片機的型號是80C32。本發(fā)明的優(yōu)點是
I、控制靈活。本發(fā)明所提供的基于單片機的多TEC調(diào)溫控制系統(tǒng)是對被控對象本身及其鄰近環(huán)境都加以溫度控制，在鄰近位置進行單向的溫度控制的同時對被控對象進行溫控。此外，ー些特殊的探測器在長時間工作后需要定期加熱到一定溫度進行熱像元的消除，因此，對該類探測器進行雙向溫控也是必要的功能之一。本發(fā)明在主要エ況即需要制冷的情況下，控制相對穩(wěn)定的鄰近環(huán)境溫度的同時再對被控對象進行溫控。特殊情況下，當需要制熱時，単獨對被控對象進行制熱控制，為了解決該問題，本發(fā)明還特殊的采用橋式電路與多個但單組MOSFET管構(gòu)成組合電流控制単元，單片機對采集到的多點測溫值和溫度目標值PID計算后輸出12位數(shù)字信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成多點被控對象的模擬控制電壓值，需雙向溫控的電壓值經(jīng)過PWM發(fā)生器產(chǎn)生四路可調(diào)制的PWM信號，分別輸入到由分立器件組成的H橋電路的四個輸入端，實現(xiàn)對被控對象電流大小和方向的控制，達到雙向、調(diào)溫的目的，需單向溫度控制的，經(jīng)過PWM發(fā)生器產(chǎn)生多路可調(diào)制的PWM信號，輸入到多個單組MOSFET管構(gòu)組成的控制單元，實現(xiàn)鄰近位置的溫控，為在空間有限，需要高精度溫度控制場合提供可靠的溫度保障。具備對被控對象進行雙向溫控，并輔助以單向溫控的功能，其控制方式靈活多祥。2、可靠性強。本發(fā)明所提供的基于單片機的多TEC調(diào)溫控制系統(tǒng)可同時控制多個TEC，保證了溫度的穩(wěn)定性。本發(fā)明對冷、熱端溫度與工作電壓進行綜合考量，使制冷器在最小功耗的情況下達到最佳的制冷效果，可實時監(jiān)控、體積小，控制可靠，精度高。


圖I是本發(fā)明所提供系統(tǒng)的框架示意圖；圖2是本發(fā)明所提供系統(tǒng)的較佳結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式參見圖1，本發(fā)明的基于單片機的多TEC雙向溫控系統(tǒng)，是由單片機1，測溫模塊2，驅(qū)動模塊3、通訊模塊4，四部分組成，這四個模塊集成在一塊電路板上，測溫模塊2通過單片機I接入驅(qū)動模塊3，通訊模塊4與單片機I相連，各模塊間通過PCB的板上連線連接。單片機I是以80C32為控制核心，一方面用于接收溫控的外部指令，一方面將采集到的測溫的數(shù)據(jù)進行計算，得出各個溫控目標的控制電壓的數(shù)字量。同時通過通訊接ロ輸出溫控目標和當前被控對象的溫度顯示數(shù)字量。驅(qū)動模塊3包括D/A轉(zhuǎn)換器31，采用AD664作為12位D/A轉(zhuǎn)換芯片，第一運算放大器，PWM發(fā)生器32以及驅(qū)動電路33，D/A轉(zhuǎn)換器31、第一運算放大器，PWM發(fā)生器32以及驅(qū)動電路33依次連接；驅(qū)動電路33是單向驅(qū)動電路和雙向驅(qū)動組合電路。D/A轉(zhuǎn)換器采用AD664，12位D/A轉(zhuǎn)換器件，用于將單片機計算的數(shù)字電壓值轉(zhuǎn)換成電壓值。轉(zhuǎn)換后的電壓值經(jīng)過濾波、放大，送至PWM發(fā)生器32，PWM發(fā)生器32根據(jù)電壓值分別輸出調(diào)制后的PWM脈沖。
對于單向驅(qū)動電路，單向驅(qū)動電路可以是常用的各種單向驅(qū)動，本發(fā)明由多組運算放大器和MOSFET管2N7224為核心器件，通過不同占空比的PWM脈沖的控制，實現(xiàn)對多個溫控對象提控單向調(diào)溫控制。對于雙向驅(qū)動電路，也就是經(jīng)典的H橋電路，其由4個MOSFET管為核心器件，通過對4路不同占空比的PWM脈沖的控制，實現(xiàn)對主控對象的溫度雙向和調(diào)溫的控制。測溫模塊2包括恒流源22，多個溫度傳感器6，第二運算放大器，模擬選擇開關(guān)23，A/D轉(zhuǎn)換器21組成，恒流源22、溫度傳感器6、第二運算放大器、模擬選擇開關(guān)23以及A/D轉(zhuǎn)換器21依次連接；A/D轉(zhuǎn)換器21接入單片機I。溫度傳感器6是熱敏電阻，可以是一個或多個。恒流源22由運算放大器0P470和M0SFETIRF540N管來實現(xiàn)組成，為熱敏電阻提供恒定的電流。在本發(fā)明中溫度傳感器6采用多個熱敏電阻，其中兩個分別置于被控對象的兩偵牝其余的緊置于主控對象的四角，熱敏電阻的功能是將被控對象的溫度值及被控對象周邊的溫度值轉(zhuǎn)化成電壓值。經(jīng)過第二運算放大器后的多路電壓值輸入模擬選擇開關(guān)23后，單片機I給出路選擇信號，按選擇輸出采集的電壓。A/D轉(zhuǎn)換器21，采用AD674作為12位A/D轉(zhuǎn)換芯片，將模擬選擇開關(guān)23輸出的電壓值進行12位的A/D轉(zhuǎn)換。 對外接口有三個，通訊模塊4接收外來計算機的控制指令，包塊是否溫控，溫控參數(shù)，同時輸出測量到的溫度值。測溫模塊2接收外來溫度傳感器的溫度轉(zhuǎn)換成電壓的測量值，同時提供用于溫度轉(zhuǎn)換的恒流源。驅(qū)動模塊3對控制對象輸出控制電壓，實現(xiàn)溫度控制。利用上述的溫控系統(tǒng)，可以實時讀回被控目標及鄰近環(huán)境的溫度，且可對溫控目標溫度進行調(diào)控，從而實現(xiàn)了一種高精度的、可監(jiān)控的多TEC溫控系統(tǒng)。本發(fā)明所提供系統(tǒng)的控制原理是控溫目標的溫度以及鄰近溫控目標的溫度變化經(jīng)多個熱敏電阻傳感器轉(zhuǎn)化成電阻的變化，通過恒流源提供的電流將電阻的變化進一步轉(zhuǎn)化成電壓的變化，經(jīng)過濾波、去噪和高精度的放大，多路模擬選擇開關(guān)選擇，逐一進行12位的A/D轉(zhuǎn)換，讀入單片機。單片機根據(jù)各點量溫度和目標溫度，采用PID的控制算法，分別輸出12位的數(shù)字控制量，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，將控制量轉(zhuǎn)化成模擬電壓值。對于被控目標鄰近溫度采用單向溫控方法，將對應(yīng)的D/A轉(zhuǎn)換電壓值經(jīng)運算放大器后，經(jīng)過PWM發(fā)生器，通過調(diào)制PWM的占空比，將PWM信號送至MOSFET管，實現(xiàn)對TEC的單向溫度控制。在本系統(tǒng)中，通過以上方法被控對象鄰近環(huán)境進行多點TEC控制，使被控目標的環(huán)境溫度向目標溫度調(diào)整。而被控目標通過PWM調(diào)制后的信號,打通H橋電路一個方向的橋臂，實現(xiàn)被控目標一個方向的溫控。另外，在某些特殊工況下被控目標不僅需要單向的制冷控制，還需要進行加熱控制，由于雙向溫控設(shè)計的是H橋電路，PID計算后單片機輸出12位數(shù)字信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成被控對象的模擬控制電壓值，經(jīng)過PWM發(fā)生器產(chǎn)生四路可調(diào)制的PWM信號，分別輸入到由分立器件組成的H橋電路的四個輸入端，打通H橋電路另一個方向的橋臂，關(guān)斷制冷方向的橋臂，改變了電流的方向，實現(xiàn)對被控對象電流大小和方向的控制，達到雙向、調(diào)溫的目的。如圖2所示，系統(tǒng)開始工作時，首先單片機I根據(jù)通訊指令讀入溫控系統(tǒng)工作狀態(tài)，如需要溫控，則進入溫控狀態(tài)，否則溫控停止，等待命令。當系統(tǒng)進入溫控狀態(tài)時，根據(jù)通訊指令判斷溫控方式人工干預(yù)方式或自動調(diào)節(jié)方式。人工干預(yù)方式是根據(jù)對讀入的通訊指令進行解碼，解析出控制目標溫度；自動調(diào)節(jié)方式的目標溫度是存儲在單片機存儲器內(nèi)，目標溫度為一固定值。無論何種控制方式，調(diào)溫的過程是一致的，溫控過程如下被控目標及鄰近環(huán)境通過測溫模塊2，恒流源22提供恒流電源，電流流過熱敏電阻，附著在被控對象的熱敏電阻兩端的電壓值即反映了被控對象的溫度值。經(jīng)去噪、放大后的電壓值經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換21轉(zhuǎn)換成12位的數(shù)字量。由于本控制系統(tǒng)是多TEC控制系統(tǒng)，因此也對多點進行測溫，即由多個測溫電阻測得多個電壓值，所以本系統(tǒng)中通過模擬選擇開關(guān)23進行多路選擇，將測得的電壓值逐一選擇輸入到單片機I。單片機I寫入12位的溫度數(shù)字量，根據(jù)目標溫度，進行PID計算，計算出控制方·向及控制量的數(shù)字量輸入到驅(qū)動模塊3?？刂齐妷簲?shù)字量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)化電路31，轉(zhuǎn)化出的模擬電壓值，再經(jīng)運算放大器至PWM發(fā)生器32，PWM發(fā)生器根據(jù)單片機I輸出的控制電壓，對PWM脈沖的占空比進行調(diào)制，占空比越大，流過TEC的電流越大，反之則越小。驅(qū)動電路33包括四組單向驅(qū)動電路，和一個雙向驅(qū)動電路。單向驅(qū)動電路由運算放大器和M0SFETT管2N7224組成，提供給TEC的電流與PWM的占空比成正比。雙向驅(qū)動電路由4個M0SFETT管，分別是2個P溝道M0SFETT管，2個N溝道M0SFETT管組成。PWM發(fā)生器32輸出正負電壓、占空比可調(diào)的PWM脈沖，實現(xiàn)一個電流方向的導通，另一個方向的截止，且電流可調(diào)；同理，另一個方向?qū)?，一個方向截止，電流可調(diào)，實現(xiàn)雙向溫控。
權(quán)利要求
1.一種基于單片機的多TEC調(diào)溫控制系統(tǒng)，其特征在于所述基于單片機的多TEC調(diào)溫控制系統(tǒng)包括用于接收溫控的外部指令并將采集到的測溫的數(shù)據(jù)進行計算得出各個溫控目標的控制電壓的數(shù)字量的單片機、用于對溫控對象進行調(diào)溫控制的驅(qū)動模塊以及用于對被控對象進行測溫的測溫模塊；所述測溫模塊通過單片機接入驅(qū)動模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于單片機的多TEC調(diào)溫控制系統(tǒng)，其特征在于所述驅(qū)動模塊包括D/A轉(zhuǎn)換器、第一運算放大器、PMW發(fā)生器以及驅(qū)動電路；所述D/A轉(zhuǎn)換器通過第一運算放大器接入PMW發(fā)生器；所述PMW發(fā)生器接入驅(qū)動電路；所述單片機接入D/A轉(zhuǎn)換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于單片機的多TEC調(diào)溫控制系統(tǒng)，其特征在于所述驅(qū)動電路是單向驅(qū)動電路或 雙向驅(qū)動電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于單片機的多TEC調(diào)溫控制系統(tǒng)，其特征在于所述D/A轉(zhuǎn)換器是AD664的12位D/A轉(zhuǎn)換器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于單片機的多TEC調(diào)溫控制系統(tǒng)，其特征在于所述測溫模塊包括恒流源、溫度傳感器、第二運算放大器、模擬選擇開關(guān)以及A/D轉(zhuǎn)換器；所述恒流源、溫度傳感器、第二運算放大器、模擬選擇開關(guān)以及A/D轉(zhuǎn)換器依次連接；所述A/D轉(zhuǎn)換器接入單片機。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于單片機的多TEC調(diào)溫控制系統(tǒng)，其特征在于所述溫度傳感器是熱敏電阻，所述熱敏電阻是ー個或多個。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于單片機的多TEC調(diào)溫控制系統(tǒng)，其特征在于所述A/D轉(zhuǎn)換器是AD674的12位A/D轉(zhuǎn)換器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任ー權(quán)利要求所述的基于單片機的多TEC調(diào)溫控制系統(tǒng)，其特征在于所述基于單片機的多TEC調(diào)溫控制系統(tǒng)還包括用于接收控制指令并回傳采集到的溫度值的通訊模塊；所述通訊模塊與單片機連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于單片機的多TEC調(diào)溫控制系統(tǒng)，其特征在于所述單片機的型號是80C32。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于單片機的多TEC調(diào)溫控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于接收溫控的外部指令，并將采集到的測溫數(shù)據(jù)進行計算得出各個溫控目標的控制電壓數(shù)字量的單片機、用于對溫控對象進行調(diào)溫控制的驅(qū)動模塊以及用于對被控對象進行測溫的測溫模塊；測溫模塊通過單片機與驅(qū)動模塊相關(guān)聯(lián)。本發(fā)明提供了一種具有控制靈活、可靠性強、精度高以及速度快等優(yōu)點的基于單片機的多TEC調(diào)溫控制系統(tǒng)。
文檔編號F25B49/00GK102721243SQ20111007902
公開日2012年10月10日 申請日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者喬衛(wèi)東, 宋宗璽, 杜云飛, 楊文剛, 樊學武, 段永強, 胡炳樑, 高偉 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所