【正文】 20)。 } Initial_key()。 if(redraw) { Dis_time()。Write_Str(0x98,amp。Write_Str(0x90,amp。Initial_key()。Write_Str(0x88,amp。Write_Str(0x80,amp。position_y=1。 // TimerB ,SMCLK, upmode,1MHzTBCTL |= TBCLR。Initial_Clock()。 //關(guān)閉電平轉(zhuǎn)換 /***************初始化********************/P2DIR = 0XFF。void main(){ uchar skip。uchar colum_1[]=覃仕明。uchar colum_14[]=send 確定 ^ 。uchar colum_8[]=設(shè)定溫度+℃。//刷屏標(biāo)志uint position_x。extern uint dN_1[3]。MSP430FLASH系列單片機(jī)支持在線仿真調(diào)試，這給軟件調(diào)試帶來(lái)了很大方便。IAR Systems是全球領(lǐng)先的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具和服務(wù)的供應(yīng)商。阻尼因素可以簡(jiǎn)單由式（）確定。除了這些電參數(shù)決定了電感的選擇之外, 控制器的體積大小也決定選擇什么樣的電感。: ITEC為通過(guò)TEC上的電流, VIL為通過(guò)電感上的紋波電流。ADN8830可以驅(qū)動(dòng)用來(lái)給TEC提供電流的外部MOS管，MOS管選用由ADI公司配套提供的FDW2520C芯片。由于采用低導(dǎo)通電阻的MOSFET功率管, 輸出驅(qū)動(dòng)消耗在驅(qū)動(dòng)器上的無(wú)用功耗就大大減少。 TEC兩端電壓最大值與P15腳的電壓關(guān)系具有溫度鎖定指示功能，當(dāng)熱敏電阻檢測(cè)到的溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí), ADN8830 的管腳5(TEMPLOCK)輸出高電平，表示非制冷紅外焦平面的工作溫度已達(dá)設(shè)定溫度，此時(shí)發(fā)光二極管D1發(fā)光。 系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)電路圖 上的最大電壓VTECMAX的設(shè)定通過(guò)設(shè)置P15引腳的VLIM 電壓可以設(shè)置加在TEC兩端電壓的最大值。但是TEC和溫度傳感器的熱時(shí)間常數(shù)是一個(gè)難以描述的因素, 無(wú)法通過(guò)計(jì)算方式來(lái)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。對(duì)PID 補(bǔ)償電路的3個(gè)參數(shù)進(jìn)行合理選取，以便達(dá)到最佳的綜合控制效果。偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即作用，使被控變量朝著減小誤差的方向變化。一般情況下，、一個(gè)22μF的電容C2和1MHz 的轉(zhuǎn)換頻率就可以保證通過(guò)TEC的最差電壓波動(dòng)低于177。綜合考慮LC濾波效果和減少無(wú)用功,本設(shè)計(jì)將PWM開(kāi)關(guān)工作頻率選擇1MHz左右。但是H橋MOSFET功率管的開(kāi)關(guān)損耗是隨著頻率的增加而增加。設(shè)定溫度值與NTC阻值、DAC輸出電壓值、。當(dāng)達(dá)到目標(biāo)溫度時(shí)，輸出高電平，發(fā)光二極管D1 發(fā)光。（pin7）腳。 溫度采集電路溫度的設(shè)定采用一高精度低功耗的16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC8571送給ADN8830的TEMPSET腳一個(gè)與設(shè)定溫度值對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)。20℃—40℃。ADN8830 單芯片TEC控制器為完成控制，需要在THERMIN（pin2）輸入一個(gè)與被控溫器件當(dāng)前溫度相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，在THERMSET(pin4)腳輸入一個(gè)與設(shè)定溫度相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)。輸出電壓用來(lái)監(jiān)控發(fā)熱部件溫度和通過(guò)TEC的電壓。 所示。 ADN8830外圍電路及其內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)框架ADI公司的ADN8830芯片是一種具有高輸出效率的開(kāi)關(guān)模式的單芯片TEC控制器，但與PWM驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)輸出的TEC控制器結(jié)構(gòu)采用完全對(duì)稱(chēng)的H橋不同的是，ADN8830采用一半開(kāi)關(guān)輸出，一半線性輸出的方式。采取外部供電方式，則多用一根導(dǎo)線，但測(cè)量速度較快。1號(hào)低3位與0號(hào)存貯器用于存放溫度值的補(bǔ)碼，LSB(最低位)℃。開(kāi)始8位是產(chǎn)品類(lèi)型編碼(DSl8B20編碼均為10H)，接著的48位是每個(gè)器件唯一的序號(hào)。因?yàn)槊恳粋€(gè)DSl8B20在出廠時(shí)已經(jīng)給定了唯一的序號(hào)，因此任意多個(gè)DSl8B20可以存放在同一條單線總線上。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，對(duì)溫度測(cè)量監(jiān)控的溫度傳感器采用了DS18B20。獨(dú)立按鍵的接口設(shè)計(jì)：KKK3分別與單片機(jī)的P3P3P33相連，并且都需要分別連接一上拉電阻。 LCD12864與單片機(jī)的接口電路為了簡(jiǎn)化操作，系統(tǒng)只需要使用3個(gè)按鍵即可完成對(duì)溫度的設(shè)定與對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片DAC8571的控制?？梢燥@示84行1616點(diǎn)陣的漢字. 。所以其外部時(shí)鐘電路有兩個(gè)晶振。單片機(jī)采用的是MSP430F149，這是一款TI公司生產(chǎn)的MSP430系列16位單片機(jī)。所以需要對(duì)開(kāi)關(guān)電源的輸出進(jìn)一步進(jìn)行消除電壓紋波的處理。 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的電源部分是使用一個(gè)5V/5A的開(kāi)關(guān)電源，接入系統(tǒng)后進(jìn)一步進(jìn)行濾波與電平轉(zhuǎn)換等處理。每片F(xiàn)DW2520C芯片集成了一個(gè)N溝道和一個(gè)P溝道的MOSFET 開(kāi)關(guān)管。適當(dāng)?shù)碾娏魍ㄟ^(guò)TEC將驅(qū)動(dòng)TEC對(duì)需要控溫器件供熱或制冷。在該設(shè)計(jì)中，對(duì)于TEC的控制選用ADI公司的TEC控制器ADN8830。這個(gè)電壓通過(guò)高增益的放大器放大, 同時(shí)也對(duì)因?yàn)槟繕?biāo)物體的冷熱端引起的相位延遲進(jìn)行補(bǔ)償, 然后再驅(qū)動(dòng)H橋輸出, H橋同時(shí)控制TEC電流的方向和大小。TEC(Thermo Electric Cooler)是用兩種不同半導(dǎo)體材料(P型和N型)組成PN 結(jié), 當(dāng)PN結(jié)中有直流電通過(guò)時(shí), 由于兩種材料中的電子和空穴在跨越PN結(jié)移動(dòng)過(guò)程中的吸熱或放熱效應(yīng)(帕爾帖效應(yīng)),就會(huì)使PN結(jié)表現(xiàn)出制冷或制熱效果, 改變電流方向即可實(shí)現(xiàn)TEC的制冷或制熱,調(diào)節(jié)電流大小即可控制制熱制冷量輸出。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要指主控制器單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)。相比方案一，方案二電路稍微復(fù)雜，但是對(duì)單片機(jī)資源暫用很少，軟件編程也容易實(shí)現(xiàn)。在激光器中單片機(jī)可能還需要實(shí)現(xiàn)對(duì)LD的功率頻率的調(diào)制控制，所以溫控系統(tǒng)最好能硬件獨(dú)立完成調(diào)節(jié)控制。當(dāng)目標(biāo)物體的溫度低于設(shè)定點(diǎn)溫度時(shí)，H橋朝TEC致熱的方向按一定的幅值驅(qū)動(dòng)電流；當(dāng)目標(biāo)物體的溫度高于設(shè)定點(diǎn)溫度時(shí)，H橋會(huì)減少TEC的電流甚至反轉(zhuǎn)TEC的電流方向來(lái)降低目標(biāo)物體溫度。當(dāng)被控環(huán)境的溫度離目標(biāo)溫度較遠(yuǎn)時(shí)，控制器以最大輸出電壓方式工作，此最大輸出電壓由VLIM引腳來(lái)設(shè)定；當(dāng)接近目標(biāo)溫度時(shí)，驅(qū)動(dòng)功率管的信號(hào)采用PWM (脈寬調(diào)制) 方式調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)加在TEC兩端的電壓，使TEC的制冷或制熱功率適應(yīng)環(huán)境溫度的變化而變換，促使被控環(huán)境溫度逐漸逼近目標(biāo)溫度。由功率管輸出的電流促使TEC 進(jìn)行制熱或制冷。 ADN8830控制電路的結(jié)構(gòu)框架主要由以下幾個(gè)部分組成：(1) 高精度、低溫漂的溫度信號(hào)測(cè)量誤差放大器 (2) 補(bǔ)償放大器 (3) 參考電源發(fā)生器 (4) 振蕩器 (5) PWM(脈寬調(diào)制)控制器 (6) MOSFET (場(chǎng)效應(yīng)管)驅(qū)動(dòng)器。 方案二系統(tǒng)組成框架圖1. 控制面板控制面板以單片機(jī)MSP430為控制核心，包括顯示模塊，按鍵模塊，DAC模塊，測(cè)溫模塊。器件的實(shí)際溫度是用數(shù)字溫度傳感器DS18B20測(cè)量，并且把即時(shí)溫度顯示在控制面板的LCD上。ADN8830集成了精密的輸入放大器用以準(zhǔn)確測(cè)量目標(biāo)溫度和器件實(shí)際溫度之間的差別；補(bǔ)償放大器用以?xún)?yōu)化TEC對(duì)溫度間隔的反應(yīng)和一個(gè)高輸出電流用以滿TEC工作的電流。ADN8830是一個(gè)TEC控制器，用于設(shè)定和穩(wěn)定TEC的溫度。單片機(jī)每隔固定時(shí)間 T將現(xiàn)場(chǎng)溫度與設(shè)定目標(biāo)溫度的差值帶入增量式PID算法公式，由公式輸出量決定PWM方波的占空比，后續(xù)加熱電路根據(jù)此PWM方波的占空比決定加熱功率。當(dāng)下降/上升到設(shè)定溫度的下限/上限時(shí)，溫度控制器又開(kāi)始發(fā)出制熱/制冷的信號(hào)，開(kāi)始制熱/制冷，但TEC要把溫度傳遞到被加熱器件需要一定的時(shí)間，這就要視TEC與被加熱器件之間的介質(zhì)情況而定。方案一的溫度控制原理如下：本系統(tǒng)的溫度控制器的制熱/制冷元件是TEC。下面分別對(duì)每個(gè)部分進(jìn)行說(shuō)明。，在參考相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，提出了以下兩個(gè)設(shè)計(jì)方案。第四章軟件設(shè)計(jì)，主要介紹了主函數(shù)的設(shè)計(jì)，各部分功能模塊程序的設(shè)計(jì)。可以深信，半導(dǎo)體制冷技術(shù)在未來(lái)將得到更廣泛的應(yīng)用。它在國(guó)防、科研、工農(nóng)業(yè)、氣象、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，用于儀器儀表、電子元件、藥品、疫苗等的冷卻、加熱和恒溫。在此期間，一方面半導(dǎo)體制冷材料的優(yōu)值系數(shù)提高，另一方面拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。直到第二次世界大戰(zhàn)后，蘇聯(lián)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所，約飛院士對(duì)半導(dǎo)體進(jìn)行了大量研究，于一九五四年發(fā)表了研究成果，表明碲化鉍化合物固溶體有良好的制冷效果，這是最早的也是最重要的熱電半導(dǎo)體材料，至今還是溫差制冷中半導(dǎo)體材料的一種主要成份。除此之外，它還具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、壽命長(zhǎng)、制冷迅速、冷熱轉(zhuǎn)換快、操作簡(jiǎn)單、無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。是在1834年發(fā)現(xiàn)的帕耳帖效應(yīng)的熱力學(xué)原理基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新型的制冷方式。當(dāng)一塊N型半導(dǎo)體材料和一塊P型半導(dǎo)體材料聯(lián)結(jié)成電偶對(duì)時(shí)，在這個(gè)電路中接通直流電流后，就能產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)移，電流由N型元件流向P型元件的接頭吸收熱量，成為冷端由P型元件流向N型元件的接頭釋放熱量，成為熱端。此時(shí)冷熱端的溫度就不會(huì)繼續(xù)發(fā)生變化。當(dāng)一塊N型半導(dǎo)體材料和一塊P型半導(dǎo)體材料聯(lián)結(jié)成的熱電偶對(duì)中有電流通過(guò)時(shí)，兩端之間就會(huì)產(chǎn)生熱量轉(zhuǎn)移，熱量就會(huì)從一端轉(zhuǎn)移到另一端，從而產(chǎn)生溫差形成冷熱端。在激光二極管的溫度控制中，我們期望的溫控系統(tǒng)恰恰要求體積小巧，工作安靜。為此，需要在保證系統(tǒng)工作精度的前提下，研究一種簡(jiǎn)單、實(shí)用、有效的溫控系統(tǒng)，以達(dá)到快速啟動(dòng)的目的。LD易于調(diào)制的特點(diǎn)在于LD的輸出波長(zhǎng)易受溫度和注入電流的影響。 52 52 TEC的安裝及散熱條件測(cè)試 52 53： 53 53 54 54 55 56第六章 總結(jié)與展望 57參考文獻(xiàn) 58致 謝 59附 錄 60系統(tǒng)源代碼 60第一章 緒 論由于體積小、功耗低、壽命長(zhǎng)和易于調(diào)制，半導(dǎo)體激光器( Laser Diode)作為一種新型激光光源已廣泛應(yīng)用于通訊、醫(yī)療和測(cè)量等各個(gè)領(lǐng)域。在應(yīng)用中，希望激光器啟動(dòng)后以最短的時(shí)間達(dá)到熱平衡過(guò)程，系統(tǒng)迅速進(jìn)入穩(wěn)定的工作狀態(tài)。但制冷系數(shù)低和制冷量小的不足限制了它的廣泛應(yīng)用。在原理上，半導(dǎo)體制冷片是一個(gè)熱傳遞的工具。當(dāng)冷熱端達(dá)到一定溫差，這兩種熱傳遞的量相等時(shí)，就會(huì)達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)，正逆向熱傳遞相互抵消。通常半導(dǎo)體制冷片冷熱端的溫差可以達(dá)到40～65度之間，如果通過(guò)主動(dòng)散熱的方式來(lái)降低熱端溫度，那冷端溫度也會(huì)相應(yīng)的下降，從而達(dá)到更低的溫度。 ()式中：Qπ為放熱或吸熱功率π為比例系數(shù)，稱(chēng)為珀?duì)柼禂?shù)I為工作電流a為溫差電動(dòng)勢(shì)率Tc為冷接點(diǎn)溫度（THOMSON EFFECT）當(dāng)電流流經(jīng)存在溫度梯度的導(dǎo)體時(shí)，除了由導(dǎo)體電阻產(chǎn)生的焦耳熱之外，導(dǎo)體還要放出或吸收熱量，在溫差為△T的導(dǎo)體兩點(diǎn)之間，其放熱量或吸熱量為： ()式中：Qτ為放熱或吸熱功率τ為湯姆遜系數(shù)I為工作電流△T為溫度梯度 半導(dǎo)體制冷技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展熱電制冷又稱(chēng)溫差電制冷，或帕爾帖制冷，由于目前熱電制冷采用的都是半導(dǎo)體材料，因此也被稱(chēng)為半導(dǎo)體制冷。同一般機(jī)械制冷相比，不需要馬達(dá)、泵、壓縮機(jī)等機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，因而不存在磨損和噪聲，也不需要像氨、氟利昂之類(lèi)的制冷工質(zhì)、制冷劑及其傳輸管路。因此，熱電效應(yīng)在制冷技術(shù)上沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用。中國(guó)在半導(dǎo)體制冷技術(shù)開(kāi)始于50年代末60年代初，當(dāng)時(shí)在國(guó)際上也是比較早的研究單位之一，60年代中期，半導(dǎo)體材料的性能達(dá)到了國(guó)際水平，60年代末至80年代初是我國(guó)半導(dǎo)體制冷片技術(shù)發(fā)展的一個(gè)臺(tái)階。熱電制冷具有諸多特點(diǎn)，應(yīng)用開(kāi)發(fā)幾乎涉及所有制冷領(lǐng)域，尤其在制冷量不大，又要求裝置小型化的場(chǎng)合，更有其優(yōu)越性。在日益發(fā)展的高科技領(lǐng)域中熱電制冷正越來(lái)越顯示出它的重要地位，這不僅僅是由于氟利昂制冷劑因其對(duì)大氣的污染而將被禁用，更主要的是因?yàn)檫@種制冷技術(shù)的特殊優(yōu)越條件和不可替代性。第三章硬件電路設(shè)計(jì)，主要介紹了單片機(jī)及其外圍電路的設(shè)計(jì)，ADN8830及其外圍電路的設(shè)計(jì)，功率驅(qū)動(dòng)電路H橋的設(shè)計(jì)。V第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一套用ADN8830驅(qū)動(dòng)的TEC溫度自動(dòng)控制電路，采用單片機(jī)作為控制器，并達(dá)到以下要求：℃；℃；℃以?xún)?nèi)時(shí)，控溫收斂時(shí)間在1min左右；，并將預(yù)設(shè)溫度和當(dāng)前溫度顯示在LCD顯示器上。在方案一中，系統(tǒng)主要由以下三部分組成：。由單片機(jī)采用模糊PID算法，通過(guò)Pvar、Ivar、Dvar（比例、積分、微分）三方面的結(jié)合調(diào)整形成一個(gè)模糊控制來(lái)解決慣性溫度誤差問(wèn)題。但這時(shí)靠近TEC熱層的溫度會(huì)高于設(shè)定溫度，熱層還將會(huì)對(duì)器件進(jìn)行加熱或者吸取熱量，即使溫度控制器發(fā)出信號(hào)停止制熱/制冷，被加熱器件的溫度還往往繼續(xù)上升/下降幾度，然后才開(kāi)始下降/上升。 增量式PID算法的輸出量為：ΔUn = Kp[(en(en1))+(T/Ti)en+(Td/T)((en2)*(en1)+en2)] （）式中，en、(en1)、(en2)分別為第n次、n1次和n2次的偏差值，Kp、Ti、Td分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)，T為采樣周期。 設(shè)計(jì)方案二此方案是采用AND8830為核心器件來(lái)達(dá)到調(diào)控溫度的目的。器件的溫度由一個(gè)熱敏電阻來(lái)測(cè)量并反饋給ADN8830，用于調(diào)整系統(tǒng)回路和驅(qū)動(dòng)TEC工作。反饋給AND8830的電壓信號(hào)是用一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）跟一分壓電阻串聯(lián)的結(jié)構(gòu)。下面分別對(duì)每個(gè)部分進(jìn)行說(shuō)明。2. ADN8830控制電路。此誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)補(bǔ)償放大器進(jìn)行積分放大后傳到脈寬調(diào)制線性放大器進(jìn)一步放大，然后輸出兩組信號(hào)推動(dòng)溫度控制的執(zhí)行驅(qū)動(dòng)器如功率管。此過(guò)程是周而復(fù)始，不間斷地進(jìn)行著。H橋同時(shí)控制TEC電流的方向和大小。同時(shí)單片機(jī)需要不停的根據(jù)采集回來(lái)的溫度計(jì)算輸出相應(yīng)PWM，占用比較多單片機(jī)資源。種包含線性和開(kāi)關(guān)輸出方式的專(zhuān)利技術(shù)可以減少一半的輸出電流紋波，也可以減少一些外圍器件，同時(shí)還可以提高效率。系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件