【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 小。20℃—40℃。 熱敏電阻溫度與阻值對(duì)應(yīng)關(guān)系表T(℃) R(KΩ)T(℃) R(KΩ)T(℃) R(KΩ) ADN8830集成了一個(gè)精密的參考電壓發(fā)生器。所以溫度采集電路直接接在該引腳上，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC），構(gòu)成一分壓結(jié)構(gòu)。（P2為熱敏電阻NTC的插座）。 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)。DAC8571采用I2C通信，設(shè)計(jì)中采用IO口模擬I2C通信，SDA串行數(shù)據(jù)輸入/輸出腳、SCL串行時(shí)鐘輸入腳分別與單片機(jī)的P3P35相連。DAC電源采用5V供電，用一個(gè)10uF與一個(gè)104電容做簡(jiǎn)單濾波。A0地址腳接地。（pin7）腳。電壓輸出腳VOUT與ADN8830的溫度設(shè)定腳TEMPSET腳相連接，用以設(shè)定目標(biāo)溫度。 溫度設(shè)定電路當(dāng)溫度采集電路中得到的電壓信號(hào)，即接到ADN8830溫度電壓信號(hào)輸入腳TEMPIN的電壓信號(hào)與溫度設(shè)定腳TEMPSET的輸入電壓值相等時(shí)，誤差放大器的輸出為零，此時(shí)目標(biāo)溫度就已經(jīng)達(dá)到了設(shè)定的溫度。判斷ADN8830的5腳（TEMPLOCK）的邏輯輸出就可以判斷目標(biāo)溫度是否已經(jīng)達(dá)到。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。所以，每個(gè)設(shè)定的溫度值對(duì)應(yīng)一個(gè)DAC的輸出電壓。該電壓值等于在該設(shè)定溫度下，溫度采集電路中NTC分壓得到的電壓值。因?yàn)椴捎玫腄AC是16位DAC所以得發(fā)送給DAC的數(shù)據(jù)D的計(jì)算公式：D=(R/(R+))*65536。設(shè)定溫度值與NTC阻值、DAC輸出電壓值、。 設(shè)定溫度值與DAC電壓值對(duì)應(yīng)關(guān)系表公式：D=(R/(R+))*65536　　　　Vref=　　　　溫度（℃）NTC阻值（Ω）D16位轉(zhuǎn)換DAC電壓值（V）25103706790CB367148F6A26363618E09360088CA827356558B473530289E628349508886345988726293424785C73389784693033547830B3319881AE31328498051325027EF632321567D9C318117C4333314677AEB3112479943430782783E3044276EA35301037597297667446362943172F72909771A93728764705C284346F1238281056DC9277786C823927452683C2712969F9402680868B8選頻網(wǎng)絡(luò)就是設(shè)置PWM開(kāi)關(guān)的工作頻率。當(dāng)電路工作于開(kāi)關(guān)模式時(shí)，可以提高電源的利用率。開(kāi)關(guān)頻率越大, 紋波濾波器的設(shè)計(jì)就可以選擇體積越小的電感和電容, 便于控制器小型化設(shè)計(jì)。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。, N2A和N2B兩管工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài), N3A和N3B工作于固定的導(dǎo)通或截止?fàn)顟B(tài)。因此，工作時(shí)N2A和N2B的結(jié)電容被反復(fù)地充電和放電，其消耗的能量可簡(jiǎn)單用下式表達(dá)。 ()由式()可知, PWM 開(kāi)關(guān)工作頻率越高, 則MOS管上消耗的無(wú)用功越多。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。ADN8830具有內(nèi)置振蕩器, 使得PWM開(kāi)關(guān)工作頻率設(shè)置比較方便, 只要在P26腳與地之間串聯(lián)一電阻RfCLK即可。電阻值根據(jù)選擇的PWM開(kāi)關(guān)工作頻率和式()進(jìn)行計(jì)算而得。 ()其中fCLK單位為Hz,在設(shè)計(jì)中考慮到TEC的特性與H橋中的濾波網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，取fCLK = 1MHz。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。%。而H橋的另一側(cè)不需要附加電路。所以RfCLK取150kΩ。 頻率與電阻的關(guān)系表開(kāi)關(guān)頻率fCLK電阻RfCLK100KHz250KHz600KΩ500KHz300KΩ750KHz200KΩ1MHz150KΩPID補(bǔ)償電路是溫度控制環(huán)路中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)高精度控制的重要保障。PID的數(shù)學(xué)模型為： ()，Kp為比例系數(shù)；TI為積分時(shí)間常數(shù)；TD為微分時(shí)間常數(shù)。最簡(jiǎn)單的PID補(bǔ)償電路僅有比例部分，比例反映偏差信號(hào)。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。比例系數(shù)Kp決定控制作用的強(qiáng)弱，Kp適當(dāng)增大時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)作靈敏，速度加快，但Kp過(guò)大會(huì)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)性能變壞，甚至使閉環(huán)系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。引入積分控制能后可記憶并積分偏差，很小的偏差也會(huì)積累并進(jìn)行相應(yīng)的控制，但是積分作用總是滯后于偏差，導(dǎo)致系統(tǒng)易于振蕩，被控變量波動(dòng)很大。微分控制對(duì)誤差進(jìn)行微分，對(duì)誤差的變化趨勢(shì)反應(yīng)敏感，能夠加快系統(tǒng)響應(yīng)，減小調(diào)節(jié)時(shí)間，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，其缺點(diǎn)是對(duì)干擾敏感。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。ADN8830 TEC控制器采用外部補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò), 僅需要幾個(gè)電阻和電容, 所示。不同的應(yīng)用設(shè)計(jì)者可以根據(jù)自己的熱負(fù)載特性來(lái)調(diào)整補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò), 從而達(dá)到最佳的溫度設(shè)定時(shí)間和穩(wěn)定性容限, 但補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)換周期對(duì)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響較大。為了確保溫度控制的穩(wěn)定性, 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)換周期必須小于TEC和溫度傳感器的熱時(shí)間常數(shù)。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)。 的PID網(wǎng)絡(luò)通?？梢酝ㄟ^(guò)以下調(diào)試步驟來(lái)優(yōu)化參數(shù):(1)將電容C9短路、C11開(kāi)路, 僅只留下電阻R6和R5構(gòu)成一簡(jiǎn)單的補(bǔ)償比例網(wǎng)絡(luò)；(2)增加電阻R6和R5的比例, 從而增加增益直至TEC兩端的電壓開(kāi)始出現(xiàn)振蕩, 然后將R6和R5的比例縮小至原來(lái)的1/2；(3)將電容C9串接到補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò), 并減小該電容的值直至TEC兩端的電壓開(kāi)始出現(xiàn)振蕩, 然后將電容C9的值增加1倍； (4)短路電阻R7并加入電容C11使TEC兩端的電壓開(kāi)始出現(xiàn)振蕩, 這時(shí)可以減小電容C11或者重新接入電阻R7使TEC兩端的電壓穩(wěn)定；(5)改變TEMPSET的電壓值來(lái)調(diào)節(jié)TEC 兩端的電壓穩(wěn)定時(shí)間, TEMPSET的變化約在100mV, 然后減小電容C11,C9和電阻R7從而減小穩(wěn)定時(shí)間, 但是會(huì)造成輸出電壓過(guò)充；(6)添加與R6和C9并聯(lián)的反饋電容C10，反饋電容C10 在不增加穩(wěn)定時(shí)間的前提下能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一般330 pF～1nF的電容比較合適。 PID調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)整定, 取C9 =22uF , C10 =330pF , C11=1uF, R7=1M , R5=1M, R6=100K時(shí), 系統(tǒng)從環(huán)境溫度改變到目標(biāo)溫度的建立時(shí)間在10s以內(nèi), ℃, 并且能保持長(zhǎng)期穩(wěn)定。 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。 （）設(shè)計(jì)要求TEC上所加電壓最大為5V, , 則VLIM值應(yīng)為0V。P15引腳端接地即可。為了保證ADN 8830對(duì)施加在TEC 上的電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè), H橋的電感濾波輸出端(VA)應(yīng)與ADN8830的P19腳相連, H橋的另一個(gè)輸出點(diǎn)(VB)應(yīng)與ADN8830的第9腳相連。 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。℃范圍TEC控制器溫度鎖定指示為0。當(dāng)管腳1(THERMFAULT)輸出高電平時(shí), 表示電路工作異常, 發(fā)光二極管D2 被點(diǎn)亮。電路中采用MOSFET功率管H橋輸出驅(qū)動(dòng)替代常用的線性調(diào)整功率管驅(qū)動(dòng), 這是降低功耗的關(guān)鍵部分。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。同時(shí), 采用H橋可以在不增加負(fù)電源的情況下, 靈活地調(diào)整加在TEC上的電流極性, 使TEC工作于制冷狀態(tài)還是制熱狀態(tài)。，TEC制冷器放置在H橋的中間，當(dāng)N2A開(kāi)關(guān)管有效導(dǎo)通、N2B開(kāi)關(guān)管有效關(guān)閉、N3B常通、N3A常閉時(shí), 電流從TEC的/+0端經(jīng)TEC流向/0端；當(dāng)N2A開(kāi)關(guān)管有效關(guān)閉、N2B開(kāi)關(guān)管有效導(dǎo)通、N3B常閉、N3A常通時(shí), 電流從TEC的/0端經(jīng)TEC流向/+0端。 H橋結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)時(shí), 為了提高電源效率、擴(kuò)展散熱渠道以及使用靈活性和保護(hù)ADN8830, 控制器ADN8830采用外接MOSFET功率管H橋。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。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。電路工作與PWM控制模式中, 輸出驅(qū)動(dòng)為開(kāi)關(guān)脈動(dòng)電流, 必需采用電感和電容對(duì)施加在TEC兩端的開(kāi)關(guān)脈沖電流進(jìn)行濾波, 保證TEC安全可靠工作。其中電感的選擇受到通過(guò)電感的額定電流、濾波輸出的紋波系數(shù)、PWM開(kāi)關(guān)頻率幾個(gè)因素限制。: ITEC為通過(guò)TEC上的電流, VIL為通過(guò)電感上的紋波電流。設(shè)VOUT為施加在TEC兩端的電壓, VCC為工作電源電壓, PWM 輸出最大占空因素為D, 通過(guò)電感上的紋波電流為VIL, 則: () 通過(guò)電感的電流TEC上的電流為1A, 若允許電流波動(dòng)為177。, , 。由式()式可知, 若選擇的電感量越大, 則通過(guò)電感上的紋波電流越小, 另外選擇電感的額定電流由ITEC和紋波電流決定。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。綜合考慮電路的體積、電感制造工藝、功耗等因素, 、, 其直流電阻小于70mΩ。根據(jù)式()計(jì)算, 若ΔIL , , fCLK應(yīng)大于425kHz。為了保證TEC能夠具有合理的建立時(shí)間, 。阻尼因素可以簡(jiǎn)單由式（）確定。 ()通過(guò)對(duì)式（）分析可知, C4越小, 阻尼系數(shù)越大。但是C4越小, 輸出紋波電壓越大。綜合考慮實(shí)際電容尺寸大小, 和控制器電路整體體積大小, C4選擇22uF, RTEC(TEC的實(shí)際等效電阻) , , 可以保證TEC建立時(shí)間的合理性。 H橋功率驅(qū)動(dòng)電路第四章 軟件設(shè)計(jì)本章主要介紹各部分程序的設(shè)計(jì)，內(nèi)容包括程序功能、流程、時(shí)序的說(shuō)明及重要代碼等。完整程序清單見(jiàn)附錄。使用單片機(jī)為T(mén)I公司的16位MSP430F149單片機(jī)，調(diào)試環(huán)境為IAR Embedded Workbench 。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。公司成立于1983年，提供的產(chǎn)品和服務(wù)涉及到嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和測(cè)試的每一個(gè)階段，包括：帶有C/C++編譯器和調(diào)試器的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和中間件、開(kāi)發(fā)套件、硬件仿真器以及狀態(tài)機(jī)建模工具。它最著名的產(chǎn)品是C編譯器IAR Embedded Workbench, 支持眾多知名半導(dǎo)體公司的微處理器。許多全球著名的公司都在使用IAR SYSTEMS提供的開(kāi)發(fā)工具，用以開(kāi)發(fā)他們的前沿產(chǎn)品，從消費(fèi)電子、工業(yè)控制、汽車應(yīng)用、醫(yī)療、航空航天到手機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。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。 軟件調(diào)試環(huán)境IAR Embedded Workbench 主程序的設(shè)計(jì)：：主程序，包括初始化，各個(gè)系統(tǒng)功能模塊的循環(huán)流程控制，光標(biāo)控制：/*******************************************函數(shù)名稱：void main（）功 能：主函數(shù) 參 數(shù)：無(wú)返回值 ：無(wú)********************************************/include include include include include include include include include extern uchar key_value。extern uchar key_flag。extern uchar second,minute,hour,hour0。extern uint dN_1[3]。uchar DAC_1,DAC_2。//寫(xiě)到DAC的電壓數(shù)據(jù)DAC_1高8位uchar Temp_1。//設(shè)定溫度的正負(fù)，0正1負(fù)uchar redraw。//刷屏標(biāo)志uint position_x。//光標(biāo)坐標(biāo)變量uint position_y。uchar colum_6[]=已用時(shí)：。uchar