【正文】 表示電路工作異常, 發(fā)光二極管D2 被點(diǎn)亮。 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。P15引腳端接地即可。 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。一般330 pF～1nF的電容比較合適。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)。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。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。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。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。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)。而H橋的另一側(cè)不需要附加電路。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。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。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。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)。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。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。設(shè)定溫度值與NTC阻值、DAC輸出電壓值、。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。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。 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。（pin7）腳。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。 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)。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)。20℃—40℃。熱電偶和熱敏電阻是常用的兩種溫度敏感元件，熱敏電阻在靈敏度、線性度等方面均優(yōu)于熱電偶。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)。采用高精度誤差放大器作為輸入級(jí)，它具有自校正、自穩(wěn)零、低飄移的特性，最大溫漂電壓低于250mV，在典型應(yīng)用中，使目標(biāo)溫度誤差低于177。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。系統(tǒng)的反饋環(huán)路通過(guò)高穩(wěn)定性，低噪聲的PID（比例積分微分）補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，通過(guò)調(diào)整PID參數(shù)可以改變系統(tǒng)響應(yīng)特性。 所示。當(dāng)器件工作在大信號(hào)方式時(shí)，線性輸出級(jí)會(huì)工作在開(kāi)關(guān)模式，根據(jù)TEC是工作在加熱還是制冷方式，輸出會(huì)飽和在某個(gè)電源電壓軌上。 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。 DS18B20接口電路ADN8830外圍電路由溫度采集電路、DAC溫度設(shè)定電路、PID補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、頻率控制網(wǎng)絡(luò)4部分組成。采取外部供電方式，則多用一根導(dǎo)線，但測(cè)量速度較快。每只DS18B20都可以設(shè)置成兩種供電方式，即數(shù)據(jù)總線供電方式和外部供電方式。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)℃。DSl8B20中還有用于貯存測(cè)得的溫度值的兩個(gè)8位存貯器RAM，編號(hào)為0號(hào)和1號(hào)。開(kāi)始8位是產(chǎn)品類型編碼(DSl8B20編碼均為10H)，接著的48位是每個(gè)器件唯一的序號(hào)。DSl8B20的測(cè)量范圍從55到+125，℃，可在ls(典型值)內(nèi)把溫度變換成數(shù)字。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。信息經(jīng)過(guò)單線接口送入DSl8B20或從DSl8B20送出，因此從主機(jī)CPU到DSl8B20僅需一條線(和地線)。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。他們功能分別為：K1控制光標(biāo)的上下移動(dòng)；K2控制光標(biāo)的左右移動(dòng)；K3為功能鍵。 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。通信可以選擇并口方式，也可以選擇串口方式，MSP430有豐富的IO口資源，所以這里選擇并口方式?？梢燥@示84行1616點(diǎn)陣的漢字. 。 單片機(jī)最小系統(tǒng)顯示模塊采用的是LCD12864。所以其外部時(shí)鐘電路有兩個(gè)晶振。MSP430F149有三個(gè)時(shí)鐘源，兩個(gè)時(shí)鐘源是外部提供，一個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘源。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)。 電源濾波處理電路 單片機(jī)及其外圍電路設(shè)計(jì)單片機(jī)及其外圍電路包括單片機(jī)的最小系統(tǒng)、液晶顯示LCD1286獨(dú)立按鍵、。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。所以需要電平轉(zhuǎn)換。 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。 溫度監(jiān)控及設(shè)定溫度操作界面 在對(duì)主控制器單片機(jī)的軟件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)前，首先要確定軟件主程序的執(zhí)行流程。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。ADN8830可以驅(qū)動(dòng)用來(lái)給TEC提供電流的外部MOS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。 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。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。這個(gè)傳感器是用來(lái)測(cè)量安放在TEC端的目標(biāo)物體的溫度。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。用戶可以通過(guò)控制面板上的鍵盤設(shè)置目標(biāo)溫度，再由單片機(jī)通過(guò)DAC8571向ADN8830的TEMPSET腳發(fā)送一個(gè)對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)。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)。 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，最終確定選擇方案二實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)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)。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。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。方案一的缺點(diǎn)是軟件PID算法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，需要一個(gè)精確的溫度采集電路。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。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。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。傳感器再實(shí)時(shí)地將感應(yīng)到的環(huán)境溫度信號(hào)傳遞給溫度信號(hào)放大器，如此形成一個(gè)閉環(huán)控回路。由功率管輸出的電流促使TEC 進(jìn)行制熱或制冷。然后與設(shè)定的目標(biāo)溫度電壓值進(jìn)行比較產(chǎn)生誤差信號(hào)。 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。用戶可以在控制面板的液晶屏上很直觀的進(jìn)行溫度設(shè)定，并且觀察機(jī)殼表面實(shí)際溫度值。 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。在方案二中，系統(tǒng)可以分為以下三部分：；；。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。溫度的設(shè)定采用一個(gè)DAC提供，用戶可以通過(guò)操作面板按鍵輸入想要設(shè)定的目標(biāo)溫度。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)償放大器用以優(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。適當(dāng)?shù)碾娏魍ㄟ^(guò)TEC將驅(qū)動(dòng)TEC供熱或是制冷。ADN8830是一個(gè)TEC控制器，用于設(shè)定和穩(wěn)定TEC的溫度。功率驅(qū)動(dòng)電路采用H橋電路，由單片機(jī)輸入的PWM控制信號(hào)通過(guò)對(duì)MOS管的開(kāi)關(guān)控制達(dá)到調(diào)節(jié)TEC功率跟電流方向的目的。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。所以，傳統(tǒng)的定點(diǎn)開(kāi)關(guān)控制溫度會(huì)有正負(fù)誤差幾度的現(xiàn)象，但這不是溫度控制器本身的問(wèn)題，而是整個(gè)熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性問(wèn)題，使溫度控制器控溫產(chǎn)生一種慣性溫度誤差。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。當(dāng)目標(biāo)溫度升高/降低至設(shè)定溫度時(shí)，溫度控制器會(huì)發(fā)出信號(hào)停止制熱/制冷。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。因?yàn)闇囟茸兓⒉皇呛芸?，所以電路?duì)濾波器的要求并不高，采用了一階濾波即可滿足要求。下面分別對(duì)每個(gè)部分進(jìn)行說(shuō)明。熱敏電阻將溫度轉(zhuǎn)換成電壓，經(jīng)溫度采集電路放大、濾波后，送A/D轉(zhuǎn)換器采樣、量化，量化后的數(shù)據(jù)送單片機(jī)做進(jìn)一步處理；當(dāng)前溫度數(shù)據(jù)和設(shè)定溫度數(shù)據(jù)經(jīng)PID算法得到溫度控制數(shù)據(jù)；調(diào)制的控制信號(hào)經(jīng)功率驅(qū)動(dòng)電路控制半導(dǎo)體致冷器加熱或制冷，從而實(shí)現(xiàn)溫度的閉環(huán)控制。，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。第六章總結(jié)與展望，主要對(duì)全文工作進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)研究工作進(jìn)行了展望。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)。第二章整體方案設(shè)計(jì)，主要進(jìn)行了方案的論證與對(duì)比，同時(shí)對(duì)整體方案的設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹?？梢陨钚牛雽?dǎo)體制冷技術(shù)在未來(lái)將得到更廣泛的應(yīng)用。半導(dǎo)體制冷器未來(lái)將向大功率與微小型方向發(fā)展，尤其在民用和其它市場(chǎng)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中。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。當(dāng)前，國(guó)外專門從事半導(dǎo)體制冷器生產(chǎn)的廠家以MARLOW、MELCOR、CAMBION三家公司最具代表性。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。為使該方面的技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，世界各國(guó)均投入了不少力量進(jìn)行材料、工藝以及制冷技術(shù)等方面的理論和應(yīng)用研究，GE和WH等四家大公司同時(shí)對(duì)美國(guó)海軍提出的核潛艇空調(diào)和制冷系統(tǒng)熱電化進(jìn)行了不同類型和系統(tǒng)的樣機(jī)研制，大大推進(jìn)了熱電制冷技術(shù)在這方面的發(fā)展。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。但由于當(dāng)時(shí)只能使用熱電性能差的金屬和合金材料，能量轉(zhuǎn)換的效率很低，例如，當(dāng)時(shí)曾用金屬材料中熱電性能最好的銻鉍(SbBi)熱電偶做成熟電發(fā)生器，其效率還不到l％。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)。熱電制冷器是利用電能直接實(shí)現(xiàn)熱能傳遞的一種特殊半導(dǎo)體器件。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)的一門新型的制冷方式。（SEEBECK EFFECT）一八二二年德國(guó)人塞貝克發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體相連接時(shí)，如兩個(gè)連接點(diǎn)保持不同的溫差，則在導(dǎo)體中產(chǎn)生一個(gè)溫差電動(dòng)勢(shì)： ()式中：ES為溫差電動(dòng)勢(shì)S為溫差電動(dòng)勢(shì)率（塞貝克系數(shù)）△T為接點(diǎn)之間的溫差（PELTIER EFFECT）一八三四年法國(guó)人珀?duì)柼l(fā)現(xiàn)了與塞貝克效應(yīng)的相反效應(yīng)，即當(dāng)電流流經(jīng)兩個(gè)不同導(dǎo)體形成的接點(diǎn)時(shí)，接點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生放熱和吸熱現(xiàn)象，放熱或吸熱大小由電流的大小來(lái)決定。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