基于单片机的精密温控系统设计

发布时间:2022-10-07 01:31:32 来源:188体育网站 作者:188体育网站下载

  探测器的辐射定标中的关键组成部分,其光学核心部件滤光片辐射计的响应度受温度变化影响较大[3,4]。为了保证辐亮度标准探测器的精度和稳定性,本文

  本文所设计系统主要由数字温度传感器DS18B20[6,7]、AT89C55、12位DA转换器AD7248A[8]、半导体制冷器TEC、大电流驱动OPA548[9]、键盘、VFD显示屏和RS-232串口通讯电路组成,其原理框图如图1所示。

  根据DS18B20测得被控对象滤光片辐射计的温度,与设定置相比较,经过PID[10]控制算法调整DA的输出电压,进而控制半导体致冷器TEC进行制冷或加热实现被控对象的恒温,同时由显示屏实时显示当前温度。各主要模块简介如下:

  DS18B20是美国Dallas半导体公司生产的新一代数字式温度传感器,采用TO-92封装。它具有独特的单总线接口方式,将地址线、数据线、控制线复用为一根信号线,输入输出均为数字信号。这使得其与单片机接口变得十分简单,克服了模拟式传感器与微机接口时需要的AD转换器及其它复杂外围电路的缺点,由它组成的温度测控系统非常方便,而且成本低、体积小、可靠性高。

  DS18B20主要性能指标:(1)测温范围:-55~125℃,测量最高分辨率为0.0625℃,这是本系统实现控制精度要求的关键;(2)无需任何外围元件,可以直接输出温度值的9~12位串行数字量;(3)温度转换最大时间为750ms;(4)用户可以设定报警温度,存储于EEPROM中。

  本系统所选用的数模转换器 DAC是美国 Analog Devices 公司的生产的AD7248A。这是一种带有片载内置输出放大器和基准电压源的 12 位低功耗并行 DA转换器,其数据输出建立时间只需 30ns, 12 位数据以高 8 位和低 4 位分两次写入输入锁存器。在双极性供电模式下,能产生±5V 的输出电压。考虑到温控模块中的半导体致冷器件工作时需要双极性电压的特点,这里选择双极性供电工作模式。

  由图 1温控系统框图可以看到,12 位 DA芯片输出的电压信号要送往半导体致冷器,通过控制流过致冷器的电流大小进而控制滤光片的温度高低。但从AD7248A 输出的电压信号,其电流驱动能力不够强,因此需要加入电流驱动电路。设计中我们选用Burr-Brown 公司的大电流驱动集成芯片 OPA548,它可以提供峰值达5A连续3A的驱动电流。本系统采用双极性供电模式,以配合DA转换器的双极性输出,驱动半导体致冷器TEC实现加热或制冷。

  基于Peltier效应的热电致冷器是由多对热电致冷对在电气上串联、在热传导上并联组成,如图2所示。热电对由铋碲化合物掺杂形成的 P 型和 N 型半导体构成,它们与铜片相接,铜片则与电气上绝缘而导热良好的瓷板相连接。单个这样的器件两端的温差最高可达 70℃,串联(多层)使用可提高温差,并联使用则可增加泵热能力。

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