半导体制冷温控系统的设计 毕业论文答辩

常州工学院毕业设计答辩 题目 半导体制冷温控系统的设计学生姓名 张浩指导老师 蒋渭忠 内容提要 一 课题的目的意义二 半导体制冷的原理三 半导体制冷的特点四 本设计所能实现的功能五 系统的总体设计思想六 具体实现及硬件电路介绍七 软件实现部分 一 课题的目的意义 温度控制技术是一种非常重要的工业技术 传统的温度控制技术中 加热和制冷往往是分立的 加热一般采用将电能或者化学能转换成热能的方法 电阻丝 热电阻等电热元件在工业中都有着广泛的应用 制冷根据应用场合的不同可以采用风冷 水冷和压缩式制冷 在某些特定的场合中 温控系统往往需要同时拥有加热和制冷的功能 这时采用上述温控方法显得很不方便 而采用热电制冷器作为控温执行器的半导体温度控制仪可以通过改变流过制冷器的电流方向实现加热和制冷的转换 十分方便 返回 二 半导体制冷的原理 半导体制冷原理是半导体材料的温差效应 如果把不同极性的两种半导体材料 P型 N型 联接成电偶对 通过低压直流电时就会发生能量的转移 电流由N型元件流向P型元件时便吸收热量 这个端面会逐渐变冷 称为冷面 同时电流由P型元件流向N型元件时便放出热量 这个端面会逐渐变热 称为热面 热量从器件的一面传向了另外一面 重要的是 这种现象是完全可逆的 只要改变直流电的正负极性 热量传递的方向就会改变 同一制冷器可以实现制冷和制热两种功能 因此 热电制冷器既可用于加热又可用于冷却 非常适合用于对温度要求精确的温度控制场合 返回 三 半导体制冷的特点 不使用制冷剂 不污染环境 可只冷却一专门的元件或特定的面积 其尺寸和制冷功率可按具体要求可大可小 体积小 重量轻 可大大节约仪器体积和重量 无噪声 无磨损 无振动 运行可靠 维护方便 可通过改变电流方向达到冷却和加热两种不同的目的 非常方便地实现制冷 制热两种功能 冷却速度快 冷却速度可通过调节工作电源来控制 操作方便 可使用常规电源 工作电压和电流可在一定范围内调整 制冷量可在mW kW变化 制冷温差可达20 150 范围 返回 四 本设计所能实现的功能 预置时显示设定温度 工作时显示实时温度 显示精确到1 能够设定温度上限 温度超过预置温度时开始制冷 返回 五 系统的总体设计思想 返回 五 系统的总体设计思想 在这个系统中我们从性能及设计成本考虑 我们选择AT89S52芯片 AT89S52的广泛使用 使单片机的价格大大下降 目前 89S52的市场零售价已经低于8255 8279 8253 8250等专用接口芯片中的任何一种 而89S52的功能实际上远远超过以上芯片 因此 如把89S52作为接口芯片使用 在经济上是合算的 在温度传感器的选择上我们采用温度芯片DS18B20测量温度 该芯片的物理化学性很稳定 它能用做工业测温元件 且此元件线形较好 在0 100摄氏度时 最大线形偏差小于1摄氏度 该芯片直接向单片机传输数字信号 便于单片机处理及控制 本制作的最大特点之一就是直接采用温度芯片对温度进行测量 使数据传输和处理简单化 采用温度芯片DS18B20测量温度 体现了作品芯片化这个趋势 部分功能电路的集成 使总体电路更简洁 搭建电路和焊接电路时更快 而且 集成块的使用 有效地避免外界的干扰 提高测量电路的精确度 所以芯片的使用将成为电路发展的一种趋势 本方案应用这一温度芯片 也是顺应这一趋势 对于温度的调节系统 我们才用的只是简单的降温方法 如果当温度高于设定的温度值时 单片机系统会通过发送一个高电平的脉冲电流直接送给继电器 使连在继电器上的一个风扇启动 半导体芯片开始制冷来降低温度 在次过程中 我们通过单片机将传感器所测量出来的温度通过数码管显示出来 这样就能只管的观察到即时的温度情况 以便更好的验证系统的性能 返回 六 具体实现及硬件电路介绍 微控制器电路 电源部分 电源电路连接图 电源部分 由于系统主控芯片单片机的工作电压是 5V的电压 因此系统电源电路采用了7805作为稳压芯片 由于在稳压之前和稳压之后电压当中会存在一定的高频杂波干扰 因此在这里选用的104的瓷片电容滤除高频的杂波干扰 使原本含有杂波的脉动的直流变的更加的平稳 如果在系统对电源电压要求比较高的情况下此处还可以加一个100UF的电解电容 以滤除低频杂波的干扰 电源指示灯采用的是LED作为指示器件 由于LED是电流电量的器件 点亮的电流大约在5到30mA之间 因此在电源指示电路中加入了限流电阻 温度检测电路 DS18B20测温过程 每一片DSl8B20在其ROM中都存有其唯一的48位序列号 在出厂前已写入片内ROM中 在进入操作程序前必须用读ROM 33H 命令将该DSl8B20的序列号读出 程序可以先跳过ROM 启动DSl8B20进行温度变换 之后通过匹配ROM 再逐一地读回DSl8B20的温度数据 温度显示电路 在实际的单片机系统中 用数码管显示信息时 由于每个数码管至少需要8个I O口 而如果用多个数码管 则需要太多I O口 而单片机的I O口是有限的 所以在实际应用中 一般采用动态显示的方式解决这个问题 所有数码管的段选全部连接在一起 如何能显示不同的内容呢 动态显示是多个数码管 交替显示 利用人的视觉暂留作用使人看到多个数码管同时显示 在编程时 需要输出段选和位选信号 位选信号选中其中一个数码管 然后输出段码 使该数码管显示所需要的内容 延时一段时间后 再选中另一个数码管 再输出对应的段码 高速交替 例如需要显示数字 12 时 先输出位选信号 选中第一个数码管 输出1的段码 延时一段时间后选中第二个数码管 输出2的段码 把上面的流程以一定的速度循环执行就可以显示出 12 由于交替的速度非常快 人眼看到的就是连续的 12 温度显示电路 系统的显示部分采用的是用PNP三极管9012驱动三个共阳极的单位数码管组成 由于共阳极数码管的结构原理是8个LED灯的阳极是公共的 由不同的LED亮来显示不同的数字 当有多个亮时 驱动电流就在多个LED上面分流 亮度就会达不到 因此在此处加入了三极管放大驱动 以保证数码管的亮度 同样的在数码管的电路当中也加入了限流电阻 显示采用的是利用人眼的视觉暂留效应所进行的动态扫描 在动态扫描送入数据后一般还进行3到5毫秒左右的延时 以保证给数码管一个点亮的时间 在软件中数码管不能直接认证十进制的数字 因此在软件编程进行显示时要把数值转化成对应的模值送到数码管进行显示 动态显示需要注意的问题 在动态显示程序中 各个位的延时时间长短是非常重要的 如果延时时间长 则会出现闪烁现象 如果延时时间太短 则会出现显示暗且有重影 键盘电路 程序如何识别键盘 按键电路采用的是三个独立的按键 一端接单片机的P1 0 P1 1 P1 2口 一端接到地 单片机P口在没有使用的情况下默认的是高电平 当有按键按下时 单片机的引脚链接到地就有一个从高电平到低电平的跳变 系统检测到这个跳变就做出对应的反应 也可在按键的接口接入10K的上拉电阻 这样就更加的稳定可靠 继电器控制电路 如图所示 1 2端电压是线圈电压 当线圈电压未达到5V时 3与5接通 5也即是长闭合点 当1 2端电压超过5V时 3 4接通 因而可以通过改变线圈电压的大小改变接通的路径 继电器控制电路 单片机是一个弱电器件 一般情况下它们大都工作在5V甚至更低 驱动电流在mA级以下 而要把它用于一些大功率场合 比如控制电动机 显然是不行的 所以 就要有一个环节来衔接 这个环节就是所谓的 功率驱动 继电器驱动就是一个典型的 简单的功率驱动环节 在这里 继电器驱动含有两个意思 一是对继电器进行驱动 因为继电器本身对于单片机来说就是一个功率器件 还有就是继电器去驱动其他负载 比如继电器可以驱动中间继电器 可以直接驱动接触器 所以 继电器驱动就是单片机与其它大功率负载接口 继电器控制电路 继电器采用的是PNP型三极管驱动方式 当系统温度在一定的范围内变化时 继电器能接通和断开 系统的负载采用LED来模拟 同样在电路当中加入了上拉电阻 继电器接的是单片机的P3 7引脚 当不需要接通继电器的时候P3 7引脚是高电平 当需要接通的时候P3 7引脚由高电平变为低电平 继电器吸合接通 返回 系统的软件工作过程 系统开始接通电源显示当前的温度 对温度进行判断 如果大于设定的温度 就给单片机接继电器的接口一个低电平使继电器接通制冷片开始制冷 同时系统对按键进行扫描 当扫描到模式键按下时就切换显示 扫描到数值加等键按下时 数据作出对应的处理 系统就这样在显示温度的同时对按键和温度值和设定值的对比同时进行着 使系统能一直检测温度 一旦温度降低或者升高能做出相应的变化 七 软件实现部分 返回 简单说明 返回 实物图 结束语 返回 本设计使用的温度控制器结构简单 测温准确 具有一定的实际应用价值 该智能温度控制器只是DS18B20在温度控制领域的一个简单实例 还有许多需要完善的地方 例如可以将测得的温度通过单片机与通讯模块相连接 以手机短消息的方式发送给用户 使用户能够随时对温度进行监控 此外 还能广泛地应用于其他一些工业生产领域 如建筑 仓储等行业 本温度控制系统可以应用于多种场合 像育婴房的温度 水温的控制 用户可灵活选择本设计的用途 有很强的实用价值 返回 刚来学校的新奇还未散去 就要即将启程离开这个美丽可爱的校园 对于匆匆而过的岁月 我不禁感叹 在校的这三年时间 经过了对知识的系统学习使我专业知识如此殷实 从而