威海職業(yè)學院　　吳希杰

基于單片機的半導體制冷智能控制

威海職業(yè)學院吳希杰

基于單片機的半導體制冷智能控制系統(tǒng)實現(xiàn)了常溫恒定控制，大大提高了我國制冷技術的發(fā)展，本文首先從系統(tǒng)的整體結構設計入手，分別分析了系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計，以此設計基于單片機的半導體制冷片溫度控制系統(tǒng)。

單片機；制冷；智能控制

溫度是工業(yè)場所中重要的監(jiān)控參數(shù)，在現(xiàn)代化機械制造中，實現(xiàn)智能控制是保障設備安全運行的關鍵，因此本文設計基于單片機的恒溫控制體系，以此實現(xiàn)智能化控制的目標。在現(xiàn)代機械制造業(yè)中通過利用單片機對設備溫度進行監(jiān)控，體現(xiàn)了控制方式的簡單、監(jiān)控過程的智能化，因此從多方面角度分析，單片機應用到溫度控制系統(tǒng)中，提高了被監(jiān)控溫度的技術指標，減少了人力物力的消耗。

1　半導體制冷控制系統(tǒng)整體結構設計

基于單片機的半導體具有可靠性強、熱慣性小、冷熱轉(zhuǎn)換速度快等特點，因此該技術已經(jīng)被廣泛地應用到溫度監(jiān)測領域中?；趩纹瑱C的半導體制冷控制系統(tǒng)主要包括處理器、溫度傳感器以及控制信號驅(qū)動電路等構成。見圖1。

圖1　系統(tǒng)結構圖

2　基于單片機半導體制冷溫度控制系統(tǒng)的硬件選擇

基于制冷智能控制系統(tǒng)設計的要求，需要選擇以下硬件。

2.1單片機

單片機在社會領域中具有廣泛的應用價值，由于單片機占用空間小，因此在智能控制系統(tǒng)中屬于常用的硬件設備。本系統(tǒng)所選擇的單片機型號為是STC89C52RC，不具備直接輸出PWM脈寬的功能，但是可以利用單片機內(nèi)部的定時器實現(xiàn)對PWM脈寬的調(diào)節(jié)作用。

2.2半導體制冷器

半導體制冷器是整個系統(tǒng)的關鍵硬件，主要包括制冷片片TEC卜12706、導冷模塊以及導熱硅脂等。在半導體制冷器的安裝中需要注意以下問題：（1）區(qū)別半導體的重要依據(jù)就是看半導體是否有文字，一般有文字的半導體制冷片是制冷面，需要利用小導冷塊，而沒有文字的屬于制熱片，需要大的散熱器和散熱風扇；（2）需要在半導體制冷片的兩面涂抹硅脂；（3）半導體制冷片工作的時候不能在斷電瞬間改變電流方向，需要等待5分鐘才能改變電流方向。

2.3半導體制冷驅(qū)動電路

半導體制冷器的額定工作電壓為12V，電路為4.5A，本系統(tǒng)設計的驅(qū)動電路思想是通過單片機IO輸出的控制信號，實現(xiàn)驅(qū)動電路控制，最后驅(qū)動半導體制冷器工作。本系統(tǒng)使用的半導體驅(qū)動電路選L9110驅(qū)動芯片。L9110芯片可以提供兩個引腳輸入兩個兼容電流，抗干擾性非常好。

2.4串口通信電路

單片機通過串口與PC機進行通信，具體就是通信的過程中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)需要利用單片機實時采集溫度值，并且將采集的溫度值分為兩個字節(jié)進行發(fā)送，在單片機和PC機進行串口通信時需要通過MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片。MAX232有兩個數(shù)據(jù)輸入，兩個數(shù)據(jù)輸出，分別為單片機和PC機的讀、寫功能提供轉(zhuǎn)換。

3　基于單片機的半導體制冷智能控制軟件設計

基于半導體制冷智能控制系統(tǒng)的流程其主要包括：溫度值設定、核心處理算法、PWM控制信號輸出等。具體的軟件設計包括以下幾個方面。

3.1溫度讀取程序設計

溫度讀取程序是整個系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)，溫度數(shù)據(jù)讀取的準確與否關系到控制系統(tǒng)的工作質(zhì)量。根據(jù)對溫度傳感器DSl8820的研究，單片機實現(xiàn)對DSl8820的控制首先需要對DSl8820進行復位操作，經(jīng)過復位之后，單片機就會發(fā)出ROM指令，在溫度完成轉(zhuǎn)換之后，單片機則會通過數(shù)據(jù)端口發(fā)送RAM指令。

3.2模糊算法設計

智能控制的算法采取的是PID控制，核心就是實現(xiàn)對控制器的設計。PID控制器的設計就是根據(jù)反饋后計算得到的輸入偏差值，按照比例、積分、微分的函數(shù)關系進行運算，把最終的運算結果用于輸出控制。本次設計的單片機控制系統(tǒng)的核心就采取模糊算法進行控制。系統(tǒng)首先計算出一個合適的溫度控制等級，然后再轉(zhuǎn)化為單片機IO口輸出的控制量大小。而單片機改變IO口的控制輸出量主要是通過定時器改變輸出PWM脈沖的占空比大小實現(xiàn)的。輸出量化等級和實際PWM占空比的關系見表1。

表1　輸出量化等級和實際PWM占空比的關系

3.3串口通信機制

一般系統(tǒng)將溫度反饋處理之后，將溫度數(shù)值顯示在數(shù)碼管上，但是其沒有儲存功能，因此不能準確地反映每個時段的溫度變化情況，為此本文設計通過Visual Studio 2010，開發(fā)出一個操作員站界面，以此實現(xiàn)對顯示溫度的變化記錄。高串口機制包括：（1）串口數(shù)據(jù)接收。（2）串口通信設置。本次利用的串口RS232，通過USB轉(zhuǎn)RS232數(shù)據(jù)線與PC機進行通信，串口設置主要包括串口號、波特率、奇偶校驗位、數(shù)據(jù)位、停止位。

本文利用AT89S52單片機為核心元件，以半導體制冷片為制冷元件，開發(fā)了一套基于單片機的半導體制冷片溫度控制系統(tǒng)。研究表明，該系統(tǒng)操作方便，工作安全可靠，能夠滿足整體性能要求，具有良好的應用前景和推廣價值。

［1］安衛(wèi)超，宋曉蒞.基于單片機的半導體制冷溫度控制電路研究［J］.科技風，2010年11期.

［2］李恩章.基于單片機的半導體制冷智能控制［D］.華北電力大學，2015年.