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1、常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計答辯 題題 目：半導(dǎo)體制冷溫控系統(tǒng)的設(shè)計目：半導(dǎo)體制冷溫控系統(tǒng)的設(shè)計 學(xué)生姓名：張浩 指導(dǎo)老師：蔣渭忠 內(nèi)容提要一、課題的目的意義二、半導(dǎo)體制冷的原理三、半導(dǎo)體制冷的特點四、本設(shè)計所能實現(xiàn)的功能五、系統(tǒng)的總體設(shè)計思想六、具體實現(xiàn)及硬件電路介紹七、軟件實現(xiàn)部分一、課題的目的意義一、課題的目的意義 溫度控制技術(shù)溫度控制技術(shù)是一種非常重要的工業(yè)技術(shù)。傳統(tǒng)的溫度控制技術(shù)中，加熱和制冷往往是分立的。加熱加熱一般采用將電能或者化學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱能的方法，電阻絲、熱電阻等電熱元件在工業(yè)中都有著廣泛的應(yīng)用；制冷制冷根據(jù)應(yīng)用場合的不同可以采用風(fēng)冷、水冷和壓縮式制冷。在某些特定的場合中，溫控系統(tǒng)往往

2、需要同時擁有加熱加熱和制冷制冷的功能，這時采用上述溫控方法顯得很不方便；而采用熱電制冷器作為控溫執(zhí)行器的半導(dǎo)體溫度控制儀可以通過改變流過制冷器的電流方向?qū)崿F(xiàn)加熱和制冷的轉(zhuǎn)換，十分方便。 返回二、半導(dǎo)體制冷的原理二、半導(dǎo)體制冷的原理 半導(dǎo)體制冷原理是半導(dǎo)體材料的溫差效應(yīng)半導(dǎo)體制冷原理是半導(dǎo)體材料的溫差效應(yīng)如果把不同如果把不同極性的兩種半導(dǎo)體材料極性的兩種半導(dǎo)體材料(P型、型、N型型)聯(lián)接成電偶對，通過低聯(lián)接成電偶對，通過低壓直流電時就會發(fā)生能量的轉(zhuǎn)移壓直流電時就會發(fā)生能量的轉(zhuǎn)移電流由電流由N N型元件流向型元件流向P P型元件時便吸收熱量，這個端面會逐漸變冷，稱為冷面型元件時便吸收熱量，這個端面

3、會逐漸變冷，稱為冷面；同時同時電流由電流由P P型元件流向型元件流向N N型元件時便放出熱量。這個端面型元件時便放出熱量。這個端面會逐漸變熱，稱為熱面會逐漸變熱，稱為熱面；熱量從器件的一面?zhèn)飨蛄肆硗庖粺崃繌钠骷囊幻鎮(zhèn)飨蛄肆硗庖幻婷?。重要的是，這種現(xiàn)象是完全可逆的，只要改變直流電。重要的是，這種現(xiàn)象是完全可逆的，只要改變直流電的正負(fù)極性，熱量傳遞的方向就會改變，同一制冷器可以的正負(fù)極性，熱量傳遞的方向就會改變，同一制冷器可以實現(xiàn)制冷和制熱兩種功能，因此，熱電制冷器既可用于加實現(xiàn)制冷和制熱兩種功能，因此，熱電制冷器既可用于加熱又可用于冷卻，非常適合用于對溫度要求精確的溫度控?zé)嵊挚捎糜诶鋮s，非常適

4、合用于對溫度要求精確的溫度控制場合。制場合。 返回三、半導(dǎo)體制冷的特點三、半導(dǎo)體制冷的特點 不使用制冷劑，不污染環(huán)境；不使用制冷劑，不污染環(huán)境； 可只冷卻一專門的元件或特定的面積，其尺寸和制冷功率可按具體要求可大可??； 體積小、重量輕，可大大節(jié)約儀器體積和重量； 無噪聲、無磨損、無振動、運行可靠、維護方便； 可通過改變電流方向達到冷卻和加熱兩種不同的目的可通過改變電流方向達到冷卻和加熱兩種不同的目的, ,非非常方便地實現(xiàn)制冷、制熱兩種功能；常方便地實現(xiàn)制冷、制熱兩種功能； 冷卻速度快，冷卻速度可通過調(diào)節(jié)工作電源來控制，操作方便； 可使用常規(guī)電源，工作電壓和電流可在一定范圍內(nèi)調(diào)整； 制冷量可在制

5、冷量可在mWmWkWkW變化，制冷溫差可達變化，制冷溫差可達2020150150范圍范圍 返回四、本設(shè)計所能實現(xiàn)的功能四、本設(shè)計所能實現(xiàn)的功能 預(yù)置時顯示設(shè)定溫度； 工作時顯示實時溫度； 顯示精確到1； 能夠設(shè)定溫度上限； 溫度超過預(yù)置溫度時開始制冷。 返回五、系統(tǒng)的總體設(shè)計思想 返回五、系統(tǒng)的總體設(shè)計思想 在這個系統(tǒng)中我們從性能及設(shè)計成本考慮,我們選擇AT89S52芯片。AT89S52的廣泛使用，使單片機的價格大大下降。目前，89S52的市場零售價已經(jīng)低于8255、8279、8253、8250等專用接口芯片中的任何一種；而89S52的功能實際上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過以上芯片。因此，如把89S52作為接口芯

6、片使用，在經(jīng)濟上是合算的。在溫度傳感器的選擇在溫度傳感器的選擇上我們采用溫度芯片上我們采用溫度芯片DS18B20測量溫度測量溫度。該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，且此元件線形較好。在0100攝氏度時，最大線形偏差小于1攝氏度。該芯片直接向單片機傳輸數(shù)字信號，便于單片機處理及控制。本制作的最大特點之一本制作的最大特點之一就是直接采用溫度芯片對溫度進行測量，使數(shù)據(jù)傳輸和處理簡單化。采用溫度芯片就是直接采用溫度芯片對溫度進行測量，使數(shù)據(jù)傳輸和處理簡單化。采用溫度芯片DS18B20測量溫度，體現(xiàn)了作品芯片化這個趨勢。測量溫度，體現(xiàn)了作品芯片化這個趨勢。部分功能電路的集成，使總體電路更簡

7、潔，搭建電路和焊接電路時更快。而且，集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測量電路的精確度。所以芯片的使用將成為電路發(fā)展的一種趨勢。本方案應(yīng)用這一溫度芯片，也是順應(yīng)這一趨勢。對于溫度的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，我們才用的只是簡單的對于溫度的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，我們才用的只是簡單的降溫方法降溫方法，如果當(dāng)溫度高于設(shè)定的溫度值時，單片機系統(tǒng)會通過發(fā)送一個高電平的脈沖電流直接送給繼電器，使連在繼電器上的一個風(fēng)扇啟動，半導(dǎo)體芯片開始制冷來降低溫度。在次過程中，我們通過單片機將傳感器所測量出來的溫度通過數(shù)碼管顯示出來。這樣就能只管的觀察到即時的溫度情況，以便更好的驗證系統(tǒng)的性能。 返回六、具體實現(xiàn)及硬件電路介紹 微控制器電路電

8、源部分 電源電路連接圖電源部分 由于系統(tǒng)主控芯片單片機的工作電壓是由于系統(tǒng)主控芯片單片機的工作電壓是+5V+5V的的電壓，因此系統(tǒng)電源電路采用了電壓，因此系統(tǒng)電源電路采用了78057805作為穩(wěn)壓作為穩(wěn)壓芯片。芯片。由于在穩(wěn)壓之前和穩(wěn)壓之后電壓當(dāng)中會存在一定的高頻雜波干擾，因此在這里選用的104的瓷片電容濾除高頻的雜波干擾，使原本含有雜波的脈動的直流變的更加的平穩(wěn)。如果在系統(tǒng)對電源電壓要求比較高的情況下此處還可以加一個100UF的電解電容，以濾除低頻雜波的干擾。 電源指示燈采用的是電源指示燈采用的是LEDLED作為指示器件作為指示器件，由于LED是電流電量的器件，點亮的電流大約在5到30mA之

9、間，因此在電源指示電路中加入了限流電阻。溫度檢測電路DS18B20測溫過程 每一片DSl8B20在其ROM中都存有其唯一的48位序列號，在出廠前已寫入片內(nèi)ROM 中。在進入操作程序前必須用讀ROM(33H)命令將該DSl8B20的序列號讀出。 程序可以先跳過ROM，啟動DSl8B20進行溫度變換，之后通過匹配ROM，再逐一地讀回DSl8B20的溫度數(shù)據(jù)。溫度顯示電路 在實際的單片機系統(tǒng)中，用數(shù)碼管顯示信息時，由于每個數(shù)碼管至少需要在實際的單片機系統(tǒng)中，用數(shù)碼管顯示信息時，由于每個數(shù)碼管至少需要8 個個I/O 口，而如果用多個數(shù)碼管，則需要太多口，而如果用多個數(shù)碼管，則需要太多I/O 口，而單片

10、機的口，而單片機的I/O 口是有限的。口是有限的。所以在實際應(yīng)用中，一般采用所以在實際應(yīng)用中，一般采用動態(tài)顯示動態(tài)顯示的方式解決這個問題。的方式解決這個問題。 所有數(shù)碼管的段選全部連接在一起，如何能顯示不同的內(nèi)容呢？所有數(shù)碼管的段選全部連接在一起，如何能顯示不同的內(nèi)容呢？動態(tài)顯示是動態(tài)顯示是 多個數(shù)碼管，交替顯示，利用人的視覺暫留作用使人看到多個數(shù)碼管同時顯示。多個數(shù)碼管，交替顯示，利用人的視覺暫留作用使人看到多個數(shù)碼管同時顯示。 在編程時，需要輸出段選和位選信號，位選信號選中其中一個數(shù)碼管，然后輸出段碼，使該數(shù)碼管顯示所需要的內(nèi)容，延時一段時間后，再選中另一個數(shù)碼管，再輸出對應(yīng)的段碼，高速交

11、替。 例如需要顯示數(shù)字例如需要顯示數(shù)字“12”時，先輸出位選信號，選中第一個數(shù)碼管，輸出時，先輸出位選信號，選中第一個數(shù)碼管，輸出1 的段的段 碼，延時一段時間后選中第二個數(shù)碼管，輸出碼，延時一段時間后選中第二個數(shù)碼管，輸出2 的段碼。把上面的流程以的段碼。把上面的流程以一定的速度循環(huán)執(zhí)行就可以顯示出一定的速度循環(huán)執(zhí)行就可以顯示出“12”，由于交替的速度非?？?，人眼看到的，由于交替的速度非?？欤搜劭吹降木褪沁B續(xù)的就是連續(xù)的“12”溫度顯示電路系統(tǒng)的顯示部分采用的是用系統(tǒng)的顯示部分采用的是用PNP三極管三極管9012驅(qū)動三個共陽極的單位數(shù)碼驅(qū)動三個共陽極的單位數(shù)碼管組成。由于共陽極數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)

12、原理是管組成。由于共陽極數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)原理是8個個LED燈的陽極是公共的，由燈的陽極是公共的，由不同的不同的LED亮來顯示不同的數(shù)字。當(dāng)有多個亮?xí)r，驅(qū)動電流就在多個亮來顯示不同的數(shù)字。當(dāng)有多個亮?xí)r，驅(qū)動電流就在多個LED上面分流，亮度就會達不到，因此在此處加入了三極管放大驅(qū)動，上面分流，亮度就會達不到，因此在此處加入了三極管放大驅(qū)動，以保證數(shù)碼管的亮度。同樣的在數(shù)碼管的電路當(dāng)中也加入了限流電阻。以保證數(shù)碼管的亮度。同樣的在數(shù)碼管的電路當(dāng)中也加入了限流電阻。顯示采用的是利用人眼的視覺暫留效應(yīng)所進行的動態(tài)掃描。在動態(tài)掃描顯示采用的是利用人眼的視覺暫留效應(yīng)所進行的動態(tài)掃描。在動態(tài)掃描送入數(shù)據(jù)后一般還進

13、行送入數(shù)據(jù)后一般還進行3到到5毫秒左右的延時，以保證給數(shù)碼管一個點亮毫秒左右的延時，以保證給數(shù)碼管一個點亮的時間。的時間。在軟件中數(shù)碼管不能直接認(rèn)證十進制的數(shù)字，因此在軟件編程進行顯示在軟件中數(shù)碼管不能直接認(rèn)證十進制的數(shù)字，因此在軟件編程進行顯示時要把數(shù)值轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的模值送到數(shù)碼管進行顯示時要把數(shù)值轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的模值送到數(shù)碼管進行顯示。動態(tài)顯示需要注意的問題 在動態(tài)顯示程序中，各個位的延時時間長短是非常重要的，如果延時時間長，則會出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象；如果延時時間太短，則會出現(xiàn)顯示暗且有重影。鍵盤電路程序如何識別鍵盤 按鍵電路采用的是三個獨立的按鍵，一端接單片機的P1.0、P1.1、P1.2口，一端接到

14、地。單片機P口在沒有使用的情況下默認(rèn)的是高電平，當(dāng)有按鍵按下時，單片機的引腳鏈接到地就有一個從高電平到低電平的跳變，系統(tǒng)檢測到這個跳變就做出對應(yīng)的反應(yīng)。也可在按鍵的接口接入10K的上拉電阻，這樣就更加的穩(wěn)定可靠。繼電器控制電路15342 如圖所示，1、2端電壓是線圈電壓，當(dāng)線圈電壓未達到5V時，3與5接通，5也即是長閉合點，當(dāng)1、2端電壓超過5V時，3、4接通。因而可以通過改變線圈電壓的大小改變接通的路徑。繼電器控制電路 單片機是一個弱電器件,一般情況下它們大都工作在5V甚至更低.驅(qū)動電流在mA級以下.而要把它用于一些大功率場合,比如控制電動機,顯然是不行的.所以,就要有一個環(huán)節(jié)來銜接,這個環(huán)

15、節(jié)就是所謂的“功率驅(qū)動功率驅(qū)動”.繼電器驅(qū)動就是一個典型的、簡單的功率驅(qū)動環(huán)節(jié).在這里,繼電器驅(qū)動含有兩個意思:一是對繼電器進行驅(qū)動一是對繼電器進行驅(qū)動,因為繼電器本身對于單片機來說就是一個功率器件;還有就是繼電器去驅(qū)動其他負(fù)載繼電器去驅(qū)動其他負(fù)載,比如繼電器可以驅(qū)動中間繼電器,可以直接驅(qū)動接觸器,所以,繼電器驅(qū)動就是單片機與其它大功率負(fù)載接口. 繼電器控制電路 繼電器采用的是PNPPNP型三極管驅(qū)動型三極管驅(qū)動方式，當(dāng)系統(tǒng)溫度在一定的范圍內(nèi)變化時，繼電器能接通和斷開，系統(tǒng)的負(fù)載采用LED來模擬，同樣在電路當(dāng)中加入了上拉電阻。繼電器接的是單片機的P3.7引腳，當(dāng)不需要接通繼電器的時候P3.7引

16、腳是高電平，當(dāng)需要接通的時候P3.7引腳由高電平變?yōu)榈碗娖?，繼電器吸合接通。 返回系統(tǒng)的軟件工作過程 系統(tǒng)開始接通電源顯示當(dāng)前的溫度，對溫度進行判斷，如果大于設(shè)定的溫度，就給單片機接繼電器的接口一個低電平使繼電器接通制冷片開始制冷。同時系統(tǒng)對按鍵進行掃描，當(dāng)掃描到模式鍵按下時就切換顯示，掃描到數(shù)值加等鍵按下時，數(shù)據(jù)作出對應(yīng)的處理。 系統(tǒng)就這樣在顯示溫度的同時對按鍵和溫度值和設(shè)定值的對比同時進行著，使系統(tǒng)能一直檢測溫度，一旦溫度降低或者升高能做出相應(yīng)的變化。七、軟件實現(xiàn)部分 返回簡單說明簡單說明 返回實物圖結(jié)束語 返回 本設(shè)計使用的溫度控制器結(jié)構(gòu)簡單、測溫準(zhǔn)確，具有一定的實際應(yīng)用價值。該智能溫度

17、控制器只是DS18B20在溫度控制領(lǐng)域的一個簡單實例，還有許多需要完善的地方，例如可以將測得的溫度通過單片機與通訊模塊相連接，以手機短消息的方式發(fā)送給用戶，使用戶能夠隨時對溫度進行監(jiān)控。此外，還能廣泛地應(yīng)用于其他一些工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，如建筑，倉儲等行業(yè)。本溫度控制系統(tǒng)可以應(yīng)用于多種場合，像育嬰房的溫度、水溫的控制。用戶可靈活選擇本設(shè)計的用途，有很強的實用價值。 返回 剛來學(xué)校的新奇還未散去，就要即將啟程離開這個美麗可愛的校園。對于匆匆而過的歲月，我不禁感嘆！在校的這三年時間，經(jīng)過了對知識的系統(tǒng)學(xué)習(xí)使我專業(yè)知識如此殷實，從而可以使我更好的在社會立足。感謝所有老師的辛勤培育。 知道寫畢業(yè)論文的時候，還不知如何下筆。從開題報告，到任務(wù)書，再到論文的成型，都離不開老師的輔導(dǎo)。在蔣老師的幫助下從查資料到論文的整體完成，到最后的定稿，每一步都走的那么踏實。謝謝老師的關(guān)懷與幫助，在即將離開校園之際真誠的說一聲老師您辛苦了！ 衷心感謝所有參與我論文開題、評審和答辯的老師們，謝謝您們的寶貴意見和建議，您的幫助使我不斷進步。 返回感謝各位老師的提問！