小型溫控系統(tǒng)的研究

可以看出大概有1.5℃的超調(diào)量，但是本算法建立時(shí)間短，而且最終穩(wěn)定精度高。

通過實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，微分環(huán)節(jié)在溫度控制系統(tǒng)中發(fā)揮了重要的作用，能夠反映出偏差信號的變化趨勢，并且能夠在偏差信號值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號，從而加快了系統(tǒng)的動(dòng)作反應(yīng)速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間。當(dāng)溫度每發(fā)生一個(gè)大約0.07℃的變化梯度時(shí)，微分作用會導(dǎo)致很大的控制信號正負(fù)跳變，消耗較大功率，所以在實(shí)際控制算法中給微分環(huán)節(jié)加入了一個(gè)低通數(shù)字濾波環(huán)節(jié)。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中使用單片機(jī)作為主控芯片，整個(gè)C語言主函數(shù)包含的子函數(shù)模塊主要有：延時(shí)函數(shù)、復(fù)位函數(shù)、位讀函數(shù)、位寫函數(shù)、字節(jié)讀函數(shù)、字節(jié)寫函數(shù)、DAC1數(shù)模轉(zhuǎn)換、讀取溫度函數(shù)等。

圖5 單片機(jī)控制DS18B20讀取溫度子程序流程圖

根據(jù)DS18B20工作條件以及指令說明，單片機(jī)控制讀取溫度的控制子程序流程圖如圖5所示，主要實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能：

CCH SKIP ROM跳過存儲器命令：主器件單片機(jī)可以使用跳過存儲器命令來呼叫總線上所有從器件，而不必通過發(fā)送每個(gè)從器件的存儲器代碼逐個(gè)呼叫。

0xBE讀暫存寄存器命令：單片機(jī)可以讀取暫存寄存器中的內(nèi)容。數(shù)據(jù)發(fā)送以暫存寄存器字節(jié)0的最低位開始，一直到第9字節(jié)。任何時(shí)候只要單片機(jī)想讀暫存寄存器中的數(shù)據(jù)，就先發(fā)送復(fù)位命令，再使用讀暫存寄存器命令。

44H溫度轉(zhuǎn)換命令：溫度轉(zhuǎn)化命令初始化一次溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后，結(jié)果被保存在兩字節(jié)溫度寄存器中，然后DS18B20進(jìn)入到低電壓零狀態(tài)。

以上程序反復(fù)運(yùn)行，就可以通過DS18B20實(shí)時(shí)對溫度進(jìn)行讀取。

5 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種利用半導(dǎo)體加熱制冷片，基于單片機(jī)的小型實(shí)驗(yàn)用溫控系統(tǒng)，能夠在較低的功耗下實(shí)現(xiàn)快速溫度變化控制。通過做全功率加速和制冷的實(shí)驗(yàn)，得到了最大加熱溫度可到90℃，而最大制冷溫度能到約-10℃。系統(tǒng)控制溫差范圍約100℃，穩(wěn)定后的溫度波動(dòng)為±0.1℃之內(nèi)。

本設(shè)計(jì)屬于國防科研項(xiàng)目，主要用于對MEMS器件進(jìn)行溫度特性測試，已投入使用，長時(shí)間工作穩(wěn)定，并且具有較好的快速性，完全可以滿足溫度特性測試的項(xiàng)目要求。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：采用半導(dǎo)體加熱制冷片作為小型溫控箱的加熱與制冷執(zhí)行元件，DS18B20溫度傳感器反饋溫度信號，并且以單片機(jī)作為控制單元，使用增量式PID控制算法取代普通PID控制，實(shí)現(xiàn)了一種經(jīng)濟(jì)、有效而且穩(wěn)定的溫控方案。