论文总字数：31046字

摘 要

Abstract II

第1章绪论 1

1.1 设计目的及国内外背景 1

1.2 设计研究内容 1

第2章 系统结构及硬件设计 2

2.1 系统整体结构图 2

2.2 硬件的选择 2

2.2.1 单片机 2

2.2.2 半导体制冷器 3

2.2.3 温度传感器 4

2.2.4 液晶显示器 6

2.2.5 PWM输出驱动 8

2.2.6 按键设定 9

第3章 系统算法及软件实现 10

3.1 温度读取程序 10

3.2 液晶显示程序 12

3.3 EEPROM的使用 14

3.4 PID算法设计 16

3.5 PWM脉宽调制 20

第4章 仿真结果 22

结束语 26

致谢 27

参考文献 28

附录 29

摘要

随着现代科技的飞速发展，人们的眼光逐渐“挑剔”了起来，对于常见的温度控制也有了新的要求，由帕尔帖效应的发展形成的热电制冷器，也叫半导体制冷器更加广泛的走近了人们的生活。半导体制冷器有体积相对较小,重量轻，不会污染环境，使用寿命长，且易于控制的优点。

基于单片机的半导体制冷智能控制系统，其作用是在密闭容器内保持温度处于稳定状态。单片机作为整个系统的主要控制器，热敏电阻连接ADC共同作为反馈温度的部分，半导体制冷器是此温度控制系统的执行器，与此同时用液晶显示屏进行温度的显示，按键模块做到对设定温度进行调整。

本设计以微处理器为核心，完成系统整体设计，包括单片机接口、A/D电路、温度检测的设计；使用A/D转换器将温度的模拟量转换成数字量输入单片机，单片机再将其与设定温度相比较后通过数字PID算法处理，输出PWM信号，从而使半导体制冷或制热，进而调节温度。

关键词：单片机；半导体；温度控制

Abstract

With the rapid development of industry, people's vision of things has gradually become "picky". Therefore, there are new requirements for temperature control everywhere in the industry。the development of the patel effect formed a thermoelectric refrigeration, also known as semiconductor refrigeration, more widely close to people's life. Thermoelectric cooler has many advantage such as tsmall size, light weight, no pollution, long service life and easy control.

The role of this system is to keep the temperature in the closed container in the state desired by the designer. As the main controller of the whole system, the thermistor is connected to the ADC as a part of the feedback temperature. The Thermoelectric cooler is the execution device of this temperature control system . At the same time, the LCD screen displays the temperature.

This design uses the single-chip microcomputer as the control center, including the design of the single-chip microcomputer interface, analog-to-digital conversion circuit and temperature detection; A/D converter will convert the temperature analog quantity into digital quantity and input the single chip microcomputer, the single chip microcomputer will set the temperature and digital PID algorithm for comparison after processing, output PWM signal, semiconductor cooling or heating, and then adjust the temperature.

Key words; Single chip semiconductor temperature control

第1章绪论

1.1 设计目的及国内外背景

温度的检测与控制一直都是人们着重研究的对象，在工业生产中温度一直都是一个重要的监测对象，它不仅能反映了生产中的产品效率，产品质量，还是生产安全的重要指标。所有温度相关的传感器、控制器一直在被人开发。温度控制的调节方式有压缩制冷、太阳能制冷、半导体制冷等。不过在这许多制冷仪器中半导体制冷器以其尺寸小,重量轻，不污染环境，使用寿命长，且易于控制的优点成为了重点使用对象。

半导体制冷器件的是基于帕尔帖原理，当直流电流通过两个不同的导体时，在连接口的地方除了会有安培力做功释放出热量，一个接口释放热量，而另一个吸收热量。当直流电方向改变时，吸收和散发热量的接头也发生变化。热量的释放(吸收)与两个导体的性能和热端温度有关。因此对于某些小功率场所来说，基于珀耳帖效应的半导体制冷器体积小、制冷与制热都可以，这些优点使半导体制冷器成了这些场所很好的选择。

半导体制冷技术是最早发展于上个世纪中期，是一种较新的制冷方式。它利用由PN结产生珀尔帖效应，是通过直流电制冷的。在世界上同样比较有名的两种制冷方式是压缩式制冷和吸收式制冷式^[1]。但是半导体制冷与压缩机制冷相比具有无噪声、无振动、体积小的优势。与吸收式制冷相比它没有较高的冷却负荷和设备管道的要求较低，无污染的优势。但是遗憾的是由于材料性能的限制，半导体制冷效率不高，且对于热端散热需求较高，因此目前只在小型，小功率场所工作。对于半导体制冷器来说，制冷材料的创新与加工工艺的发展是其制冷效果的擎天双擘，起十分重要的作用^[2]。

国内对半导体制冷技术期是在上个世纪中后期由中科院牵头提出研究，现在已经有了很大的发展，但与发达国家相比起步依旧较晚，并且国内技术水平与发达国家之间也仍然存在一定差距。现在国际上的半导体制冷技术研究重点在于如何提升半导体制冷效率和如何进一步开拓半导体制冷的应用范围。

1.2 设计研究内容

本设计主要研究基于单片机的半导体制冷智能控制系统,从此设计系统的硬件选型，到各个端口的连接，闭环回路的各个部分的连接关系。在本设计系统中包括了对温度信号的采集，单片机最小系统的设计，PWM信号的输出控制，显示反馈温度与设定值。本设计的控制中枢是单片机，反馈温度经过单片机内部PID算法处理，单片机的输出PWM脉冲信号经转换后连接在半导体制冷器上，使半导体制冷或制热，进而实现对温度的控制。在本次设计中以单片机为核心，对采样偏差采用PID算法处理，输出PWM信号控制半导体制冷器，以达到保持温度的稳定的目的。

第2章 系统结构及硬件设计

2.1 系统整体结构图

本设计研究基于单片机的半导体智能制冷。从结构上来说，包括处理器、温度传感器、A/D转换器、液晶温度显示模块、按键调节模块、PWM信号驱动等，具体如图2.1所示：

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