基于单片机的半导体制冷器(附件)【字数：10198】
摘 要随着制冷技术的迅猛发展，微型化设备或器件对温度控制的需求越来越精确，人们对环境越来越重视。由于半导体具有体积小、无污染、无机械运动、不需要化学药剂等优点，因此在微型化器件温度领域扮演着越来越重要的角色。为使制冷器长时间工作，本设计采用低功耗单片机MSP430作为核心处理器，通过触摸式液晶显示屏显示并设定温度，并利用温度传感器采集温度数据反馈给单片机，经过单片机内部比例微分控制（PID）算法处理后输出一定占空比的脉冲宽度调制（PWM）信号，即在电源开关打开的情况下将实际温度和设定温度比较当温度设定值小于采集到的温度时，单片机驱动制冷电路工作；反之，制冷电路不工作。另外，可以通过对显示屏的控制修改使该单片机控制制冷器应用于不同场合。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2国内外发展情况 1
1.3研究目的和意义 1
1.3.1对于社会的目的和意义 1
1.3.2对于学生的目的和意义 2
1.4半导体制冷的工作原理 2
第二章 系统的方案设计 3
2.1课题研究的内容以及参数指标 3
2.2总体的设计方案 3
2.3课题研究所解决的问题 3
2.4主要元器件的选取 4
2.4.1单片机的选取 4
2.4.2温度传感器的选取 4
2.4.3制冷片的选择 5
第三章 硬件电路的设计 7
3.1硬件模块的整体设计 7
3.2电源电路的设计 7
3.3晶振及复位电路的设计 8
3.4存储电路 9
3.5温度采集电路 9
3.6制冷控制电路 10
3.7通信接口电路 11
3.8显示电路 12
3.9烧写电路 13
第四章 软件程序的设计 14
4.1主程序设计流程图 14
4.2温度采集程序设计 14
4.3液晶屏显示程序设计 15
4.4温控算法程序设计 16
第五章 调试 19
5.1软件 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
开发环境 19
5.2 PID参数整定 19
5.3 调试结果 22
结束语 23
致 谢 24
参考文献 25
附录A 系统原理图 26
附录B 半导体制冷控制板PCB 27
附录C 小型恒温箱内部实物图 28
附录D 主程序 29
第一章 绪论
课题研究背景
制冷技术广泛地应用在家用电器、石油化工、冷冻冷藏、医疗卫生、学术科研等领域，在人们的学习生活中发挥着至关重要的作用。
现阶段很难对明确目标的温度进行恒定并且准确的自动控制，假如在一些微型化设备或器件中要实现制冷的话。目前，微型电子器件设备在电子技术的飞速发展下，其运用也得变得更加广泛。在恒温或者是在低温的条件下，为了达到工作条件，很多电子元器组件一旦温度过高会影响其性能，很难保持良好的性能要求。我们也都知道，电子元器件的体积一般比较小，但是半导体制冷片的体积可以根据元器件的大小进行更改，这就给整个设计提供了便捷。半导体制冷片工作的前提就是拥有足够的直流电源，它的制冷功率适用于功率较小的设备，并且半导体制冷片可以通过改变其电流方向，就可以控制其为制冷还是加热，不仅如此，半导体制冷片还能够稳定电路正常工作。因此，半导体制冷技术适用于功率较小或温度控制相对较高的场合，例如恒温箱或者小型温控设备[1]。
鉴于半导体制冷技术用于微型化温度控制有着可研究的真切意义，由于对于小型温控设备中对于温度控制的要求越来越高以及半导体制冷技术近年来的飞速发展，特此提出了这个研究课题。
1.2国内外发展情况
1834年，法国科学家珀耳帖发现了温差电效应，也就是我们现在所说的珀耳帖效应，也在这个时候才被大众所知。然而在1850年之前，半导体制冷技术因为转化效率很低，也没有得到发展。直到1850年1880年，因为半导体材料[2]走入人们的视野，这一现象才的到改变，转换效率提高，自然而然也就得到了发展。到了1880年之后，人们意识到全球环境在持续破坏中会产生的不好影响，而制冷问题是生产生活必不可少的环节，各国越来越倾向于无污染的技术，半导体制冷技术正好满足这一要求，被大众所广泛的接受。
我国是在半导体材料发现的时候，也就是1850年开始着手研究半导体。在此基础上也做了一些应用和尝试，其中也就包括半导体制冷技术。但是，我国现今在半导体制冷效率怎么提高和控制精度等方面的技术还处在一个发展中的状态，与早先研究半导体制冷的西方国家相比，存在一些差异。
1.3研究目的和意义
1.3.1对于社会的目的和意义
现在在市场上最常见的四种制冷方式，分别是吸收式制冷循环[3]、化学致冷、压缩式制冷循环[4]和半导体制冷[5]。现阶段，对于我国而言，压缩制冷应用依然最为广泛。但在压缩机制冷中存在着不可倾倒、冬季供暖效率低、低温起动困难、怕振动、不能倾倒、不能随意倒转等问题。系统维护也需要消防工作来代替损坏的部件。如果损坏的部件和管道损坏，必须释放制冷剂进行烟火处理，但这样也就存在一些浪费缺陷。但是从这方面来说，半导体制冷器的优越性就体现出来了，它具有相较于压缩制冷所没有运行无机械运动时的优良特性，比如不怕倒车，漏水，不怕振动，不怕倾斜，体积小，可靠性高等等。
与此同时，半导体制冷器有着特殊的优点，那就是氟利昂的使用对大气臭氧层有破坏性作用，恰好半导体制冷不存在这个问题，这就大大减少了对环境的破坏。
1.3.2对于学生的目的和意义
通过此次课题的研究，学生需查阅大量的相关资料，不仅对学生丰富了知识，还强化了专业知识，这就达到了理论与实践相结合的过程。对于以往来说，多年来对于专业知识的学习都仅限于书本中的理论知识，且相关的实践操作都主要在老师指导下完成，通过这次对课题的研究，学生掌握了主动权，通过自主性的研究来加深对知识的掌握。从初期的资料查阅以及后期的实际操作，都由自己主动进行，这样不仅充分的将以往的理论知识结合到了实践操作中，更掌握了自主性学习以及操作的方法。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2国内外发展情况 1
1.3研究目的和意义 1
1.3.1对于社会的目的和意义 1
1.3.2对于学生的目的和意义 2
1.4半导体制冷的工作原理 2
第二章 系统的方案设计 3
2.1课题研究的内容以及参数指标 3
2.2总体的设计方案 3
2.3课题研究所解决的问题 3
2.4主要元器件的选取 4
2.4.1单片机的选取 4
2.4.2温度传感器的选取 4
2.4.3制冷片的选择 5
第三章 硬件电路的设计 7
3.1硬件模块的整体设计 7
3.2电源电路的设计 7
3.3晶振及复位电路的设计 8
3.4存储电路 9
3.5温度采集电路 9
3.6制冷控制电路 10
3.7通信接口电路 11
3.8显示电路 12
3.9烧写电路 13
第四章 软件程序的设计 14
4.1主程序设计流程图 14
4.2温度采集程序设计 14
4.3液晶屏显示程序设计 15
4.4温控算法程序设计 16
第五章 调试 19
5.1软件 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
开发环境 19
5.2 PID参数整定 19
5.3 调试结果 22
结束语 23
致 谢 24
参考文献 25
附录A 系统原理图 26
附录B 半导体制冷控制板PCB 27
附录C 小型恒温箱内部实物图 28
附录D 主程序 29
第一章 绪论
课题研究背景
制冷技术广泛地应用在家用电器、石油化工、冷冻冷藏、医疗卫生、学术科研等领域，在人们的学习生活中发挥着至关重要的作用。
现阶段很难对明确目标的温度进行恒定并且准确的自动控制，假如在一些微型化设备或器件中要实现制冷的话。目前，微型电子器件设备在电子技术的飞速发展下，其运用也得变得更加广泛。在恒温或者是在低温的条件下，为了达到工作条件，很多电子元器组件一旦温度过高会影响其性能，很难保持良好的性能要求。我们也都知道，电子元器件的体积一般比较小，但是半导体制冷片的体积可以根据元器件的大小进行更改，这就给整个设计提供了便捷。半导体制冷片工作的前提就是拥有足够的直流电源，它的制冷功率适用于功率较小的设备，并且半导体制冷片可以通过改变其电流方向，就可以控制其为制冷还是加热，不仅如此，半导体制冷片还能够稳定电路正常工作。因此，半导体制冷技术适用于功率较小或温度控制相对较高的场合，例如恒温箱或者小型温控设备[1]。
鉴于半导体制冷技术用于微型化温度控制有着可研究的真切意义，由于对于小型温控设备中对于温度控制的要求越来越高以及半导体制冷技术近年来的飞速发展，特此提出了这个研究课题。
1.2国内外发展情况
1834年，法国科学家珀耳帖发现了温差电效应，也就是我们现在所说的珀耳帖效应，也在这个时候才被大众所知。然而在1850年之前，半导体制冷技术因为转化效率很低，也没有得到发展。直到1850年1880年，因为半导体材料[2]走入人们的视野，这一现象才的到改变，转换效率提高，自然而然也就得到了发展。到了1880年之后，人们意识到全球环境在持续破坏中会产生的不好影响，而制冷问题是生产生活必不可少的环节，各国越来越倾向于无污染的技术，半导体制冷技术正好满足这一要求，被大众所广泛的接受。
我国是在半导体材料发现的时候，也就是1850年开始着手研究半导体。在此基础上也做了一些应用和尝试，其中也就包括半导体制冷技术。但是，我国现今在半导体制冷效率怎么提高和控制精度等方面的技术还处在一个发展中的状态，与早先研究半导体制冷的西方国家相比，存在一些差异。
1.3研究目的和意义
1.3.1对于社会的目的和意义
现在在市场上最常见的四种制冷方式，分别是吸收式制冷循环[3]、化学致冷、压缩式制冷循环[4]和半导体制冷[5]。现阶段，对于我国而言，压缩制冷应用依然最为广泛。但在压缩机制冷中存在着不可倾倒、冬季供暖效率低、低温起动困难、怕振动、不能倾倒、不能随意倒转等问题。系统维护也需要消防工作来代替损坏的部件。如果损坏的部件和管道损坏，必须释放制冷剂进行烟火处理，但这样也就存在一些浪费缺陷。但是从这方面来说，半导体制冷器的优越性就体现出来了，它具有相较于压缩制冷所没有运行无机械运动时的优良特性，比如不怕倒车，漏水，不怕振动，不怕倾斜，体积小，可靠性高等等。
与此同时，半导体制冷器有着特殊的优点，那就是氟利昂的使用对大气臭氧层有破坏性作用，恰好半导体制冷不存在这个问题，这就大大减少了对环境的破坏。
1.3.2对于学生的目的和意义
通过此次课题的研究，学生需查阅大量的相关资料，不仅对学生丰富了知识，还强化了专业知识，这就达到了理论与实践相结合的过程。对于以往来说，多年来对于专业知识的学习都仅限于书本中的理论知识，且相关的实践操作都主要在老师指导下完成，通过这次对课题的研究，学生掌握了主动权，通过自主性的研究来加深对知识的掌握。从初期的资料查阅以及后期的实际操作，都由自己主动进行，这样不仅充分的将以往的理论知识结合到了实践操作中，更掌握了自主性学习以及操作的方法。
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