基于MSP430的温度控制器设计文献综述

 2021-10-06 01:10

毕业论文课题相关文献综述

文 献 综 述

一、课题背景

当前环保和节能已经成为衡量一种新技术的基本标准,被誉为是21世纪的绿色冷源是半导体制冷技术,它的发展具有广阔空间和重大意义。传统的温度控制技术中,加热和制冷一般都是独立的,在某些特定的场合中,温度控制控系统往往同时需要加热和制冷的功能,这时采用独立温控方法很不方便。而采用热电制冷器作为温控执行器的半导体控制仪可以通过改变流过制冷器的电流方向实现加热和制冷的转换,十分方便。为此,本课题设计了一种半导体制冷片控制的温度控制器。选用DS18B20数字温度传感器和TI公司的MSP430F5529单片机作为主控制器[1]。为了实现分布式的温度传感,需要组成温度传感器网络,可通过一根数据线访问多个DS18B20,提高测量精度。

采用这种设计的温度控制系统,可实现温度检测、信息存储、实时控制和数字显示,对于提高企业生产效率、节约能源和资源都有重要的作用,具有很大的发展前景。

二、温度控制器的国内外现状

中国半导体研究所已投入大量的人力和物力,获得了半导体制冷器,但与发达国家相比,我国还未把高效热电材料的研究列入任何正式的国家研究计划。从温度控制器的发展来看,温度控制技术大致可分为:定值开关温度控制法;PID线性温度控制法;智能温度控制法。目前,国内仅有清华大学,浙江大学,中科院物理研究所等机构从事热电材料的开发方面的研究工作。美国有数十家电子公司生产半导体制冷器,其中Interface公司可达到日本NEC公司的技术水平,温度控制范围最大可达到-20℃- 85℃[2]

温度控制技术按照控制目标不同可分为两类:恒值温度控制和动态温度测量[3]。恒值温度控制的目的是使被控对象的温度恒定在某一数值上,且要求其波动幅度(即稳态误差)不能超过某一给定值。动态温度测量的目的是使被控对象的温度按预先设定好的曲线进行变化。在本设计中,考虑到系统模型比较简单,可以建立精确的数学模型,使用PID控制即可满足要求,采用这种方法实现的温度控制器,只要PID参数选取正确,对于一个确定的受控系统来说,其控制精度比较满意。

三、课题基本技术原理

1、半导体制冷原理

热电效应是半导体制冷的基本依据,其中包括的是塞贝克效应、珀尔帖效应和汤姆逊效应。半导体制冷原理是其具体应用[4]。实际半导体制冷器的基本元件是热电偶对,即把一只P型半导体元件和一只N型半导体元件连成热电偶。由珀尔帖效应可知,当接通直流电源后,在连接两个元件的接头处就会产生温差,在两接头处电流方向不同而产生吸热和放热两种不同效果。借助于热交换器等各种元件使热电制冷组件的热端不断散热,并保持一定的温度,把冷端放到环境中去吸热,并使工作环境也保持一定的低于环境的温度。从热端到冷端的传导热为 ,其中: 为半导体制冷片的导热率; , 为半导体制冷器的热端和冷端的温度[5]

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