基于STM32半导体制冷片温控系统的设计

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基于STM32单片机的温度控制系统设计

基于STM32单片机的温度控制系统设计一、本文概述本文旨在探讨基于STM32单片机的温度控制系统的设计。

我们将从系统需求分析、硬件设计、软件编程以及系统测试等多个方面进行全面而详细的介绍。

STM32单片机作为一款高性能、低功耗的微控制器，广泛应用于各类嵌入式系统中。

通过STM32单片机实现温度控制，不仅可以精确控制目标温度，而且能够实现系统的智能化和自动化。

本文将介绍如何通过STM32单片机，结合传感器、执行器等硬件设备，构建一套高效、稳定的温度控制系统，以满足不同应用场景的需求。

在本文中，我们将首先分析温度控制系统的基本需求，包括温度范围、精度、稳定性等关键指标。

随后，我们将详细介绍系统的硬件设计，包括STM32单片机的选型、传感器和执行器的选择、电路设计等。

在软件编程方面，我们将介绍如何使用STM32的开发环境进行程序编写，包括温度数据的采集、处理、显示以及控制策略的实现等。

我们将对系统进行测试，以验证其性能和稳定性。

通过本文的阐述，读者可以深入了解基于STM32单片机的温度控制系统的设计过程，掌握相关硬件和软件技术，为实际应用提供有力支持。

本文也为从事嵌入式系统设计和开发的工程师提供了一定的参考和借鉴。

二、系统总体设计基于STM32单片机的温度控制系统设计，主要围绕实现精确的温度监测与控制展开。

系统的总体设计目标是构建一个稳定、可靠且高效的环境温度控制平台，能够实时采集环境温度，并根据预设的温度阈值进行智能调节，以实现对环境温度的精确控制。

在系统总体设计中，我们采用了模块化设计的思想，将整个系统划分为多个功能模块，包括温度采集模块、控制算法模块、执行机构模块以及人机交互模块等。

这样的设计方式不仅提高了系统的可维护性和可扩展性，同时也便于后续的调试与优化。

温度采集模块是系统的感知层，负责实时采集环境温度数据。

我们选用高精度温度传感器作为采集元件，将其与STM32单片机相连，通过ADC（模数转换器）将模拟信号转换为数字信号，供后续处理使用。

基于半导体制冷片的高精度控温电路系统设计

计测技术新技术新仪器 • 19 •半导体制冷片PT 100铂电阻被控对象出，TEC 必须配合散热装置共同作用。

TEC 的冷面通过导热硅脂与被控对象紧密贴合，热面通过导热硅脂与散热片紧密贴合，可以消除热阻，保证TEC 加热或制冷的效果。

文献[1-5]中介绍的大多都是以较小热负载如LD激光器为控温对象的电路设计，缺少较大热负载控制对象的控温电路设计及实验验证。

鉴于此，本文以120mmX 120 mmX 8 mm 的较大热负载紫铜块作为控温对象，介绍与之相匹配的TEC 选型方法，利用单片机设计硬件电路、PID 控制算法优化温控参数最终实现一种高精度的TEC 温控电路系统。

1TEC 温控方案设计温度控制原理图如图1所示，单片机接收到铂电图1温度控制原理图引言半导体制冷片（Thermo Electric Cooler，TEC )遵从帕尔贴效应，通过控制流过TEC 电流的方向及大小实现其加热制冷转换以及加热制冷量的调节。

相比于其他制冷方式，TEC具有体积小、重量轻、无污染、易于控制等优点，广泛应用于诸如激光器控温、红外探测器、车载冰箱、恒温箱等多种产品。

在实际应用中,TEC的制冷功率与被控对象散热之间应该有良好的配合，否则易导致TEC 制冷不足或者功耗过大。

当电流流过TEC 时，热量由TEC 的一侧传送到另一■侧，表现为一■端制冷另一■端加热，如果电流的方向反转则制冷与加热的两端也会反转。

制冷时，TEC 电流流向正极导致热量从冷端传到热端，电流越大，热量转移的越多。

在这个过程中，TEC两端都产生热量。

当电流增长到一定程度后，冷端由电流产生的热量等于从冷端转移的热量，冷端的温度停止下降。

因此热量要及时的散收稿日期：2016-12-26作者简介：李丹（ 1990-)，女，硕士，从事非接触测温相关课题研究。

doi ： 10. 11823/j . issn . 1674-5795. 2017. 02. 05基于半导体制冷片的高精度控温电路系统设计李丹，蔡静(中航工业北京长城计量测试技术研究所，北京100095)摘要：基于半导体制冷片（Thermo ElectricCooler, T E C )设计了一种高精度控温电路系统。

基于STM32F103的小型半导体制冷系统的设计

基于STM32F103的小型半导体制冷系统的设计摘要：本文通过对半导体制冷技术的制冷原理进行分析，以STM32F103为控制芯片，采用PID闭环控制策略，设计了一套小型半导体制冷装置，系统实验表明，通过对半导体通入电流进行PID闭环控制，实现了温控系统的高精度温度控制。

关键词：半导体制冷、恒温控制、PID闭环、STM32F103，1. 引言半导体制冷也称热电制冷、温差电制冷，其基本原理是利用珀尔帖效应，即利用特种半导体材料构成P-N 结，形成热电偶对，当通过直流电流时，热电偶对的一端就会吸收热量（称为冷端），而另一端则放出热量（称为热端）。

如果在冷热端安装散热装置，热端就能够将热量输出，从而可以将空间热量转移，达到制冷的目的。

半导体制冷的制冷温度和半导体制冷片的工作电压和工作电流有关，同时也与半导体冷热端的散热效果有关，本研究所设计的基于STM32F103的半导体制冷系统，是通过对输入半导体的电流进行调节温度变化的，实现了的小型系统进行了制冷控制。

2.硬件控制平台设计基于STM32F103的半导体制冷恒温控制系统总体框图如图1所示，主要由STM32为核心的控制系统，采样电路，AC/DC控制单元，制冷部分。

半导体制冷部分采用C1206型平面制冷芯片，最大工作电流可达到6A，最大功率达到72W。

控制系统采用STM32F103，该控制芯片自带AD转换功能和PWM 控制单元，通过采集的温度和电流信号，经过STM32F103内部的计算，可以直接通过输出的PWM通过驱动电路控制功率变换电路，操作方便。

采样电路包括AC/DC输出电流采样和温控对象的温度采样。

为了能够使温控对象的温度控制更为精确，需要对恒温箱内部的温度进行高精度的测量与数据采集，设计的控制系统温度采集采用的是分布式温度采集的方式，通过在温控对象内部不同的位置部署多个温度采集点，并将各采集点采集到的温度数据进行汇总，经过数据融合与处理之后，形成温控对象内部的最终测量温度。

基于STM32半导体制冷片温控系统的设计

基于STM32半导体制冷片温控系统的设计【摘要】激光器的工作温度至关重要，该设计用于激光器工作温度调节模块，以提高激光器的稳定性能。

本文以STM32F303为控制芯片，采用TEC为制冷元件，通过采集温度并模数转换传给上位机，上位机程序控制STM32的数模输出控制TEC的加热或制冷，同时以PID算法为基础构建了一套半导体温度调节系统。

实验结果表明，通过PID算法调节，半导体制冷温度控制系统能够为激光器提供所需的工作温度，精度可达到±0.1℃。

【关键词】温度控制;STM32;A/D D/A;PID算法;LabVIEW1.前言温控系统受环境温度影响较大，因为温度调节过程中惯性大，对于温度上升或下降的有效快速调节是难题，目前我们熟知的温控系统都存在成本高或精度低及灵活性差的缺点。

针对这些问题本系统在工作过程中可以随时切换极性，从而完成对设定温度值的精确控制。

2.硬件系统设计本设计通过HX-RS-HSW1204C高精度微型温度变送器连接pt100将采集到的温度传给STM32单片机，STM32将采集到的温度值模数转换后传给上位机显示，并将采集温度值记为sp，将当前温度值sp减去设定值ap后给PID控制器，STM32根据PID的输出信号m（t）进行数模转换并输出给TTC-DS驱动模块，TTC-DS驱动模块控制TEC工作.2.1 测量部分：采用Pt100和HX-RS-HSW1204C高精度微型温度变送器，输出信号是电压信号，其工作电压是±24V，输出是0-5V，对应的温度范围是-40-100℃，温度与电压呈线性关系，，其采集精度可达到0.05℃。

pt100是一种稳定性高和性能良好的温度传感器，工作范围-200℃至650℃。

pt100是电阻式温度检测器，具有正电阻系数，其电阻和温度变化的关系如下：，其中=0.00392，为100（在0℃的电阻值），为摄氏温度[1]。

传感器型变送器通常包含信号转换器与传感器两部分。

基于STM32智能温控箱控制系统的设计

基于STM32智能温控箱控制系统的设计智能温控箱控制系统是一种常见的应用于工业控制领域的智能化控制系统。

本文基于STM32单片机，对智能温控箱控制系统进行设计和实现。

一、系统需求分析智能温控箱控制系统需要实现以下功能：1.对温度进行精确测量和控制；2.实时监测温度，并显示在控制面板上；3.能够根据设定的温度进行自动控制，实现温度稳定在设定值附近；4.通过人机界面（HMI）使用者可以对温度设定值、报警温度等进行设置和调整；5.当温度超过设定的报警温度时，能够及时报警；6.提供通讯接口，与上位机或其他设备进行通信，实现远程监控和控制。

二、系统硬件设计1.采用STM32单片机作为主控芯片，具有强大的计算和处理能力；2.温度传感器使用DS18B20数字温度传感器，可以实现对温度的高精度测量；3.控制面板采用LCD显示屏，用于显示温度和参数设置，并提供操作按键；4.报警部分使用蜂鸣器进行报警，并可以通过控制面板上的开关进行开启或关闭。

三、系统软件设计1.硬件初始化：初始化STM32芯片、温度传感器和控制面板；2.温度测量：通过DS18B20传感器读取温度值，并进行数字转换，得到实际温度值；3.温度控制：根据设定的温度值进行控制，通过PID算法控制温度稳定在设定范围内；4.参数设置：通过控制面板上的键盘输入，可以设置温度设定值、报警温度等参数；5.报警检测：检测当前温度是否超过设定的报警温度，若超过则触发报警；6.通讯接口：通过串口或其他通讯方式，实现与上位机或其他设备的数据传输和控制。

四、系统测试和验证搭建好硬件系统后，使用示波器等设备对系统进行测试和验证。

首先测试温度测量功能，将温度传感器放置在不同温度环境下，通过控制面板上的显示屏观察温度值是否准确。

然后测试温度控制功能，设定不同的温度值，观察系统是否能够控制温度稳定在设定范围内。

接着测试参数设置功能，通过控制面板上的键盘输入不同的参数值，并观察系统是否能够正确设置参数。

采用半导体制冷片的温控系统的设计

采用半导体制冷片的温控系统的设计半导体制冷片的温控系统是一种常见的用来控制温度的技术，它利用半导体物质的特性，通过通过电流的通过来实现温度的控制。

首先，我们需要了解半导体制冷片的工作原理。

半导体制冷片是一种基于Peltier效应的制冷技术。

当电流通过半导体材料时，热量会从一个一端吸收，然后从另一端释放。

这样就可以实现温度的调控。

在设计温控系统时，我们需要考虑以下几个方面：1.温度传感器：温度传感器用于感知当前的温度值并将其传递给控制器。

常用的温度传感器有热电偶和热敏电阻等。

2.控制器：控制器是整个系统的核心，它会根据传感器得到的温度值来判断是否需要制冷或制热。

根据温度变化的速度和幅度来调整半导体制冷片的电流，以实现精确的温度控制。

3.电源：半导体制冷片需要一个特定的电源来提供工作电流。

一般情况下，我们会使用可调电源来提供合适的电流给制冷片。

4.散热器：半导体制冷片在工作过程中会产生大量的热量，为了保持制冷系统的稳定性，我们需要使用散热器将多余的热量散发出去。

在实际的应用中1.常规型：常规型温控系统使用一个PID控制器或者其他类似的控制算法来实现温度的调控。

PID控制算法根据当前的温度误差、误差的变化速度和误差的累积值来调整半导体制冷片的工作电流，以达到温度的稳定控制。

2.自适应型：自适应型温控系统则是根据实际的温度变化情况来自动地选择合适的控制策略。

例如，系统可以根据当前的温度变化速度和幅度来自动调整控制算法的参数，使得温度的控制更为精确。

在设计半导体制冷片的温控系统时，我们需要根据具体的应用需求来选择合适的温控策略，并进行相应的硬件和软件设计。

同时，我们还需要对温控系统进行充分的测试和验证，以确保系统的稳定性和可靠性。

总结而言，半导体制冷片的温控系统是一种实现温度控制的重要技术，它可以广泛应用于各种需要精确温度控制的领域。

在设计温控系统时，我们需要考虑传感器、控制器、电源和散热器等关键因素，并选择合适的控制算法来实现稳定的温度调控。

【强烈推荐】基于stm32的温度控制毕业论文设计

摘要当前快速成形（RP）技术领域，基于喷射技术的“新一代RP技术”已经取代基于激光技术的“传统的RP技术”成为了主流；快速制造的概念已经提出并得到了广泛地使用。

熔融沉积成型（FDM）就是当前使用最广泛的一种基于喷射技术的RP技术。

本文主要对FDM温度控制系统进行了深入的分析和研究。

温度测控在食品卫生、医疗化工等工业领域具有广泛的应用。

随着传感器技术、微电子技术、单片机技术的不断发展，为智能温度测控系统测控功能的完善、测控精度的提高和抗干扰能力的增强等提供了条件。

本系统采用的STM32F103C8T6单片机是一高性能的32位机，具有丰富的硬件资源和非常强的抗干扰能力，特别适合构成智能测控仪表和工业测控系统。

本系统对STM32F103C8T6单片机硬件资源进行了开发，采用K型热敏电阻实现对温度信号的检测，充分利用单片机的硬件资源，以非常小的硬件投入，实现了对温度信号的精确检测与控制。

文中首先阐述了温度控制的必要性，温度是工业对象中的主要被控参数之一，在冶金、化工、机械、食品等各类工业中，广泛使用各种加热炉、烘箱、恒温箱等，它们均需对温度进行控制，成型室及喷头温度对成型件精度都有很大影响。

然后详细讲解了所设计的可控硅调功温度控制系统，系统采用STM32F103C8T6单片机作微控制器构建数字温度控制器，调节双向可控硅的导通角，控制电压波形，实现负载两端有效电压可变，以控制加热棒的加热功率，使温度保持在设定值。

系统主要包括：数据的采集，处理，输出，系统和上位机的通讯，人机交互部分。

该系统成本低，精度高，实现方便。

1该系统加热器温度控制采用模糊PID控制。

模糊PID控制的采用能够在控制过程中根据预先设定好的控制规律不停地自动调整控制量以使被控系统朝着设定的平衡状态过渡。

基于stm32的温度控制

熔融沉积成型（FDM）就是当前使用最广泛的一种基于喷射技术的RP 技术。

本文主要对FDM温度控制系统进行了深入的分析和研究。

温度测控在食品卫生、医疗化工等工业领域具有广泛的应用。

随着传感器技术、微电子技术、单片机技术的不断发展，为智能温度测控系统测控功能的完善、测控精度的提高和抗干扰能力的增强等提供了条件。

本系统采用的STM32F103C8T6单片机是一高性能的32位机，具有丰富的硬件资源和非常强的抗干扰能力，特别适合构成智能测控仪表和工业测控系统。

系统主要包括：数据的采集，处理，输出，系统和上位机的通讯，人机交互部分。

该系统成本低，精度高，实现方便。

该系统加热器温度控制采用模糊PID控制。

模糊PID控制的采用能够在控制过程中根据预先设定好的控制规律不停地自动调整控制量以使被控系统朝着设定的平衡状态过渡。

关键词：熔融沉积成型（FDM）；STM32；温度控制；TCA785AbstractIn the present field of Rapid Prototyping,the "New RP Technology" based on jetting technology is replacing the "Conventional RP Technology" based on laser technology as the mainstream of the Rapid Prototyping Technology.Fused Deposition Modeling(FDM) is the most popular Rapid Prototyping technology based on jetting technology.This paper mainly does research deeply on the temperature control system of FDM system.Temperature controlling is widely to food,sanitation,medical treatment,chemistry and industry.Along with the development of sensor technology,micro-electronics technology and singlechip technolog,brainpower temperature controlling system is perfected,precision of measurement and controlling is enhanced and the ability of anti-jamming is swelled.Singlechip STM32F103C8T6 in this paper is a high-powered 32-bit chip.It has plenty of hardware resource and strong ability foranti-jamming.It is specially suitable for making brainpower measurement instrumentand industry controlling system.The hardware resource of singlechip STM32F103C8T6 is fully exploited in this paper.The tool of temperature test is thermocouple of K style.This system realizes precise measurement and controlling of temperature signal with a little hardware resource.First,the need of temperature control is expounded.Temperature is a main controlparameter in industrial object.Various calefaction stoves,ovens and constant temperature boxes which all need control temperature are widely used in many industry such as metallurgy,chemistry,mechanism and foodstuff.Moulding room and spout temperatureawfully affect the precision of moulding pieces.Then the temperature control systemusing controllable silicon is explain in detail.This system adopts singlechip STM32F103C8T6 which acts as microcontroller.It can regulate the angle of double-direction controllable silicon and control voltage wave shape.So the virtual voltage of load can be changed and the calefaction power of calefaction stick can be controlled.Therefore the temperature canretain the enactment value.This system mainly consists of collection of data,disposal,output,communication of system and computer and communication of human and machine.This system has some advantages such as low cost,high precision andconvenience realization.This system adopts blury PID control.The adoption of blury PID control canceaselessly autoregulates basing initialized control rule,thus the controlled system willmove to the initialized balance state.Key words:Fused Deposition Modeling, STM32, temperature control, TCA785目录摘要.................................................................................................................................. Abstract (I)1 绪论 01.1 FDM工艺原理及应用 01.2 FDM国内外基本研究概况 (1)1.3 课题目的及意义 (2)2 温度控制系统方案分析 (4)2.1 温度控制的必要性 (4)2.2 温度控制系统的理论构成 (4)2.3 STM32和ADC (6)2.4温度控制系统的实现 (8)3 温度控制电路各部分的实现 (10)3.1温度检测电路 (10)3.2加热部分 (16)3.3键盘显示部分 (20)3.4软件部分 (20)3.5通讯总线的研究 (21)4 总结与展望 (23)4.1全文总结 (23)4.2研究展望 (23)致谢 (26)参考文献 (27)1 绪论1.1 FDM工艺原理及应用1.1.1 熔丝沉积技术原理早在十九世纪80年代末，美国学者Scott Crump博士第一次提出一种新的思想，该思想就是熔丝沉积技术的原型。

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基于STM32半导体制冷片温控系统的设计
【摘要】激光器的工作温度至关重要，该设计用于激光器工作温度调节模块，以提高激光器的稳定性能。

实验结果表明，通过PID算法调节，半导体制冷温度控制系统能够为激光器提供所需的工作温度，精度可达到±0.1℃。

【关键词】温度控制;STM32;A/D D/A;PID算法;LabVIEW
1.前言
温控系统受环境温度影响较大，因为温度调节过程中惯性大，对于温度上升或下降的有效快速调节是难题，目前我们熟知的温控系统都存在成本高或精度低及灵活性差的缺点。

针对这些问题本系统在工作过程中可以随时切换极性，从而完成对设定温度值的精确控制。

2.硬件系统设计
本设计通过HX-RS-HSW1204C高精度微型温度变送器连接pt100将采集到的温度传给STM32单片机，STM32将采集到的温度值模数转换后传给上位机显示，并将采集温度值记为sp，将当前温度值sp减去设定值ap后给PID控制器，STM32根据PID的输出信号m（t）进行数模转换并输出给TTC-DS驱动模块，TTC-DS驱动模块控制TEC工作.
2.1 测量部分：
采用Pt100和HX-RS-HSW1204C高精度微型温度变送器，输出信号是电压信号，其工作电压是±24V，输出是0-5V，对应的温度范围是-40-100℃，温度与电压呈线性关系，，其采集精度可达到0.05℃。

pt100是一种稳定性高和性能良好的温度传感器，工作范围-200℃至650℃。

pt100是电阻式温度检测器，具有正电阻系数，其电阻和温度变化的关系如下：，其中=0.00392，为100（在0℃的电阻值），为摄氏温度[1]。

传感器型变送器通常包含信号转换器与传感器两部分。

测量单元、信号处理和转换单元是信号转换器的主要组成部分。

为得到由温度值转换的电压值，将pt100与温度变送器连接，温度变送器具有两个测量温差的传感器，输出信号与温差之间有具体的比列关系，能将普通电信号或物理信号转换为能够以通讯协议方式输出或标准电信号输出。

电流变送器是将被测主回路交流电流转换成恒流环标准信号，连续输送到接收装置。

我们采用的是输出为标准电压的变送器，温度采集信号的处理电路如图1所示。

图2 电源电路图
2.2 TEC制冷片
半导体制冷又叫做热电制冷、电子制冷或者温差电制冷。

半导体制冷是以温差电现象为基础制冷方法，利用帕尔贴效应的原理达到制冷目的。

其发展起源于塞贝克效应的提出，两种不同材料a和b的接触点处于不同的温度T1和T2，在断点处就会产生电势Vab[2]，如图2所示。

并且塞贝克得出，在一定温度范围内的大小与温度差成正比，它们的比例系数用表示，则：
a对b的电势与温差的比例系数，称为相对塞贝克系数。

当取两种同质材料时，他们的电动势相消，可以把它们的贡献分开
这样，每种材料都有各自的塞贝克系数，称为绝对塞贝克系数。

帕尔帖发现了与之相反的效应，即帕尔帖效应：当电流I通过两种异质材料构成的闭合回路时，在材料的一端衔接处吸收热量，另一端放出热量。

这种吸收或放出的热量称为帕尔帖热，电流的方向决定其是否吸热或放热，大小由公式给出。

为帕尔帖系数，与温差电动势率有关，是组成回路的两种材料的温差电动势率，为衔接处温度。

本系统所选用的TEC1-12715半导体制冷片，属于大功率制冷片，该致冷片工作在一面致冷一面发热的模式，在其工作时必须确保制冷片热面良好散热。

两面的温差将影响制冷片的效率[3]。

图3、图4是本系统采用的TEC电压、电流及功率之间与TEC两面温差的关系图。

2.3 TEC 驱动器
我们采用型号为TTC-DC15-10A12V-DS（简称TTC-DS）的驱动模块，其输入直流电压是15V（电流由TEC决定），输出双极性电压±12V，最大电流10A （见图5）。

各引脚功能如下：
PIN7：保险丝状态输出。

低电平=ERROR，高电平=OK
PIN6：驱动器输出电压控制端。

直流0-2.4V，控制驱动器输出0-12V（或者其他）
PIN5：驱动器使能输入。

低电平使能，常态=OFF。

PIN4：驱动器极性切换。

高电平=制冷，低电平=加热。

PIN3：TEC 电流监视输出，0-2.4V（或者其他）。

PIN2：TEC 电压监视输出，0-2.4V（或者其他）。

PIN1：GND，接地回路。

3.软件和算法
本系统中，TEC的额定电流不超过15A，我们控制在10A以下，在程序执行的过程中不断对电流进行判断。

当采集回来的温度值与设定值不相等时，通过PID控制器控制STM32的数模输出，实现动态闭环控制，从而达到温控的目的。

软件流程图如图6所示。

PID算法：
PID是常用的控制器，由于环境因素的干扰，该系统需要进行闭环控制，要想达到现场控制目标的恒定，整个过程的控制和调节就必须不断进行。

如果周围温度与激光器功率发生变化，温度传感器元件就会将变化值采集送至PID控制器的输入端，并与设定值进行比较得出偏差，调节器按照偏差值并同预先设定的整定参数作用后发出控制信号，由此改变调节器，使温度趋向于设定值，达到温控的目的。

PID具有比例加微分加积分的控制作用，控制偏差作为PID控制的输入，由给定值与实际输出值所构成，作为PID控制器的输出和被控对象的输入。

PID控制器的控制规律可以表示为：。