半导体制冷片温度控制-课程设计报告
《半导体制冷温度控制系统》
本科生实习报告实习类型综合实习（专业电子实践）题目半导体制冷温度控制系统学院名称信息科学与技术学院专业名称信息工程（电子方向）学生姓名学生学号************/************指导教师实习地点5721实习成绩二〇一五年九月二〇一五年九月目录一、系统设计框图 (2)二、系统设计方案 (2)2.1 、方案选择 (2)2.1.1、半导体制冷芯片的选择 (2)2.1.2、温度传感器的选择 (3)2.1.3、单片机的选择 (3)2.2、系统框图 (3)三、系统原理图及工作原理 (4)3.1、系统原理图 (4)3.2、系统工作原理 (4)四、系统设计步骤 (5)4.1、电路设计 (5)4.1.1、TLC5615转换器接口电路 (5)4.1.2、半导体制冷片驱动电路 (5)4.1.3、显示和键盘电路 (6)4.2、PCB设计 (7)4.2.1、顶层设计 (7)4.2.2、底层设计 (7)五、系统程序设计 (8)5.1、单片机程序设计框图 (8)5.2、温度采集程序 (8)5.3、温度设定及显示 (9)5.4、温度显示 (10)5.5、PID控制及D/A转换程序 (14)半导体制冷温度控制系统摘要：本文设计的温控系统包括单片机系统，温度测量系统，温度的输入和显示，以及半导体制冷器的功率驱动这几个部分。
温度测量系统指的是通过温度传感器读取目标系统的当前温度，这里采用的是数字式的温度传感器，易于单片机读取测量值。
单片机是整个温控的中央处理器，温度控制算法是在单片机中进行的。
将测量到的当前温度值输入到单片机，再通过比例积分微分控制算法的运算，就可以得到要输出的控制量。
单片机计算出的控制量要通过半导体制冷器的功率驱动电路才能驱动半导体制冷器工作。
首先要将控制量经过数模转换成模拟的电压量，然后通过半导体制冷器的驱动电路，将可变的电压量转换成可变的电流量驱动半导体制冷器的正常工作，完成温度控制的目的。
温度的输入模块是为了能够方便的调节目标温度，显示模块则是为了能够实时地显示目标系统的当前温度。
基于半导体制冷片的温度采集控制系统的设计
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕｒ ｅ ａ ｃ ｑｕ ｉ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｓ ｅ ｍｉ ｃ ｏ ｎｄｕ ｃ ｔ ｏ ｒ ｃ ｈｉ ｌ ｌ ｉ ｎｇ ｐｌ ａ ｔ ｅ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｈ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｏ ｆ ｓ ｅ ｍｉ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ ｃ ｈ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｐ ｌ ａ ｔ ｅ ，ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｃ ｑ ｕ ｉ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ
ａ ｃ ｑ ｕ ｉ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｓ ｅ ｍｉ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ ｄ ｉ ｒ ｖ ｅ ｒ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ．Ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｃ ｑ ｕ ｉ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ｅ ｉ ｓ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ Ｐ Ｔ Ｉ Ｏ ０ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ａ ｎ ｄ Ａ／ Ｄ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ．Ｉ Ｒ２ １ １ ０ ａ ｎ ｄ Ｉ ＲＦ Ｚ ４ ４ Ｎ ｃ ｏ ｍｐ ｉｓ ｒ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｍｉ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ ｄ ｒ ｉ ｖ ｅ ｒ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ；
基 于半 导体 制冷 片 的 温 度 采集 控 制 系统 的设计
李会冬 ，张建 民，王浩 州
基于Codex—MO的半导体制冷温度控制系统设计
的 闭 环 控 制 ． 实 现 测 试 腔温度 快速 、 稳 定 地 变 化 。 恒 温 系 统 部 分 软 件 流 程
图 如 图 ３所 示 。
４ ２ 自 整 定 Ｐｌ ． Ｄ
算 法
Ｐ Ｄ 控 制 器 是 ｌ
３２温 度 检 测 模 块 ＿
本 设 计 采 用 Ｄ １ Ｂ ０作 为 温 度 检 测 元 件 。 Ｄ Ｉ Ｂ ０ Ｓ８ ２ Ｓ ８ ２ 是由Ｄ ＬＡ Ａ Ｌ Ｓ公 司 生 产 的 一 款 温 度 传 感 器 芯 片 ，体 积 小 、ＲＭ 公 司于 ２ Ｏ ０ｌ 初 推 出 了 Ｃｏ ｅ — ９年 ｄ ｘ Ｍ０内 核 处 理 器 。
度 设 定 值 ．对 半 导 体 制 冷 器 和 加 热 器 进 行 输 出控 制 ，调 节 测 试 腔 内温 度 。 在 温 度 调 整 的过 程 中 ，ＭＣ （ 控 制 器 ） Ｕ 微 根 据 温 度 传 感 器 传 输 的 数 据 。 控 制 输
（ Ｄ） 进 行 控 制 的 调
节 器 。 比 例 控 制 能
快 速 反 映 误 差 ， 积 分 控 制 可 以 消 除 误 差 ．微 分 控 制 可 以
３３温 度 控 制 模 块 ．
本 设 计 选 用 的 半 导 体 制 冷 器 型 号 为 Ｔ Ｃ — ２ ０ 。 在 Ｅ １ １７ ６ 热 端 温 度 为 ２ ℃ 的 情 况 下 ．Ｔ Ｃ — ２ ０ ７ Ｅ １ １ ７ ６的最 大 Ｔ作 电 流 为 ６ Ａ，最 大 工 作 电压 为 １ ．Ｖ，最 大 制 冷 功 率 为 ５ Ｗ ，冷 ５４ ４ 热 端 最 大 温 差 为 ６ ℃ 。半 导 体 制 冷 器 采 用 Ｈ 桥 电路 驱 动 ， ８
技 术
便 于 控 制 电 流 大小 及 流 向。 本 设计 用 采
实验12 温度传感器特性和半导体制冷温控实验
实验12 温度传感器特性和半导体制冷温控实验【实验目的】1、了解半导体制冷和制热原理。
2、测量NTC热敏电阻、PTC热敏电阻及集成温度传感器的温度特性【实验原理】1、半导体制冷和制热原理如图1所示，由X和Y两种不同的金属导线所组成的封闭线路，通上电源之后，冷端的热量移到热端，导致冷端温度降低，热端温度升高，这就是帕尔贴效应。
实际的半导体制冷片结构如图2所示，由许多N型P型办斗提之颗粒互相排列而成，而NP之间以一般的导体相连接而成一完整线路，通常是铜、铝或其他导体，最后由两片陶瓷片像夹心饼乾一样夹起来，陶瓷片必须绝缘且导热良好。
2、温度控制原理实验样品结构如下图所述，将半导体制冷片一面与铝制散热器津贴，并用风扇强行散热，使其与环境温度接近。
另一面与实验样品室紧贴，试验样品室采用优质导热材料，并装上温度传感器，温度传感器测量实验样品室的温度，由该温度与仪器设定的温度相比较，通过微型处理器确定半导体制冷片工作方式，即制冷或制热，由温度差确定制冷或制热的策略，即在不同的温度差之下，输出不同的制冷或制热功率，并以适当的速度改变温度的变化，从而实现实验样品室的温度控制，保持温度的稳定。
微型处理器工作框图如图3.3、NTC 电阻器的温度系数（负温度系数）——温度特性NTC 热敏电阻通常具有很大的负温度系数，在一定的温度范围内，NTC 热敏电阻的阻值与温度的关系满足下列经验公式：011()0B T T R R e -=------------------------（1）式中，R 为该热敏电阻在热力学温度T 时的电阻值，0R 为热敏电阻处于热力学温度0T 时的阻值，B 是材料的常数，它不仅与材料性质有关，而且与温度有关，在一个不太大的温度范围内，B 是常数。
由（1）式得该热敏电阻在0T 时的电阻温度系数α20B T α=----------------------------------（2） 进一步得到 0011()InR B InR T T =-+ 在一定温度范围内，可以用作图法或最小二乘法求得B 的值，并进一步求得α的值。
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。
半导体制冷片课程设计
半导体制冷片课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握半导体制冷片的基本原理、结构、性能及其在实际中的应用。
通过本课程的学习，使学生能够：1.知识目标：理解半导体制冷片的原理，掌握其基本结构和工作原理；了解半导体材料的性质及其在制冷片中的应用。
2.技能目标：学会分析制冷片的工作性能，能够对其进行简单的设计和计算；能够运用实验方法验证制冷片的工作原理。
3.情感态度价值观目标：培养学生对科学技术的兴趣和好奇心，增强其创新意识和实践能力；使学生认识到半导体制冷片在现代科技中的重要性，提高其社会责任感和使命感。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.半导体基础知识：介绍半导体材料的性质、制备方法和应用领域。
2.半导体制冷片原理：讲解制冷片的工作原理，包括PN结的形成、载流子的输运和制冷效应。
3.制冷片结构与性能：介绍不同类型的制冷片结构及其性能特点，分析影响制冷效果的因素。
4.制冷片的应用：阐述半导体制冷片在实际中的应用领域，如电子制冷、空调、冷藏等。
5.实验与实践：安排一定的实验课时，让学生通过实验验证制冷片的工作原理，提高实际操作能力。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用以下几种教学方法：1.讲授法：系统地讲解制冷片的相关理论知识，使学生掌握基本概念和原理。
2.讨论法：学生针对制冷片的相关问题进行讨论，培养学生的思维能力和团队协作精神。
3.案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解制冷片在实际应用中的工作原理和性能。
4.实验法：安排实验课程，让学生动手操作，验证制冷片的工作原理，提高实践能力。
四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的教材，为学生提供系统的学习资料。
2.参考书：推荐相关参考书籍，拓展学生的知识视野。
3.多媒体资料：制作精美的课件，生动形象地展示制冷片的工作原理和应用场景。
4.实验设备：准备完善的实验设备，确保学生能够顺利进行实验操作。
基于单片机的半导体制冷温度控制电路设计
华北电力大学硕士学位论文
中文摘要
半导体制冷也叫热电制冷，有时也被称为电子制冷，它是利用特种半导体材料 通过直流电时产生低温的一种制冷方式，作为制冷器的控制系统，要求对制冷器工 作的控制要有稳定性、快速性和准确性。 本文主要介绍了半导体制冷恒温控制系统，系统利用单片机 ATMEGA16 作为控 制部分，加上 buck 电路和模糊 PID 控制器共同构成一个抗干扰、智能的恒温控制 系统。本文第一章简要的介绍了半导体制冷的发展概况、特点，PID 控制的发展、 特点，以及本文要做的工作。第二章主要介绍了热电效应、制冷原理。第三章介绍 了整个控制电路的硬件设计，包括 ATMEGA16 驱动电路、电平转化电路和 buck 电路 工作特性，接着介绍了热敏传感器的原理和使用。第四章介绍了该系统软件系统的 设计，首先介绍了 PID 控制理论，然后说明了模糊 PID 在本系统中的应用。第五章 分析了该控制系统在恒温控制中的特性，最后对该系统进行实验分析。 半导体制冷器控制电路是对制冷器输出正向电流电压进行制冷控制，直流电压 波纹在 5％左右，控制精度在±0.5℃。
华北电力大学硕士学位论文
第一章 绪论
1.1 半导体制冷的发展和应用
半导体制冷也叫热电制冷，有时也被称为电子制冷，它是利用特种半导体材料 通过直流电时产生低温的一种制冷方式，是利用珀尔帖效应的上发展起来的一种机 器制冷方法。易于制作成各种外形，方便实现微型化，满足各种需要。因此，半导 体制冷开辟了制冷技术的新领域， 扩大了制冷技术的应用范围， 在某些特殊的场合， 有着别的制冷方式所无法替代的作用。 半导体制冷技术的发展至今有以下几个重要阶段： 第一阶段，热电理论形成时期。这个阶段主要是发现了热电技术的几个重要理 论，这个时期的热电制冷就是半导体制冷的前身。 早在十九世纪二十年代，德国科学家塞贝克(See beck)在实验中发现：当把两 种不同材料做成的导体构成的闭合回路置于指南针附近时，若对该回路的一个接头 加热，指南针就会发生偏转，这就是塞贝克效应。由于但是科技水平的局限性，塞 贝克认为这只是一个与电磁有关的现象，始终没能认识到是温差产生了电动势。 后来，法国科学家珀尔帖(Politer)发现了另一个相关的现象:当电流流过两种 不同的金属时，接头附近的温度会发生变化，接头一端变冷，另一端则变热，他将 这个结果发表在 1834 年法国的《物理和化学年鉴》上，这个现象命名为珀尔帖效 应。尽管珀尔帖是利用塞贝克效应为实验提供电流，但他并没有发现珀尔帖效应与 塞贝克效应之间的联系，并且此后的相当长的一个阶段，始终没有什么进展，直到 英国的汤姆逊(Thomson)研究热力学理论地基础上分析。[1] 十九世纪五十年代，汤姆孙在热力学理论支持的基础上，发现珀尔帖效应和吸 热放热密不可分，应该满足热力学定律，金属的两端其中一段如果放热，那么另一 端应该吸热，反之亦然。他通过计算发现必然有另外一种效应的存在，即当电流经 过有温度梯度的导体时，必然会有吸热或放热现象发生，否则的话热力学定律不能
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。
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题课程设计说明书目：半导体制冷片温度控制院（系）：xxxxxxxxxxx学院xxxxx 专业：xxxxxxxxxxxx学生姓名：XXXX学号：xxxxxxxxxxxx指导教师：xxxxxxxxxxxxxxx2012年3月10日摘要温度是工业中非常关键的一项物理量，在农业，现代科学研究和各种高新技术的开发和研究中也是一个非常普遍和常用的测量参数。
温度控制的原理主要是：将随温度变化而变化的物理参数，通过温度传感器转变成电信号，传给计算机，与给定温度相减后得到偏差，经过控制器后输出给控制对象达到控温的目的。
半导体制冷片是利用半导体材料的Peltier效应，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时,在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量,可以实现制冷的目的。
制冷速度与通过的电流大小成正比。
本设计针对用半导体对水箱的制冷模型设计了相应模糊PI控制器对水箱进行计算机恒温控制。
关键词:半导体制冷；STC12C5A08S2；模糊PI；PWM；引言 (1)1 2课程设计概述 (1)1.1 课程设计题目 (1)1.2 主要仪器设备 (1)硬件设计 (1)2.1 单片机部分 (1)2.2 串行接口部分 (2)2.3驱动电路部分 (2)3 软件设计 (3)3.1 流程图设计 (3)3.1.1 温度控制主程序流程图 (3)3.2 控制算法设计 (4)3.2.1 控制对象模型 (4)3.2.2 PI控制器设计 (5)3.2.3 控制器的设计 (5)4系统调试 (5)4.1单片机程序仿真 (5)4.2 STC12C5A08S2单片机系统电路调试 (6)4.3 4.4驱动电路调试 (7)系统调试 (7)5 6总结与改进展望 (7)谢辞 (8)引言温度作为一项热工参数,在工业现场和过程控制中具有至关重要的作用。
半导体制冷相对于传统制冷方式，有着体积小，重量轻，无制冷剂而不污染环境，作用速度快，使用寿命长，且易于控制。
本文介绍了使用DS18B20作为温度传感器的PWM半导体制冷控制系统。
1课程设计概述1.1 课程设计题目设计半导体制冷片的线性驱动电路和热敏元件的测温电路，再设计PI控制器来调节制冷电压，实现温度控制，控制范围15~25度，控制精度±0.5度，通过键盘进行温度设置，实际温度可以实时显示。
*附加要求：通过RS232或RS485 接口与PC机通信，在PC机上进行参数显示和设置。
1.2 主要仪器设备半导体制冷片（连水箱）示波器直流稳压电源数字万用表PC 机1 台1 台1 台1 块1 台2硬件设计整个系统以单片机STC12C5A08S2为核心部件。
在08S2 最小系统外围添加了按键，显示，与PC机的通信接口，以及光电耦合PC817和MOS管IRF9540构成的驱动电路。
2.1 单片机部分本设计选择的单片机芯片是STC12C5A08S2，其原理图如2-1所示。
该芯片的P0.0-P0.3用作键盘数字量输入，加入了上拉电阻按键未按下时始终处于高电平状态，读按键值前先给P0口赋值为0；P1.0作为DS18B20的数据输入端口；P2.0-P2.7作LCD1602的数据输出端口；P4.4-P4.6作LCD1602的控制信号；P1.3作为光耦合的控制信号；P3.0和P3.1是STC12C5A08S2的串口，实现上电复位程序下载。
图 2-1 STC12C5A08S2最小系统原理图2.2 串行接口部分MAX232通过内部电压倍增及电压反向电路，把TTL电平与RS232电平互换，实现单片机与PC机的串口通信。
图 2-2 MAX232及串行接口原理图2.3 驱动电路部分JPWM为P1.3口的PWM信号输入，作为光耦PC817的触发导通信号，从而产生MOS 管IRP9540导通的触发信号，实现对右端负载的控制。
如图2-3所示，本电路中还加入了拨动开关可对系统进行开关控制。
图 2-3驱动部分原理图3 软件设计3.1 流程图设计3.1.1 温度控制主程序流程图温度控制主程序流程图设计如图3-1所示。
STC12C5A08S2中的主程序需要完成下几个工作:1.2. 3. 4. 5. 6. 7.调用子函数对系统初始化,其中包括对自身的定时器T0,T1,I/O口,PWM口（P1.3），串口的初始化，以及对外部器件DS18B20和LCD1602的初始化；延时2S钟显示欢迎屏幕，等整个系统电压稳定后读取开机时的温度；调用子函数读取当前温度值调用子函数把当前读取的温度以及设定值通过串口送入PC机显示；调用子函数判断PC机是否有新的数据传送到单片机；调用子函数，把设定值与当前值相比较，对输出PWM进行控制；调用子函数刷新当前页面；调用子函数进行按键判断，依据按键值调用不同的子函数进行翻页或者设置；图3-1温度控制主程序流程图3.2 控制算法设计3.2.1 控制对象模型制冷片的水箱模型可近似地认为成一阶惯性环节，从而测量系统阶跃响应可模拟出系统的数学模型，G(s)=1/（T*s+1），其中T等于阶跃响应中调节时间T s的四分之一。
给电流I=0.5A时阶跃响应数据记录如下，其中t=0时，温度约为27℃；t=100时，温度约为24℃。
取终值11KΩ的98%，T s约为54min=3240s，则G(s)=1/（810*s+1）。
1.由此看出，制冷系统是大惯性系统，制冷需要一段时间之后温度才开始下降；2.至停止制冷后，温度还会有小幅度的下降，而设定温度越低，下降的幅度越小；3.由于与外界的热交换，温度越低时，水箱的自然升温速度越快。
阶跃响应曲线（0.5A）11.21110.810.6t10.410.2109.89.60 20 40 60 80 100时间/min图 3-2 对象阶跃响应拟合曲线3.2.2 PI控制器设计PI调节器的微分方程为：y(t)=Kp[e(t)+1/Ti*∫e(t)dt]。
控制器有两种算法，位置型和增量型。
位置型算法时，计算每次实际值与设定值的偏差为e0，上次的偏差为e1，则控制量u=kp*e0+ki*（e0+e1）。
增量型算法时，u+=e0*ki+(e1-e0)*kp。
本次系统中选用的是位置型算法。
3.2.3 控制器的设计根据制冷片的滞后特点，为了使制冷片能迅速达到设定的温度，应该在离设定温度较远时给负载加上最大功率；又为了防止制冷片的大惯性的特性使系统产生严重的超调，需要提前在一定的范围内进行PI控制以达到最佳效果；而最后阶段，需要预先判断系统的停止工作点，让制冷片的温度扩散的整个水箱，此时停止制冷。
若设定温度大于当前温度时，系统也将停止制冷，等温度慢慢回升。
现设定开始进入PI控制的温度上限为设定值T+1℃，而停止制冷的温度，根据多次实验建立的数据库如下：设定值温度范围T℃停止制冷温度t℃23<=T T*0.00619<=T<23T+0.7T<19T4系统调试4.1 单片机程序仿真由于PROTEUS中没有我们选用的STC12C5A08S2型号的单片机，因此使用AT89S2的单片机代替。
仿真电路如下图所示，仿真时除初始化时当前温度显示为85℃以外，一切工作正常。
图 4-1 系统控制电路仿真电路图4.2 STC12C5A08S2单片机系统电路调试STC12C5A08S2最小系统包括晶振和复位电路，按键电路，LCD显示，以及通信下载接口。
由于以前没有使用过这个型号的单片机，也没有做过串口下载器，所以先把串口接口芯片MAX232及其外部电容和单片机的晶振电路接在面包板上，通过串口与单片机连接调试下载功能，由于一开始电源和地之间没有接电容，因此系统不是很稳定，有时可以下载，有时不可以，接入电容之后系统比较稳定了。
依据插在面包板的电路图画原理图以及PCB，板子做出来之后，用万用表测试各点的连接特性，正常。
上电，电源指示灯偏暗，把10K的限流电阻换为1K的之后指示灯工作正常。
由于STC12C5A08S2单片机运算速度比89S52快，因此程序中延时子函数一律乘以12。
修改管脚使其适应实际的电路板，重新编译后下载程序。
液晶没有显示，调节液晶显示偏压信号端的电压，使其接近地，液晶显示正常。
接上DS18B20,温度显示正常。
用按键进行翻页及设置，按键功能正常。
据此，单片机系统板及程序完全工作正常。
4.3 驱动电路调试驱动电路板做好后进行测试。
用外用表测量，各点连接特性正常。
分别把PWM输入端接地和接VCC，用示波器观察负载输出电压，输出电压对应为零和为12伏，工作正常，接入PWM信号后，输出变为零，不正常。
用示波器观察MOS管G极电压，发现为锯齿波，上升部分倾斜，下降部分竖直。
分析原因为MOS管的S极与电源之间的电阻太大，使通过MOS管的电流太小，MOS管的电容特性使其在一定充电时间内电压不能达到导通，因此输出恒为零。
把电阻调小，锯齿波顶部逐渐变平，电阻继续调小，输出的最低电压开始升高不为零。
此时继续调节电阻已没有意义，在程序中把PWM输出的波形频率降低，降到最低14HZ。
此时G极波形已为方波，继续减小电阻，直到G极输出的最低电压恰好为零，使其能通过更高频率的信号。
最后稍微增大该电阻，使其电压被允许在一定范围内波动。
测量连接负载的D极，D极波形为与输入的PWM反向的方波，驱动电路工作正常。
4.4 系统调试各个部分的调试完成以后，对整个系统进行调试，从室温约27.5℃开始，设置水箱的温度分别为26℃，23℃，20℃。
具体记录的数据如下所示。
5加入算法后，超调量被控制在1%以下，温度下降速度较快，较稳定。
总结与改进展望本次设计中，我完成了包括资料收集，系统设计及仿真，程序编写，电路图与PCB板的绘制腐蚀焊接及调试的全过程，整个系统完成测试后，性能稳定，基本达到了预期的目标。
水箱温度在29~10摄氏度范围内可控（设置值不大于当前室温），LCD液晶温度显示稳定，与之前购买的温度计有大约恒定1℃的温差。
传送到PC机的数据显示正常，可以从PC机接收数据对各个参数进行设置。
温度控制算法的设计，在原模糊分段控制的基础上，加上了PI控制，虽然最后由于时间关系，参数中只使用了P，但是可以证明，加入了PI控制的模糊算法比单纯的模糊分段控制取得了更好的效果。
在本次设计中，也存在着可以改进的地方。
例如程序中有部分程序段是几乎重复使用的，但在各种情况下，只使用了switch函数分情况讨论，没有总结出特定的函数对所有的情况进行处理，这导致了程序过长，应该还有可以压缩的空间。
还有对于参数的调整，只使用了P，没有用到I，而且对于停止控制的位置，也还应该重新配合。
这都是需要作出调整的，而且DS18B20检测温度只能精确到0.0625℃，若要再进一步提升各种指标的话，最好换一个精度更高的温度检测手段。
6谢辞本次设计能够完成得到了许多帮助，首先感谢赵学军老师，李平老师以及龙超老师的悉心指导，为我们提供了设计的思路，为我们指出了设计的各种不足指出，并一次次为我们解决了调试过程中出现的各种问题。