半导体制冷温制系统设计
精密半导体制冷控制系统设计
传统致冷 ， 半导体致冷有体积小、 轻便抗震 、 可靠性 高、 维护 成 本 低、 于控 制 、 Байду номын сангаас 环 保 等诸 多 优 便 绿
点 引。
Ｄ ｔ ｔ ） Ｔ Ｃ致冷及其驱动模块 （ Ｅ ） 电源及管 ｅ ｃ ｒ 、Ｅ ｅｏ ＴＣ 、
理模块（ ｏ ｅ Ｓｐｌ） 键 盘输入 及液晶显示模 块 Ｐｗ ｒ ｕｐ 、 ｙ
ｉ ｄｓ ｆｌ ． ｅ Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ： ｓ ｍｉｏ ｄ ｃｏ ｅ ｒｇ ｒｔｏ ｙ ｔ ｍ ；ＭＳ ４３ ｅ ｃ ｎ ｕ ｔｒｒ ｆｉｅ ａｉｎ ｓ ｓｅ Ｐ ０ ＭＣＵ；ＰＩ ｃ ｎ ｒｌ Ｄ ｏ ｔｏ ；ＴＥＣ
自２ ０世纪 ５ ０年代 起 ， 导体 制冷 技 术 因为 其 半 独特 的优点开辟 了制冷 技术 的一 个新 分 支 ， 决 了 解 许 多场 合 的制 冷难题 。它 已广 泛用 于 国防 、 工业 、 农 业、 医疗 和 日常生 活等 各领 域 … 。传 统 的致 冷 方式 存在体 积大 、 功耗 高 、 密 度 不够 、 响环境 等 多 方 精 影 面问题 ， 使其 在部 分场 合 的应用 受 到 限制 。相 比于
２ １ 年第１ ０１ １ 期
中图 分 类 号 ：Ｍ９ ５０ ： Ｍ ２ ．２ Ｔ ２ ．２ Ｔ ９ １ ５ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ９— ５ ２ ２ １ ） １— ０４— ４ １０ ２ ５ （０ １ １ ０８ ０
精 密 半导 体 制 冷控 制 系统 设 计
王 沛 ，郭建强 ， 晓蓉 ， 高 王 黎 ， 王泽勇
低电压、 无铅化器件实现绿色环保节能 ； ④功能完善 的 Ｍ Ｐ单片 机技术 ， Ｓ 数字 ＰＤ闭环控 制 实现 精密 温 Ｉ
半导体制冷片加热制冷换向电路的设计
半导体制冷片加热制冷换向电路的设计近年来，随着物联网技术的发展，各个领域对于温度的精准控制越来越重要。
其中，半导体制冷技术在物联网温度控制领域有广泛的应用，能够利用温度对半导体基本电导率的影响来实现制冷和加热的功能。
本文主要介绍半导体制冷片加热制冷换向电路的设计。
一、半导体制冷半导体制冷是一种利用半导体热电效应进行制冷的技术。
在具有热电材料的半导体芯片中，有一半的电子被加热并获得了更高的能量，从而跃迁到导带。
这些电子在导带中自由行动，造成导电；而另外一半的电子由于能量不足而停留在价带中。
由于半导体的导电能力取决于其温度，当半导体芯片的一侧被加热时，该侧的温度上升，导致其导电性能的变化，从而在芯片内建立起电势差。
这个电势差会将热量由加热一侧输送到另一侧，从而实现了制冷的效果。
二、半导体制冷片加热制冷换向电路半导体制冷片加热制冷换向电路是指一种能够实现制冷和加热的电路。
半导体制冷芯片中通常有两侧，其中一侧被加热用于制冷，而另一侧则被冷却用于制热。
在实际应用中，需要根据实际需求对加热和制冷进行调整，因此需要设计一种能够实现加热和制冷之间的切换的电路。
该电路需要能够控制半导体制冷片芯片的加热和制冷，使其能够根据实际需求进行切换。
三、电路设计3.1 电路原理半导体制冷片加热制冷换向电路的原理如下：当需要制冷时，会将电流通过制冷一侧，这会导致半导体芯片中的一个一侧变冷，另一个侧变热，从而实现制冷的效果；当需要加热时，则会将电流通过加热一侧，这会导致半导体芯片中的一个一侧变热，另一个侧变冷，从而实现加热的效果。
3.2 电路设计步骤（1）电源设计首先，需要确定半导体芯片的工作电压，以及设计一种合适的电源，保证电流的稳定和可控性。
一般来说，可以通过变压器、整流器和稳压器的组合来实现电源设计。
（2）半导体芯片驱动电路的设计半导体芯片驱动电路需要通过与之匹配的电压来控制半导体芯片的电流。
因此，需要设计一种与半导体芯片匹配的驱动电路。
半导体制冷控制系统设计
－１７－中国科技信息２００５年第７期 ＣＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ａｐｒ．２００５科 技 论 坛半导体制冷（又称电子制冷）技术为我国六十年代开始发展起来的制冷新技术。
它具有不用制冷剂，无机械运动部件，工作可靠、寿命长，电源换向既可制冷又能采暖，冷热转换迅速方便，负荷调节性能好，安装维修简便等优点。
在小型制冷，电子冰箱上得到迅速推广。
伴随着半导体制冷设备的发展、单片机的迅速普及和消费者的更高要求，恒温控制也从最初的模拟控制发展到现在的数字设定、数字显示的智能控制。
在满足控制精度和功耗的前提下又要有最低的成本是对控制系统的基本要求。
所以，单片机及电路选择成为智能控制电路所要考虑的重点。
本文介绍一种使用ＡＴｍｅｇａ４８单片机实现的小型控制系统的低成本高可靠性的解决方案。
１，系统总体设计．控制原理：根据设定温度和采集的冷柜内部温度计算误差值，使用ＰＩＤ算法调节制冷片两端电压，从而控制制冷片的制冷量，来达到恒温控制的目的。
．单片机选择首先，制冷系统内部大多采用低成本的热敏电阻作为温度传感器，所以要求ＣＰＵ要有Ａ／Ｄ转换器。
其次，控制输出电压要用到Ｄ／Ａ转换器进行线形调节或ＰＷＭ输出进行开关控制；因线形调节效率低、功率器件温升高，因此ＰＷＭ控制是首选。
再次，４个按键、２个数码管显示、箱灯都需要口线控制，经计算，需要至少１３个Ｉ／Ｏ口（至少两个有大电流驱动能力）可使系统不用再扩展其它芯片。
最后，就是需要低价格。
综上所述，选择ＡＴｍｅｇａ４８单片机可完全满足要求。
２，ＡＴｍｅｇａ４８简介ＡＴｍｅｇａ４８（以下简称ＣＰＵ）是ＡＴＭＥＬ公司推出的高性能、低功耗、低价位的８位ＡＶＲ单片机，该单片机具有以下特点：． 高性能、低功耗的８ 位ＡＶＲ． 微处理器． 先进的ＲＩＳＣ 结构． １３１ 条指令 大多数指令的执行时间为单个时钟周期． ３２ ｘ ８ 通用工作寄存器． 工作频率０－２０ ＭＨｚ（与电源电压有关）． 只需两个时钟周期的硬件乘法器． ４Ｋ 字节的系统内可编程Ｆｌａｓｈ；擦写寿命： １０，０００ 次；通过片上Ｂｏｏｔ 程序实现系统内编程． ２５６ 字节的ＥＥＰＲＯＭ；擦写寿命： １００，０００ 次． ５１２ 字节的片内ＳＲＡＭ． 可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密． 两个具有独立预分频器和比较器功能的８位定时器／ 计数器． 一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的１６ 位定时器／ 计数器． 具有独立振荡器的实时计数器ＲＴＣ． 六通道ＰＷＭ． ６路１０ 位ＡＤＣ（ ＰＤＩＰ 封装）． 可编程的串行ＵＳＡＲＴ 接口． 可工作于主机／ 从机模式的ＳＰＩ 串行接口． 面向字节的两线串行接口． 具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器． 片内模拟比较器． 引脚电平变化可引发中断及唤醒ＭＣＵ． 上电复位以及可编程的掉电检测． 经过标定的片内振荡器． 五种休眠模式：空闲模式、ＡＤＣ 噪声抑制模式、省电模式、掉电模式和Ｓｔａｎｄｂｙ 模式． ２３个可编程的Ｉ／Ｏ 口线． 工作电压： ２．７ － ５．５Ｖ３，硬件设计ＣＰＵ集成了片内振荡器、上电复位及可编程的掉电检测，使自身的外围电路大大简化，因此，只需简单的设计即可构成系统。
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
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
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丘Hale Waihona Puke 藏檀垃 入 Ｉ ２ ． ２ Ｔ Ｅ Ｃ ￣ ｒ ］ 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Ｔ １ 和Ｔ ２ ， 在 断 点 处 就 会 产 生 电势 Ｖ ａ ｂ ［ ， 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 ａ 表 示 ，则 ：
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。
半导体电子制冷系统的设计毕业设计说明书
目录1 绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 本课题研究的意义 (1)1.3 半导体电子制冷系统发展现状 (2)1.4 课题分析 (2)1.5 技术指标 (3)2 半导体电子制冷系统的方案设计 (4)2.1 设计要求 (4)2.2 系统的总体构成 (4)2.3 系统的工作过程 (4)3 硬件设计 (5)3.1 中央控制系统的设计 (5)3.1.1 8031芯片简介 (5)3.1.2数据存储器的选择 (7)3.1.3锁存器的选择 (9)3.1.4程序存储器的选择 (10)3.1.5复位电路 (11)3.1.6晶振电路 (11)3.2 LED显示电路的设计 (12)3.3 键盘部分的设计 (12)3.4 数据采集电路的设计 (13)3.4.1热敏电阻 (13)3.4.2 A/D转换器 (14)3.5 输出控制电路的设计 (16)3.6 报警系统的设计 (16)3.7 12V电源 (17)3.8 5V电源模块 (17)3.9 8V电源模块 (18)4 软件设计 (19)4.1 设计步骤 (19)4.2 程序流程图 (19)结束语 (23)致谢 (24)参考文献 (25)附录 (26)1绪论1.1概述半导体制冷又称为热电制冷(Thermoelectric cooler)或温差电制冷。
当直流电流通过具有热电转换特性的导体组成的回路时具有制冷功能，这就是所谓的热电制冷。
由于半导体材料具有非常好的热电能量转换持性，它的应用才真正使热电制冷实用化，在国际上被普遍采用，为此人们又把热电制冷称为半导体制冷[1]。
它主要是帕尔帖效应(Pehier effect)在制冷技术方面的应用。
1.2本课题研究的意义结构简单，尺寸小，整个制冷器由制冷片和导线组成，无任何机械运动部件，噪音低，无磨损，寿命长；具有高度的可靠性和良好的可维修性；不用制冷剂，对环境没有污染，绿色环保；冷却速度和制冷温度可以通过改变工作电流和工作电压的大小任意调节，启动快，控制灵活，控制精度高；制冷片可以做成各种形状，在任何方向下，甚至在失重和超重状态下都可工作；操作具有可逆性，既可制冷，又可供热，而这只需改变工作电流的方向；制冷量可在MW级-KW级变化，制冷温差可达2O℃～150℃范围。
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
半导体制冷片温度控制 课程设计报告
课程设计说明书题目：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 (3)1 课程设计概述 (3)1.1 课程设计题目 (3)1.2 主要仪器设备 (3)2 硬件设计 (3)2.1 单片机部分 (3)2.2 串行接口部分 (4)2.3驱动电路部分 (4)3 软件设计 (5)3.1 流程图设计 (5)3.1.1 温度控制主程序流程图 (5)3.2 控制算法设计 (6)3.2.1 控制对象模型 (6)3.2.2 PI控制器设计 (7)3.2.3 控制器的设计 (7)4 系统调试 (7)4.1 单片机程序仿真 (7)4.2 STC12C5A08S2单片机系统电路调试 (8)4.3 驱动电路调试 (9)4.4 系统调试 (9)5总结与改进展望 (9)6 谢辞 (10)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。
半导体制冷温度控制系统的设计研究
电流方向可以实现加热和制冷 2 种工作状态的切
换袁控制简单袁且将这 2 种相异的工作效应集于同
一半导体制冷元件上遥
从微观层面上分析袁半导体制冷根本原理涉及
电子能级跃迁理论遥 半导体制冷片由 N 型半导体材
料和 P 型半导体材料组成袁N 型材料是在半导体中
掺入施主杂质袁有多余的电子产生负温差电势曰P 型
16
的单级半导体制冷片遥 其具有 127 对半导体电偶 对袁额定输入电压 12.0 V袁最大温差电流 6.0 A袁最 大温差可达 60耀70 益遥 与其配套使用的还包括散热 风扇尧导热块等散热装置遥
2 系统硬件设计
在该系统硬件电路的设计实现中袁采用模块化 分解设计方法袁将整个系统分为温度检测模块检测 温度袁单片机控制模块输出控制信号袁按键调整输 入模块起到温度设置完成人机交互的功能袁1602 液 晶显示模块用于显示设置温度和实时温度遥 同时袁 该系统还包括电源供能模块尧USB 转串口通信模块 和 H 桥驱动执行模块遥 各模块的单独设计与整体调 试相互结合袁共同构成温度控制系统硬件部分[5]遥 为 实现设计系统正常工作袁其最基本的硬件架构图如 图 2 所示遥
温度检测模块
按键调整输入模块
电源供能模块
单片机控制模块
H桥驱动执行模块 1602液晶显示模块
图 2 系统硬件架构 Fig.2 System hardware structure
2.1 温度检测模块 在温度传感器的选用上袁综合对比各类传感器
的测温精度尧使用便捷与否以及与所设计系统的契 合程度等因素袁 以确定使用最为合适的测温传感 器遥 当前使用最多的温度传感器有院热电偶温度传 感器尧 热敏电阻温度传感器尧IC 温度传感器等遥 其 中袁热电偶传感器灵敏度低袁易受环境干扰袁精度不 高袁一般不宜用于检测微小变化的温度值曰热敏电 阻传感器接线复杂袁 不易读取数值曰IC 温度传感器 连线简单袁读数方便袁此类传感器均能实现检测尧转 换和保存温度值等功能袁其众多优点是前两者所无 法比拟的袁应用非常广泛遥
半导体制冷试验设计
半导体制冷实验实验题目：半导体制冷实验 实验目的：1.掌握半导体制冷的基本原理。
2.实验设计半导体制冷系统。
3.计算制冷系数4.观察半导体制冷结露现象。
实验器材：蓄电池12V ，绝缘陶瓷片两块，铜导体（薄铜片），N 型和P 型半导体若干，导线若干，灵敏温度计，控制开关，透明胶带。
实验原理：1.帕尔帖效应当电流通过同一导体时，放出的焦耳热量与电流强度的平方成正比，而与电流流动的方向无关。
是一个可逆过程，但在一定条件下，电流通过两种不同材料的金属接触面时，热量的吸收和放出是一个不可逆过程，即当电流沿某一方向流动时，若接触点放出热量，则当电流沿反方向流动时，应吸收热量，这一效应称为帕尔帖效应。
2.半导体制冷原理半导体制冷又称热电制冷或温差电制冷，它是利用热电效应的一种制冷方法。
半导体 制冷原理如图1所示。
图1ch cT T T K -=P N冷端 热端P N P N P N图2N型材料有多余的电子，有负温差电势，P型材料电子不足，有正温差电势。
当电子从P型穿过结点到N型时，其能量必然增加，相反当电子从N型流至P型时，结点温度会升高。
把一只N型半导体元件和一只P型半导体元件联结成热电偶，接上直流电源后，在接头处就会产生温差和热量的转移。
上面的一个接头处，电流方向从N到P，温度下降并吸热，是冷端；而下面的一个接头处，电流方向从P到N，温度上升并放热，是热端。
在电流作用下，由于帕尔帖效应，热量由Tc转向Th，使Tc温度降低，成为冷端，Th温度升高，成为热端。
借助散热器等各种传热手段，使热端的热量不断散发，将冷端置于工作室中去吸热降温而形成制冷。
目前采用半导体材料锑化铋做成N型和P型热电偶，用模块的方法组成半导体制冷器件。
如图2所示，接上电流后，这个热电堆的上面是冷端，下面是热端，借助热交换器等传热手段，使热电堆的热端不断散热并保持一定的温度，把热电堆的冷端放到工作环境中去吸热降温，这就是半导体制冷的工作原理。
半导体制冷及温差发电器件专家系统设计
半导体制冷及温差发电器件专家系统设计随着热电材料的发展和相关领域的需求,越来越多利用热电材料制冷或发电的器件走进了工业生产和人们的日常生活,针对不同的需求设计合理的热电器件变得至关重要。
然而半导体制冷及温差发电系统的设计是一个非常复杂的过程,传统的设计中要处理众多的数据,计算量大,而且有些数据需要反复循环计算才能得到最佳结果。
采用计算机辅助优化设计,具有计算准确,迅速的特点,并且可以将众多数据存入数据库中,能根据设计要求自动地进行检索、计算以达到最优化设计目标。
本课题在分析和比较了当前热电器件的设计方法和经验公式的基础上研究了系统与环境,系统各部分之间的热流,把系统和环境作为一个整体,从而对系统的性能特性作出优化,建立了半导体制冷和温差发电器件优化设计的数学模型。
本软件使用VB 6.0(Microsoft Visual Basic 6.0)语言作为开发工具, ActiveX数据对象(ADO)来访问数据库。
软件不仅可以根据用户需求从国内外现有产品的数据库中挑选,提供制冷片的最优组合方案,还可以直接从热电材料出发设计热电器件。
软件包括两个子程序:半导体制冷器件设计,温差发电器件设计。
半导体制冷器件设计又包括:箱体的热负荷;半导体制冷工作参数(工作电流,工作电压,制冷效率,热端温度),制冷片的结构尺寸;散热片的结构尺寸。
温差发电器件设计了温差发电器件的工作参数。
软件从功能上划分为文件处理模块,热负荷计算模块,优化设计模块,数据库模块以及帮助模块。
在对各种优化计算方法进行比较之后,确定了适合于热电系统设计特点的计算方法。
高精度温度控制的半导体制冷系统实验研究
高精度温度控制的半导体制冷系统实验研究一、引言近年来，高精度温度控制的需求不断增加。
在许多领域，如材料科学、生物医学、电子工程等，需要对物体的温度进行精确控制和调节。
在这样的情况下，传统的制冷系统往往无法满足需求，因为它们的温度控制精度有限。
相比之下，半导体制冷系统通过利用半导体材料的特性，能够实现更高的温度控制精度。
因此，对高精度温度控制的半导体制冷系统进行实验研究具有重要意义。
二、半导体制冷原理半导体制冷是通过半导体材料的特性来实现温度控制的一种方式。
当电流通过半导体材料时，会产生热量。
利用半导体材料的PN结构，可以实现电流的传导和散热。
在制冷系统中，半导体材料的PN结构被放置在实验物体附近，利用电流通过半导体材料时产生的热量，实现对实验物体的制冷。
三、实验设计1.实验目标本实验旨在研究半导体制冷系统对高精度温度控制的适用性，并探究其温度控制精度和稳定性。
2.实验装置实验装置包括：半导体制冷器件、电源供应器、温度传感器、温控仪等。
3.实验步骤（1）装置搭建：将半导体制冷器件和温度传感器固定在实验物体附近，连接电源供应器和温控仪。
（2）温度控制参数设定：通过温控仪对半导体制冷系统进行温度设定，设定所需的目标温度。
（3）实验物体放置：将需要进行高精度温度控制的物体放置在半导体制冷器件附近。
（4）温度实时监测：使用温度传感器实时监测实验物体的温度，并将数据记录下来。
（5）温度控制效果分析：分析实验数据，探究半导体制冷系统的温度控制精度和稳定性。
四、实验结果与讨论实验结果表明，半导体制冷系统能够实现高精度的温度控制。
在实验过程中，通过温控仪设定不同的目标温度，半导体制冷系统能够迅速将实验物体的温度调整到设定的目标温度，并实现较高的稳定性。
此外，实验数据显示，半导体制冷系统的温度控制精度可以达到0.1摄氏度以下，满足高精度温度控制的要求。
五、结论本实验通过对高精度温度控制的半导体制冷系统的实验研究，结果表明半导体制冷系统能够实现高精度的温度控制。
半导体制冷温控系统的设计及误差分析
预置温度/ ℃
-5 - 10 - 15 - 20 - 25 - 30
铂电阻值/Ω
98136 96138 94132 92134 90145 88142
实际温度/ ℃
- 412 - 912 - 1415 - 1915 - 2413 - 2915
从表 1 中可看出 ,测试结果基本符合预置值 ,完全能满足 对半导体制冷器的控制要求 ,但也存在一定偏差 。测试结果普 遍比预置值偏小 ,最大偏差为 - 018 ℃. 4 系统误差分析及解决措施
触电阻的影响 ,温差电动势 α(μV/ K) 。电导率 σ、热导率 k 和
汤姆逊系数 T 参数与温度无关 ,则根据热力学分析和珀尔帖效
应 ,制冷器从热端散出的热量 Qh 应等于从冷端吸入的有热量 Qc 和外界输入的电功率 N 之和 。
制冷量 Qc 有以下公式 :
Qc =αITc -
1 2
I2 R -
为验证 温 控 电 路 的 实 际 工 作 性 能 , 对 其 进 行 了 试 验 测 试[4] 。调试过程中 ,通过预先设置制冷温度 (即可调电阻的阻 值) ,再测量铂电阻两端电压求得铂电阻的阻值即可知实际冷 端温度 。测试数据见表 1 。
表 1 制冷温度测试数据
预置电阻/Ω
98105 96109 94112 92116 90119 88122
摘要 :简要叙述了半导体制冷原理 ,介绍一种半导体制冷器温度控制系统的设计 ,给出了设计原理和电路图 。系统设 计完成后对其进行了温度试验测试 ,测试结果证实温度控制误差小于 ±018 ℃,测试结果表明 ,该控制系统完全可实现对 半导体制冷器的双向精确恒温控制 。最后对整个控制系统进行了误差分析 ,提出了解决措施 。 关键词 :半导体制冷 ;温度控制 ;误差分析 中图分类号 :TB66 文献标识码 :B 文章编号 :1002 - 1841 (2007) 01 - 0039 - 03
冷敷半导体制冷箱温控系统设计
的工 作情况 和 常规 的制冷 箱 相 比， 以 下几 方 面 有
本 设 计 方 案 中 ， ＨＴ４ Ｒ４ 用 ６ ７单 片 机 作 为 控 制 芯
１ 箱 体 ２ 显示 器 ３ 电源 控 制 器 ４ 隔 板 ５ 制 冷 传 热 板 ６ 制冷 片 ． ． ． ． ． ． ７ 散 热 片 ８ 风 扇 ９ １ ， １ 隔热 材 料 １ ． 门 １ ． 制 按 钮 ． ． ，０ １． ２压 ３控
２１ Ｏ Ｏ年 第 ３期 （ 第７ 总 ２期 ）
牡 丹 江 师 范学 院 学报 （自然科 学版 ）
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＭ ｕ ｎ ｉｎ ｒ ｌ ｎｖ ｒ ｉ ｏ ｒ ａ ｄａ ｉａ ｇ Ｎｏ ｍａ ｉｅｓｔ ｏ Ｕ ｙ
Ｎ Ｏ ３， Ｏ ０ ． ２ １ Ｔｏ ａ ｔ ｌＮ Ｏ ７ ２
较广 泛 的应 用Ⅲ ．本 研 究 开 发 了 一 种 便 携 的 、 １ ］ 降 温速 度快 、 温度 可 调 的制冷 设 备． 冷 敷 是 一 种 治 疗 手 段 ¨ ］通 过 使 毛 细 血 管 收 ２ ， ｆ ３ 缩， 减轻 局 部 充 血 ， 神 经末 梢 的敏 感 性 降低 ， 使 达 到减 轻 疼 痛 、 温退 热 、 少局 部 血 流 、 降 减 防止 炎 症 和化 脓扩 散 的 目的． 用 冰箱 降温 冷敷 用 品 （ 眼 使 如 罩、 冰袋 、 冷敷 袋 ） 在 的 问题 是 ： 用 不 方便 ， 存 使 不 卫生 ， 温度 控 制 不方 便 ， 温需 要 的时 间 长 ， 同 降 且 个 冰箱 很难 满 足 不 同物 理 疗 法 的 温 度需 求 ． 因
冷敷半导体制冷箱温控系统设计
陈 玉 强 ， 凤 举 ， 鸿雁 ， 刘 彭 李敏 君
（ 丹江师范学院 新型碳基功能与超硬材料省重点实验室 ， 龙江 牡 黑 牡 丹 江 １ ７ １ ） ５ ０ ２
基于半导体制冷片的温度控制系统的设计
基于半导体制冷片的温度控制系统的设计摘要:设计一种用于红外传感器工作温度调节控制的模块,使红外传感器在低温下工作,以提高红外传感器的探测性能。
通过以mega16芯片为核心,以半导体制冷片为制冷元件,以PID算法为基础构建了一套半导体温度调节系统[1]。
实验结果表明,半导体制冷温度控制系统能够为红外探测器提供所需的工作温度。
关键词:温度半导体制冷片PID算法温度对红外传感器有比较大的影响,当外界环境温度发生变化时,红外传感器对所测量的物理量会有较大的变动,影响其测量值的准确性[2],产生较大的外界噪声干扰,所以当进行精确测量时,将红外传感器控制在一个恒定的温度下,可以大大提高探测精度,减少误差。
1 半导体制冷器的工作原理半导体制冷也称热电制冷,是一门介于制冷技术和半导体技术边缘的学科,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。
帕尔帖效应:当电流I通过由两种不同材料组合成的闭合回路时,在材料的接头处一端会吸收热量Qp,另一端会放出热量Qp。
这种吸收或放出的热量叫做帕尔帖热,其吸热或放热由电流的方向决定,大小由公式决定。
π为帕尔帖系数,与温差电动势率有关,为组成回路两种材料的温差电动势率,T为相关接头的温度。
作为一种制冷源,半导体冷片可连续工作,不需要制冷剂,没有污染源和机械运动部件,不会产生回转效应,是一种固体元件,工作时没有噪音、震动、寿命长,安装容易。
半导体制冷片是电流换能型器件,通过控制输入电流,可实现高精度的温度控制。
热惯性小,制冷制热时间比较快,在热端散热良好冷端空载的情况下,可迅速达到最大温差。
2 温度控制系统的组成半导体温度控制系统结构框图如图1,由制冷片引起的温度变化经温度传感器传送给控制器,与设定的温度进行比较,所得的信号偏差通过PID进行调整处理,由控制器发出命令信号,通过驱动电路驱动半导体制冷片进行制热或者制冷,以达到红外传感器的工作温度环境。
3 硬件系统设计本控制系统主控单元采用的是ATMEL公司A VR系列的Atmega16单片机。
采用半导体制冷片的温控系统的设计
湖南科技大学毕业设计（论文）题目采用半导体制冷片的温控系统的设计作者方云熠学院信息与电气工程学院专业自动化学号1204020309指导教师曾照福二〇一六年五月十五日湖南科技大学毕业设计（论文）任务书信息与电气工程学院通信工程系系主任:（签名）年月日学生姓名: 方云熠学号: 1204020309专业: 自动化1 设计（论文）题目与专题：采用半导体制冷片的温控系统的设计2 学生设计（论文）时间：自2015 年10 月8 日开始至2016 年5 月25 日止3 设计（论文）所用资源和参考资料：[1] 何道清,张禾,谌海云.传感器与传感器技术:3版[M].北京:科学出版社,2014.[2] 何希才,任力颖,杨静.实用传感器接口电路实例[M].北京:中国电力出版社,2007.[3] 王南阳.单片优质语音录放集成电路应用手册[M].北京:机械工业出版社,2006.[4] 来清民.传感器与单片机接口与实例[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.期刊相关文章4 设计（论文）应完成的主要内容：(1) 半导体制冷片温控系统的方案设计；(2) 半导体制冷片温控系统的硬件设计；(3) 半导体制冷片温控系统的软件设计；(4)系统调试。
要求：能控制制冷温度为-5℃-0℃，中的任意温度，可显示、语音播报当前温度值，能将温度值存储。
5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）与要求：(1)撰写设计报告；(2)设计报告要求字数1.5万字左右，提供电子版和纸质版；(3)设计报告包括目录，中英文摘要，关键词，方案选择与确定，设计过程与参数计算，软件流程图与源程序，调试方法与步骤，小结等；(4)提供硬件电路原理图，印制电路板图，元器件清单。
6 发题时间：2015 年10 月 5 日指导教师：（签名）学生：（签名）湖南科技大学毕业设计（论文）指导人评语[主要对学生毕业设计（论文）的工作态度，研究内容与方法，工作量，文献应用，创新性，实用性，科学性，文本（图纸）规范程度，存在的不足等进行综合评价]指导人：（签名）年月日指导人评定成绩：湖南科技大学毕业设计（论文）评阅人评语[主要对学生毕业设计（论文）的文本格式、图纸规范程度，工作量，研究内容与方法，实用性与科学性，结论和存在的不足等进行综合评价]评阅人：（签名）年月日评阅人评定成绩：湖南科技大学毕业设计（论文）答辩记录日期：学生：学号：班级：题目：提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料：1 设计（论文）说明书共页2 设计（论文）图纸共页3 指导人、评阅人评语共页毕业设计（论文）答辩委员会评语：[主要对学生毕业设计（论文）的研究思路，设计（论文）质量，文本图纸规范程度和对设计（论文）的介绍，回答问题情况等进行综合评价]答辩委员会主任：（签名）委员：（签名）（签名）（签名）（签名）答辩成绩：总评成绩：摘要随着工业技术的不断发展和相关领域的需求，对于产品、设备的工作温度要求越来越苛刻，而对于微型化设备或器件的温度控制，半导体制冷器由于其无机械运动、不需要化学制冷剂、无污染、体积小且能够改变形状等优点，在微型化器件温度控制领域正扮演着越来越重要的角色。
半导体制冷片(TEC)的温度控制器设计
半导体制冷片（TEC）的温度控制器设计一、原理半导体制冷片也叫热电制冷片，其原理是Peltier效应，它既可制冷又可加热，通过改变直流电流的极性来决定在同一制冷片上实现制冷或加热，这个效果的产生就是通过热电的原理来实现的。
其实在原理上半导体制冷器只是一个热传递的工具。
其优缺点：1、不需要任何制冷剂，可连续工作。
2、半导体制冷片具有两种功能，既能制冷，又能加热，制冷效率一般不高，但制热效率很高，永远大于1。
因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和制冷系统。
3、半导体制冷片是电流换能型片件，通过输入电流的控制，可实现高精度的温度控制，再加上温度检测和控制手段，，便于组成自动控制系统。
4、半导体制冷片热惯性非常小，制冷制热时间很快，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到最大温差。
5、半导体制冷片的温差范围，从正温90℃到负温度130℃都可以实现。
二、使用说明：正确的安装、组装方法：1、制冷片一面安装散热片，一面安装导冷系统，安装表面平面度不大于0.03mm，要除去毛刺、污物。
2、制冷片与散热片和导冷块接触良好，接触面须涂有一薄层导热硅脂。
3、固定制冷片时既要使制冷片受力均匀，又要注意切勿过度，以防止瓷片压裂。
正确的使用条件：1、使用直流电源电压不得超过额定电压，电源波纹系数小于10％。
2、电流不得超过组件的额定电流。
3、制冷片正在工作时不得瞬间通反向电压(须在5分钟之后)。
4、制冷片内部不得进水。
5、制冷片周围湿度不得超过80％。
三、半导体制冷器的驱动电路设计半导体制冷片根据流过半导体的电流方向和大小来决定其工作状态的（电流的方向决定制冷或者制热，电流的大小决定制冷或者制热的程度和效果）。
为了使半导体制冷片能够自动的进行恒温控制，就必须设计好其驱动电路和控制电路。
PID控制系统是目前精度较高的技术，可以用来对半导体制冷片的电流进行控制，以实现高精度的控温效果。
（一）、总体框图：（二）、驱动电路：基于H桥的驱动电路：当设置OUT3为高、OUT4为低电平，OUT2为低、OUT1为高电平时，Q3和Q4断开，Q1和Q2导通，电流由TEC左至右；反之OUT3为低、OUT4为高电平，OUT2为高、OUT1为低电平时，Q3和Q4导通，Q1和Q2断开，电流由右至左。