基于半导体控温的冷热敷治疗仪控制系统设计
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基于半导体制冷片智能理疗仪的设计王秀芳;赵指向;张念宏;马达【期刊名称】《中国医学物理学杂志》【年(卷),期】2015(032)002【摘要】目的:设计一基于半导体制冷片温度在一定范围内可调的智能理疗仪,该仪器主要由控制器、加热制冷模块、温度测量和保护电路、水路循环系统及水敷袋等组成.方法:采用单片机PIC16F877A作为控制器,采用半导体制冷片作为加热制冷器件,采用DS18B20温度传感器测量系统温度,采用微型水泵实现水路循环,通过按键设置加热/制冷或具体温度值,用PWM波控制全桥驱动芯片驱动半导体制冷片,实现加热和制冷功能,采用PID算法实现温度的稳定控制.结果:该仪器能够通过LCD 显示设置温度和时间温度,能够采用按键设置温度,能够实现温度的加热或制冷调节,温度调节范围为-5℃~55℃,方案简洁实用,体积小巧,方便携带.结论:该仪器可用于颈椎病、关节炎等多种慢性疾病的辅助治疗,也可用于运动伤害的辅助治疗,可以家用亦可以在医院使用,前景广阔.【总页数】3页(P262-264)【作者】王秀芳;赵指向;张念宏;马达【作者单位】上海理工大学,上海200093;上海理工大学,上海200093;上海理工大学,上海200093;上海理工大学,上海200093【正文语种】中文【中图分类】TP29【相关文献】1.基于C8051F020的智能理疗仪系统设计 [J], 周志梁;杨本全;陈钊;郁吉丽2.一种基于新型单片机的智能理疗仪的研制 [J], 王松;赵辉;褚文胜3.眼睛理疗仪智能控制器设计 [J], 魏明4.基于半导体制冷片的新型智能水冷坐垫设计 [J], 沈晔超;杨浩;王亮5.基于半导体制冷片的风电机组蓄电池箱温控系统设计研究 [J], 李强强;王德海;王晓莉;李贵强;霍春元因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
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。
系
系主任
批准日期
毕业设计(论文)任务书
精密仪器工程系光信息科学与技术专业光信071 班学生魏双宏
一、毕业设计(论文课题半导体激光器温度控制系统设计
二、毕业设计(论文工作自 2011 年 2 月 28 日起至 2011 年 6 月 26 日止
三、毕业设计(论文进行地点西安理工大学
四、毕业设计(论文的内容要求
毕业设计的主要内容有以下几点:
1、查阅文献,了解半导体激光器(LD)的组成,了解温度对LD输出特性的影响;
2、进行LD温度控制系统的方案设计及可行性研究;
3、查阅资料,掌握半导体制冷硅的工作原理;
4、设计系统的硬件部分;
硬件系统主要包括温度检测电路设计、单片机接口电路设计、TEC驱动电路设计等;
5、设计系统的软件部分;
6、对系统的软硬件进行调试,并解决调试中出现的问题
7、最终完成温度闭环控制。
要求:控温范围:20℃~30℃,稳定度:0.1℃。
8、英文翻译。
与课题有关的英文资料,不少于3000 字。
要求:
1、第四周完成开提报告,主要论证所设计的方案;
2、文献综述不少于5000字;
3、参考文献不少于15篇,其中英文文献不少于3篇。
负责指导教师
指导教师
接受设计论文任务开始执行日期
学生签名。
软件设计说明书目录摘要 (3)1详细设计 (3)1 .1软件简述 (3)1 .2软件功能描述 (3)1 .3温度检测及显示模块设计 (5)1 .4热释电红外传感模块 (7)1 .5GSM短信报警模块 (8)1 .6PWM脉冲发射控制 ................................................................... 错误!未定义书签。
2编程协定 (12)2 .1操作系统 (12)2 .2调试工具 (12)2 .3编译链接工具 (12)摘要在临床医学上,往往需要对患者的全身或局部进行物理降温或升温治疗。
物理降温治疗中较为常见的是被广泛应用在神经外科、ICU、神经内科等临床科室的亚低温治疗;国际上将人体低温划分成三个范围,分别是:轻度低温(33~35℃),中度低温(17~27℃),超深低温(2~16℃),其中将轻中度低温(28~35℃)统称为亚低温[11。
研究发现,由于外部温度对脑组织细胞中与能量代谢相关的酶促反应的影响比较明显,在亚低温状态时酶促反应变慢,其能量代谢能够较正常状态减弱60%,使得脑组织能更好的耐受血氧不足的状态,这一特点使得亚低温治疗方法在治疗中重型颅脑损伤等方面有着先天优势,大量的临床应用也表明亚低温治疗脑组织损伤患者成功率更高,且尚未发现有严重的并发症发生,具有令人满意的安全性,目前国内外将亚低温治疗应用在重型和特重型颅脑损伤患者、广泛性脑挫裂伤脑水肿、原发性和继发性脑干伤、难以控制的颅内高压、中枢性高热与各种原因导致的心跳骤停等临床病症。
物理升温治疗主要应用在医疗手术及康复治疗过程中,临床研究表明,手术中或手术后会有较大的可能出现体温过低的现象,引起如心律失常、呼吸系统损坏、肾功能衰竭等并发症,对于全身麻醉时间较长的手术,需要做好相应的保温或升温措施以保证手术过程中患者的体温正常。
以往在对病人进行物理降温时常采用温水、酒精擦浴,冰袋冷敷等方式,虽然操作简单,迅速达到显著的降温效果,但是其温度控制困难,难以维持,而且需要定时更换,加重医护人员的工作量危险。
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。