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基于半导体制冷器的微机温控显微系统徐晓斌刘长敏陈照章黄永红（江苏大学电气信息工程学院，212013，镇江）A microscope system with computer-controlled temperature based on thermal electrical coolerXu Xiaobin Liu Changmin Chen Zhaozhang Huang Yonghong( School of Electronics and Information Engineering, Jiangshu University, Zhenjiang 212013, China)摘要：本文介绍了一种精密温控显微系统，利用半导体制冷器进行降温、升温和恒温控制。
该系统使用PC 机作为控制平台，采用自整定PID算法，调节输出PWM波的占空比来控制半导体制冷器的输出功率。
人机界面友好，控制精度高，温度范围-20 o C～60 o C，温控精度可达±0.1o C。
关键词：温度控制 半导体制冷器 自整定PID算法 PWMAbstract: A precise temperature control system for microscope is provided in this paper. The system is made up of semiconductor cooler (TEC, thermal electrical cooler) which is controlled by a PC with PID arithmetic. And use the duty ratio of PWM to control the output power of TEC. Temperature range reaches -20 o C～60 o C and the error of the temperature controlled is±0.1o C.Keywords: temperature control semiconductor cooler self-setting PID arithmetic PWM中图分类号：TP273.24 ，TB663 文献标识码：A1 引言随着低温生物学、低温超导技术和低温光电子技术的发展，要求有能够提供低温环境的显微镜，观察样品在低温下的各种现象，如细胞内外冰晶的形成、细胞外形尺寸的变化，帮助探究某些材料的低温特性，也可为生物材料的低温保存提供依据。
基于单片机的半导体制冷智能控制随着科技的发展，半导体制冷技术日益受到人们的关注和应用。
基于单片机的半导体制冷智能控制技术，是一种较为先进的电子控制技术。
下面，我将就该技术进行详细的介绍。
一、半导体制冷技术的基本原理半导体制冷技术是一种利用固体电子器件进行低温制冷的方法。
其基本原理是通过特定的材料和电流传输的方式，使局部材料温度下降，达到制冷的作用。
二、基于单片机的半导体制冷智能控制技术基于单片机的半导体制冷智能控制技术，是将单片机作为控制核心，通过程序控制半导体制冷器件工作的一种电子控制技术。
其主要特点包括：（1）智能化：利用单片机的程序控制技术，实现对制冷器件的精细控制，提高制冷效果。
（2）高效性：半导体制冷技术具有高效、低耗、噪音小等特点，在工业和生活中的应用前景广阔。
（3）稳定性：通过单片机的精细控制，提高了系统的稳定性和可靠性。
三、基于单片机的半导体制冷智能控制系统的设计方案基于单片机的半导体制冷智能控制系统可以分为硬件和软件两部分。
其中，硬件包括单片机主控板、半导体制冷器件、温度传感器、液晶显示屏等组成；软件则是利用单片机开发板进行编程设计，实现对半导体制冷器件的控制。
具体设计方案如下：（1）硬件部分：1.单片机主控板：采用STM32F103ZET6单片机核心板。
2.半导体制冷器件：采用TEC1-12706制冷片。
3.温度传感器：采用DS18B20数字温度传感器。
4.液晶显示屏：采用1602液晶显示屏，用于显示实时温度。
（2）软件部分：1.程序设计：采用Keil5编程，利用C语言进行编程设计。
2.软件设计功能：实现对制冷器件实时控制，同时获取实时温度，并通过液晶显示屏进行显示。
四、基于单片机的半导体制冷智能控制系统的应用基于单片机的半导体制冷智能控制系统的应用非常广泛，主要应用于以下几个方面：（1）食品加工领域：通过制冷器件，实现对食品进行冷藏、冷冻等过程的控制。
（2）医疗器械领域：通过制冷器件，实现对医疗器械进行低温保存。
半导体制冷片温控器
图1 控制器实物图
一特性描述
TEC-10A是一款高功率密度的TEC温度控制器，额定工作负载5A，峰值电流可达10A。
此温度控制器可以连接专用调试器来进行参数的调节，参数调节完毕并保存后，撤去调试器，此温度控制器仍可以独立工作。
可以通过专用RS232调试线和电脑进行通讯，以进行参数设置和温度监视，以及进行温度程控。
性价比高，体积小安装省体积，无大电流脉冲工作，使得TEC工作寿命比普通开关工作时的寿命大大提高等优点。
二控制器指标
输入：DC12V
输出：近-12V到近+12V
额定电流：5A
控制温度范围：-55°~125°
控制器主板尺寸：64mm*40mm
定位孔尺寸：M3
三接线图
图3 TEC-10A应用接线图
这款温度控制模块可以制冷、加热两种功能，充分使用了TEC的全部特性。
广泛应用于实验、测试、生命、光电、材料、检测等领域，体积小，可靠性高。
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。
LD
基于半导体制冷片（TEC）的温度控制器
一、原理
半导体制冷片也叫热电制冷片，其原理是Pelti
er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。
通过单片机PID控制设置OUT1或者OUT4的PWM占空比，控制Q1或者Q4的导通时间来控制TEC的工作时间，从而达到控温的效果。
