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半导体致冷器的研制样本
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本设计包含内容：源代码+毕业论文
论文大概：
半导体致冷器的研制
[论文摘要]
本文主要介绍了一种利用碲化铋半导体制冷片作为制冷材料的大范围精密恒温器的研制过程和一些详细的设计细节,结合单片机技术设计开发电路,利用作铂电阻为环境温度探测器,利用LM331压频转换,利用X25045实现UP监控+串行EEPROM两种功能,利用单片机AT89C52作为电控单元组成电控电路。将单片机内的频率f与所测温度t的关系近似为线性关系,同时在单片机存储修正值,通过查表的方式简化单片机的运算,提高速度,采用C51语言开发单片机程序。采用D/A转换的方法,利用实测温度与系统要求温度的差值可精密控制外部电路的制冷或加热功率。
另外针对一些器件的性质进行了一些研究并在元器件的选择上做了详细的说明。在文章中还详细介绍了一些系统的结构的设计以及工程上需要解决的问题以及一些较好的甚至是探索性的方法,而且应用了比较多的辅助设计软件如：Protel,
Orcad,单片机仿真系统等,在结构设计上我们应用了Autocad软件等,所有的资料都附在附录上以便使用时查阅。
该仪器控温范围为-20～100℃,精度可以达到0.05℃,有进一步提高的余地,最高可达0.05℃,是科研实验的理想仪器。
关键词：半导体制冷片,铂电阻, X25045,单片机AT89C52 D/A转换
DAC0832,线性修正
[ABSTRACT]
The domino effect of semiconductor hotspot
refrigeration is used And impose silicon-germanium semiconductor as
material.
The relation between the difference of temperature
between bisections and electric current passing is tested. The
working area is confirmed As a base of the need of practical use ,
hydrogenation electro circuit of nickel-cauterize is used as a
addition of semiconductor refrigeration. Using SCM’s
intellectualized choosing function, it can choice parallelism
electro circuit as to different temperature area. It can enlarge the
temperature area to be controlled greatedly.
Platinum resistance
is used as the detector of circumstance temperature. LM331 is used
to realize voltage-frequency diversion, X25045 is used to realize UP
watch , watch dog and Linear EEPROM. SCM AT89C52 is used as
electrical control Cell. These make up the electric
control electro circuit.
Liberalize appreciatively the
relation of SCM’s f-and the temperature measured. The modified
figures are memorized in SCM,the operation of SCM can be predigested
in the way of searching.
In the way of D/A conversion, using the
difference between the temperature tested and the one of system
required, the power of exterior electro circuit can be
controlled.
Making full use of SCM, we can control the whole
electro circuit by programmer. And the temperatures can be showed
real-time.
Key Words: semiconductor hotspot refrigeration, Platinum
resistance,
voltage-frequency diversion, X25045,SCM, D/A
conversion, DAC0832
目录
一、 摘要 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••
二、
引言 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••
三、 技术要求
•••••••••••••••••••••••••••••••••••
四、系统实现的物理基础及电路原理•••••••••••••
五、软件设计•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••
六、系统调试步骤及有关解决措施•••••••••••••••••••••
七、参考书目•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••
附件一、修正值▲－f对应表
附件二、程序
半导体致冷器的研制
一、引言
在实验室上有些致冷控温装置是通过控制在液氮中的深度来获得低的恒温,有一个巨大的缺点：利用压缩氮气制冷制冷范围主要在零度以下之间,制冷覆盖范围较低,并且较难控制；不能实现智能控制,不能满足在实验室科研方面的精确要求.在实验室里的应用价值不是很大。
鉴于现在温控器材的市场情况以及实验科研的要求我们采用半导体制冷片作为制冷材料。
当直流电通过具有热电转换特性的导体组成的回路时具有的制冷功能称为热点制冷。而半导体是热电制冷的一种,60年代初发展起来的半导体制冷又称热点制冷,是利用半导体材料作为制冷材料的制冷技术,通过对半导体材料制成的PN结通与一定的直流电使得两端产生对应的温度差从而达到使冷端迅速降温的目的,从根本上解决传统制冷方法存在的问题。
半导体制冷效应主要是珀尔帖效应（Peltier
effect）的应用,即通上电源之後,冷端的热量被移到热端,导致冷端温度降低,热端温度升高。
由于直流电流不同其温度差随之不同控制通过半导体直流电的通断与大小的电路的设计就变得尤为重要了,本设计就是利用了半导体的电热制冷效应并对其电控电路进行设计以达到测温与控温同时实现,且电路功率等也达到控制的要求。
在该控温电路中我们主要是利用铂电阻作为系统温度探测器,利用X25045实现UP监控+看门狗+串行EEPROM三种功能,单片机AT89C52作为电控单元组成电控电路,并且还根据铂电阻测得的实际温度控制制冷或加热。
另外,由于铂电阻的电阻与温度的关系是非线性关系,由于单片机计算的需要,必须对其进行线性化和修正。在传统的电路设计中,都是在近似该非线性的具体表达式后,在电路中通过一些电路设计技巧来对其进行线性化,而本设计中主要是通过在单片机内查表的方法,该方法的一个突出的优点是可以不用具体设定铂电阻的电阻与温度的关系。所以该方法是可以修正任何铂电阻的电阻与温度的关系：无论是二次性的,还是其他的关系。
该系统的主要优点是:体积小,无噪音不需制冷剂,精度高,衡温范围大,智能化,性能稳定可靠,无污染,制冷材料为固体材料克服了液体、气体制冷材料的缺点,没有复杂的结构,使用方面,特别适应于实验室科研工作使用。
二、温控器的技术要求
1． 采用半导体制冷片制冷,并能够进行精确的控制。
2． 准确测量恒温腔温度,要求测量精度为
并且实时显示。
3． 用户可以设定目标温度,而且在液晶显示屏上显示,保存目标温度防止突然掉电等原因造成数字丢失。
4． 单片机精确控制制冷－制热设备的输入功率,合理处理温度变化的延迟,实现恒温腔温度与设定温度一致。
5． 提供的恒温范围为：
6． 恒温下可以对多种样品进行测试。
三、系统实现的物理基础及电路原理
（一）、半导体制冷片的制冷原理
半导体可以分为P型和N型半导体。N型半导体的传导粒子是自由电子；P型半导体的传导粒子是空穴。空穴呈正电性,在电场作用下运动方向跟电子相反。
半导体制冷片的结构如图2所示,由N型和P型构成了一对对半导体热电偶,许多半导体热电偶依次排列构成一个阵列,NP之间一般用铜、铝金属相连,构成一个完整的线路,最外边用陶瓷片夹起来,起到保护内部电路和导热的作用。
制冷基本原理简图如图3所示,电流通过热电偶它们时,会在两个结的接触面上发生热电效应,其中主要有5种效应：珀尔帖效应,焦耳效应,傅立叶效应,赛贝克效应和汤姆逊效应。半导体制冷主要是珀尔帖效应（Peltier
effect）的应用。
N型半导体材料有多余的自由电子,有负温差电势。P型材料有多余的空穴（即自由电子不足）,具有正温差电势。当电子从P型材料穿过结点至N型材料时,能量必然增加,而增加的能量来自节点,从而使得节点处的温度降低。相反,当电子从N型材料流向P型材料时,结点的温度就要升高。当有电流通过的时候,热电偶的两端就要保持一定的温差,这就是半导体制冷的基本原理。实验证明,在温差电路中,引入第三种材料（连接片和导线）不会改变电路的特性。所以,我们可以通过金属片和导线连通半导体热电偶。
（二）、半导体制冷片的测试和方案的确定
当前半导体制冷片的应用还没有普及,生产上也没有统一的标准,不同厂家生产的半导体制冷片的制冷和制冷效率也都各不相同,所以在使用半导体制冷片之前,我们对它们进行了细致的测试,并且通过测试的结果确定制作方案。我们的采用的是江苏杭州建华半导体制冷有限公司生产的TEC1-12708T125半导体制冷片。
实验环境：
电源：JWY-30G型电流源。
温度计：自制定标好的康铜热电偶,每度输出电势差为31.55μV。
冷却：热端用流动的水冷却,冷端在空气中。
其他用具：数字万用表、秒表
1． 单片制冷片测试
表一列出每一个电流值通电至稳定（热电偶输出电压变化稳定）状态得到的温差和制冷片的两端电压。
表一：单制冷片稳定状态下电流和温差的关系和制冷片的两端电压：
I/A 0.0 2.5 5.0 7.5
ΔT/oC 0.0 30.6 45.0 49.5
U/V 0.0 6.9 12.0 15.4
从实验数据说明,对于TEC1－12708T125半导体制冷片来说,当
时,制冷效率降低。选择 作为制冷片的工作电流是比较合适的。