智能冰箱開(kāi)題報(bào)告文檔

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題匯報(bào)題目名稱(chēng)：基于半導(dǎo)體制冷的電子冰箱設(shè)計(jì)院系名稱(chēng)：中原工學(xué)院電子信息學(xué)院班級(jí)：電氣103學(xué)號(hào)：00474327學(xué)生姓名：李慶指導(dǎo)教師：溫盛軍2月目錄1課題研究的目的、意義及發(fā)展概述 21.1課題研究的目的 21.2課題研究的意義 21.3發(fā)展概況 22課題研究的內(nèi)容及設(shè)計(jì)方案 32.1半導(dǎo)體制冷器工作原理 32.2系統(tǒng)總體方案 42.3方案選擇 52.3.1控制系統(tǒng)方案選擇 52.3.2微處理器 62.3.3顯示部分 72.3.4鍵盤(pán)部分 82.3.5上位機(jī)通信 82.3.6珀?duì)栙N驅(qū)動(dòng)部分 92.3.7溫度測(cè)量部分 92.3.8網(wǎng)絡(luò)通信模塊部分 102.3.9半導(dǎo)體制冷器珀?duì)栙N選擇 103軟件模塊設(shè)計(jì) 103.1編程語(yǔ)言的選擇 103.2軟件模塊設(shè)計(jì) 114進(jìn)度時(shí)間安排 135參照文獻(xiàn) 131課題研究的目的、意義及發(fā)展概述1.1課題研究的目的冷凍儲(chǔ)備為人們所熟知,給食品的保鮮帶來(lái)一定的好處。但老式的冷凍儲(chǔ)備有其缺陷,即冷藏后產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)流失,形狀、色澤、氣味均有變化,且不能復(fù)原,并且老式的制冷裝置制冷所需時(shí)間長(zhǎng)。為了處理上述冰箱儲(chǔ)備存在的缺陷,常采用加緊冷卻速度的措施。此措施能延長(zhǎng)食品的寄存期,提高食品的保鮮度和產(chǎn)品的儲(chǔ)備質(zhì)量。既有冰箱使用的氟制昂冷劑,存在著污染問(wèn)題。伴隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,國(guó)內(nèi)外學(xué)者都在尋求氟利昂的替代品,其中無(wú)氟冰箱早已出現(xiàn),但它們?nèi)杂芯窒扌灾?因而就要尋找另一種新的制冷源。經(jīng)研究,運(yùn)用帕爾貼效應(yīng)的(熱電)半導(dǎo)體制冷器件來(lái)克服污染問(wèn)題。半導(dǎo)體制冷是一種運(yùn)用帕爾帖效應(yīng)的溫度控制措施，它具有體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、無(wú)噪音、無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)、加熱制冷靈活迅速、溫控精度高、不需制冷劑，對(duì)環(huán)境無(wú)污染等長(zhǎng)處。基于半導(dǎo)體制冷的電子冰箱設(shè)計(jì)采用半導(dǎo)體帕爾帖作為溫控執(zhí)行器，并且通過(guò)控制通過(guò)珀?duì)栙N元件的電流大小可以十分以便靈活迅速的控制冰箱內(nèi)的溫度。并且通過(guò)微控制器的作用控制可以到達(dá)精確溫度控制的效果。對(duì)老式冰箱進(jìn)行了改革,使其能滿足現(xiàn)代生活需要,減少對(duì)環(huán)境污染。1.2課題研究的意義溫度控制技術(shù)是一種非常重要的和常用工業(yè)技術(shù)。老式的溫度控制技術(shù)中，制冷根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)所的不一樣可以采用風(fēng)冷、水冷和壓縮式制冷。在某些特定的場(chǎng)所中，溫控系統(tǒng)往往需要體積小，重量輕，加熱制冷反應(yīng)靈活迅速且易于控制，這時(shí)采用一般溫控措施顯得很不以便；而采用熱電制冷器帕爾帖作為控溫執(zhí)行器的半導(dǎo)體冰箱可以通過(guò)變化流過(guò)制冷器的電流方向?qū)崿F(xiàn)加熱和制冷的轉(zhuǎn)換，并且通過(guò)控制電流大小可以十分以便靈活迅速的控制溫度。從而實(shí)現(xiàn)精確控制溫度的目的。體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、無(wú)噪音、無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)處可以極大的滿足現(xiàn)代人對(duì)生活中食品保鮮的需要.再通過(guò)觸摸屏、紅外遙控、網(wǎng)絡(luò)通信等豐富的人機(jī)人機(jī)交互方式，極大的豐富和以便人們的生活。1.3發(fā)展概況1834年法國(guó)科學(xué)家帕爾帖發(fā)現(xiàn)了熱電制冷和制熱現(xiàn)象——即金屬溫差電效應(yīng)或帕爾帖效應(yīng)。本世紀(jì)50年代末期，伴隨半導(dǎo)體材料技術(shù)的大力發(fā)展，處理了初期系統(tǒng)制冷效率低的問(wèn)題。尤其是美、英、日等國(guó)在這一領(lǐng)域做了大量研究，60年代末熱電制冷即已到達(dá)實(shí)用化階段。半導(dǎo)體制冷技術(shù)在國(guó)外已廣泛地應(yīng)用于低溫生物學(xué)、超導(dǎo)技術(shù)、低溫外科學(xué)、低溫電子學(xué)、通訊技術(shù)、紅外技術(shù)、激光技術(shù)以及空間技術(shù)等領(lǐng)域。伴隨技術(shù)的不停進(jìn)步，半導(dǎo)體制冷技術(shù)已開(kāi)始廣泛地應(yīng)用于家庭用的電冰箱，空調(diào)及其他某些制冷設(shè)備。半導(dǎo)體制冷技術(shù)首先應(yīng)用于高科技領(lǐng)域和軍事領(lǐng)域，重要用于對(duì)紅外探測(cè)器、激光器和光電倍增管等光電器件的制冷。在夜視機(jī)載跟蹤系統(tǒng)、夜間跟蹤器和夜間觀測(cè)裝置上所用的硫化鉛、硒化鉛光電導(dǎo)型和光伏型HgCdTe等單元都可用半導(dǎo)體制冷器冷卻到190K~270K或更低的工作溫度。在超導(dǎo)技術(shù)核潛艇上作為低溫冷源，是核燃料系統(tǒng)最佳的小型電源。前蘇聯(lián)早在50年代，就開(kāi)始研制約10L的冰箱。目前，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上也出現(xiàn)一種冷暖兩用箱的產(chǎn)品，它通過(guò)采用12T對(duì)偶構(gòu)成的制冷器，在一般的環(huán)境下，冷熱面的溫差不小于50℃，當(dāng)有效容積為9~12L時(shí)，最低溫度可達(dá)-5℃。環(huán)境試驗(yàn)用的半導(dǎo)體低溫試驗(yàn)箱，可用于集成電路半導(dǎo)體器件，無(wú)線電元件和金屬與非金屬材料的低溫試驗(yàn)。采用水冷的一級(jí)溫度制冷器時(shí)工作溫度范圍是-10℃～+50℃，有效容積8L；采用二級(jí)制冷時(shí)，工作溫度范圍可以到達(dá)-20℃～+50℃，有效容積為6L。半導(dǎo)體光刻用恒溫槽；水循環(huán)恒溫器，最低溫度可達(dá)-20二十世紀(jì)七十年代，我國(guó)開(kāi)始研究并研制半導(dǎo)體制冷器件，80年代末期進(jìn)入應(yīng)用產(chǎn)品的研制階段，產(chǎn)品重要為小型冷藏箱，其外形與內(nèi)部構(gòu)造重要模仿國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品。90年代開(kāi)發(fā)出實(shí)用價(jià)值廣泛的民用便攜式冷藏箱，高下溫測(cè)試設(shè)備、日化品專(zhuān)用冷藏箱以及半導(dǎo)體去濕系列產(chǎn)品。這些產(chǎn)品價(jià)格低廉，耗電量小，安全可靠”…[8]。我國(guó)的半導(dǎo)體制冷技術(shù)的研究雖然有了一定程度的發(fā)展，但大多應(yīng)用在家用電器場(chǎng)所沒(méi)有很好地將其與自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等先進(jìn)科技相結(jié)合。因此。結(jié)合自動(dòng)控制原理和微處理器的基于半導(dǎo)體制冷的電子冰箱設(shè)計(jì)就尤為必要。2課題研究的內(nèi)容及設(shè)計(jì)方案2.1半導(dǎo)體制冷器工作原理相比于老式蒸汽壓縮式制冷，半導(dǎo)體制冷技術(shù)具有諸多長(zhǎng)處，它是一種固半導(dǎo)體制冷（Thermoelectriccooler，簡(jiǎn)寫(xiě)TEC）也稱(chēng)溫差電制冷，其原理重要是運(yùn)用了帕爾帖元件的帕爾帖效應(yīng)。帕爾帖效應(yīng)：當(dāng)電流I通過(guò)由兩種不一樣材料組合成的閉合回路時(shí)，在材料的接頭處一端會(huì)吸取熱量，另一端會(huì)放出熱量。這種吸取或放出的熱量叫做帕爾帖熱，其大小由公式2-1決定[6]，吸熱或放熱由電流的方向決定。=π*I(2-1)其中π為帕爾帖系數(shù)，與溫差電動(dòng)勢(shì)率有關(guān)，π=（）*T，為構(gòu)成回路兩種材料的溫差電動(dòng)勢(shì)率，T為有關(guān)接頭的溫度。實(shí)際上，帕爾帖元件在工作時(shí)除了產(chǎn)生帕爾帖效應(yīng)外，還會(huì)產(chǎn)生四種效應(yīng)，即：賽貝克效應(yīng)、焦耳效應(yīng)、湯姆遜效應(yīng)和傅立葉效應(yīng)。因此，帕爾帖元件的制冷量應(yīng)當(dāng)是這五種效應(yīng)混合作用的成果。在這五種效應(yīng)中，湯姆遜效應(yīng)和傅立葉效應(yīng)的影響比較微弱，可以忽視不計(jì)。在這里我們只考慮爾帖效應(yīng)、焦耳效應(yīng)，此外尚有熱傳導(dǎo)的影響。使用半導(dǎo)體制冷器進(jìn)行溫度控制，只需控制流過(guò)半導(dǎo)體制冷器的電流。變化電流方向可以實(shí)現(xiàn)加熱和制冷的轉(zhuǎn)換；變化電流的大小可以調(diào)整吸取或放出熱量的大小。半導(dǎo)體制冷器的制冷量受環(huán)境溫度影響。在不一樣環(huán)境溫度條件下同一種半導(dǎo)體制冷器所能到達(dá)的溫控下限不一樣樣.焦耳效應(yīng)和熱傳導(dǎo)影響了半導(dǎo)體制冷器的制冷效果。當(dāng)半導(dǎo)體制冷器處在制冷狀態(tài)時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行散熱，減少焦耳效應(yīng)和熱傳導(dǎo)對(duì)半導(dǎo)體制冷器制冷效果的影響[6]。2.2系統(tǒng)總體方案控制器的設(shè)計(jì)從功能、硬件、軟件、工作過(guò)程等方面描述一種以微控制器作為控制關(guān)鍵的冷熱溫度控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)由單片機(jī)、溫度傳感器、半導(dǎo)體器件珀?duì)栙N、觸摸屏顯示、紅外遙控、網(wǎng)絡(luò)通訊電路、電源電路等構(gòu)成，其構(gòu)成框圖如圖1-1，控制系統(tǒng)構(gòu)成如圖1-2.STM32微控制器網(wǎng)絡(luò)通信STM32微控制器網(wǎng)絡(luò)通信上位機(jī)通信紅外遙控觸摸屏驅(qū)動(dòng)電路電源模塊溫度傳感器2溫度傳感器1圖1-1系統(tǒng)構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)AD轉(zhuǎn)換單片機(jī)系統(tǒng)AD轉(zhuǎn)換隔離驅(qū)動(dòng)溫度傳感器執(zhí)行器圖1-2控制系統(tǒng)構(gòu)成2.3方案選擇2.3.1控制系統(tǒng)方案選擇1方案一控制系統(tǒng)可以分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)兩大類(lèi)。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中沒(méi)有測(cè)量元件，不使用反饋信號(hào)，系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的長(zhǎng)處是系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)樸，輕易調(diào)試。不過(guò)當(dāng)工作環(huán)境和系統(tǒng)自身的元部件性能參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的被控量會(huì)受到較大影響，即抗干擾能力差。一般說(shuō)，高精度的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)規(guī)定所有的元部件均有較高的精度和很穩(wěn)定的性能。即開(kāi)環(huán)控制對(duì)環(huán)境和元件的規(guī)定都比較嚴(yán)格。圖2-1開(kāi)環(huán)控制方案2方案二閉環(huán)控制系統(tǒng)輸出信號(hào)不僅受到輸入信號(hào)的控制，并且還受到與輸出信號(hào)成比例的反饋信號(hào)的控制。系統(tǒng)框圖如圖2-2所示。閉環(huán)控制系統(tǒng)自身能檢測(cè)出被控量的設(shè)定值與真實(shí)值之差，實(shí)際上是用偏差量去減小和消除偏差，因此抗干擾能力強(qiáng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)可以明顯減弱某些元件參數(shù)和控制象自身的參數(shù)變化對(duì)被控量的不利影響，因此對(duì)這些部件規(guī)定不是很?chē)?yán)格。本文選用此構(gòu)造。不過(guò)閉環(huán)控制系統(tǒng)構(gòu)造復(fù)雜，設(shè)計(jì)和調(diào)試技術(shù)也比較復(fù)雜，有也許會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定。圖2-2閉環(huán)控制方案系統(tǒng)以冰箱內(nèi)溫度為被控量，通過(guò)變化制冷片的輸入電壓，進(jìn)而變化流入制冷片的電流，從而控制溫度。而對(duì)于這樣的被控對(duì)象，其模型具有非線性的特點(diǎn)，且輕易在控制量及被控量自身的影響下發(fā)生變化。這就規(guī)定系統(tǒng)采用的控制算法合用于非線性對(duì)象，能消除因被控對(duì)象模型變化帶來(lái)的影響。半導(dǎo)體電子制冷冰箱的溫度控制為了得到較高的控制精度采用閉環(huán)控制。系統(tǒng)輸入r(t)與系統(tǒng)輸出y(t)比較后形成偏差e(t)，e(t)經(jīng)采樣-保持器及模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量e(kT)，輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制器的運(yùn)算規(guī)律，得到離散的控制量u(kT)，再經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換及保持器轉(zhuǎn)換為持續(xù)控制量u(t)，作用到持續(xù)的被控對(duì)象上，以控制被控對(duì)象的輸出y(t)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)被控對(duì)象施加階躍輸入，測(cè)繪出對(duì)象輸出量隨時(shí)間變化的響應(yīng)曲線。由響應(yīng)曲線的成果分析，采用兩點(diǎn)法，確定山被控對(duì)象的傳遞函數(shù)。為簡(jiǎn)化模型，建立線性模型，控制算法采用PID算法，PID控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值r(t)與實(shí)際輸出值c(t)構(gòu)成控制偏差。將偏差的比例、積分、微分通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)一般由三部分構(gòu)成：溫度傳感器、溫度控制器和溫度調(diào)整器。溫度傳感器采集受控對(duì)象的溫度，溫度控制器根據(jù)采集的溫度和預(yù)期要到達(dá)的溫度。2.3.2微處理器1方案一采用TI企業(yè)的MSP430F149單片機(jī)。MSP430單片機(jī)是TI企業(yè)推出的一種新型單片機(jī)系列，其重要特點(diǎn)是：超低功耗、16位指令、內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器、串行通信接口、硬件乘法器、高抗干擾能力等。因此，MSP430單片機(jī)尤其適合應(yīng)用在智能儀表、防盜系統(tǒng)、智能家電、電池供電便攜式設(shè)備等產(chǎn)品之中。其性能特點(diǎn)如下：低工作電壓（1.8~3.6V）；超低功耗（工作模式4下耗電僅為0.1μA）；16位精簡(jiǎn)指令構(gòu)造（RISC）；150ns指令周期；片內(nèi)有JTAG調(diào)試接口和FLASH型存儲(chǔ)器，可在線串行編程；開(kāi)發(fā)環(huán)境十分以便高效，支持C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言。低電壓、超低功耗。正常工作模式280μA@1MHz，2.2V，待機(jī)模式1.6μA，RAM數(shù)據(jù)保留的掉電模式下0.1μA。五級(jí)節(jié)電模式。迅速清醒，從待機(jī)模式下恢復(fù)工作，只需要不到6μS時(shí)間。12位ADC，具有內(nèi)部參照電壓源，并且具有采樣、保持、自動(dòng)掃描等功能。具有12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以得到很高的精度，并且省去了使用專(zhuān)門(mén)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器給設(shè)計(jì)電路板帶來(lái)的麻煩。2個(gè)16位計(jì)數(shù)器。具有捕捉、門(mén)限功能。具有片內(nèi)比較器。支持ISP（在系統(tǒng)編程），以便開(kāi)發(fā)和項(xiàng)目升級(jí)。支持序列號(hào)，熔絲位燒寫(xiě)。以便簡(jiǎn)樸。雙串口支持[1]。2方案二STM32F系列中低端的32位ARM微控制器，該系列芯片是意法半導(dǎo)體（ST）企業(yè)出品，其內(nèi)核是Cortex-M3。該系列芯片按片內(nèi)Flash的大小可分為三大類(lèi)：小容量（16K和32K）、中容量（64K和128K）、大容量（256K、384K和512K）。芯片集成有USB，CAN，最多8個(gè)定期器，2個(gè)ADC，SPI，I2C，USB，UART等多種功能。STM32F103x8和STM32F103xB增強(qiáng)型系列使用高性能的ARM?

Cortex?-M3

32位的RISC內(nèi)核，工作頻率為72MHz，內(nèi)置高速存儲(chǔ)器(高達(dá)128K字節(jié)的閃存和20K字節(jié)的SRAM)，豐富的增強(qiáng)I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設(shè)。所有型號(hào)的器件都包括2個(gè)12位的ADC、3個(gè)通用16位定期器和1個(gè)PWM定期器，還包括原則和先進(jìn)的通信接口：多達(dá)2個(gè)I2C接口和SPI接口、3個(gè)USART接口、一種USB接口和一種CAN接口。

STM32F103xx中等容量增強(qiáng)型系列產(chǎn)品供電電壓為2.0V至3.6V，包括-40°C至+85°C溫度范圍和-40°C至+3微處理器方案選擇綜合MSP430和STM32的資源和性能比較，STM32的比較豐富內(nèi)設(shè)資源和迅速的運(yùn)行速度是本系統(tǒng)的最佳選擇。2.3.3顯示部分 該系統(tǒng)設(shè)置觸摸屏進(jìn)行顯示和有關(guān)的狀態(tài)值設(shè)定，可顯示時(shí)間、溫度值、設(shè)定值。一般液晶所用的觸摸屏，最多的就是電阻式觸摸屏。TFTLCD觸摸屏不僅可以顯示高質(zhì)量彩色圖像，也可以作為微處理器輸入設(shè)備。電阻式觸摸屏運(yùn)用壓力感應(yīng)進(jìn)行控制。電阻觸摸屏的重要部分是一塊與顯示屏表面非常配合的電阻薄膜屏，本系統(tǒng)選擇觸摸屏進(jìn)行顯示。2.3.4鍵盤(pán)部分 本系統(tǒng)使用紅外遙控器、觸摸屏以及上位機(jī)進(jìn)行設(shè)置。紅外遙控是一種無(wú)線、非接觸控制技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)，信息傳播可靠，功耗低，成本低，易實(shí)現(xiàn)等明顯長(zhǎng)處，被諸多電子設(shè)備尤其是家用電器廣泛采用，并越來(lái)越多的應(yīng)用到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。TFTLCD電阻觸摸屏是一種多層的復(fù)合薄膜，它以一層玻璃或硬塑料平板作為基層，表面涂有一層透明氧化金屬（透明的導(dǎo)電電阻）導(dǎo)電層，上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防擦的塑料層、它的內(nèi)表面也涂有一層涂層、在他們之間有許多細(xì)小的（不不小于1/1000英寸）的透明隔離點(diǎn)把兩層導(dǎo)電層隔開(kāi)絕緣。當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí)，兩層導(dǎo)電層在觸摸點(diǎn)位置就有了接觸，電阻發(fā)生變化，在X和Y兩個(gè)方上產(chǎn)生信號(hào)，然后送觸摸屏控制器?？刂破鱾蓽y(cè)到這一接觸并計(jì)算出（X，Y）的位置，再根據(jù)獲得的位置模擬鼠標(biāo)的方式運(yùn)作。遙控器和觸摸屏可以設(shè)置對(duì)應(yīng)的功能鍵。啟動(dòng)/停止鍵：系統(tǒng)無(wú)端障時(shí)操作該鍵有效，容許機(jī)器運(yùn)行；運(yùn)行時(shí)按此停止機(jī)器運(yùn)行。設(shè)置鍵：?jiǎn)?dòng)狀態(tài)下操作該鍵，進(jìn)入時(shí)間、溫度設(shè)置狀態(tài)。按該鍵，可進(jìn)行溫度設(shè)定,設(shè)置值自動(dòng)保留。“+”鍵設(shè)置：按該鍵可將設(shè)置值遞增，按住可自動(dòng)遞增。“-”鍵設(shè)置時(shí)：按鍵可將設(shè)置值遞減，按住可自動(dòng)遞減。2.3.5上位機(jī)通信UART是最常用的一種串口通信方式，單片機(jī)和計(jì)算機(jī)PC通信，就是通過(guò)UART串口通信的。UART串口通信只需要2根線TXD發(fā)送數(shù)據(jù)、RXD接受數(shù)據(jù)，成本低傳播速度快。STM32F103RBT6，有3個(gè)串口，有分?jǐn)?shù)波特率發(fā)生器、支持同步單線通信和半雙工單線通訊。本系統(tǒng)選用UART使用RS-232通信方式和上位機(jī)進(jìn)行通信。在上位機(jī)上查看實(shí)時(shí)溫度值和進(jìn)行溫度設(shè)定。2.3.6珀?duì)栙N驅(qū)動(dòng)部分計(jì)算機(jī)通過(guò)并行接口電路輸出的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，往往是低壓直流信號(hào)。一般來(lái)說(shuō)，這種信號(hào)無(wú)論是電壓等級(jí)、還是輸出功率，均無(wú)法滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)的規(guī)定，因此應(yīng)當(dāng)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和功率放大，再送往執(zhí)行機(jī)構(gòu)。常用的驅(qū)動(dòng)方式有小功率低壓開(kāi)關(guān)量輸出、繼電器輸出、晶閘管輸出、功率場(chǎng)效應(yīng)管輸出、集成功率電子開(kāi)關(guān)輸出。對(duì)于低壓小功率開(kāi)關(guān)量輸出，可采用晶體管、OC門(mén)或運(yùn)放等方式輸出。一般僅能提供幾十毫安級(jí)的輸出驅(qū)動(dòng)電流。繼電器常常用于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)量輸出功率放大，即運(yùn)用繼電器作為計(jì)算機(jī)輸出的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)繼電器的觸點(diǎn)控制較大功率設(shè)備或控制接觸器的通斷以驅(qū)動(dòng)更大功率的負(fù)載，從而完畢從直流低壓到交流(或直流)高壓、從小功率到大功率的轉(zhuǎn)換。但繼電器的工作頻率較低。作為一種大功率半導(dǎo)體無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)器件，晶閘管具有以較小的功率來(lái)控制大功率的特點(diǎn)。晶閘管用于交流電系統(tǒng)中。功率場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)是壓控電子開(kāi)關(guān)，只要在其柵極G和源極S之間加上足夠的控制電壓，漏極D和源極S之間即可導(dǎo)通。MOSFET的柵極控制電流為微安級(jí)，而導(dǎo)通后漏極D和源極S之間容許通過(guò)較大的電流，如IRF3250導(dǎo)通時(shí)，D、S間容許通過(guò)的最大電流可達(dá)110A。工作頻率也很高。本系統(tǒng)選擇2.3.7溫度測(cè)量部分目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的溫度傳感器重要有模擬集成溫度傳感器、熱敏電阻、鉑電阻以及熱電偶。模擬集成溫度傳感器是將溫度傳感器集成在一種芯片上，可完畢溫度測(cè)量模擬信號(hào)輸出功能的專(zhuān)用集成電路，如AD590、LM335等。它的特點(diǎn)是功能單一、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳播距離遠(yuǎn)、線性好。其缺陷是測(cè)溫范圍比較窄。熱敏電阻具有高穩(wěn)定性、精密、小尺寸、敏捷和價(jià)格低廉等長(zhǎng)處，每攝氏度可以變化兒百歐姆，適合穩(wěn)定性超過(guò)0．01℃的系統(tǒng)。但熱敏電阻是非線性電阻，它的非線性表目前：其電阻值與溫度之間早指數(shù)關(guān)系和電流隨電壓的變化不服從歐姆定律。這一特性以及窄的溫度敏感范圍(一般為50鉑電阻的特點(diǎn)是精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠。不過(guò)在還原介質(zhì)中，尤其是在高溫下很輕易被氧化中還原出來(lái)的蒸氣所沾污，輕易使鉑絲變脆，并變化它的電阻與溫度間的關(guān)系。熱電偶的測(cè)量電路，必須對(duì)所測(cè)溫度進(jìn)行冷端賠償。LM35是由NationalSemiconductor所生產(chǎn)的溫度傳感器，其輸出電壓與攝氏溫標(biāo)呈線性關(guān)系，0時(shí)輸出為0V，每升高1℃，輸出電壓增長(zhǎng)10mV。LM35在常溫下，LM35不需要額外的校準(zhǔn)處理即可到達(dá)±1/4℃的精確率。其電源供應(yīng)模式有單電源與正負(fù)雙電源兩種，正負(fù)雙電源的供電模式可提供負(fù)溫度的量測(cè)；在靜止溫度中自熱效應(yīng)低(0.08℃)，單電源模式在25℃下靜止電流約50μ2.3.8網(wǎng)絡(luò)通信模塊部分單片機(jī)加ENC28J60模塊的網(wǎng)絡(luò)通信,ENC28J60是帶有行業(yè)原則串行外設(shè)接口（SerialPeripheralInterface，SPI）的獨(dú)立以太網(wǎng)控制器。它可作為任何配置有SPI的控制器的以太網(wǎng)接口。ENC28J60符合IEEE802.3的所有規(guī)范，采用了一系列包過(guò)濾機(jī)制以對(duì)傳入數(shù)據(jù)包進(jìn)行限制。它還提供了一種內(nèi)部DMA模塊，以實(shí)現(xiàn)迅速數(shù)據(jù)吞吐和硬件支持的IP校驗(yàn)和計(jì)算。與主控制器的通信通過(guò)兩個(gè)中斷引腳和SPI實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)傳播速率高達(dá)10Mb/s。兩個(gè)專(zhuān)用的引腳用于連接LED，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)狀態(tài)指示。使用ENC28J60模塊可以遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)對(duì)溫控系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。2.3.9半導(dǎo)體制冷器珀?duì)栙N選擇箱體的溫度降到設(shè)計(jì)溫度的過(guò)程中需要一定的冷量,設(shè)計(jì)冰箱外形尺寸長(zhǎng)、寬、高分別是15cm、10cm、25cm。冷凍室約為4L。但由于冰箱的熱互換比較復(fù)雜，3軟件模塊設(shè)計(jì)3.1編程語(yǔ)言的選擇編程語(yǔ)言可用匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言，匯編語(yǔ)言執(zhí)行效率較高，不過(guò)編程復(fù)雜，合用于系統(tǒng)資源受限和對(duì)執(zhí)行速度規(guī)定較高的場(chǎng)所。C語(yǔ)言編程簡(jiǎn)樸，易學(xué)易用，代碼反復(fù)運(yùn)用率高，但編譯效率比較差。適合于資源充足，對(duì)時(shí)間規(guī)定不高，或程序復(fù)雜的場(chǎng)所中。綜和本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，選擇C語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以減少設(shè)計(jì)周期，也可利于對(duì)軟件的升級(jí)。3.2軟件模塊設(shè)計(jì)軟件模塊有溫度采集模塊，PID算法模塊，觸摸屏顯示，上位機(jī)通信模塊，網(wǎng)絡(luò)通信模塊，紅外遙控器模塊，珀?duì)栙NPWM控制模塊。流程圖如圖4-11溫度采集模塊采用單片機(jī)自帶的12位AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行溫度采集轉(zhuǎn)換。2PID算法模塊編寫(xiě)PID算法程序?qū)囟瓤刂七M(jìn)行計(jì)算3觸摸屏顯示模塊編寫(xiě)觸摸屏顯示與觸摸溫度設(shè)置程序4上位機(jī)通信模塊編寫(xiě)上位機(jī)通信程序5網(wǎng)絡(luò)通信模塊 編寫(xiě)網(wǎng)絡(luò)通信模塊程序6紅外遙控器模塊 編寫(xiě)紅外遙控通信模塊程序7珀?duì)栙N驅(qū)動(dòng)控制模塊編寫(xiě)pwm輸出程序 圖4-1流程圖在本設(shè)計(jì)中，整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作在單片機(jī)系統(tǒng)控制下進(jìn)行。同步，為了便于溫控系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的統(tǒng)一操作與控制，設(shè)置人機(jī)交互界面，單片