專利名稱：一種恒溫控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種恒溫控制系統(tǒng)，尤其是涉及一種半導(dǎo)體激光器的恒 溫控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體激光器在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用日益擴(kuò)展。在軍事方 面可用作激光引信、深海光通信等，半導(dǎo)體激光器是惟一能夠用于彈上引
信的激光器；在產(chǎn)業(yè)和技術(shù)方面半導(dǎo)體激光器是光纖通信系統(tǒng)的惟一實(shí)用 化光源；在醫(yī)療和生命科學(xué)研究方面進(jìn)行的激光手術(shù)治療、生命科學(xué)研究 也都與半導(dǎo)體激光器密不可分。但是，半導(dǎo)體激光器的輸出功率隨溫度有 很大的變化，顯然這不是人們所希望的。因此如何精確控制其工作溫度相 當(dāng)重要。
而采用單純的PID控制算法，其控制魯棒性弱、動(dòng)態(tài)響應(yīng)差、上升時(shí)間 慢、超調(diào)大的諸多缺陷，本實(shí)用新型為了克服上述缺陷，采用自適應(yīng)模糊 PID控制算法，其模糊控制魯棒性強(qiáng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、上升時(shí)間快、超調(diào)小的 特點(diǎn)，又具有PID控制器的動(dòng)態(tài)跟蹤品質(zhì)和穩(wěn)態(tài)精度。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種恒溫控制系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù) 中溫度控制系統(tǒng)因采用單純PID控制算法而造成其控制魯棒性弱、動(dòng)態(tài)響 應(yīng)差、上升時(shí)間慢、超調(diào)大的諸多問(wèn)題。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型主要采用以下技木方案 一種恒溫控制系統(tǒng)，包括溫度傳感器、單片機(jī)、執(zhí)行裝置、半導(dǎo)體激光
器，所述單片機(jī)設(shè)置有第一控制端、第二控制端，
所述執(zhí)行裝置通過(guò)數(shù)據(jù)線分別于所述第一控制端和所述半導(dǎo)體激光器 相連接，
所述溫度傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線分別于所述第二控制端和所述半導(dǎo)體激光 器相連接，所述溫度傳感器用于把采集到的溫度傳送給所述單片機(jī)，所述 單片機(jī)用于控制所述執(zhí)行裝置和所述控制半導(dǎo)體激光器的溫度。
所述的恒溫控制系統(tǒng)，還設(shè)置一個(gè)電路保護(hù)裝置，所述電路保護(hù)裝置 與所述單片機(jī)相連接，用于防止系統(tǒng)因?yàn)橐馔獾綦妼?dǎo)致丟失數(shù)據(jù)。
所述的恒溫控制系統(tǒng)，所述電路保護(hù)裝置由集成電路和備用電源構(gòu)成， 所述集成電路和所述備用電源分別連接到所述單片機(jī)的電源端。
所述的恒溫控制系統(tǒng)，所述執(zhí)行裝置還包括一可控恒流源、 一半導(dǎo)體 制冷器。
所述的恒溫控制系統(tǒng)，還設(shè)置一顯示器、 一鍵盤(pán)，
所述顯示器通過(guò)一個(gè)I/O 口和所述單片機(jī)相連接，所述顯示器用于將
當(dāng)前溫度顯示在所述顯示器上，
所述鍵盤(pán)與所述單片機(jī)相連接，所述鍵盤(pán)用于控制信息的輸入。
本實(shí)用新型采用改進(jìn)半導(dǎo)體激光器恒溫控制系統(tǒng)，半導(dǎo)體激光器的閾 值電流對(duì)溫度變化相當(dāng)靈敏，因此對(duì)其溫度控制系統(tǒng)的精度要求較高。采
、用這種自適應(yīng)模糊PID控制算法，首先，其電氣性能大大提升，溫度控制系統(tǒng) 的精度也有大幅度的提高；其次，這種結(jié)構(gòu)的溫控系統(tǒng)，采用的是常規(guī)組件， 成本低，維修方便.


圖l是本實(shí)用新型中各模塊之間相互控制關(guān)系圖。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的發(fā)明內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)闡述.
結(jié)合圖1進(jìn)行說(shuō)明， 一種恒溫控制系統(tǒng)，包括溫度傳感器1 、單片機(jī)4 、 執(zhí)行裝置5、半導(dǎo)體激光器2，所述單片機(jī)設(shè)置有第一控制端、第二控制端， 所述執(zhí)行裝置5通過(guò)數(shù)據(jù)線分別于所述第一控制端承所述半導(dǎo)體激光 器2相連接，
所述溫度傳感器1通過(guò)數(shù)據(jù)線分別于所述第二控制端和所述半導(dǎo)體激 光器2相連接，所述溫度傳感器1用于把采集到的溫度傳送給所述單片機(jī)4, 所述單片機(jī)4用于控制所述執(zhí)行裝置5和所述控制半導(dǎo)體激光器2的溫度。 還設(shè)置一個(gè)電路保護(hù)裝置3，所述電路保護(hù)裝置與所述單片機(jī)相連接，用于 防止系統(tǒng)因?yàn)橐馔獾綦妼?dǎo)致丟失數(shù)據(jù)。所述電路保護(hù)裝置3由集成電路和 備用電源構(gòu)成，所述集成電路和所述備用電源分別連接到所述單片機(jī)的電 源端。所述的恒溫控制系統(tǒng)，所述執(zhí)行裝置還包括一可控恒流源、 一半導(dǎo) 體制冷器。所述的恒溫控制系統(tǒng)，還設(shè)置一顯示器7、 一鍵盤(pán)6，
所述顯示器通過(guò)一個(gè)I/O 口和所述單片機(jī)相連接，所述顯示器用于將 當(dāng)前溫度顯示在所述顯示器7上，所述鍵盤(pán)6與所述單片機(jī)相連接，所述 鍵盤(pán)用于控制信息的輸入。
在通常工作狀態(tài)中，所述半導(dǎo)體激光器2正常工作的"時(shí)候，溫度傳感器 1把采集到的溫度送入單片機(jī)4中進(jìn)行處理.所述溫度傳感器1采用的是單 線數(shù)字溫度傳感器DS18B20, DS18B20支持"一線總線，，接口，其溫度測(cè)量 范圍為-55^ -125'，能將現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以"一線總線"數(shù)字方式傳輸，大大提 高了系統(tǒng)的抗干擾性.DS18B20規(guī)定了自己的通訊協(xié)議，fl夠?qū)⒉杉降臏?度以數(shù)字量的形式存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器中，才艮據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī) 控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)3個(gè)步驟每一次讀寫(xiě)之前都要對(duì) DS18B2Q進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條R簡(jiǎn)指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣就能實(shí)現(xiàn)單片機(jī)4對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作，進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的讀取.此 種溫度傳感器在一般的精度要求下完全能夠達(dá)到要求，且因其硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn) 單，應(yīng)用將愈加廣泛。
單片機(jī)4接收到從溫度傳感器送來(lái)的溫度數(shù)據(jù)信息，采用自適應(yīng)模糊 PID控制算法，以控制單片機(jī)4輸出的P麗波形的占空比.自適應(yīng)模糊PID 控制算法是由自適應(yīng)模糊PID控制器實(shí)現(xiàn)，它是以誤差e和誤差變化ec作 為輸入，可以滿足不同時(shí)刻的e和ec對(duì)PID參數(shù)自整定的要求。利用模糊 控制規(guī)則在線對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行修改，便構(gòu)成了自適應(yīng)模糊PID控制器。這 樣單片機(jī)就可以以優(yōu)選方式改變P麗輸出波形的占空比.執(zhí)行裝置根據(jù)單片 機(jī)輸送過(guò)來(lái)的經(jīng)過(guò)調(diào)整占空比的P麗波形，來(lái)調(diào)節(jié)執(zhí)行裝置內(nèi)部的可控恒流 源輸出電流的大小，進(jìn)而來(lái)調(diào)整半導(dǎo)體激光器工作時(shí)的溫度.使激光器工 作溫度保持恒定，從根本上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制.
所述執(zhí)行裝置3內(nèi)部的可控恒流源采用"4NIC朝陽(yáng)電源"，該電源具有 輸入極性保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、輸出電壓大范圍可調(diào)等 優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)P麗輸出的脈沖對(duì)其進(jìn)行控制完全能滿足半導(dǎo)體制冷器所要實(shí) 現(xiàn)的恒溫控制要求。所述執(zhí)行裝置3內(nèi)部還有一個(gè)半導(dǎo)體致冷器，采用的是 TEC1系歹'j，才艮據(jù)熱電效應(yīng)技術(shù)的特點(diǎn)，當(dāng)制冷器有電流流過(guò)時(shí)，在它的兩個(gè) 面上將分別產(chǎn)生吸熱和放熱現(xiàn)象。并且電流流向相反時(shí)，吸熱面和放熱面 也相反。因此只要控制流過(guò)制冷器電流的大小和方向，就能對(duì)激光器進(jìn)行 制冷或加熱，從而控制激光器的工作溫度，特別適用于有限空間的制冷或加 熱。TEC1系列半導(dǎo)體致冷器冷卻或加熱速度快，其冷卻或加熱速度可通過(guò) 調(diào)節(jié)工作電流來(lái)控制，便于系統(tǒng)中通過(guò)參數(shù)自整定實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)恒溫控制。
所述鍵盤(pán)6是用作控制信息的輸入。系統(tǒng)采用4個(gè)按鍵，分別實(shí)現(xiàn)系 統(tǒng)復(fù)位、功能轉(zhuǎn)換、設(shè)定溫度逐次加l、設(shè)定溫度逐次減l。系統(tǒng)中初始設(shè) 定溫度為25。C，用戶可根據(jù)需要自行加減。所述顯示器7系統(tǒng)采用3位共陽(yáng)極LED靜態(tài)顯示當(dāng)前溫度值。顯示數(shù) 據(jù)只用一個(gè)I/0口，從而節(jié)省了單片機(jī)端口資源。
所述掉電電路保護(hù)裝置3是為防止系統(tǒng)因?yàn)橐馔獾艨紝?dǎo)致丟失數(shù)據(jù)而 設(shè)計(jì)的。它由集成電路7805和備用電源構(gòu)成，集成電路7805為一個(gè)單一的 十5V穩(wěn)壓塊，和備用電源分別通過(guò)二極管接到單片機(jī)的電源端；當(dāng)穩(wěn)壓電 源略高于+ 5V時(shí)，備用電源不工作，同時(shí)555定時(shí)器接成單穩(wěn)形式；為防 止干擾產(chǎn)生誤動(dòng)作，應(yīng)用了光電耦合器TIL113。
應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以 改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附權(quán)利要求的 保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1、一種恒溫控制系統(tǒng)，其特征在于，包括溫度傳感器、單片機(jī)、執(zhí)行裝置、半導(dǎo)體激光器，所述單片機(jī)設(shè)置有第一控制端、第二控制端，所述執(zhí)行裝置通過(guò)數(shù)據(jù)線分別于所述第一控制端和所述半導(dǎo)體激光器相連接，所述溫度傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線分別于所述第二控制端和所述半導(dǎo)體激光器相連接，所述溫度傳感器用于把采集到的溫度傳送給所述單片機(jī)，所述單片機(jī)用于控制所述執(zhí)行裝置和所述控制半導(dǎo)體激光器的溫度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的恒溫控制系統(tǒng)，其特征還在于還設(shè)置一 個(gè)電路保護(hù)裝置，所述電路保護(hù)裝置與所述單片機(jī)相連接，用于防止系統(tǒng)因?yàn)橐馔獾綦妼?dǎo)致丟失教:據(jù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的恒溫控制系統(tǒng)，其特征還在于所述電路 保護(hù)裝置由集成電路和備用電源構(gòu)成，所述集成電路和所述備用電源分別 連接到所述單片機(jī)的電源端。
4 、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒溫控制系統(tǒng)，其特征還在于所述執(zhí)行 裝置還包括一可控恒流源、 一半導(dǎo)體制冷器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的恒溫控制系統(tǒng)，其特征還在于還設(shè)置一 顯示器、 一鍵盤(pán)，所述顯示器通過(guò)一個(gè)I/O 口和所述單片機(jī)相連接，所述顯示器用于將 當(dāng)前溫度顯示在所述顯示器上，所述鍵盤(pán)與所述單片機(jī)相連接，所述鍵盤(pán)用于控制信息的輸入。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種恒溫控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括溫度傳感器、單片機(jī)、執(zhí)行裝置、鍵盤(pán)、顯示器，單片機(jī)采用自適應(yīng)模糊PID控制算法；執(zhí)行裝置還包括可控恒流源、半導(dǎo)體制冷器；溫度傳感器通過(guò)把采集到的溫度傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理，以優(yōu)選方式使單片機(jī)改變PWM輸出波形的占空比，通過(guò)控制輸出PWM波形的占空比，進(jìn)而控制執(zhí)行裝置中的可控恒流源輸出電流的大小，以便控制半導(dǎo)體激光器的溫度，單片機(jī)通過(guò)一個(gè)I/O口和顯示器相連接，將當(dāng)前溫度顯示在顯示器上；鍵盤(pán)與單片機(jī)相連接，用作控制信息的輸入。這樣就解決了原來(lái)溫度控制系統(tǒng)控制魯棒性弱、動(dòng)態(tài)響應(yīng)差、上升時(shí)間慢、超調(diào)大的諸多問(wèn)題。
文檔編號(hào)G05B19/042GK201364507SQ20092013574
公開(kāi)日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月16日
發(fā)明者于德海 申請(qǐng)人:深圳市華海誠(chéng)信電子顯示技術(shù)有限公司