半导体电子制冷系统的设计毕业设计说明书

半导体电子制冷系统的设计毕业设计说明书内容摘要：

量功率 Pc:在规定的环境温度下，热敏电阻体受测试电流加热而引起的 阻值变化不超过 %时所消耗的电功率。 （ 9）最大电压 :对于 NTC热敏电阻器，是指在规定的环境温度下，不便热敏电阻器弓起热失控所允许连续施加的最大直流电压。 对于 PTC热敏电阻器，是指在规定的环境温度和静止空气中，允许连续施加到热敏电阻器上并保证热敏电阻器正常工作在 PCT特性部分的最大直流电压。 （ 10）最高工作温度 Tmax:在规定的技术条件下，热敏电阻器长期连续工作所允许的最高温度。 （ 11）开关温度 tb:PCT热敏电阻器的电阻值开始发生跃增时的温度。 （ 12）耗散系数 H:温度增加 1℃时，热敏电阻器所耗散 的功率，单位为 mW/℃。 A/D 转换器 A/D转换器是模拟量输入的重要通道的核心部件。 根据设计任务的需要 —— 2路采集，而 ADC0809支持多路采集并在市场上最为常见，所以选择使用 ADC0809芯片作为 A/D转换器，只需要一个芯片即可完成完成任务需求。 并且 ADC0809带有所存电路，可直接与 CPU相连接。 ADC0809是单片双列直插式集成电路芯片，是 8通路 8位 A/D转换器，其主要特点是：分辨率 8位；总的不可调误差为177。 1LSB；当模拟输入电压范围为 0～ 5V时，可使用单一的5V电源；转换时间 100μ m；温度范围 40～ +85℃；可直接与 CPU连接，不需另加接口逻辑；内部带 8路模拟开关，可以输入 8路模拟信号；输出带锁存器；逻辑电平与 TTL兼容。 ADC0809是一种带有 8位转换器、 8位多路切换开关以及与微处理机兼容的控制逻辑的 CMOS组件。 8位 A/D转换器的转换方法为逐次逼近法。 在 A/D转换器的内部含有一个高阻抗斩波稳定比较器，一个带有模拟开关树组的 256R分压器，以及一个逐次逼近的寄存器。 八路的模拟开关由地址锁存器和译码器控制，可以在八个通道中任意访问一个单边的模拟信号。 ADC0809无需调零和满量 程调整，又由于多路开关的地址输入能够进行锁存和译码， 本 科 毕 业 设 计 第 15 页 共 41 页 而且它的三态 TTL输出也可以锁存，所以易于与微处理机进行接口。 ADC0809芯片有 28条引脚，采用双列直插式封装，如图。 下面说明各引脚功能。 IN0～ IN7： 8路模拟量输入端。 21～ 28： 8位数字量输出端。 ADDA、 ADDB、 ADDC：通道号端子，用于选通 8路模拟输入中的一路 ,C为最高位， A为最低位。 当 C、 B、 A全零时，选中 IN0通道接入；当 C、 B、 A为 001时，选中 IN1通 道接入；当 C、 B、 A为 111时选中 IN7通道接入。 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 当 ALE为高电平时，允许 C、 B、 A所示的通道被选中，并将该通道的模拟量接入 A/D转换器。 START： A／ D转换启动信号，输入，高电平有效。 EOC： A／ D转换结束信号，输出，当 A／ D转换结束时，发出一个正脉冲，表示 A/D转换结束。 此信号可用作为 A/D转换是否结束的检测信号或中断申请信号。 ENABLE(OUTPUT ENABLE)：数据输出允许信号，输入，高电平有效。 当 A／ D转换结束时，此端输入一个高电平，才能 打开输出三态门，输出数字量。 CLOCK：时钟脉冲输入端。 要求时钟频率不高于 640KHZ。 REF（ +）、 REF（ ）：参考电压端子，用来提供 D/A转换器权电阻的标准电平。 在单极输入时； REF（ +） =5V， REF（ ） =0V，当模拟量为双极性时， REF（ +）、 REF（ ）分别接 +、 极的参考电压。 Vcc：电源，单一＋ 5V。 GND：接地。 ADC0809的工作过程是：首先输入 3位地址，并使 ALE=1，将地址存入地址锁存器中。 此地址经译码选通 8路模拟输入之一到比较器。 START上升沿将逐次逼近寄存器复位。 下图 ADC0809 引脚图 本 科 毕 业 设 计 第 16 页 共 41 页 降沿启动 A／ D转换，之后 EOC输出信号变低，指示转换正在进行。 直到 A／ D转换完成，EOC变为高电平，指示 A／ D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。 当 OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。 输出控制电路的设计 输出控制电路主要由两部分组成：保护电路和控制电路。 控制电路的工作过程是 CPU8031发出的 PWM控制信号经由保护电路传递给控制电路中的场效应管 IRFZ44，再由场效应管解读 PWM控制信号来控制电路给制冷片的输出电压，进而控制制冷片的制冷效果。 保护电路 如图 ，其作用是阻挡控制电路中向 8031产生的回流电压，保护CPU8031，避免其被控制电路产生的回流电压所破坏。 控制电路如图 ，其左端接 12V直流输入电压， 由于场效应管高电平导通，所以经 PWM信号控制场效应管的导通，进而控制控制电路右端的输出电压，从而 控制制冷效果。 报警系统的设计 图 保护电路 图 控制电路 本 科 毕 业 设 计 第 17 页 共 41 页 为了保证系统运行可以被即时操作，所以设置一指示灯以显示系统的运行情况。 当系统通电，开始运行后， 此指示灯亮起以指示系统正在运行。 当制冷结束，关闭电源后，此灯熄灭。 如果正在运行时此灯熄灭，则表示系统意外断电，以告知操作人员进行相应的处理。 电路连接图如图 12V电源 为了简化设计，电源决定使用 12V直流电源适配器 5V 电源模块 设计中由于很大一部分的芯片的供电电压要求是 5V， 又因为上一节中 220V的市电经过 12V电源 适配器 后已经转换为 12V的直流电，所以这里为了不重复设计变压器以增加设计成本，直接将 12V的直流电通过一个 5V的电源模块 转换为 5V的直流电供芯片使用。 5V电压模块的电路原理图如图。 在 5V电压模块中使用的是 7805芯片，这个芯片的主要功能是将高电压的直流电转换成 5V的直流电。 其中输入端 VIN的输入电压范围是： 7V25V，经过芯片电压转换后从输出端 VOUT输出的电压是。 由于转换完成后的输出电压中会有少部分的高频分量，为了将这部分的高频分量滤除掉， 所以在输出端与地之间并联 3个电容，以滤除掉高频分量。 图 指示系统连接图 图 5V电压模块 本 科 毕 业 设 计 第 18 页 共 41 页 8V电源模块 设计中有一部分的器件要求的供电电 压是 8V，所以还需要一个 8V电压模块，同样我们为了不重复设计变压器以增加设计成本， 直接将 12V的直流电通过一个 8V的电源模块转换为 8V的直流电供芯片使用。 8V电压模块的电路原理图如图。 在 8V电压模块中使用的是 7808芯片，这个芯片的主要功能是将高电压的直流电转换成 8V的直流电。 其中输入端 VIN的输入电压范围是： ，经过芯片电压转换后从输出端 VOUT输出的电压是。 由于转换完成后的输出电压中会有少部分的高频分量，为 了将这部分的高频分量滤除掉，所以在输出端与地之间并联 3个电容，以滤除掉高频分量。 图 8V电压模块 本 科 毕 业 设 计 第 19 页 共 41 页 4 软件设计 设计步骤 ① 分析题意，确定算法或算法思想。 算法是指解决问题的方法和步骤，比如现有的一些计算方法和日常生活中解决问题的逻辑思维推理方法等。 ②根据算法画出流程图。 画出描述算法的流程图，可以先从图上检查算法的正确性，减少出错的可能性，使动手编写程序时的思路更加清晰。 ③分配存储空间和工作单元，合理的使用寄存器。 分配存储空间和工作单元，是指存储空间的分段和数据定义。 另外，由于寄存器的数量有限，编写程序时经常会感觉到 寄存器不够用。 因此，对于字节数据，要尽量使用8位寄存器。 而采用适当的寻址方式，也会达到节省寄存器的目的。 ④根据流程图编写程序。 这是编制汇编语言程序最为重要的一步。 可以参考流程图按照一般的汇编步骤进行，即定 义，程序开始，程序初始化，主程序，中断程序，子程序，程序结束等。 ⑤上机调试运行程序。 通过汇编的源程序，只能说明它里面不存在语法错误。 但是它是否能达到算法所要求的预期效果，还必须经过上机调试，软件的仿真，用一些实验数据来测试，才能够真正得出结论。 程序流程图 程序流程图主程序及各个子程序见下面各图 本 科 毕 业 设 计 第 20 页 共 41 页 开始 初始化 启动 A/D 转换 调用键盘子程序 调用显示子程序 调用控温子程序 是否需控温。 结束 图 主程序流程图 N Y 本 科 毕 业 设 计 第 21 页 共 41 页 图 控温子程序 控温子程序 读取所测实际温度 读取所需控制温度 对比两温度差 对比两温度差 通过计算产生 PWM 控制信号 返回 发送 PWM 控制信号 A/D 转换中断 关中断 保护现场 读取各通道转换结果 恢复现场 启动下一次转换 开中断 中断返回 图 A/D 转换中断 本 科 毕 业 设 计 第 22 页 共 41 页 显示子程序 读取转换结果存储区 转换为十进制 查表显示段码 发送段码 图 显示子程序 返回 键盘子程序 K1 按下 K2 按下 K4 按下 K3 按下 K1 键功能 K2 键功能 K4 键功能 K3 键功能 返回 N N N N Y Y Y Y 图 键盘子程序 本 科 毕 业 设 计 第 23 页 共 41 页 结 束 语 为期三个月的毕业设计就要结束了。 这次毕业设计中，在智兆华老师的辛勤指导与帮助下，我学到了很多知识。 本次毕业设计的任务是半导体电子制冷系统的设计。 通过毕业设计，我对 设计过程有了一个系统地了解，深深地感受到了设计过程是一个反复思考、反复改进的艰苦过程。 同时也切实感受到所学知识的不足，考虑问题不够全面，经过了智老师多次的指导，我终于成功将系统设计完成了。 本次毕业设计是对我原理分析、结构设计、器件选择的重要锻炼。 极大地丰富了所学理论知识的不足，增加了许多实践性的知识，使我真正做到了将理论与实际结合起来。 并且，通过这次毕业设计，使我对课堂所学理论知识有了更透彻的理解，对如何将理论应用于实际问题有了进一步的认识。 这次毕业设计，从对程序设计的陌生到对其有了深入地了解，收获了很多。 总之，在智老师的指导与帮助下，这次毕业设计使我受益匪浅，必定对以后的学习与工作起到十分重要的作用。 今后，我一定更加努力，不断地提高自己的能力。 由于设计者水平有限，经验不足，加之时间有限，不足之处在所难免。 敬请各位老师与同学批评指正。 本 科 毕 业 设 计 第 24 页 共 41 页 致 谢 本文是在 智兆华 老师的悉心指导下完成的，值此论文完成之际谨向老师致以衷心的感谢和深深的敬意。 在课题的研究过程中， 智 老师给了我许多关键性的指导，提出了许多启发性的建议，使我能够克服难关，最终完成课题的设计，使我受益匪浅。 同时在课题完成过程中以及在校学习期间 ，得到了同学关心、支持和帮助，也得到了教研组其他老师的培养、指导和帮助，再次向他们表示真诚的谢意。 感谢所有曾给予我关心、支持、帮助和鼓励的老师和朋友们。 在即将完成学业之际，还要衷心感谢母校河北科技大学对我的培养。 本 科 毕 业 设 计 第 25 页 共 41 页 参 考 文 献 1 邬镇耀 .热电制冷技术 [J].制冷技术 ,1986,(2)： 6～ 7 2 徐德胜 .电子冷冻与半导体 [J].电子技术 ,1983,(3)： 23～ 25 3 许丽川 .过程控制调节规律的研究 [D].成都：电子科技大学 ,2020 4 Huang B C J,Duang C design method of therm oelectric cooler [J]. International Journal of Refrigeration,2020,23： 208～ 218 5 简弃非 ,梁荣光 ,张勇等 .半导体制冷效率及空间冷量传递特性试验研究 .华南理工大学学报 (自然科学版 ),2020,29(5)： 72～ 75 6 金刚善 ,李彦 ,刁永发 .小空间半导体制冷的实验研究 .兰州理工大学学报 ,2020,30(3)： 51～ 54 7 Min。