the 基于pid 的数字冰箱控制系统guide download

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1、论文范例::(:本论文摘录自第三届‘Motorola杯’单片机设计应用大奖赛入选作品，原标题页及内容目录已删去。)基于PID的数字冰箱控制系统朱海东，周磊，除忠明复旦大学电子工程系(200433)摘要﹕本文介绍了一种利用增量PID控制原理的数字冰箱控制系统。本系统使用MotorolaMC68HC908JL3单片机为核心，用增量PID控制原理，设计了一种最佳制冷方案，控制半导体制冷。测试表明，该系统控温精度高，制冷效率高，功耗低。关键词﹕数字冰箱，半导体制冷，增量PID引言半导体数字冰箱是一种基于半导体制冷的新型冰箱。它不同于传统的压缩机制冷的冰箱。有低噪声，体积小，方便

2、灵活等优点。也不同于以前的模拟控制的半导体冰箱，具有控制精度高，控温准确，平均功率低，节省电能，与用户接口方便等优点。因此，半导体数字冰箱具有非常广阔的前景。半导体数字冰箱主要由核心控制部分，制冷电路，散热块组成。其中，保证冰箱制冷精度高，用电效率高，节能，性能可靠的核心控制部分是整个冰箱的关键。核心控制块控制冰箱的制冷和恒温。1.11半导体1半导体冰箱制冷原理半导体冰箱用半导体制冷块作为制冷设备。半导体制冷块有两端，我们定义为冷端和热端。给制冷块通一定范围内的电流，其冷端温度会下降，热端温度上升，发挥制冷作用。第㆒九页电流加大，制冷强度上升。在图1及图二所示系统中只用

3、了一路制冷块，即制冷块的冷端和热端直接接触冰箱内部和外部(即散热器)。但根据热电制冷理论可得﹕设制冷块冷端和热端的温差为DT，制冷量00随增DT大而减小，功耗NI随DT增大而增大，制冷系数K=Q0/N1随DT增大而减小。只用一层制冷块时，DT为箱内温度与室温之差。假设系统是家庭用冰箱，DT通常在20摄氏度左右，这时制冷效率是很低的。所以我们使用了三层两路制冷：用两路首尾相连的制冷块，内层制冷块的冷端接冰箱内部，外层制冷块的热端接散热器(冰箱外部)，内层的热端和外层的冷端通过热的良导体相连(通常用铝)。这时两层制冷块的DT都只有10摄氏左第㆓○页右，极大提高了制冷效率。1

4、.2半导体制冷的数字控制传统的半导体制冷用模拟方法控制，我们用单片机系统对制冷过程作数字控制。制冷有两项指标﹕效率和温控精度。下面从这两方面来说明数字控制的优越性。1.2.1制冷效率制冷的最终目标是使冰箱内部温度达到用户的预设值。由于使用了三层两路系统，使情况变得复杂。如图三﹕增大Iin将使Tin下降，Tmid上升，内层制冷块温差变大，效率降低，外层制冷块温差变小，效率提高，增大Iout将使Tmid下降，Tout不变(由于在箱外，所以等于室温)，外层制冷块温差变大，效率降低，内层制冷块温差变小，效率提高。在这种情况下要追求高效率和低功耗，需要采样三路温度，控制两路制冷强

5、度，需要一定量的数字计算。我们从热力学原理出发，结合经验公式，制定了控制算法，并利用单片机作软件实现。至于单片机本身的功耗，和冰箱的基本功耗相比可以忽略不计。第㆓㆒页1..2.2.2.2温控精度温控精度一方面由温度采样和制冷控制时所能达到的最小差别决定。这些由硬件决定，不属于数字控制系统的讨论范围。本文讨论温控精度的另一个方面﹕恒温保持的稳定性。一台冰箱在绝大部分时间里要做的就是恒温保持。事实上任何控制系统都做不到真正的恒温保持，温度总是围绕预设值不停地振荡。我们要做的就是追求尽可能小的振荡幅度。在某些需要高精度温控的应用场合，这项工作是必要的。对于一般的应用场合，减小

6、振荡幅度也有助于降低功耗，提高制冷效率。最基本的控制方法就是采样箱内温度，高于预设值就打开或加强制冷，低于预设值就关闭或减弱制冷。由于制冷器件的物理惯性，箱内温度每次等于预设温度后，都会发生较大的过冲。从控制论的原理考虑，这是因为反馈信息只有被控制量的当前值，不能反映被控制量的变化趋势。我们采用了PID控制方法，用被控制量的当前值和一阶导数作反馈信息，利用单片机件软作实现，实验结果得到了比较满意的振荡幅度。系统概述2.11特1特性﹕a.以MC68HC908JL3单片机为核心控制模块。b利用半导体制冷原理，采用最佳制冷方案，高效率，节能。c利用PID控制原理，实现高精度控

7、制。d两位LED显示，通过键盘控制，显示内容可以在箱内实际温度和设定温度(闪烁显示)之间切换。e改变预设温度的键盘接口，DOWN键用于使设定温度降一度，UP键用于使设定温度升一度。f内置ADJUST功能供生产厂家用于校准热敏电阻误差。第㆓㆓页g带有掉电保存信息功能。2.2系统概述﹕用两块首尾相连的半导体制冷块制冷，由两路电流控制。两块制冷块之间是一块铝块，另一头分别接触冰箱的内壁和外界。在一定的电流范围内，当内部控制电流加大时，内部的制冷块的冷端(冰箱内)温度下降，热端(铝块)温度上升；反之，冷端温度上升，而热端温度下降。当外部电流加大时