专利名称：一种恒温控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种恒温控制系统，尤其是涉及一种半导体激光器的恒 温控制系统。
背景技术：
随着技术的发展，半导体激光器在各个领域的应用日益扩展。在军事方 面可用作激光引信、深海光通信等，半导体激光器是惟一能够用于弹上引
信的激光器；在产业和技术方面半导体激光器是光纤通信系统的惟一实用 化光源；在医疗和生命科学研究方面进行的激光手术治疗、生命科学研究 也都与半导体激光器密不可分。但是，半导体激光器的输出功率随温度有 很大的变化，显然这不是人们所希望的。因此如何精确控制其工作温度相 当重要。
而采用单纯的PID控制算法，其控制鲁棒性弱、动态响应差、上升时间 慢、超调大的诸多缺陷，本实用新型为了克服上述缺陷，采用自适应模糊 PID控制算法，其模糊控制鲁棒性强、动态响应好、上升时间快、超调小的 特点，又具有PID控制器的动态跟踪品质和稳态精度。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种恒温控制系统，解决现有技术 中温度控制系统因采用单纯PID控制算法而造成其控制鲁棒性弱、动态响 应差、上升时间慢、超调大的诸多问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型主要采用以下技木方案 一种恒温控制系统，包括温度传感器、单片机、执行装置、半导体激光
器，所述单片机设置有第一控制端、第二控制端，
所述执行装置通过数据线分别于所述第一控制端和所述半导体激光器 相连接，
所述温度传感器通过数据线分别于所述第二控制端和所述半导体激光 器相连接，所述温度传感器用于把采集到的温度传送给所述单片机，所述 单片机用于控制所述执行装置和所述控制半导体激光器的温度。
所述的恒温控制系统，还设置一个电路保护装置，所述电路保护装置 与所述单片机相连接，用于防止系统因为意外掉电导致丢失数据。
所述的恒温控制系统，所述电路保护装置由集成电路和备用电源构成， 所述集成电路和所述备用电源分别连接到所述单片机的电源端。
所述的恒温控制系统，所述执行装置还包括一可控恒流源、 一半导体 制冷器。
所述的恒温控制系统，还设置一显示器、 一键盘，
所述显示器通过一个I/O 口和所述单片机相连接，所述显示器用于将
当前温度显示在所述显示器上，
所述键盘与所述单片机相连接，所述键盘用于控制信息的输入。
本实用新型采用改进半导体激光器恒温控制系统，半导体激光器的阈 值电流对温度变化相当灵敏，因此对其温度控制系统的精度要求较高。采
、用这种自适应模糊PID控制算法，首先，其电气性能大大提升，温度控制系统 的精度也有大幅度的提高；其次，这种结构的温控系统，采用的是常规组件， 成本低，维修方便.
图l是本实用新型中各模块之间相互控制关系图。
以下结合附图及实施例对本实用新型的发明内容进行详细阐述.
结合图1进行说明， 一种恒温控制系统，包括温度传感器1 、单片机4 、 执行装置5、半导体激光器2，所述单片机设置有第一控制端、第二控制端， 所述执行装置5通过数据线分别于所述第一控制端承所述半导体激光 器2相连接，
所述温度传感器1通过数据线分别于所述第二控制端和所述半导体激 光器2相连接，所述温度传感器1用于把采集到的温度传送给所述单片机4, 所述单片机4用于控制所述执行装置5和所述控制半导体激光器2的温度。 还设置一个电路保护装置3，所述电路保护装置与所述单片机相连接，用于 防止系统因为意外掉电导致丢失数据。所述电路保护装置3由集成电路和 备用电源构成，所述集成电路和所述备用电源分别连接到所述单片机的电 源端。所述的恒温控制系统，所述执行装置还包括一可控恒流源、 一半导 体制冷器。所述的恒温控制系统，还设置一显示器7、 一键盘6，
所述显示器通过一个I/O 口和所述单片机相连接，所述显示器用于将 当前温度显示在所述显示器7上，所述键盘6与所述单片机相连接，所述 键盘用于控制信息的输入。
在通常工作状态中，所述半导体激光器2正常工作的"时候，温度传感器 1把采集到的温度送入单片机4中进行处理.所述温度传感器1采用的是单 线数字温度传感器DS18B20, DS18B20支持"一线总线，，接口，其温度测量 范围为-55^ -125'，能将现场温度直接以"一线总线"数字方式传输，大大提 高了系统的抗干扰性.DS18B20规定了自己的通讯协议，fl够将采集到的温 度以数字量的形式存储在内部存储器中，才艮据DS18B20的通讯协议，主机 控制DS18B20完成温度转换必须经过3个步骤每一次读写之前都要对 DS18B2Q进行复位，复位成功后发送一条R簡指令，最后发送RAM指令，这样就能实现单片机4对DS18B20进行预定的操作，进行温度数据的读取.此 种温度传感器在一般的精度要求下完全能够达到要求，且因其硬件实现简 单，应用将愈加广泛。
单片机4接收到从温度传感器送来的温度数据信息，采用自适应模糊 PID控制算法，以控制单片机4输出的P丽波形的占空比.自适应模糊PID 控制算法是由自适应模糊PID控制器实现，它是以误差e和误差变化ec作 为输入，可以满足不同时刻的e和ec对PID参数自整定的要求。利用模糊 控制规则在线对PID参数进行修改，便构成了自适应模糊PID控制器。这 样单片机就可以以优选方式改变P丽输出波形的占空比.执行装置根据单片 机输送过来的经过调整占空比的P丽波形，来调节执行装置内部的可控恒流 源输出电流的大小，进而来调整半导体激光器工作时的温度.使激光器工 作温度保持恒定，从根本上实现自动控制.
所述执行装置3内部的可控恒流源采用"4NIC朝阳电源"，该电源具有 输入极性保护、过流保护、过压保护、过热保护、输出电压大范围可调等 优点。通过P丽输出的脉冲对其进行控制完全能满足半导体制冷器所要实 现的恒温控制要求。所述执行装置3内部还有一个半导体致冷器，采用的是 TEC1系歹'j，才艮据热电效应技术的特点，当制冷器有电流流过时，在它的两个 面上将分别产生吸热和放热现象。并且电流流向相反时，吸热面和放热面 也相反。因此只要控制流过制冷器电流的大小和方向，就能对激光器进行 制冷或加热，从而控制激光器的工作温度，特别适用于有限空间的制冷或加 热。TEC1系列半导体致冷器冷却或加热速度快，其冷却或加热速度可通过 调节工作电流来控制，便于系统中通过参数自整定实现的自动恒温控制。
所述键盘6是用作控制信息的输入。系统采用4个按键，分别实现系 统复位、功能转换、设定温度逐次加l、设定温度逐次减l。系统中初始设 定温度为25。C，用户可根据需要自行加减。所述显示器7系统采用3位共阳极LED静态显示当前温度值。显示数 据只用一个I/0口，从而节省了单片机端口资源。
所述掉电电路保护装置3是为防止系统因为意外掉考导致丢失数据而 设计的。它由集成电路7805和备用电源构成，集成电路7805为一个单一的 十5V稳压块，和备用电源分别通过二极管接到单片机的电源端；当稳压电 源略高于+ 5V时，备用电源不工作，同时555定时器接成单稳形式；为防 止干扰产生误动作，应用了光电耦合器TIL113。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以 改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的 保护范围。
权利要求1、一种恒温控制系统，其特征在于，包括温度传感器、单片机、执行装置、半导体激光器，所述单片机设置有第一控制端、第二控制端，所述执行装置通过数据线分别于所述第一控制端和所述半导体激光器相连接，所述温度传感器通过数据线分别于所述第二控制端和所述半导体激光器相连接，所述温度传感器用于把采集到的温度传送给所述单片机，所述单片机用于控制所述执行装置和所述控制半导体激光器的温度。
2、 根据权利要求l所述的恒温控制系统，其特征还在于还设置一 个电路保护装置，所述电路保护装置与所述单片机相连接，用于防止系统因为意外掉电导致丟失教:据。
3、 根据权利要求2所述的恒温控制系统，其特征还在于所述电路 保护装置由集成电路和备用电源构成，所述集成电路和所述备用电源分别 连接到所述单片机的电源端。
4 、 根据权利要求1所述的恒温控制系统，其特征还在于所述执行 装置还包括一可控恒流源、 一半导体制冷器。
5、 根据权利要求l所述的恒温控制系统，其特征还在于还设置一 显示器、 一键盘，所述显示器通过一个I/O 口和所述单片机相连接，所述显示器用于将 当前温度显示在所述显示器上，所述键盘与所述单片机相连接，所述键盘用于控制信息的输入。
专利摘要本实用新型公开了一种恒温控制系统，该系统包括温度传感器、单片机、执行装置、键盘、显示器，单片机采用自适应模糊PID控制算法；执行装置还包括可控恒流源、半导体制冷器；温度传感器通过把采集到的温度传送给单片机进行处理，以优选方式使单片机改变PWM输出波形的占空比，通过控制输出PWM波形的占空比，进而控制执行装置中的可控恒流源输出电流的大小，以便控制半导体激光器的温度，单片机通过一个I/O口和显示器相连接，将当前温度显示在显示器上；键盘与单片机相连接，用作控制信息的输入。这样就解决了原来温度控制系统控制鲁棒性弱、动态响应差、上升时间慢、超调大的诸多问题。
文档编号G05B19/042GK201364507SQ20092013574
公开日2009年12月16日 申请日期2009年3月16日 优先权日2009年3月16日
发明者于德海 申请人:深圳市华海诚信电子显示技术有限公司