设计的TEC驱动电路如图3所示，该电路采用两片BTN7971构成一个全桥驱动，由于BTN7971是大电流驱动芯片，因此，在单片机控制信号的输出和BTN7971的输入端之间加入了双通道逻辑输出高速光耦HCPL-2630电路起到隔离保护的作用，防止电路出现过流、短路等故障时，大电流流入单片机使单片机损坏。从两个BTN7971输出的两个PffM波的高低电平控制TEC的加热或者制冷，当其中一个BTN7971 (IC2)的PffM波电压高于另一个BTN7971 (ICl)的PffM波电压时，电流从TEC+流向TEC-，同理也可提供从TEC-流向TEC+的电流，能够为TEC提供双向电流。该电路还包括电阻R7 (390欧姆)、R8 (390欧姆)、R9 (390欧姆)、RlO (10K欧姆)、RlKlK 欧姆)、R12(10K 欧姆)、R13(10K 欧姆)、R14(10K 欧姆)、R15(10K 欧姆)、R16(10K 欧姆)、R17(10K 欧姆)，电容 C4 (0.1 μ F)、C5 (0.1 μ F)。光电耦合器 HCPL-2630 第2和3引脚连接到单片机系统，第I引脚连接电源，第4引脚通过电阻R7连接电源，第5引脚连接地线，第8引脚连接电源，第6和7引脚分别通过电阻R9和R8连接电源，第6引脚通过电阻RlO连接到第一驱动芯片BTN7971的第2引脚，第一驱动芯片BTN7971的第3引脚通过电子Rll连接电源，第6引脚通过电阻R12连接地线，第5引脚分别通过电容C4和电阻R13连接地线，第7引脚连接电源，第I引脚连接地线，第8和4引脚同时连接到TEC温度控制芯片的一端；光电耦合器的第7引脚通过电阻R14连接第二驱动芯片BTN7971的第2引脚，第二驱动芯片的第3引脚通过电阻R15连接电阻Rll的接电源端，第6引脚通过电阻R16连接地线，第5引脚通过并联的电容C5和电阻Rl7连接地线，第7引脚连接电源，第I引脚连接地线，第8和4引脚同时连接到TEC温度控制芯片的另一端。
[0031]上述半导体激光器的双PID串联控制算法的温度控制方法，温度采样电路采集到半导体激光器的温度信息后传送给A/D转换器，A/D转换器传输至单片机系统，单片机系统启动温度控制系统通过双PID串联控制算法处理温度信息并输出PffM信号占空比，传递给TEC驱动电路继而产生所需的控制信息驱动TEC温度控制芯片工作，并且经显示模块进行显不O
[0032]如图4所示，具体的温度控制系统的流程为:通过开机自检后，从单片机系统中的数据处理单元的EEPROM存储芯片中读取上次关机时存储的TEC温度控制器芯片的温度，若上次关机时没有存储温度，则读取当前的TEC温度控制器芯片的温度，再进入模块初始化，通过键盘设置待控温度X后，启动温度控制程序，温度控制程序读取温度采样电路第一次测量的半导体激光器的温度yl，第一次测量的温度yl和设定温度X进行比较，得到比较误差el = x-yl，然后通过单片机系统内部数据处理单元采用PID控制算法I (增量PID控制算法)输出控制量ul，此时，再次启动温度控制程序，温度控制程序第二次测量的半导体激光器的温度y2，第二次测量的温度y2和输出控制量Ul进行比较，得到比较误差e2 = ul_y2，然后通过单片机系统的数据处理单元采用PID控制算法2 (增量PID控制算法)输出控制量u2，经控制量u2转换成PffM信号后驱动TEC温度控制芯片工作，经温度采样电路采集半导体激光器的温度，最后通过单片机系统在显示模块上显示设定的温度X和半导体激光器的温度I。当半导体激光器的温度I超过报警阈值时，蜂鸣器发出报警声音。
[0033]本实施例开始时半导体激光器的温度为26.6°C，设定的温度为10°C时，利用单片机的温度控制系统对半导体激光器进行温度控制，半导体激光器的温度与时间的关系如图5所示，可以看出，双PID控制器的调节时间约为60s，系统无超调；系统的误差为±0.05。。。
【主权项】
1.一种半导体激光器温度控制系统，其特征在于:包括连接半导体激光器的温度采样电路、与温度采样电路相连的A/D转换器、键盘控制、显示模块、报警模块、单片机系统以及相连接的TEC温度控制芯片和TEC驱动电路，所述单片机系统其上连接有A/D转换器、键盘控制、报警模块、显示模块和TEC驱动电路。2.根据权利要求1所述的半导体激光器温度控制系统，其特征在于:所述单片机系统为ARM控制器、DSP控制器或普通单片机控制器，所述显示模块为液晶显示或LED显示，所述A/D转换器为普通数模转换器或高精度数模转换器。3.根据权利要求1所述的半导体激光器温度控制系统，其特征在于:还包括为整个系统供电的电源模块，所述电源模块为线性稳压电源。4.根据权利要求1所述的半导体激光器温度控制系统，其特征在于:所述温度采样电路包括放大器芯片、电源和若干电阻、电容: 电阻Rl的一端连接电源，另一端通过电阻R4接地，同时另一端通过电阻R3连接放大器芯片的第2引脚，放大器芯片的第2引脚通过电阻R2连接第6引脚，第3引脚通过电阻R5接地，第4引脚连接电源，同时第4引脚通过电容Cl接地，放大器芯片的第7引脚连接电源，同时第7引脚通过电容C3接地，第7引脚通过电容C2与第4引脚连接，第6引脚通过电阻R6接地，同时，第6引脚连接所述A/D转换器，A/D转换器的另一端连接所述单片机系统。5.根据权利要求1所述的半导体激光器温度控制系统，其特征在于:所述TEC驱动电路包括光电親合器、第一驱动芯片、第二驱动芯片、电源和若干电阻、电容: 所述光电耦合器的第2和第3引脚连接到单片机系统，第I引脚连接电源，第4引脚通过电阻R7连接电源，第5引脚连接地线，第8引脚连接电源，第6和第7引脚分别通过电阻R9和R8连接电源，此外，第6引脚还通过电阻RlO连接到所述第一驱动芯片的第2引脚，第7引脚通过电阻R14连接所述第二驱动芯片的第2引脚； 所述第一驱动芯片的第3引脚通过电阻Rll连接电源，第6引脚通过电阻R12连接地线，第5引脚分别通过电容C4和电阻Rl3连接地线，第7引脚连接电源，第I引脚连接地线，第8和4引脚同时连接到所述TEC温度控制芯片的一端； 所述第二驱动芯片的第3引脚通过电阻R15连接电阻Rll的接电源端，第6引脚通过电阻R16连接地线，第5引脚通过并联的电容C5和电阻Rl7连接地线，第7引脚连接电源，第I引脚连接地线，第8和4引脚同时连接到TEC温度控制芯片的另一端。6.根据权利要求1所述的半导体激光器温度控制系统，其特征在于:所述单片机系统采用双PID串联控制算法。7.如权利要求1?6任意一项所述的半导体激光器温度控制系统的控制方法，其特征在于:温度采样电路采集到半导体激光器的温度信息后传送给A/D转换器，A/D转换器传输至单片机系统，单片机系统启动温度控制程序通过双PID串联控制算法处理温度信息并输出PffM信号占空比，传递给TEC驱动电路继而产生所需的控制信息驱动TEC温度控制芯片工作，并且经显示模块进行显示。8.根据权利要求7所述的半导体激光器温度控制系统的控制方法，其特征在于:通过开机自检后，从单片机系统中的数据处理单元的EEPROM存储芯片读取上次关机时存储的TEC温度控制器芯片的温度，若上次关机时没有存储温度，则读取当前的TEC温度控制芯片的温度，再进入模块初始化，通过键盘设定待控温度X后，启动温度控制程序，温度控制程序读取温度采样电路第一次测量的半导体激光器温度yl，将温度yl与设定温度X进行比较，得到比较误差el = x-yl，然后通过PID控制算法输出控制量ul，此时，再次启动温度控制程序第二次测量半导体激光器的温度y2，将温度y2和输出控制量ul进行比较，得到比较误差e2 = ul-y2，然后再次通过PID控制算法输出控制量u2，经控制量u2转换成PffM信号后通过TEC驱动电路控制TEC温度控制芯片工作，最后，经温度采样电路采集的半导体激光器温度y，通过单片机系统在显示模块上显示设定温度X和半导体激光器的温度1，当半导体激光器的温度I超过报警阈值时，报警模块进行报警。
【专利摘要】本发明公开了一种半导体激光器温度控制系统及其控制方法，包括连接半导体激光器的温度采样电路、与温度采样电路相连的A/D转换器、键盘控制、显示模块、报警模块、单片机系统以及相连接的TEC温度控制芯片和TEC驱动电路，单片机系统其上连接有A/D转换器、键盘控制、报警模块、显示模块和TEC驱动电路。温度采样电路采集到被控物体的温度信息后通过A/D转换器传送给单片机系统，单片机系统处理温度信息，输出PWM信号占空比并传递给TEC驱动电路产生所需的控制信息驱动TEC温度控制芯片工作。本发明结合单片机控制，利用TEC驱动电路驱动TEC温度控制芯片工作，在算法上通过双PID串联控制算法实现温度的自动控制，本发明自动化程度高，温度控制精度高，安全性能好，操作方便。
【IPC分类】G05D23/24
【公开号】CN105094173
【申请号】CN201510591697
【发明人】王如刚, 周六英, 周锋, 袁鑫, 郑都民
【申请人】盐城工学院
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年9月16日