基于MSP430的温度控制系统的设计与实现

5 TEC1-12708驱动电路

制冷片TEC1-12708：依据帕尔帖效应制作的温差电制冷组件重量轻、体积小并具有相对高的制冷量，特别适用于有限空间的制冷，由于制冷组件是一种固态热泵，因而它无需维护，无嗓音，能在任何位置工作，抗冲击和抗震动能力强。另外，改变组件工作电流机型时，又可以制热，改变电流强度可调整制冷功率。

由于TEC要求的驱动电流是双向的，所以选择功率管MOSFET，结合双向可控硅光电耦合器组成H桥式电路控制TEC方向。功率MOSFET管IRF 540的导通电阻很小，能有效提高供给负载的最大功率。光电耦合器是一种电-光-电转换器件，把发光源和受光器用透明绝缘体隔离，不会对电路造成任何损害，比继电器性能好。

图3为双向可控硅光电耦合器构成4个由高电平控制的开关电路。用该4个开关电路连接成H桥电路，以实现对制冷片加热与降温。当开关1.3关闭时，电流正向流经制冷器件，制冷器开始加热；当开关2，4关闭时候，电流反向流经制冷器件，制冷器件降温。

经过对控制原理进行透析，绘制该制冷片的总控制原理图如图4所示。通过控制PWM波的占空比来控制功率管IRF540的导通时间，从而控制电路提供给制冷片的有效电流及方向。控制效果良好。


6 系统软件设计

该系统软件完成制冷制热、设置温度值、自动调温等功能。重要算法实现包括PID算法和数字温度传感器DS18B20的控制。整体过程为：系统初始化，等待按健中断。选择制冷或制热后，设定指定温度值；将温度采集的数据接收进来，与设定温度值比较，将差值经过PID算法后计算出进行功率控制的占空比，从而调节温度。其中，PWM波由MSP430F449的定时器B产生，在该模式下，寄存器CCR0用于控制PWM波频率，其他任意一个寄存器控制占空比，控制灵活，相当方便。控制积分调节参数对，对其采取分段积分PID算法，控制系统超调量。软件流程如图5所示。

该系统软件完成制冷制热、设置温度值、自动调温等功能。重要算法实现包括PID算法和数字温度传感器DS18B20的控制。整体过程为：系统初始化，等待按键中断。选择制冷或制热后，设定指定温度值；将温度采集的数据接收进来，与设定温度值比较，将差值经过PID算法后计算出进行功率控制的占空比，从而调节温度。其中，PWM波由MSP430F449的定时器B产生，在该模式下，寄存器CCR0用于控制PWM波频率，其他任意一个寄存器控制占空比，控制灵活。

7 测试结果

7. 1 测试过程

为防止室温变化对测试造成影响，选择有空调室温恒定的地方进行测试。在室温16℃下，测试数据如表2所示。


7．2 测试结果分析

由上实验数据可以看出，温度读数可以达到0．1℃，设定的温度值与最终温度值读数相差最大为0．8℃，完全满足实验要求±2℃范围的要求。从实验数据第2组可以看出温差大于15℃时，达到指定度所需时间为2分43秒。