基于ARM和μCOS-Ⅱ的半导体制冷器温度控制系统的设计与实现

摘要

半导体制冷器是一种利用帕尔贴效应进行制冷制热的器件，由于具有体积小、能耗低、易于控制等特点，在农业、医学、军事等领域有着广泛的应用和良好的发展前景。为了提高半导体制冷器温度控制系统的控制精度、实时性以及稳定性，本文提出并实现了一种基于ARM和μCOS-Ⅱ的半导体制冷器温度控制系统。
　　基于ARM和μCOS-Ⅱ的半导体制冷器温度控制系统由微处理器模块、温度采集模块、半导体制冷器驱动控制模块、无线传输模块、人机交互模块以及存储模块组成。系统以ARM Cortex-M3内核的STM32F103RCT6微处理器为核心，采用脉宽调制技术调节半导体制冷器两端的电压以实现对半导体制冷器加热或制冷功率的调节，进而实现温度控制的目的。人机交互模块采用触摸屏技术使控制界面更直观，同时使操作简单、提高了操作体验。无线传输模块能在短距离内代替有线电缆的连接，实现数据的无线传输、处理、记录、显示以及监控等功能。
　　采用μCOS-Ⅱ嵌入式操作系统，并在此平台上将系统的诸多功能划分为不同的模块进行软件设计，提高了系统的开发效率。在温度控制算法中采用数字增量式PID算法对温度进行精确控制，能够起到良好的控制效果。设计了基于MATLAB GUI的上位机软件，通过无线通信模块实时采集温度数据，在界面中动态显示温度的变化曲线并对数据进行分析处理，能够直观地得到温度采集与控制的效果。
　　对系统的硬件和软件进行了综合调试，并通过一系列实验对半导体制冷器温度控制系统的稳定性、温度控制精度以及系统的超调量进行测试，实验结果表明系统的控制精度为0.5℃，超调量不超过5％，响应时间快，稳定性好。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究及发展现状

1.3 本论文主要内容及章节安排

第二章 系统的方案设计

2.1 系统总体框架

2.2 系统硬件设计方案

2.3 系统软件平台选择

第三章 系统的硬件设计

3.1 微处理器及外围电路设计

3.2 温度采集电路设计

3.3 半导体制冷器驱动控制电路设计

3.4 无线传输模块设计

3.5 硬件电路PCB设计

第四章 系统的软件设计

4.1μCOS-II嵌入式操作系统

4.2 温度采集程序设计

4.3 无线传输模块的软件设计

4.4 数字增量式PID算法

4.5 上位机软件设计

4.6 触摸屏驱动程序设计

4.7 按键扫描程序

第五章 系统的测试与结果分析

5.1 系统实物图及电路调试

5.2 系统测试及结果分析

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果

致谢