小型温控系统的研究

可以看出大概有1.5℃的超调量，但是本算法建立时间短，而且最终稳定精度高。

通过实验可以发现，微分环节在温度控制系统中发挥了重要的作用，能够反映出偏差信号的变化趋势，并且能够在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快了系统的动作反应速度，减小调节时间。当温度每发生一个大约0.07℃的变化梯度时，微分作用会导致很大的控制信号正负跳变，消耗较大功率，所以在实际控制算法中给微分环节加入了一个低通数字滤波环节。

4 系统软件设计

本系统中使用单片机作为主控芯片，整个C语言主函数包含的子函数模块主要有：延时函数、复位函数、位读函数、位写函数、字节读函数、字节写函数、DAC1数模转换、读取温度函数等。

图5 单片机控制DS18B20读取温度子程序流程图

根据DS18B20工作条件以及指令说明，单片机控制读取温度的控制子程序流程图如图5所示，主要实现以下几个功能：

CCH SKIP ROM跳过存储器命令：主器件单片机可以使用跳过存储器命令来呼叫总线上所有从器件，而不必通过发送每个从器件的存储器代码逐个呼叫。

0xBE读暂存寄存器命令：单片机可以读取暂存寄存器中的内容。数据发送以暂存寄存器字节0的最低位开始，一直到第9字节。任何时候只要单片机想读暂存寄存器中的数据，就先发送复位命令，再使用读暂存寄存器命令。

44H温度转换命令：温度转化命令初始化一次温度转换，转换完成后，结果被保存在两字节温度寄存器中，然后DS18B20进入到低电压零状态。

以上程序反复运行，就可以通过DS18B20实时对温度进行读取。

5 结语

本文设计和实现了一种利用半导体加热制冷片，基于单片机的小型实验用温控系统，能够在较低的功耗下实现快速温度变化控制。通过做全功率加速和制冷的实验，得到了最大加热温度可到90℃，而最大制冷温度能到约-10℃。系统控制温差范围约100℃，稳定后的温度波动为±0.1℃之内。

本设计属于国防科研项目，主要用于对MEMS器件进行温度特性测试，已投入使用，长时间工作稳定，并且具有较好的快速性，完全可以满足温度特性测试的项目要求。

本文作者创新点：采用半导体加热制冷片作为小型温控箱的加热与制冷执行元件，DS18B20温度传感器反馈温度信号，并且以单片机作为控制单元，使用增量式PID控制算法取代普通PID控制，实现了一种经济、有效而且稳定的温控方案。