温度和湿度是影响仪器稳定性、精度和寿命的两个重要参数。仪器中很多器件对其周围的局部环境温度和湿度有着确定的要求，特别是对于自身含有热源且对温湿度比较敏感的仪器而言。而且随着仪器的小型化、轻型化的发展，仪器所处的空间越来越小，因此研究小环境下的控温除湿系统是十分有意义的。在小空间控温除湿方面，传统的采用液体汽化制冷控温和冷冻法除湿存在着结构复杂，成本高等问题，而且温湿度控制又具有非线性、滞后性、时变性和耦合性等特点，使得小空间环境控制更加复杂。本论文采用半导体制冷技术实现了小环境下的温度控制和除湿，并采用模糊控制技术和PWM驱动方法实现了控制的自动化与智能化。本论文主要研究工作与内容如下：1.控温除湿方案研究。在分析半导体制冷控温和除湿原理的基础上，确定了系统的三个执行机构，分别为半导体制冷系统、半导体制热系统和循环风扇。并结合小空间温湿度控制的特点，提出了模糊控制的方案，并对其进行了具体设计，包括模糊控制器结构的确定、模糊化、模糊推理和反模糊化几个过程。2.模拟试验箱设计。模拟试验箱主要包括箱体、隔热层、半导体制冷系统和制热系统。对半导体制冷和制热系统进行了重点设计，包括热电堆选型、散热方式的选择和固定方式的选择。为了实现控温除湿，箱体中采用两层四室结构，分别为控温除湿室、冷凝室、循环室和加热室。同时对隔热层进行了选材和厚度计算及校核。3.测控电路设计和软件设计。测控电路部分主要包括温湿度测量模块、半导体热电堆及风扇驱动模块和主控制及外围电路模块，其中半导体热电堆驱动模块对于系统功能实现尤为重要，设计了PWM驱动电路、隔离电路和滤波电路。软件部分主要包括温湿度测量程序、模糊控制程序和PC显示程序。4.系统实验测试与分析。对半导体热电堆电压、循环风扇等影响系统控温除湿效果的重要因素进行了开环实验研究。并在此基础上，进一步完善模糊控制程序，进行系统闭环实验，所得结果验证了系统设计的可行性、有效性。