随着科学技术的发展,工业生产和科学实验对温度控制的要求不断提高,研制高精度温控系统是相关技术发展的必然要求。尤其在光学领域,由于其应用范围进一步拓宽,固体激光器、太赫兹波、面源黑体等方面的发展越来越受关注。在上述领域中,温度是影响系统输出性能的关键因素之一,温度的细微变化将会导致光学晶体内部产生多种热效应,从而影响系统的输出性能,还会对系统的使用寿命造成影响。因此,设计一套可以满足上述高精度温度控制需求的温控系统具有现实意义。本文主要针对光学领域中具有高精度温度控制需求的场合,分析其功能要求和性能指标,结合半导体制冷技术,着重研究温度控制相关算法,设计了一款基于模糊PID算法的高精度大范围温度控制系统。本系统由上位机和下位机两部分组成。下位机硬件部分包括:微处理器模块、温度采集模块、驱动模块、通讯模块和电源模块;针对半导体制冷器工作时存在变工况特性,以及传统PID控制算法的不足,本文设计了基于模糊PID的高精度温控算法,提高系统控温精度和整定速度。上位机部分采用嵌入式Win CE触摸屏,上下位机的通信接口采用RS232通信总线。实验结果表明:在-30℃～120℃的控温范围内,本系统控温稳定度优于±0.002℃,220s内可稳定在设定温度,在两小时内的控温性能良好。系统对复杂的工业环境有较好的适应能力,鲁棒性好,体积小,携带方便,满足预期目标。