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随着生命科学研究、理化参数测定、半导体激光发生等领域中仪器微型化的快速发展,对于小空间内迅速的加热制冷切换和高精度的恒温控制,应用需求越来越迫切,而传统的温控实现方式往往难以满足要求。热电制冷器(TEC,Thermoelectric Cooler)具有体积小、易于实现高精度、集成加热制冷等优点,在这些领域应用前景广阔。本文以TEC构建的温控系统为研究对象,从总体方案、硬件电路、软件及温控算法、人机交互等方面深入开展了系统的研制工作。在总体方案设计方面,从TEC的工作原理和应用工况出发,对TEC选型及布局方式、隔热层材料及厚度、散热器和散热风扇等系统结构进行了传热学分析和计算,搭建了系统的实验平台;结合系统功能指标,对MCU、温度传感器、AD转换器等核心器件进行了选型分析。在硬件电路方面,温度采集选用了24位Σ-Δ型ADC,对三线制铂电阻测温创新性引入激励换向和比率法技术,有效消除了引线电阻误差,提高了测量精度;针对目前TEC驱动电路持续电流小、输出效率低、可靠性差等问题,设计了4个NMOS组成的浮动栅极驱动电路,实现了加热制冷的灵活换向,对于TEC抗冷热冲击和过载能力差等不足,设计了高频滤波及保护电路,延长了TEC的寿命。在温控算法方面,针对常温段控温模式复杂问题,结合TEC特点定制设计了“双向”的控温模式;对于系统时变、TEC功率不稳定和参数整定麻烦等问题,提出了拟合参数关系式、分段单双向控制和变速积分等多种方式结合的温度控制策略。在软件设计方面,完成了温度采集、上下位机通讯、PWM输出及TEC驱动控制等方面的底层编程;在人机交互方面,利用LabVIEW设计了系统的上位机界面,实现了PID参数和设定温度等参数的人机实时交互。在实验验证方面,对测温系统进行了标定和校准实验,结果显示系统测温准确度优于±0.025℃;对系统控温范围和控制精度进行了实验验证,结果表明,本文设计的TEC温控系统能够实现0℃~120℃范围的温度控制,控制精度达±0.1℃。