半导体激光器自动温度控制系统优化设计.pdf

半导体激光器自动温度控制系统优化设计 本文设计了一种基于 C8051F020 单片机的半导体激光器自动温度控制系统，该系统在温度采样、热电制冷器驱动和 PID 控制等方面都进行了优化设计，大大提高了温度控制的精确性和稳定性。 一、自动温度控制系统设计 本系统主要由半导体激光器、温度采样电路、C8051F020 单片机和 TE C 驱动电路几部分组成。系统框图如图 1 所示。温度采样电路采用改进的电压源法，通过计算可以除去电压源的误差带来的影响，提高了温度采样电路的精度。TE C 驱动电路根据输入电压的大小对制冷器进行加热或制冷控制，达到温度控制的目的。 二、温度采样电路设计 温度采样电路是自动温度控制系统的关键部分。电桥法和电压源法是两种常用的温度采样方法，但它们都存在一些缺陷。电桥法采用桥式电路比较电压值来控制 TE C 驱动电路，但由于桥式电路采用的电阻较多，且可调电阻的精度和温度系数指标较低，导致温度控制精度不高。电压源法通过精密电阻和热敏电阻组成的分压网路进行温度采样，但电压源常常容易受到噪声的干扰，导致电压源自身的电压不准，造成温度采样电压不准。因此，本文采用了一种改进的电压源法，通过计算可以除去电压源的误差带来的影响，提高了温度采样电路的精度。 三、TE C 及其驱动电路设计 半导体激光器采用帕尔贴效应的半导体热电制冷器（TE C）作为温度控制元件。TE C 由两种不同半导体材料（P 型和 N 型）组成，当给 TE C 两端通不同方向电流时，可对半导体激光器进行制冷或加热。当给 TE C 两端通不同大小电流时，可改变 TE C 的制冷量或加热量。其加热、制冷效果图如图 3 所示。 四、PID 控制算法设计 PID 控制算法是自动温度控制系统的核心部分。该算法可以根据当前温度和目标温度的差值来计算控制增量，并将控制增量送至 TE C 驱动电路，实现温度控制的目的。 本文设计了一种基于 C8051F020 单片机的半导体激光器自动温度控制系统，该系统在温度采样、热电制冷器驱动和 PID 控制等方面都进行了优化设计，大大提高了温度控制的精确性和稳定性。