МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Новосибирский национальный исследовательский государственный университет» (Новосибирский государственный университет, НГУ)

Структурное подразделение Новосибирского государственного университета –

Высший колледж информатики НГУ

КАФЕДРА ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Разработка микропроцессорного термостата на базе элементов пельтье Дипломный проект

на квалификацию техник

Научный руководитель

Зав. лаб. 2-3 КТИ НП, к.т.н. Патерикин В. И.

“____”_________2013 г.

Студент гр.901а Федотов А.И.

“____”_________2013 г.

Новосибирск

2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 5

1.1 Описание предметной области 5

1.1.1 Термостат 5

1.2 Измерение и стабилизация температуры внутри замкнутого объема 6

1.2.1 Измерение температуры 6

1.2.2 Стабилизация температуры 7

1.3 Датчики температуры 7

1.4 Постановка задачи 9

1.5 Выбор датчика температуры на основе p-n перехода полупроводникового диода и схемы его подключения 10

1.6 Выбор типа термоэлектрического модуля (ТЭМ) 12

2 РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ 16

2.1 Структурная схема термостата 16

2.2 Принципиальная электрическая схема термостата 17

2.2.1 Принципиальная электрическая схема контроллера термостата 17

2.2.2 Принципиальная электрическая схема силового драйвера модуля Пельтье 18

2.2.3 Принципиальная электрическая схема измерительного усилителя 19

2.3 Алгоритм работы программы аппаратной части устройства 19

2.4 Внешний вид электронных блоков 19

2.5 Листинг программы 20

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 21

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 22

ПРИЛОЖЕНИЕ А 23

ПРИЛОЖЕНИЕ Б 26

1. Алгоритм работы программы аппаратной части устройства 26

1.1 Описание блок – схемы алгоритма программы аппаратной части устройства. 26

2. Описание работы термостата. 30

2.1 Статический режим 31

2.2 Динамический режим. 31

ПРИЛОЖЕНИЕ В 32

ПРИЛОЖЕНИЕ Г 35

Введение

Темой дипломного проекта является «Разработка микропроцессорного термостата на базе элементов Пельтье».

В рамках данной работы стояла задача разработать и реализовать термостат, имеющий минимальные габариты и малое энергопотребление, а также выбрать наиболее подходящий для него тип термоэлектрического модуля.

Для выполнения поставленной задачи были проделаны следующие виды работ:

• Изучение необходимого аппаратного обеспечения.

• Изучение принципов работы существующий на данный момент термостатов (в приближении к заданным требованиям).

• Исследование принципа работы термоэлектрических модулей (ТЭМ), выбор и обоснование типа ТЭМ, режимов работы.

• Изучение принципов работы датчиков температуры.

• Разработка электрических схем термостата.

• Собрана плата контроллера термостата, силовой драйвер для управления модулем Пельтье, платы с измерительными усилителями для датчиков температуры.

• Разработка алгоритма программы для аппаратной части устройства.

• Разработка программ для аппаратной части устройства.

• Отладка программ.

• Тестирование устройства в реальном эксперименте.

• Анализ проделанной работы.

При работе над проектом использовались: микроконтроллер Atmega32. Используемое программное обеспечение: ОСWindows 7, IDEAtmelStudio 6, AltiumDesigner 9, Multisim 10, ProteusISIS, MicrosoftWord, Paint, GoogleChrome, AccessPort, Terminal, C++Bulder 6. Используемые приборы: Осциллограф «TektronixDPO2000B», «AVRDragon».

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

   1. Описание предметной области

      1. Термостат

Термостат - специальное лабораторное оборудование,  предназначенное для поддержания заданного температурного режима внутри рабочего объема, куда помещается исследуемый объект. Существует два основных типа термостатов: жидкостные и суховоздушные.

1. Жидкостный термостат

Подогрев теплоносителя и поддержание заданной температуры осуществляется с помощью нагревателя и датчика температуры, расположенных в резервуаре, и блока автоматического регулирования, охлаждение – путем теплообмена с окружающей средой, а при температурах близких к окружающей - дополнительно с помощью теплообменника.

1. Суховоздушный термостат

Принцип действия суховоздушного термостата основан на стабилизации температуры воздушного потока, что в целом обеспечивает непрерывный обмен воздуха внутри термостата. Подогрев или охлаждение воздуха внутри термостата осуществляется с помощью, например, термоэлектрического модуля (ТЭМ), а охлаждение-с помощью теплообменника, соединенного с холодильным агрегатом. Измерение температуры осуществляется с помощью датчика температуры. Поддержание нужной температуры осуществляется с помощью блока автоматического регулирования, управляющего нагревателем и холодильным агрегатом.

Структурная схема жидкостного и суховоздушного термостата представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Структурная схема жидкостного или суховоздушного термостата.