基于单片机车载冰箱 PID 温度控制
摘要
：目前，车载冰箱已成为市场上的热销产品。文中产品核心采用了 AT89C52
单片机，利用
PID
算法，用数据字传感器 DS18B20
测量温度，
OPA549
驱动半导体制冷器TEC1-12706 控制箱体温度，设计车载冰箱智能控制。本文通过对基于单片机车载冰箱PID
温度控制系统的探究和综合分析，以期为相关研究提供必要的参考。
关键词
：
AT89C52
单片机；半导体制冷器；
PID
控制；实时显示
1 单片机车载冰箱 PID 温度控制系统硬件设计
本文所说的车载冰箱采用的是模块化电路设计，以AT89C52 单片机为核心的主控制模块、温度信号采集及显示模块、温度处理模块、按键控制模块。车载冰箱通过温度传感器DS18B20
采集温度信号，传给单片机主控制模块经过 PID
算法后，单片机的输出控制调节
DA
输出电压，然后再控制半导体制冷器，从而实现对冰箱温度的控制。
1.1 AT89C52 单片机与温度检测温度实时显示模块
文中车载冰箱的温度检测选用美国
DALLAS
公司生产的 DS18B20
温度传感器，该温度传感器的接口为单线，通过 1
条总线便可以与微处理器双向通信，输出数字信号。这样的“一线总线”的数字提高了传输系统的抗干扰性，提高了车载冰箱的性能。本文 DS18B20
采用外部电源供电方式，具有系统的抗干扰能力，同时还能有利于转换精度。车载冰箱设置了中英文显示的液晶显示屏TDJM1602
，用户通过液晶显示屏观看温度数值，数值显示类型为 16
字X1 行，即当前显示温度为“
XX
℃”。
1.2 温度控制模块
车载冰箱采用了智能系统来控制温度，智能系统由
12位模转换器AD7248A
、大电流驱动器
OPA549
、半导体制冷器件 TEC1-12706
等构成。
AD7248A
的输出数据只需
30ms，这是一种内置的放大器，并与
DA
转换器同时使用，可以产生± 5V
的输出电压，电流的极性改变使
Peltier
效应的半导体制冷器进行制冷或者加热切换，设备能够正常运作。本文中的车载冰箱采用了OPA549
芯片的电流驱动器，这是一个集成的芯片，可以为其提供峰值 10A
连续
8A
的驱动电流。配合 DA
转换器的双极输出供电模式，完成车载冰箱的制冷与加热。
1.3 按键控制部分模块
车载冰箱有
1
个键盘模块区域，方便用户利用键盘操作冰箱各种模式，本文中冰箱键盘有按键识别、分析的功能。按键识别主要是控制面板上的键位是否按下，系统是否保存按键按下的键值。用户通过按键升降温度。车载冰箱的温度控制在 2
℃
～
25
℃左右，系统的控制范围有限，并不是无限大、无限小地控制温度。因此，系统设置了电源开关，由 4
个按键来进行温度的调控。
2 系统软件设计
本设计采用了
PID
控制技术，先是单片机通过传感器DS18B20 采样读取冰箱温度
T1
；液晶显示模块
TJMD1602实时显示这个数值。然后与设定值 T2
进行比较，所产生的差值 T
送
PID
控制器。
PID
控制器输出控制量进行数模转化变成电压控制量。再次经过 OPA549
放大后，控制半导体 制 冷 器 TEC1-12706
的 工 作 状 态。半 导 体 制 冷 器TEC1-12706 所接电压的极性决定了其制冷、制热模式。当差值 T>0
，输出的是正电压，此时制冷器
TEC1-12706
进入制冷模式。当差值 T<0
，输出的是负电压，此时制冷器TEC1-12706 进入加热模式。
车载冰箱的温度控制通过
1
个闭环控制流程，即温度采集—温差计算—PID
调节—信号放大输出—半导体制冷器，在控制过程中设定冰箱温度。PID
加入了
1
个控制程度，其目的是为了更好地控制冰箱的温度。当温差 T>
（阈
t值）时，制冷器全功率制冷；当温差值 T<-t
时，全功率加热。当温差在 T
和
t
之间时启动
PID
。
3 试验结论
文 中 的 车 载 冰 箱 安 装 了
TEC1-12706
制 冷 器 和DS18B20 温度传感器，可以更好地控制温度。车载冰箱的智能温度系统具有实时显示数据的功能，方便用户查看温度数值，精确控制冰箱的温度，更好地为用户服务。此车载冰箱的智能温度控制系统同样适用于日常生活中的饮水机应用。
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