Аннотация 2
Введение 5
1 Состояние вопроса 6
1.1 Требования к контроллеру элемента Пельтье, связанные со
спецификой эксплуатации холодильника 10
1.2 Общие сведения о регуляторах 12
1.3 Интегральный регулятор 13
1.4 Программа регулятора мощности 16
1.5 Ограничение интегратора 17
1.6 Выключение регулятора 18
1.7 Проверка и настройка регулятора 19
2 Основная часть 26
2.1 ПИД регулятор 27
2.2 Составляющие ПИД регулятора 29
2.3 Интегрирующая составляющая 31
2.4 Настройка ПИД регулятора 32
2.5 Разработка контроллера элемента Пельтье. ПИД регулятор
температуры 33
2.6 Проектирование схемы 34
2.6.1 Описание микросхемы интерфейса I2C (PCF8574) 34
2.6.2 Описание дисплея 45
2.6.3 Описание энкодера (KY-40) 46
2.6.4 Описание датчика температуры 48
2.6.5 Описание коммутатора мощности нагрузки 49
2.6.6 Измерения температуры горячей и холодной стороны 50
2.6.7 Реализация ПИД регулятора температуры 54
2.6.8 Выбор коэффициентов регулятора 58
3 Экспериментальная часть 61
3.1 Принципиальная схема контроллера 61
3.2 Интерфейс с пользователем 70
3.3 Управление контроллером 71
3.4 Резидентное программное обеспечение контроллера 74
Заключение 78
Список используемой литературы 79
Приложение А Программный код 82
Использование холодильных установок для различных целей, например сохранения продуктов, сохранения медицинских препаратов весьма актуален. Особенно важен режим сохранения заданной температуры на протяжении длительного времени - термостатирования. Данные цели достигаются применением компрессорных холодильных установок показавших свою эффективность. Их номенклатура весьма широка в современной технике. Однако они обладают рядом недостатков являющихся их специфическими чертами. Например, они достаточно громоздки, требуют, как правило, промышленной сети переменного тока. Использование альтернативных холодильных элементов на эффекте Пельтье, может решить выше указанную проблему, особенно если требуется компактная малогабаритная и переносная установка. Из особенностей так же следует отметить, что если требуется маломощная установка, то холодильник на Пельте элементах обходится дешевле, чем на компрессорной основе.
Объектом исследования в данной работе являются холодильные камеры, а предметом исследования - термоэлектрические холодильные камеры.
Цель работы: создание условий для хранения продуктов и медикаментов.
Для достижения цели необходимо решить ряд задач:
- выбрать элементы для установки;
- разработать электрическую схему питания;
- разработать программу для контроллера, обеспечивающую режим термостатирования в камере;
- провести экспериментальные измерения работы камеры.
В ходе выполнения дипломной выпускной квалификационной работы была разработана система холодильника на элементе пельтье TEC2-19006 поскольку элементы пельтье обладают совокупностью положительных свойств заключается низкой стоимости простоте управления и компактности. Для управления температурой была выбрана система с использованием ПИД- регулятора, который спроектирован на базе Arduino-подобной системы, в которой Arduino выполняет как функции самого регулятора, который можно настраивать так и устройства обеспечивающего интерфейс с LCD экраном.
В процессе изготовления и экспериментальной апробации холодильника был проверен релейный- и ПИД-регуляторы поддерживающие температуру внутри холодильника. Экспериментально было доказано, что релейный регулятор управления температурой приводит к большим колебаниям температуры на горячей и холодной стороне элемента Пельтье, что может влиять на его ресурс работы.
В системе предусмотрена регулировка ПИД-регулятор: имеется возможность задавать параметры работы холодильника, температуру внутри холодильника с точностью 0,50С, а также можно производить динамическую настройку задания температуры с помощью параметров ПИД-регулятора.
Для управления мощностью в системе предусмотрен силовой ключ, а температура отслеживается с помощью цифровых датчиков температуры.
В работе проведены экспериментальные исследования, показавшие возможность работы системы с максимальной разницей температур между окружающей средой и камерой холодильника порядка 20 0С.
Улучшение характеристик холодильника выполнено с помощью установки внутри холодильника дополнительного вентилятора.
