半導(dǎo)體激光器溫控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)開題報(bào)告

西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告題目：半導(dǎo)體激光器溫控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)系別：光電信息系專業(yè)：光電信息工程班級(jí)：B100104姓名：李斌學(xué)號(hào)：B10010409導(dǎo)師：胡小英2013年11月20日畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕綜述1.1題目背景半導(dǎo)體激光〔Semiconductorlaser〕在1962年被成功激發(fā)，在1970年實(shí)現(xiàn)室溫下連續(xù)輸出。面向21世紀(jì)信息傳輸寬帶化、信息處理高速化、信息存儲(chǔ)大容量化,以及武器裝備高精度、小型化,半導(dǎo)體激光器〔LD〕借助于一系列先進(jìn)技術(shù)高速開展。半導(dǎo)體激光二極管具有體積小、轉(zhuǎn)換效率高、易調(diào)制和具有很強(qiáng)的集成能力等優(yōu)點(diǎn)，目前，半導(dǎo)體激光器(LD)廣泛應(yīng)用于科研、國防、工業(yè)、通訊等領(lǐng)域。但是，因此，半導(dǎo)體激光器溫控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成為研究的必須問題被提出來。1.2研究意義1.3國內(nèi)外相關(guān)研究情況上世紀(jì)90年代，Internet開始普及，光纖通信領(lǐng)域開始突發(fā)開展，在國外，許多IT公司，如阿爾卡特電子Liner等，都研制新型的光調(diào)整器、激光光源、光電探測(cè)器。在國內(nèi)，華為、中興等通訊制造商也著力于研究光纖通信器件。隨著網(wǎng)絡(luò)的迅猛開展，市場對(duì)通信器件的需求將越來越大。半導(dǎo)體激光器作為電子系統(tǒng)的核心器件，具有很大的開展、研究及市場潛力。對(duì)于半導(dǎo)體激光器的溫控系統(tǒng)，國內(nèi)外許多科研機(jī)構(gòu)都在進(jìn)行研究開發(fā)。當(dāng)前在制造激光器溫度控制產(chǎn)品的國外公司中，處于領(lǐng)先水平的主要有:IXLight，WAVELEIVGTH，McShane，THORLABS和LinearTechnology等一些公司。Light公司生產(chǎn)的恒溫控制器主要型一號(hào)有LD5525系列、LD3700系列;WAVELENGTH公司的恒i溫控制器產(chǎn)品的主要型號(hào)有MPT系列、PID系列、HTC系列和FPT系列;McShane公司的恒溫控制器的主要型號(hào)有5C7系列;THflRLABS公司的恒溫控制器產(chǎn)品主要型號(hào)有TEC200系列;Liner以及AnalflgDevices等公司都推出了專用的熱電制冷控制器芯片，例如Liner公司的LTC1923，AnalogDeices公司的ADN8830,TI公司的DRVS93等。國內(nèi)專門生產(chǎn)用于保持激光器恒溫的控制器比擬少，產(chǎn)品根本為時(shí)間比例一調(diào)節(jié)、固定參數(shù)PID調(diào)-整等。中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所利用數(shù)字式溫度傳感器DSP8B20制造了大功率半導(dǎo)體激光器恒溫致冷系統(tǒng)，控溫精度到達(dá)±0.1;中國工程程物理研究院流體物理研究所江孝國等人采用PID控制技術(shù)，研制的半導(dǎo)體激光器用溫度控系統(tǒng)，在18至25溫度范圍內(nèi)，溫控的穩(wěn)定度高于±0.1；天津人學(xué)精密儀器與光電工程學(xué)院周瑜等人采用熱敏阻作為測(cè)溫元件，用半導(dǎo)體致冷器作為溫控執(zhí)行元件，利用高共模抑制比、高輸入阻抗的運(yùn)算放大器和模擬PID，研制出了一種半導(dǎo)體激光器用高精度溫度拄制儀，該控制精度可高達(dá)±0.05℃。半導(dǎo)體激光器的溫度控制在國內(nèi)外都有較快的開展，我國的研究水平低于國外。在新世紀(jì)里半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用非常廣泛，這就要求我們?cè)诎雽?dǎo)體溫度控制領(lǐng)域不斷的創(chuàng)新開展。2.研究的根本內(nèi)容及擬采方案2.1研究的根本內(nèi)容〔1〕參數(shù)指標(biāo)：半導(dǎo)體激光器的工作溫度范圍：10最正確工作溫度：超調(diào)量：小于10%〔2〕2.2擬采用的方案溫度控制器的分類,以溫控器制造原理來分,可分為如下：(1)突跳式溫控器：各種突跳式溫控器的型號(hào)統(tǒng)稱KSD，常見的如KSD301,KSD302等，該溫控器是雙金屬片溫控器的新型產(chǎn)品，主要作為各種電熱產(chǎn)品具過熱保護(hù)時(shí)，通常與熱熔斷器串接使用，突跳式溫控器作為一級(jí)保護(hù)。熱熔斷器那么在突跳式溫控器失婁或失效導(dǎo)致電熱元件超溫時(shí)，作為二級(jí)保護(hù)自，有效地防止燒壞電熱元件以及由此而引起的火災(zāi)事故。(2)液漲式溫控器：是當(dāng)被控制對(duì)象的溫度發(fā)生變化時(shí)使溫控器感溫部內(nèi)的物質(zhì)〔一般是液體〕產(chǎn)生相應(yīng)的熱脹冷縮的物理現(xiàn)象〔體積變化〕，與感溫部連通一起的膜盒產(chǎn)生膨脹或收縮。以杠桿原理，帶動(dòng)開關(guān)通斷動(dòng)作，到達(dá)恒溫目的液脹式溫控器具有控溫準(zhǔn)確，穩(wěn)定可靠，開停溫差小，控制溫控調(diào)節(jié)范圍大，過載電流大等性能特點(diǎn)。液漲式溫控器主要用于家電行業(yè)，電熱設(shè)備，制冷行業(yè)等溫度控制場合用。(3)壓力式溫控器，改溫控器通過密閉的內(nèi)充感溫工質(zhì)的溫包和毛細(xì)管，把被控溫度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)榭臻g壓力或容積的變化，到達(dá)溫度設(shè)定值時(shí)，通過彈性元件和快速瞬動(dòng)機(jī)構(gòu)，自動(dòng)關(guān)閉觸頭，以到達(dá)自動(dòng)控制溫度的目的。它由感溫部、溫度設(shè)定主體部、執(zhí)行開閉的微動(dòng)開關(guān)或自動(dòng)風(fēng)門等三局部組成。壓力式溫控器適用于制冷器具〔如電冰箱冰柜等〕和制熱器等場合。(4)電子式溫控器，電子式溫度控制器〔電阻式〕是采用電阻感溫的方法來測(cè)量的，一般采用白金絲、銅絲、鎢絲以及熱敏電阻等作為測(cè)溫電阻，這些電阻各有其優(yōu)確點(diǎn)。一般家用空調(diào)大都使用熱敏電阻式。半導(dǎo)體激光器的溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)包括：溫控方式的選擇；元器件的選擇；微處理系統(tǒng)的選擇；電路圖的設(shè)計(jì)；焊接電路板；最后階段的調(diào)試。設(shè)計(jì)的目的是很好的控制半導(dǎo)體激光器的溫度，使其能夠在最正確的環(huán)境下工作，從而滿足各行業(yè)的使用要求。在此我們采用電子式溫度控制器，根據(jù)半導(dǎo)體激光器溫度控制系統(tǒng)的原理，可以將其過程分為，〔1〕溫度信息采集局部；〔2〕溫度信息處理局部；〔3〕溫度控制局部；〔4〕顯示局部；(5)聲光報(bào)警局部。如圖2.1所示為溫度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖2.1溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖溫度信息采集選用鉑熱電阻作為溫度傳感器，實(shí)時(shí)采集溫度信息。2.2．2溫度信息處理溫度信息的處理，選用微處理器單片機(jī)AT89C51,通過比擬采集溫度信息與設(shè)置溫度信息的差距，把信息傳輸給溫度控制局部。2.2.3溫度信息控制該局部，選用半導(dǎo)體制冷器,型號(hào)TESl—4903P。根據(jù)溫度處理系統(tǒng)所給的信息，利用珀?duì)柼瞤eltier〕效應(yīng)，再結(jié)合對(duì)半導(dǎo)體激光器進(jìn)行加熱或制冷。2.2.4顯示系統(tǒng)本系統(tǒng)半導(dǎo)體激光器〔LD〕溫度數(shù)據(jù)顯示采用專用數(shù)碼管顯示芯片MAX7219。2.2.5聲光報(bào)警系統(tǒng)在該溫控系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)溫度超過規(guī)定的額限溫度時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警。2.3溫度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.本課題研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)，前期已開展工作3.1研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)〔1〕用protel軟件畫出電路圖。3.2前期已開展工作〔1〕了解課題的研究方向和意義；〔2〕認(rèn)真閱讀課題任務(wù)書，對(duì)課題的撰寫，方向有根本的掌握；〔3〕對(duì)重點(diǎn)及難點(diǎn)進(jìn)行了初步的分析認(rèn)識(shí)；〔4〕查閱相關(guān)的文獻(xiàn)并總結(jié)資料。認(rèn)真撰寫開題報(bào)告。4.完本錢課題的工作方案及進(jìn)度方案〔按周次填寫〕第一周：明確畢業(yè)設(shè)計(jì)題目的任務(wù)、要求、及目的，第二周～第三周：查閱相關(guān)文獻(xiàn)，總體方案設(shè)計(jì)；第四周～第五周：完成電路圖的設(shè)計(jì)；第六周～第七周：用protel畫出電路圖；第七周～第八周：完成電路板的焊接；第九周～第十一周：完成PD算法的設(shè)計(jì)；第十二周～第十四周：完成單片機(jī)的C語言編程；第十五周～第十六周：完成電路的最終調(diào)試，實(shí)現(xiàn)10-40℃范圍可調(diào)，精度到達(dá)±0.2℃，超調(diào)量不大于10%；