本半导体制冷装置的制冷片采用TEC1-12704，如图3-2所示，它的参数如表3-1所示[4]。

图3-2　珀尔贴元件图

表3-1　半导体制冷片参数

虽然极限电压为15V，但工作电压为12V时，制冷片制冷效果最佳，所以为了提高电能的利用率，为制冷片提供12V的电源，采用PWM控制。为提高半导体制冷片的性能，散热一般有空气自然对流、空气强制对流、水冷散热、热管散热，本实验系统采用铜管散热。

图3-3所示为珀尔贴制冷系统结构示意，图3-4所示为珀尔贴制冷实验系统[5]。半导体制冷系统由控制器工控机、AD板卡、PWM板卡、恒温器、珀尔贴制冷装置、温度传感器组成。两个板卡插在工控机主板的插槽中，由专用转接端子与信号调理板相连。温度传感器输出的温度信号，经过信号调理板放大，然后由AD板卡采集数据送到工控机。工控机根据得到的温度数据进行控制算法的运算，计算得到控制信号来控制PWM板卡输出相应占空比的PWM波，控制珀尔贴的制冷能力，从而调节铝板的温度。由于珀尔贴本身就是一个非线性的元件，所以铝板的热传导制冷控制也是一个非线性控制过程。

图3-3　珀尔贴制冷系统结构示意图

图3-4　珀尔贴制冷系统实物图

实验系统中的温度传感器采用被广泛应用的模拟温度传感器LM35DZ，可测温度范围为0～100℃，对应的电压输出为0V～1V。传感器采用了内部补偿，它的温度输出可以从0℃开始。在常温时，LM35DZ的温度误差能够达到±1/4℃内。温度与输出电压是线性正比关系，关系简单，相互转换方便，温度与输出电压的比例系数为10mV/℃。由于LM35DZ的模拟电压输出最大为1V，为了提高AD板卡PCL-812PG采集时的温度精度，温度传感器的输出信号经过一级放大，放大电路如图3-5所示。图中J8端子连接LM35DZ温度传感器，根据放大器的原理，易得放大电路输入电压Ui与输出电压Uo之间关系为：

根据图中标注的电阻阻值，可以得到放大电路的放大倍数。

调整W2的阻值，可以调整放大电路的放大倍数，范围为1～6倍。

电压信号放大后，由插在工控机中的PCL-812PG板卡进行A/D转换。PCL-812PG带有一个12位逐位逼近式A/D转换器。转换器采用HADC574Z（嵌入式采样保持器），转换速率最高可达30kHz，转换精度为0.015%。它有软件触发，程序定时触发和外部触发三种模式。输入电压可以是双极性+/-10V、+/-5V、+/-2.5V、+/-1.25V、+/-0.625V、+/-0.3125V，所有输入电平可以软件编程控制。

图3-5　电压信号放大电路

实验系统采用的PWM输出板卡为PCI-1760U。PCI-1760U是一款PCI总线的继电器输出及隔离数字输入卡，它有2路可由用户定义的隔离脉宽调制PWM输出，分辨率为16位（每步0.1ms）。高电平、低电平最大周期都为[（1～65535）·100μs]+50μs。(www.daowen.com)

由于输出的PWM幅值为5V，而珀尔贴额定电压为12V，则需要一个幅值功率放大电路，提高电路带负载的能力。幅值功率转换电路如图3-6所示，电路同时具有模数电路隔离功能，避免模拟电路对数字电路信号的干扰。光电隔离部分采用TLP250芯片（原理如图3-7所示），功率放大则采用IRF3205芯片。PWM信号由TLP250芯片的管脚2输入，管脚3接地。当PWM信号为高电平时，TLP250芯片内部的发光二极管被点亮，管脚6、7输出高电平，则MOSFET管IRF3205导通，负载开始工作；当PWM信号为低电平时，TLP250芯片内部的发光二极管不导通，管脚6、7输出低电平，则MOSFET管处于截止状态，负载不工作。

图3-6　PWM幅值功率转换电路

图3-7　TLP250原理图

研华设备驱动软件封装了操作板卡的底层代码，留出了打开设备，关闭设备，配置设备，使能设备等程序接口。只要用户按照接口所规定的参数格式进行操作，就能很方便地使用板卡。它的使用结构如图3-8所示。用户可以安装VB或VC的编程环境，然后安装提供的例子程序，找到提供的头文件与驱动库，复制到工程里，就可以按照需求对板卡进行操作。由于程序过多，驱动接口可以参照提供的参考手册，参考手册有中文和英文两种格式，在安装程序时可以选择安装。也可以在提供的例子程序基础上，对程序进行修改。只需要对VB和VC熟悉，就可以很方便并快捷的实现自己的功能。如果对编程不熟悉，也能够在实践中很快地学会库函数的功能与使用，进而操作板卡。

图3-8　板卡使用结构

研华设备管理器是板卡的管理软件，它能够对板卡进行参数配置与测试，提供了界面式的配置，可以让用户很方便的管理板卡。调用库函数时，也会用到这些配置信息，界面如图3-9所示。安装完成相应板上驱动后，拖动研华设备管理器中Supported Devices列表的滚动条，选中欲安装的设备，点击Add；会弹出指定设备的配置，以PCL-812PG板卡为例，配置界面如图3-10所示，主要需要配置中断通道、基地址、DMA通道、A/D转换范围、D/A参考电压等信息。中断通道可以选择计算机中尚未被占用的中断通道，可以在计算机设备管理器中，按照“依类型排序资源（Y）”查看设备管理器，展开中断选项，就可以看到计算机内中断通道的使用情况。基地址则需要参看说明书，正确填入拨码开关代表的地址。其他设置项则都要与PCL-812PG板卡上跳冒的连接一致。

配置完成后，在Installed Devices列表中就会显示已经配置完成的板卡信息，信息主要包括设备号与设备名，设备号在调用设备打开函数时会用到。设备打开函数有一个设备号的参数。

图3-9　研华设备管理器界面

图3-10　PCL-812PG配置界面

驱动安装好，并在设备管理器中添加完板卡后，就可以操作添加成功的板卡。当需要测试板卡是否正常工作时，可以自己在VB或VC编程环境下编写程序测试，也可以利用设备管理器进行测试。研华设备管理软件还带有测试程序，可以很方便地测试板卡与计算机是否连接成功。当硬件通过专用连接线连接成功时，可以点击界面中的test对板卡进行测试。不同的板卡，测试的功能是不一样的。PCL-812PG主要测试A/D转换，而PCI-1760U主要测试PWM输出功能。以PCL-812PG板卡为例，对于PCL-812PG板卡，主要用到板卡的A/D采集功能的10或11通道。当温度传感器输入到信号调理板的板J7端子，并在Installed Devices列表中选中PCL-812PG板卡，点击Test，测试界面如图3-11所示，可以看到A/D采集的10通道采集到的数据，即当前温度对应的电压值，此电压值是经过信号调理板放大后的电压信号。

图3-11　测试A/D界面