半导体激光器温度控制系统的研究

论文摘要

目前,半导体激光器(LD)广泛应用于科研、国防、工业等领域中。当LD用于精密仪器时,自身产生的热量严重影响着LD的输出特性(如LD输出波长随温度的漂移),进而影响仪器的精度,此时就需要对LD的温度变化进行严格控制。本课题的控制对象是中小功率LD的温度,采用铂电阻作为温度传感器,利用无污染、制冷效果显著的制冷器件—半导体制冷器作为系统执行元件,设计了一款基于ARM7(LPC2214)的温度测量和控制系统,其具有体积小、处理能力强、接口丰富、成本低、测温精度高,温度控制精确等特点。整个系统由三个模块组成,包括温度测量模块、微处理器模块和温度控制模块。本文首先介绍了温度测量及控制的发展现状,然后对系统的硬件和软件控制进行了设计。模糊PID算法不但具有鲁棒性好、动态响应好、上升时间快和超调小的特点,又具有PID算法的动态特性、品质和稳态精度。因此在温度控制器设计中,采用PID参数模糊自整定复合控制算法,可以实现PID参数的在线自调整,进一步完善了PID控制的自适应性能。最后,验证了系统控温功能,实验证明该方法对温度控制具有较好的控制效果,仿真所建立的恒温系统的温度波动性小于±0.05°C。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.2.1 温度控制方法介绍
• 1.2.2 半导体激光器温控系统研究现状
• 1.3 嵌入式系统发展现状
• 1.4 半导体制冷器发展现状
• 1.5 课题主要研究内容
• 第2章 系统分析与总体设计
• 2.1 半导体制冷器工作原理
• 2.2 温控系统结构选择
• 2.3 温控系统总体方案
• 2.4 恒温阱设计及恒温阱数学模型的建立
• 2.4.1 恒温阱设计
• 2.4.2 恒温阱数学模型的建立
• 2.5 本章小结
• 第3章 温度控制系统硬件设计
• 3.1 温度采样电路
• 3.1.1 铂电阻特性
• 3.1.2 信号采集及转换电路
• 3.2 D/A转换电路
• 3.3 半导体制冷器驱动电路
• 3.4 主控制电路
• 3.4.1 LPC2214 简介
• 3.4.2 LPC2214 处理器的外围电路
• 3.5 本章小结
• 第4章 温控系统软件设计
• 4.1 经典PID控制理论
• 4.2 模糊控制
• 4.2.1 模糊控制基本概念
• 4.2.2 模糊控制基本结构
• 4.2.3 模糊控制器的设计
• 4.3 模糊PID控制
• 4.4 软件设计
• 4.4.1 温度控制任务的分配
• 4.4.2 系统软件流程
• 4.4.3 使用串行口通讯的上位机程序
• 4.5 本章小结
• 第5章 仿真与实验数据处理
• 5.1 算法仿真比较
• 5.2 温控波动性仿真实验
• 5.3 实际温控实验
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢