一種基于模糊控制的半導體激光器溫度控制裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及基于模糊控制的半導體激光器溫度控制裝置，屬于半導體激光器領域。
【背景技術】
[0002]隨著信息技術的迅速發展，半導體激光器已經廣泛地應用于光纖通信、光纖傳感和激光雷達等領域，具有廣闊的應用前景。溫度是影響激光器性能指標的主要因素之一，當激光器的溫度升高，其輸出波長逐漸向長波長方向漂移，同時，溫度控制的精度也影響著激光器的線寬和功率，因此，必需對半導體激光器采用合適的溫度控制技術，從而保證半導體激光器或系統能夠正常工作。為此，研究人員在溫度控制系統方面做了研究工作，獲得了一定的進展。2007年，樓祺洪等人提出的申請號為200710045711.0的實用新型專利，利用電橋驅動芯片設計了熱電制冷器的驅動電路，實現了半導體激光器的溫度控制；2014年，朱俊提出的半導體激光器自動溫度控制系統(申請號:201410480407.9)，采用惠斯通電橋和運算放大器設計的溫度檢測放大電路，實現半導體激光器溫度的控制。
[0003]以上的技術具有一定的應用參考價值，但是，這些實用新型的溫度采集電路采用的是模擬電路，因此溫度采集電路相對比較復雜，主要是由于溫度采集電路利用的是電橋電路造成的，同時沒有高精度的算法進行控制，使得在控溫過程中會出現溫度波動現象，造成激光器溫度變化，導致激光器輸出的波長、線寬和功率都將出現波動現象，為其后續的系統造成一定的影響。
【實用新型內容】
[0004]實用新型目的:為了克服現有技術中存在的不足，本實用新型提出一種基于模糊控制的半導體激光器溫度控制裝置，可以更精確的控制激光二極管的溫度。
[0005]技術方案:為解決上述技術問題，本實用新型的基于模糊控制的半導體激光器溫度控制裝置，包括為整個裝置提供電源的電源模塊、單片機系統和激光二極管；所述單片機系統上連接有鍵盤控制、顯示模塊和溫度傳感器系統，所述單片機系統與TEC驅動電路一端，TEC驅動電路另一端連接TEC溫度控制芯片，TEC溫度控制芯片利用硅膠粘貼在導熱板的一面，導熱板的另一面用硅膠粘貼激光二極管，溫度傳感器系統中的傳感器緊密連接導熱板。
[0006]作為優選，所述導熱板為鋁板或紫銅。
[0007]作為優選，所述TEC驅動電路包括驅動芯片L298N、電源和若干二極管，所述驅動芯片的第1、8和15引腳接地，第4和9引腳連接電源，第5和7引腳連接單片機系統，第2引腳通過二極管Dl連接電源模塊，同時第2引腳通過二極管D2接地，第3引腳通過二極管D4連接電源模塊，同時第3引腳通過二極管D3接地，第2和3引腳分別連接到所述TEC溫度控制芯片的正極和負極。
[0008]作為優選，所述單片機系統還與報警系統連接。
[0009]在本實用新型中，所述溫度傳感器系統包括溫度傳感器DS18B20、電源和電阻，溫度傳感器DS18B20的第I引腳接地，第2引腳連接單片機系統，第3引腳連接電源，第2引腳通過電阻Rl連接第3引腳。所述顯示模塊為液晶顯示或LED顯示，單片機系統為普通單片機控制器、DSP控制器或ARM控制器中的一種。
[0010]有益效果:本實用新型的基于模糊控制的半導體激光器溫度控制裝置，單片機讀取溫度傳感器系統的數值，單片機根據溫度傳感器的數值驅動TEC溫度控制芯片，控制精度高，而且效率大大提高，并且控制系統能夠實現數據通信、數據處理及系統控制等處理功能，自動化程度高，速度快測量效率高，誤差小，操作方便。
【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型的系統連接框圖；
[0012]圖2為實施例中溫度傳感器系統示意圖；
[0013]圖3為實施例中TEC驅動電路示意圖；
[0014]圖4為實施例中模糊PID控制算法結構示意圖；
[0015]圖5為實施例1中獲得的控溫數據圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本實用新型作更進一步的說明。
[0017]實施例1
[0018]如圖1至圖4所示，包括電源模塊100、單片機系統10UTEC驅動電路102、TEC溫度控制芯片103、激光二極管104、導熱板105、溫度傳感器系統106、顯示模塊107、鍵盤控制108和報警模塊109。所述單片機系統上連接有TEC驅動電路102、溫度傳感器系統106、顯示模塊107、鍵盤控制108和報警模塊109，TEC驅動電路102 —端連接單片機系統101，另一端連接TEC溫度控制芯片103，TEC溫度控制芯片103利用硅膠粘貼在導熱板105的一面，導熱板105的另一面用硅膠粘貼激光二極管104，溫度傳感器系統106中的傳感器緊密連接導熱板105，溫度傳感器系統106另一端連接單片機系統101，電源模塊100為整個系統供電。
[0019]其中，電源模塊100選用的是綠揚YB1732A直流穩壓電源，單片機系統101包含飛思卡爾單片機MC9S12XS128MAL芯片、時鐘電路、復位電路和JIAG結構。TEC溫度控制芯片103選用的是半導體制冷片TEC1-12706，導熱板105選用的是鋁板，
[0020]具體的，如圖2所示，TEC驅動電路102包括驅動芯片L298N和4個二極管，L298N是SGS(通標標準技術服務有限公司)公司的產品，是15腳Multiwatt封裝，其內部包含4通道邏輯驅動電路。內含二個H橋的高電壓、大電流雙全橋驅動器，接收標準TTL邏輯電平信號，可驅動46V、2A以下的電機。驅動芯片L298N的第1、8和15引腳接地，第4和9引腳連接電源，第5和7引腳連接單片機系統，第2引腳通過二極管Dl連接電源，同時第2引腳通過二極管D2接地，第3引腳通過二極管D4連接電源，同時第3引腳通過二極管D3接地，第2和3引腳分別連接到所述TEC溫度控制芯片的正極和負極。
[0021]如圖3所示，溫度傳感器系統106包括溫度傳感器DS18B20、電源和電阻R1(10K歐姆)，DS18B20數字溫度傳感器提供9-12位攝氏溫度測量而且有一個由高低電平觸發的可編程的不因電源消失而改變的報警功能。它的測溫范圍為-55?+125°C，溫度傳感器DS18B20的第I引腳接地，第2引腳連接單片機系統，第3引腳連接電源，第2引腳通過電阻Rl連接第3引腳。
[0022]圖4為模糊PID控制算法結構示意圖，其中X為系統輸入量，在本實施例中為溫度傳感器檢測的激光二極管的溫度，Y為系統輸出量，為單片機經過控制算法處理后的溫度，為TEC溫度控制芯片的輸入溫度，e (t) = x-y為偏差值作積分分離H)控制算法和模糊PID控制算法的輸入，ec (t) = de (t) /dt為系統偏差變化率作模糊PID控制算法的輸入，控制開關選擇以偏差閾值ε為標準，控制方式在大偏差時(|e|> ε )，選擇簡單的積分分離H)控制算法的輸出量作為控制量U1，小偏差時(|e| ( ε)則采用模糊PID控制算法輸出作為控制量u2，PID控制算法的三個控制參數(Kp為比例作用系數，K工為積分作用系數，KD為微分作用系數)在線整定，進一步完善PID控制算法的性能，改善了溫度控制系統的參數變化。該實施例系統設計的兩個控制方式，設定當|e|>3(即ε =3)采取H)控制算法，當|e|彡3(即ε =3)時采取模糊PID控制算法對溫度進行控制。
[0023]其溫度控制系統的流程為:通過開機自檢后，從單片機系統中的數據處理單元的EEPROM存儲芯片中讀取上次關機時存儲的TEC溫度控制芯片的溫度，若上次關機時沒存儲溫度則讀取開機時當前TEC溫度控制芯片的溫度，通過鍵盤進行溫度的設定，在鍵盤設置待控溫度后，啟動模糊PID控制算法，輸出的控制量一方面驅動TEC溫度控制芯片工作，另一方面信號反饋到溫度采集系統進行溫度的精確控制。
[0024]如圖5所示，當開始時半導體激光器的溫度為27°C，設定的溫度為14°C時，利用本實用新型的溫度控制系統對半導體激光器進行溫度控制，半導體激光器的溫度與時間的關系如圖5所示，從圖5可以看出，控制裝置的調節時間約為30s，系統無超調量；系統的誤差為 ±0.05°C。
[0025]以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出:對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.基于模糊控制的半導體激光器溫度控制裝置，其特征在于:包括為整個裝置提供電源的電源模塊、單片機系統和激光二極管；所述單片機系統上連接有鍵盤控制、顯示模塊和溫度傳感器系統，所述單片機系統與TEC驅動電路一端，TEC驅動電路另一端連接TEC溫度控制芯片，TEC溫度控制芯片利用硅膠粘貼在導熱板的一面，導熱板的另一面用硅膠粘貼激光二極管，溫度傳感器系統中的傳感器緊密連接導熱板。2.根據權利要求1所述的基于模糊控制的半導體激光器溫度控制裝置，其特征在于:所述導熱板為鋁板或紫銅。3.根據權利要求1所述的基于模糊控制的半導體激光器溫度控制裝置，其特征在于:所述TEC驅動電路包括驅動芯片L298N、電源和若干二極管，所述驅動芯片的第1、8和15引腳接地，第4和9引腳連接電源，第5和7引腳連接單片機系統，第2引腳通過二極管Dl連接電源模塊，同時第2引腳通過二極管D2接地，第3引腳通過二極管D4連接電源模塊，同時第3引腳通過二極管D3接地，第2和3引腳分別連接到所述TEC溫度控制芯片的正極和負極。4.根據權利要求1所述的基于模糊控制的半導體激光器溫度控制裝置，其特征在于:所述單片機系統還與報警系統連接。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于模糊控制的半導體激光器溫度控制裝置，該裝置包括電源模塊、單片機系統、TEC驅動電路、TEC溫度控制芯片、導熱板、激光二極管、溫度傳感器系統、鍵盤控制、顯示模塊和報警模塊；所述單片機系統上連接有鍵盤控制、報警模塊、顯示模塊和溫度傳感器系統，所述TEC驅動電路一端連接單片機系統，另一端連接TEC溫度控制芯片，TEC溫度控制芯片利用硅膠粘貼在導熱板的一面，導熱板的另一面用硅膠粘貼激光二極管，溫度傳感器系統中的傳感器緊密連接導熱板。本實用新型的基于模糊控制的半導體激光器溫度控制裝置，單片機讀取溫度傳感器系統的數值，單片機根據溫度傳感器的數值驅動TEC溫度控制芯片，控制精度高，而且效率大大提高。
【IPC分類】G05D23/20, G05B13/02, H01S5/024
【公開號】CN204925831
【申請號】CN201520715077
【發明人】陳東軍, 王如剛, 周六英, 周鋒, 沈兆軍
【申請人】鹽城工學院
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年9月15日