半导体激光器温控系统硬件设计开题报告

西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文)开题报告题目：半导体激光器温控系统的硬件设计系别：光电信息系专业：光电信息工程班级：B100104姓名：李斌学号：B10010409导师：胡小英2013年11月20日毕业设计〔论文〕综述1.1题目背景半导体激光〔Semiconductorlaser〕在1962年被成功激发，在1970年实现室温下连续输出。面向21世纪信息传输宽带化、信息处理高速化、信息存储大容量化,以及武器装备高精度、小型化,半导体激光器〔LD〕借助于一系列先进技术高速开展。半导体激光二极管具有体积小、转换效率高、易调制和具有很强的集成能力等优点，目前，半导体激光器(LD)广泛应用于科研、国防、工业、通讯等领域。但是，因此，半导体激光器温控系统的设计成为研究的必须问题被提出来。1.2研究意义1.3国内外相关研究情况上世纪90年代，Internet开始普及，光纤通信领域开始突发开展，在国外，许多IT公司，如阿尔卡特电子Liner等，都研制新型的光调整器、激光光源、光电探测器。在国内，华为、中兴等通讯制造商也着力于研究光纤通信器件。随着网络的迅猛开展，市场对通信器件的需求将越来越大。半导体激光器作为电子系统的核心器件，具有很大的开展、研究及市场潜力。对于半导体激光器的温控系统，国内外许多科研机构都在进行研究开发。当前在制造激光器温度控制产品的国外公司中，处于领先水平的主要有:IXLight，WAVELEIVGTH，McShane，THORLABS和LinearTechnology等一些公司。Light公司生产的恒温控制器主要型一号有LD5525系列、LD3700系列;WAVELENGTH公司的恒i温控制器产品的主要型号有MPT系列、PID系列、HTC系列和FPT系列;McShane公司的恒温控制器的主要型号有5C7系列;THflRLABS公司的恒温控制器产品主要型号有TEC200系列;Liner以及AnalflgDevices等公司都推出了专用的热电制冷控制器芯片，例如Liner公司的LTC1923，AnalogDeices公司的ADN8830,TI公司的DRVS93等。国内专门生产用于保持激光器恒温的控制器比拟少，产品根本为时间比例一调节、固定参数PID调-整等。中国科学院安徽光学精密机械研究所利用数字式温度传感器DSP8B20制造了大功率半导体激光器恒温致冷系统，控温精度到达±0.1;中国工程程物理研究院流体物理研究所江孝国等人采用PID控制技术，研制的半导体激光器用温度控系统，在18至25温度范围内，温控的稳定度高于±0.1；天津人学精密仪器与光电工程学院周瑜等人采用热敏阻作为测温元件，用半导体致冷器作为温控执行元件，利用高共模抑制比、高输入阻抗的运算放大器和模拟PID，研制出了一种半导体激光器用高精度温度拄制仪，该控制精度可高达±0.05℃。半导体激光器的温度控制在国内外都有较快的开展，我国的研究水平低于国外。在新世纪里半导体激光器的应用非常广泛，这就要求我们在半导体温度控制领域不断的创新开展。2.研究的根本内容及拟采方案2.1研究的根本内容〔1〕参数指标：半导体激光器的工作温度范围：10最正确工作温度：超调量：小于10%〔2〕2.2拟采用的方案温度控制器的分类,以温控器制造原理来分,可分为如下：(1)突跳式温控器：各种突跳式温控器的型号统称KSD，常见的如KSD301,KSD302等，该温控器是双金属片温控器的新型产品，主要作为各种电热产品具过热保护时，通常与热熔断器串接使用，突跳式温控器作为一级保护。热熔断器那么在突跳式温控器失娄或失效导致电热元件超温时，作为二级保护自，有效地防止烧坏电热元件以及由此而引起的火灾事故。(2)液涨式温控器：是当被控制对象的温度发生变化时使温控器感温部内的物质〔一般是液体〕产生相应的热胀冷缩的物理现象〔体积变化〕，与感温部连通一起的膜盒产生膨胀或收缩。以杠杆原理，带动开关通断动作，到达恒温目的液胀式温控器具有控温准确，稳定可靠，开停温差小，控制温控调节范围大，过载电流大等性能特点。液涨式温控器主要用于家电行业，电热设备，制冷行业等温度控制场合用。(3)压力式温控器，改温控器通过密闭的内充感温工质的温包和毛细管，把被控温度的变化转变为空间压力或容积的变化，到达温度设定值时，通过弹性元件和快速瞬动机构，自动关闭触头，以到达自动控制温度的目的。它由感温部、温度设定主体部、执行开闭的微动开关或自动风门等三局部组成。压力式温控器适用于制冷器具〔如电冰箱冰柜等〕和制热器等场合。(4)电子式温控器，电子式温度控制器〔电阻式〕是采用电阻感温的方法来测量的，一般采用白金丝、铜丝、钨丝以及热敏电阻等作为测温电阻，这些电阻各有其优确点。一般家用空调大都使用热敏电阻式。半导体激光器的温度控制系统硬件设计包括：温控方式的选择；元器件的选择；微处理系统的选择；电路图的设计；焊接电路板；最后阶段的调试。设计的目的是很好的控制半导体激光器的温度，使其能够在最正确的环境下工作，从而满足各行业的使用要求。在此我们采用电子式温度控制器，根据半导体激光器温度控制系统的原理，可以将其过程分为，〔1〕温度信息采集局部；〔2〕温度信息处理局部；〔3〕温度控制局部；〔4〕显示局部；(5)声光报警局部。如图2.1所示为温度控制系统的结构图。图2.1温度控制系统结构图温度信息采集选用铂热电阻作为温度传感器，实时采集温度信息。2.2．2温度信息处理温度信息的处理，选用微处理器单片机AT89C51,通过比拟采集温度信息与设置温度信息的差距，把信息传输给温度控制局部。2.2.3温度信息控制该局部，选用半导体制冷器,型号TESl—4903P。根据温度处理系统所给的信息，利用珀尔帖〔peltier〕效应，再结合对半导体激光器进行加热或制冷。2.2.4显示系统本系统半导体激光器〔LD〕温度数据显示采用专用数码管显示芯片MAX7219。2.2.5声光报警系统在该温控系统中，当系统温度超过规定的额限温度时，系统发出声光报警。2.3温度控制系统软件设计3.本课题研究的重点及难点，前期已开展工作3.1研究的重点及难点〔1〕用protel软件画出电路图。3.2前期已开展工作〔1〕了解课题的研究方向和意义；〔2〕认真阅读课题任务书，对课题的撰写，方向有根本的掌握；〔3〕对重点及难点进行了初步的分析认识；〔4〕查阅相关的文献并总结资料。认真撰写开题报告。4.完本钱课题的工作方案及进度方案〔按周次填写〕第一周：明确毕业设计题目的任务、要求、及目的，第二周～第三周：查阅相关文献，总体方案设计；第四周～第五周：完成电路图的设计；第六周～第七周：用protel画出电路图；第七周～第八周：完成电路板的焊接；第九周～第十一周：完成PD算法的设计；第十二周～第十四周：完成单片机的C语言编程；第十五周～第十六周：完成电路的最终调试，实现10-40℃范围可调，精度到达±0.2℃，超调量不大于10%；