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Professur Elektronische Bauelemente der Mikro- und Nanotechnik
Professur Elektronische Bauelemente der Mikro- und Nanotechnik
Professur Elektronische Bauelemente der Mikro- und Nanotechnik 

Digitaler PID-Regler für die Temperaturregelung einer Thermobox mit Peltier-Elementen


Hintergrund

An der Professur Elektronische Bauelemente werden Arbeiten im Bereich der Modellierung elektronischer Bauelemente durchgeführt, die sich auch mit der Temperaturabhängigkeit deren Kennlinien befassen.
Für die experimentelle Untersuchung des Bauelementeverhaltens bei von der Zimmertemperatur abweichenden Temperaturen existierte bereits eine Thermobox mit Peltier-Elementen, die allerdings noch nicht mit einer Temperaturregelung ausgestattet war.
Um eine bequeme Bedienung zu ermöglichen, wurde im Rahmen einer Hilfsassistenten-Tätigkeit ein elektronischer Regler aufgebaut, der im folgenden kurz beschrieben werden soll.

Aufbau und Funktion

Das Gerät besteht aus folgenden Baugruppen:
  • Frontplatine: Analogsignal-Verarbeitung und Digitale Regelung
  • Netzteilplatine: Stromversorgung der gerätinternen Elektronik
  • Stromquellenplatine: Steuerung des Stromes, der von einem externen Netzteil durch die Peltier-Elemente fließt
Über einen vom Gerät aus gesteuerten Multiplexer wird eine von 8 Temperaturmessstellen in der Thermobox ausgewählt. Die so erhaltenen IST-Werte können zur Anzeige gebracht werden bzw. sind für die Regelung notwendig. Die in einem ATMEL- Mikrocontroller implementierte Regelung berechnet aus den digitalisierten Messwerten unter Beachtung des gewählten SOLL-Temperaturwertes und eingestellter Regel-Parameter die erforderliche Stellgröße. Diese wird nach D/A-Wandlung und weiterer Signalverarbeitung auf die Stromquellenplatine geführt und steuert den Strom durch die Peltier-Elemente entsprechend.

Geräteansichten


Frontplatine, ins Gehäuseinnere zeigende Seite

Netzteilplatine, Bestückungsseite

Stromquellenplatine, Unterseite mit SMD-Bauelementen

Stromquellenplatine, Oberseite

Geräteinnenansicht von oben

Gerätefrontansicht

Jörg Uhle & Marco Schreiter, LEB, April 2001
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