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