用PIC16F17146开发Peltier冷却金属板
编辑:宝星微科技 | 发布时间:2023-02-24 16:40 | 浏览次数:176
使用PIC16F17146的核心独立外设(cip)减少了实现Peltier冷却金属板所需的物料清单(BOM)。
介绍用PIC16F17146开发Peltier冷却金属板
核心独立外设(cip)是集成到微控制器(MCU)中的专用硬件块,可以降低功耗,提高CPU效率并增加新的MCU功能。Peltier冷却金属板,也被称为冷板,是CIPs在应用中的强大演示。cip使该解决方案高度集成,从而最大限度地减少了该应用程序中的物料清单(BOM)。
顾名思义,该应用程序的目标是将顶部金属表面冷却到用户设置的温度。为了实现这一目标,使用珀尔帖元件(固态热泵)将热量从顶板泵到下面的散热器。连接在散热器上的冷却风扇将这些热量吹到大气中。图1显示了组装的演示。
图1 -组装好的冷板
MCU 执行以下操作:
Peltier 何时应该打开和何时应该关闭的信号
使用负温度系数 (NTC) 热敏电阻计算冷板和散热器的温度
放大珀耳帖电路的电流检测输出
在实验室环境之外保持安全操作
验证冷却风扇是否在运行
监控系统的异常值(Peltier 电流和温度)
自检未完成则复位
验证加载的用户设置
在用户界面上显示遥测
响应用户的输入(按钮和旋转编码器)
在系统运行时更改 LED 灯模式
对于单个 8 位 MCU 来说,这似乎需要执行大量工作。但是使用 CIP,可以完成这些功能和任务。为实现此设计,由于模拟外设而选择了 PIC16F17146 MCU。该MCU 系列以模拟为重点,外设包括带计算功能的 12 位差分模数转换器 (ADCC)、集成运算放大器 (OPAMP)、两个模拟比较器 (CMP)和两个数模转换器(DAC)。
这些模拟外设允许设计几乎完全在 MCU 中实现。这方面的一个例子是使用OPAMP 的电流检测放大器。当珀耳帖元件拉动电流时,低侧的电流检测电阻器两端会产生电压。由于感应电压相对较小(10A 时为 100 mV),因此很难将其他模拟外设直接用于此信号。通过将 OPAMP 用作电流检测放大器(图 2),放大后的信号可以与其他模拟外设一起使用,从而提高它们的模拟性能。
图 2 – 电流检测放大器(与电流监测系统一起显示)
使用 CIP 实现的另一个功能是用于用户界面的正交解码器。用户旋转编码器来导航菜单和调整冷板的设置。旋转编码器生成正交编码波形,该波形由两个彼此相差 90 度的方波组成。旋转方向将取决于哪个波形超前而另一个滞后。这可以在图 3 中看到。
为了将正交编码信号转换为旋转,使用两个可配置逻辑单元 (CLC)将正交编码信号转换为顺时针和逆时针脉冲,然后将其馈送到用作计数器的定时器 1 和定时器 3。从那里,CPU 可以对定时器计数执行简单的算术运算,以确定自上次读取以来的净变化,这与用户的编码器移动相关。这最大限度地减少了 CPU 必须用于确定自上次读取以来的净旋转的计算时间。
图 3 – 正交解码器的实现
开发过程中的一个大问题是确保此应用程序可以在实验室环境之外运行。Peltier 电路在产生极端(热/冷)温度时消耗大量电流。PIC16F17146 上的功能安全 (FuSa) 就绪外设用于强化系统以防止可能发生的软件故障。
当 Peltier 运行时,微控制器执行定期自检以监控 Peltier 电流、系统温度和冷却风扇速度,以确保一切都在预期参数内运行。例如,如果冷却风扇停止运行,系统应立即关闭以防止损坏珀耳帖元件。同样,如果 Peltier 出现短路故障,系统应立即断电。这种定期自检由窗口看门狗定时器 (WWDT)强制执行。如果自检运行失败,微控制器将复位。
实施的另一项安全功能是用户设置的循环冗余校验 (CRC) 。目标温度、单位和迟滞参数等用户设置存储在器件 EEPROM 中。EEPROM 中还包含一个校验和,以验证内存是否损坏。启动时,系统会检查 EEPROM 以查看设置是否存在以及是否有效。如果内存验证失败,设置将被擦除并设置为编译时默认值。
这篇博文讨论了 CIP 在实施可减少 BOM 的高度集成系统方面的一些优势和用途。虽然不可能以博客格式详细介绍 Cold Plate 内部使用的每个 CIP 实现,但随附的应用说明更详细地介绍了完整的实现。您还可以在Microchip的官方网站上查看源代码和设备文档。
文章源于Microchip Robert & Josh Booth