依据热平衡原理设计了以单片机为控制核心，DS18B20数字温度传感器和铂电阻PT100为检温元件，正温度系数（PTC）效应加热器为执行元件的温控及制冷功率测量系统。通过模糊PID（Proportional Integral Derivative）控制算法输出不同占空比的脉宽调制波，控制辐射冷却材料温度和环境温度保持一致性，同时利用3D打印工艺完成装置的搭建，最终测算出辐射制冷功率。实验结果表明，系统测量计算的辐射制冷功率与理论预测值接近，该系统可以有效满足多种辐射冷却材料的测量。

近红外波段(NIR, 波长范围: 780～2 500 nm)在线光谱分析技术具有小型化、 快速检测、 结果稳定可靠等优点, 在工业现场检测领域有着广泛的应用。 由于近红外光谱分析系统受温度影响较大, 传统的光栅分光在线光谱分析系统所采用的光谱仪通常仅对探测器制冷, 光路部分仍然会受到温度影响产生波长漂移等测量误差。 此外, 系统也多采用PC计算机来进行数据采集和控制, 并通过配备独立的工业通讯模块实现光谱分析系统与产线总控系统的通讯, 不仅增加了设备成本与体积, 也显著降低了系统的稳定性。 针对这些问题, 基于STM32单片机开展了在线恒温光谱分析系统研制与测试。 系统采用STM32单片机来控制近红外光谱仪, 通过设定和修改采集间隔时间并采集光谱数据, 对光谱数据进行预处理, 来计算得到目标样品的理化指标。 对于温度控制, 开发了在STM32单片机上运行的基于比例-积分-微分(PID)控制算法的恒温控制系统, 对光谱仪整体(包含光路和电路部分)实现了闭环恒温控制。 同时, 开发了基于STM32单片机的工业通讯接口(包含Modbus协议通讯和4～20 mA电流信号通讯)。 系统实验测试结果表明, 该设计能够长时间稳定运行, 并有效降低了环境温度变化对光谱数据带来的干扰。 在长达48小时的系统运行过程中, 光谱仪温度稳定控制在5 ℃左右, 温控精度优于0.25 ℃。 相对于未恒温控制的运行模式, 恒温控制条件下的平均吸收光谱强度相对标准差显著减小, 并实现了数据采集、 预处理、 样品理化指标计算、 工业信号通讯及温度控制的一体化设计, 以满足工业现场在线检测需求。

半导体激光器输出的精准性和稳定性受温度的影响较大,温度的变化会导致半导体激光器阈值电流、电光转换效率和波长大小变化,进而影响输出功率。为了实现半导体激光器在设定温度条件下正常工作,设计了单片机为核心控制元件,热电制冷器(TEC)和PTC加热器为执行元件,AD590温度传感器和铂电阻PT1000为温度检测元件的温度控制系统,通过论域可变的模糊比例-积分-微分(PID)控制算法输出不同占空比的脉冲宽度调制波对温度进行控制。通过仿真分析,此控制算法不仅可以减小系统超调量,也具有很强的鲁棒性。最后实验结果表明,在-12~120 ℃的控温范围内,可以达到系统所要求±0.1 ℃的控温精度,并在250 s内达到预设温度。

研究了一种基于软件补偿结合恒流源补偿的改进温度补偿方法，应用单片机、恒流源、数字温度传感器、乘法器等硬件电路，对传统软件补偿进行了优化，补偿效果较传统恒流源补偿有了明显提升，“温漂”整体下降了约13.7 %。在传统的温度补偿方法如热敏元件补偿、恒流源补偿、软件补偿等方式上做了补充，对于霍尔电流传感器精度的提升及实际生产需求的满足有重要意义。

为提高检测准确性, 提出激光三角法高精度测量模型, 由变阈值亚像素灰度重心提取算法和CCD倾角误差补偿模型两部分组成; 光斑中心定位算法对激光检测准确度起关键作用, 针对已有激光中心定位算法的缺陷, 提出了变阈值亚像素灰度重心提取算法, 通过梯度函数和高斯拟合算法设定阈值去除光斑边缘噪声区域对中心定位的影响, 并利用多项式插值提高灰度重心法精度; 同时为提高实际工业生产环境中的测量准确性, 建立CCD倾角误差补偿模型; 应用激光三角法高精度测量模型, 以STM32F407为硬件核心建立系统, 以锥螺纹为被测物进行实验; 实验结果表明: 该测量模型实现了对锥螺纹信息的准确采集, 且精度明显高于传统的灰度重心法, 可以将锥螺纹检测的误差控制在10 μm内。

使用STM32F103ZET6单片机控制, 采用PA92功率放大器驱动压电陶瓷, 设计了532nm平平腔结构的F-P扫描干涉仪。腔镜反射率为99%, 精细度310, 腔长0.1~150mm连续可调, 对应自由光谱区1~1500GHz和分辨率3.2~4800MHz连续可调。压电陶瓷驱动电压和频率通过编码器调节, 可以在0~200V和1~100Hz连续可调, 并显示在数码管上。同时可以通过RS232串口与计算机通讯, 在上位机使用LabVIEW软件界面方便地设置压电陶瓷驱动电压和频率。使用F-P扫描干涉仪, 对激光二极管泵浦Nd∶YVO4/KTP绿光激光器纵模进行了测量, 验证了整个系统的工作性能稳定可靠。

针对目前太阳能充电控制器对蓄电池的保护不够充分, 蓄电池的寿命缩短这种情况, 研究确定了一种基于单片机Atmega16的太阳能充电控制器的方案。本设计使用低功耗、高性能的Atmega16单片机作为核心器件对整个电路进行控制。系统硬件电路由太阳能电池充电电路、电压采集和显示电路、单片机控制电路和RS-485串口通信电路组成, 主要实现对蓄电池电压的采集和显示。软件部分依据PWM(pulse width modulation)脉宽调制控制策略, 编制程序使单片机输出PWM控制信号, 控制信号将实现对功率开关器件MOS管开通与关断的控制, 从而实现太阳能极板对蓄电池的充电控制[1]。根据控制器的要求, 编制软件程序, 软件实现蓄电池高效率充电, 使蓄电池不过充、过放, 保护蓄电池, 延长蓄电池使用寿命。

通过分析F-P扫描干涉仪的工作原理，基于STC89C52RC单片机，采用PA93功率放大器驱动压电陶瓷，设计了1 064 nm平平腔结构的F-P扫描干涉仪。腔镜反射率为98%，精细度156，腔长0.1~100 mm连续可调，对应自由光谱区1.5~1 500 GHz和分辨率9.65~9 650 MHz。压电陶瓷驱动电压和频率通过4×4矩阵键盘，可以在0~200 V和1~30 Hz连续可调，显示在1 602液晶屏上。同时可以通过RS232串口与计算机通讯，在上位机使用LabVIEW软件界面方便地设置压电陶瓷驱动电压和频率。最后使用该F-P扫描干涉仪，对激光二极管泵浦Nd: YVO4激光器纵模进行了测量，验证了整个系统的工作性能。