微型恒溫箱的溫度控制系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及生物、臨床醫(yī)學檢驗及化學分析中的恒溫保存裝置，公開了一種微型恒溫箱的溫度控制系統(tǒng)和方法。本發(fā)明中，采用比例-積分-微分PID算法，對探測到的恒溫箱箱體內(nèi)的溫度與環(huán)境溫度、預(yù)先設(shè)定的目標溫度進行計算，得到加熱或者制冷，以及加熱或者制冷時間，并對恒溫箱箱體內(nèi)保存生物樣品的部分進行加熱或者制冷，使恒溫箱箱體內(nèi)的溫度恒定于目標溫度，從而自動調(diào)整恒溫箱箱體內(nèi)的溫度到設(shè)定的目標溫度，不受環(huán)境溫度的限制。
【專利說明】微型恒溫箱的溫度控制系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物、臨床醫(yī)學檢驗及化學分析中的恒溫保存裝置，特別涉及一種智能生物疫苗樣品恒溫保存箱的溫度控制系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]恒溫箱廣泛應(yīng)用于制藥、育苗、食品保鮮等領(lǐng)域，目前有部分醫(yī)用恒溫箱利用氟利昂制冷，溫控器控制，其設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機構(gòu)較大，且成本較高，尤其是在使用恒溫空間較小時使用很不方便。另一部分市場上以及業(yè)界采用的恒溫箱體積過大，只能制熱，制冷需要依靠外界環(huán)境進行熱量擴散，這樣制冷的下限就是環(huán)境溫度，完全無法滿足高端疫苗以及諸多生物樣品的保存在較低溫度甚至零度以下的要求。此外，目前高端生物疫苗以及樣品儲存中還存在諸多難題，比如箱體體積大，功耗高，箱體內(nèi)溫度不穩(wěn)定不均勻，制冷制熱效率低，恒溫過程緩慢等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種微型恒溫箱的溫度控制系統(tǒng)和方法，使得恒溫箱箱體內(nèi)的溫度自動調(diào)整到設(shè)定的目標溫度，不受環(huán)境溫度的限制。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實施方式提供了一種微型恒溫箱的溫度控制系統(tǒng)，包含:溫度傳感器、半導體制冷片、加熱管和微處理器；
[0005]所述溫度傳感器用于探測金屬浴核心的溫度，并傳送給所述微處理器；其中，所述金屬浴核心位于所述微型恒溫箱內(nèi)，所述金屬浴核心上留有用于安放生物疫苗樣品保存管的孔，所述孔的形狀和尺寸與所述生物疫苗樣品保存管的形狀和尺寸相適應(yīng)；
[0006]所述微處理器采用比例-積分-微分PID算法，對探測到的溫度與環(huán)境溫度、預(yù)先設(shè)定的目標溫度進行計算，確定加熱或者制冷，得出加熱時間或者制冷時間，并驅(qū)動所述加熱管對所述金屬浴核心進行加熱，或者驅(qū)動所述半導體制冷片對所述金屬浴核心進行制冷，使所述金屬浴核心的溫度恒定于所述目標溫度。
[0007]本發(fā)明的實施方式還提供了一種微型恒溫箱的溫度控制方法，包含以下步驟:
[0008]A.探測金屬浴核心的溫度；其中，所述金屬浴核心位于所述微型恒溫箱內(nèi)，所述金屬浴核心上留有用于安放生物疫苗樣品保存管的孔，所述孔的形狀和尺寸與所述生物疫苗樣品保存管的形狀和尺寸相適應(yīng)；
[0009]B.采用比例-積分-微分PID算法，對探測到的溫度與環(huán)境溫度、預(yù)先設(shè)定的目標溫度進行計算，確定加熱或者制冷，得出加熱或者制冷時間；
[0010]C.根據(jù)所述加熱以及加熱時間，對所述金屬浴核心進行加熱；或者根據(jù)所述制冷以及制冷時間，對所述金屬浴核心進行制冷；
[0011]D.重復(fù)步驟A至C，使所述金屬浴核心的溫度恒定于所述目標溫度。
[0012]本發(fā)明實施方式相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，采用比例-積分-微分PID算法，對探測到的恒溫箱箱體內(nèi)的溫度與環(huán)境溫度、預(yù)先設(shè)定的目標溫度進行計算，確定加熱或者制冷，得到加熱或者制冷時間，并對恒溫箱箱體內(nèi)保存生物樣品的部分進行加熱或者制冷，使恒溫箱箱體內(nèi)的溫度恒定于目標溫度，從而自動調(diào)整恒溫箱箱體內(nèi)的溫度到設(shè)定的目標溫度，不受環(huán)境溫度的限制。此外，在微型恒溫箱內(nèi)采用金屬浴核心在恒溫箱箱體內(nèi)形成穩(wěn)定均勻的溫度場，并在金屬浴核心上預(yù)留用于安放生物疫苗樣品保存管的孔，并且孔的形狀和尺寸與生物疫苗樣品保存管的形狀和尺寸相適應(yīng)，在恒溫過程中，直接對金屬浴核心進行加熱或者制冷，使得恒溫過程較快；并且，需要保存的樣品被金屬浴核心包圍，而金屬浴核心形成的溫度場是穩(wěn)定均勻的，因此使得恒溫箱箱體內(nèi)生物疫苗樣品保存管所處位置的溫度穩(wěn)定均勻。
[0013]另外，所述微處理器包含PID計算器，所述PID計算器根據(jù)所述探測到的溫度、環(huán)境溫度、目標溫度，結(jié)合預(yù)先設(shè)定的最小時間步進量和最小溫度步進量，確定比例系數(shù)P、積分時間I和微分時間D ;確定脈寬調(diào)制PWM信號的占空比。
[0014]采用PID算法計算制冷或者加熱的控制信號，可實現(xiàn)探測溫度與目標溫度偏差較大時的快速調(diào)整，以及偏差較小時的精細調(diào)整，同時保證恒溫過程的快速性和恒溫溫度的精確性。
[0015]另外，還包含:半導體制冷片驅(qū)動電路和加熱管驅(qū)動電路；
[0016]所述微處理器根據(jù)確定的加熱或者制冷模式，以及加熱時間或者制冷時間，輸出兩路使能信號和兩路脈寬調(diào)制PWM信號；
[0017]其中，兩路使能信號分別選擇所述半導體制冷片驅(qū)動電路和所述加熱管驅(qū)動電路進行制冷或加熱；所述半導體制冷片和所述加熱管在同一時間只有一方恒定工作；
[0018]兩路PWM信號分別輸出給所述半導體制冷片驅(qū)動電路和所述加熱管驅(qū)動電路；
[0019]所述半導體制冷片驅(qū)動電路根據(jù)PWM信號驅(qū)動所述半導體制冷片進行制冷；
[0020]所述加熱管驅(qū)動電路根據(jù)PWM信號驅(qū)動所述加熱管進行加熱。
[0021]溫度控制系統(tǒng)既可制冷，又可加熱，不受環(huán)境溫度的限制，實現(xiàn)恒溫器所允許溫度范圍內(nèi)任意溫度的恒溫，滿足高端疫苗以及諸多生物樣品的保存在較低溫度甚至零度以下的要求。
[0022]另外，所述溫度傳感器位于所述金屬浴核心下部，孔底水平高度，三個孔之間；所述加熱管位于所述金屬浴核心頂部設(shè)有的兩個互相連通的環(huán)形槽內(nèi)；所述半導體制冷片嵌入所述金屬浴核心的底部。
[0023]溫度傳感器測得的溫度更接近金屬浴核心的真實溫度，使溫度控制系統(tǒng)對微型恒溫箱的溫度控制更精確。
[0024]另外，所述微處理器安置于保溫蓋上，其中，所述保溫蓋位于所述金屬浴核心上部;
[0025]所述保溫蓋上設(shè)有觸點，分別將所述溫度傳感器、所述加熱管、所述半導體制冷片和所述微處理器連接。
[0026]通過保溫層隔離金屬浴核心與外界環(huán)境，可以使金屬浴核心完全處于良好的低耗能保溫狀態(tài)；通過觸點連接可以使接觸電阻小，提高電連接的可靠性。
[0027]另外，所述金屬浴核心底部保溫層則位于可裝卸的保溫底盤上；旋下底部保溫底盤，用打火機或熱水浴直接加熱底部裸露的金屬浴核心，或者直接用冰塊敷底部裸露的金屬浴核心。通過外部加熱或制冷將恒溫箱預(yù)熱或者冷卻到一定溫度后，再啟動電子保溫功能，可以快速進入保溫狀態(tài)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的微型恒溫箱的溫度控制系統(tǒng)示意圖；
[0029]圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的微型恒溫箱的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的微型恒溫箱的剖面示意圖；
[0031]圖4是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的微型恒溫箱的溫度控制系統(tǒng)中的H橋驅(qū)動電路示意圖；
[0032]圖5是根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的微型恒溫箱的溫度控制方法的流程圖；
[0033]圖6是根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的微型恒溫箱的溫度控制系統(tǒng)的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0034]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的各實施方式進行詳細的闡述。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在本發(fā)明各實施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術(shù)細節(jié)。但是，即使沒有這些技術(shù)細節(jié)和基于以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現(xiàn)本申請各權(quán)利要求所要求保護的技術(shù)方案。
[0035]本發(fā)明的第一實施方式涉及一種微型恒溫箱的溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用比例-積分-微分PID算法，對探測到的恒溫箱箱體內(nèi)的溫度與環(huán)境溫度、預(yù)先設(shè)定的目標溫度進行計算，得到加熱或者制冷，以及加熱或者制冷時間，并對恒溫箱箱體內(nèi)保存生物樣品的部分進行加熱或者制冷，使恒溫箱箱體內(nèi)的溫度恒定于目標溫度，從而自動調(diào)整恒溫箱箱體內(nèi)的溫度到設(shè)定的目標溫度，不受環(huán)境溫度的限制。
[0036]具體地說，如圖1所示，本實施方式包含:溫度傳感器、半導體制冷片、加熱管和微處理器；溫度傳感器用于探測金屬浴核心的溫度，并傳送給微處理器。其中，如圖2和圖3所示，金屬浴核心201位于微型恒溫箱內(nèi)，金屬浴核心上留有用于安放生物疫苗樣品保存管的孔204，孔的形狀和尺寸與生物疫苗樣品保存管的形狀和尺寸相適應(yīng)。也就是說，恒溫箱采用銅質(zhì)或鋁質(zhì)核心模塊作為金屬浴核心，需要保存的樣品放置在金屬浴核心上預(yù)留的孔內(nèi)，在恒溫過程中，直接對金屬浴核心進行加熱或者制冷，使得恒溫過程較快；此外，需要保存的樣品被金屬浴核心包圍，而金屬浴核心形成的溫度場是穩(wěn)定均勻的，因此使得恒溫箱箱體內(nèi)生物疫苗樣品保存管所處位置的溫度穩(wěn)定均勻。
[0037]采用PID算法計算制冷或者加熱的控制信號，可實現(xiàn)探測溫度與目標溫度偏差較大時的快速調(diào)整，以及偏差較小時的精細調(diào)整，同時保證恒溫過程的快速性和恒溫溫度的精確性。具體地說，微處理器采用比例-積分-微分PID算法，對探測到的溫度與環(huán)境溫度、預(yù)先設(shè)定的目標溫度進行計算，確定加熱或者制冷，得到加熱或者制冷時間，并驅(qū)動加熱管和加熱管對金屬浴核心進行加熱，或者驅(qū)動半導體制冷片對金屬浴核心進行制冷，使金屬浴核心的溫度恒定于目標溫度。具體地說，微處理器包含PID計算器，PID計算器根據(jù)探測到的溫度、環(huán)境溫度、目標溫度，結(jié)合預(yù)先設(shè)定的最小時間步進量和最小溫度步進量，確定比例系數(shù)P、積分時間I和微分時間D ;確定脈寬調(diào)制PWM信號的占空比。微處理器根據(jù)確定的加熱或者制冷模式，以及加熱時間或者制冷時間，輸出兩路使能信號和兩路脈寬調(diào)制PWM信號，其中，兩路使能信號分別選擇半導體制冷片驅(qū)動電路和加熱管驅(qū)動電路進行制冷或加熱；半導體制冷片和加熱管在同一時間只有一方恒定工作；兩路PWM信號分別輸出給半導體制冷片驅(qū)動電路和加熱管驅(qū)動電路；半導體制冷片驅(qū)動電路根據(jù)PWM信號驅(qū)動半導體制冷片進行制冷；加熱管驅(qū)動電路根據(jù)PWM信號驅(qū)動加熱管進行加熱。也就是說，一路使能信號用于加熱，另一路使能信號用于制冷；一路PWM信號用于控制加熱時間，另一路PWM信號用于控制制冷時間。通過PWM信號的占空比實現(xiàn)探測溫度與目標溫度偏差較大時的快速調(diào)整，以及偏差較小時的精細調(diào)整。
[0038]溫度傳感器205位于金屬浴核心下部，孔底水平高度，三個孔之間，用于探測金屬浴核心的溫度；加熱管206位于金屬浴核心頂部設(shè)有兩個互相連通的環(huán)形槽；半導體制冷片(未圖示)嵌入金屬浴核心的底部。也就是說，在金屬浴核心模塊下部靠孔底高度，從PCR管孔間設(shè)計了一溫度傳感器探頭孔，探頭伸及三只PCR管孔之間；在金屬浴模塊頂部開大小兩個環(huán)形槽，并相互連通，安置了微型環(huán)狀加熱管，加熱管上部再用一塊金屬片蓋住，用螺絲固定在下部金屬浴模塊上。如果微型電熱器損壞，可用螺絲拆卸下該金屬片進行更換維修。
[0039]微處理器根據(jù)溫度傳感器探測到的溫度，輸出控制信號，通過半導體制冷片對金屬浴核心進行制冷，或者通過加熱管對金屬浴核心進行加熱。這樣本實施方式的恒溫箱既可制冷，又可加熱，不受環(huán)境溫度的限制，實現(xiàn)恒溫器所允許溫度范圍內(nèi)任意溫度的恒溫，滿足高端疫苗以及諸多生物樣品的保存在較低溫度甚至零度以下的要求。
[0040]此外，溫度控制系統(tǒng)還包含:半導體制冷片驅(qū)動電路和加熱管驅(qū)動電路；微處理器輸出PWM信號通過半導體制冷片驅(qū)動電路驅(qū)動半導體制冷片制冷，或者通過加熱管驅(qū)動電路驅(qū)動加熱管加熱；其中，半導體制冷片和加熱管在同一時間只有一方恒定工作。在實際應(yīng)用中，半導體制冷片驅(qū)動電路和加熱管驅(qū)動電路可以采用H橋功率放大驅(qū)動電路，具體地可以采用N溝道MOS管設(shè)計全H橋驅(qū)動電路，如圖4所示。微處理器根據(jù)溫度傳感器探測到的金屬浴核心的溫度、預(yù)先設(shè)定的目標溫度，采用比例-積分-微分PID算法計算得到制冷或者加熱的控制信號，驅(qū)動半導體制冷片制冷，或者驅(qū)動加熱管加熱；其中，半導體制冷片和加熱管在同一時間只有一方恒定工作。也就是說，制冷和制熱分開，制冷采用TEC半導體制冷片，制冷時產(chǎn)生的熱量需要排散去，而制熱采用加熱管來達到，制冷和制熱一般都在穩(wěn)定的情況下只有一方在恒定工作，不宜高速頻繁的切換。
[0041]此外，值得一提的是，本實施方式可以采用電池，為微型恒溫箱的電子器件部分提供電源。比如，電池采用緊湊的鋰離子電池，在微小的體積內(nèi)，儲電容量可以做到IOAH (安培小時)以上，由于系統(tǒng)的加熱和制冷功耗比較高，但是本系統(tǒng)采用PID來調(diào)節(jié)制熱或者制冷電壓的占空比，這樣大大降低了功耗水平，為恒溫箱的短途的旅行，或者近距離的攜帶出行提供了可能性。本實施方式還設(shè)計了一個外部交流電源轉(zhuǎn)換器和一個車載電源(12V直流)轉(zhuǎn)換器，用于電池的充電和外部供電保溫。
[0042]而且，為了方便恒溫箱的使用，還可以設(shè)計一個液晶顯示界面和一組按鍵，比如說，液晶顯示采用12864帶中文字庫液晶屏幕，顯示4行，包含:目標溫度、當前環(huán)境溫度、時間、步進時間。一組按鍵包含4個按鍵或者5個按鍵，有溫度和時間的增加(+ )和減少(_)，設(shè)置好后還可以保存，可以取消，并且用24C02保存設(shè)置的參數(shù)，避免每次開機重設(shè)。按鍵按下時還可以有蜂鳴器提示。[0043]此外，值得說明的是，微處理器安置于保溫蓋上，其中，保溫蓋位于金屬浴核心上部；保溫蓋上設(shè)有觸點，分別將溫度傳感器、加熱管、半導體制冷片和微處理器連接。用可靠的觸點將金屬浴的溫度傳感器、加熱管和半導體制冷片與保溫蓋上的電子器件部分分別連接，在保溫蓋裝上后電路連通，即可以顯示金屬浴的溫度。在保溫蓋上的安裝方式可制成圓筒狀微型溫控器，設(shè)計了可靠的四個觸點，這點如同手機電池的觸點。
[0044]此外，值得一提的是，如圖2和圖3所示，恒溫箱由內(nèi)向外依次為金屬浴核心201、保溫層202、外殼203。金屬浴核心201上留有用于安放生物疫苗樣品保存管304的孔204，該孔204的形狀和尺寸與生物疫苗樣品保存管的形狀和尺寸相適應(yīng)，如圖3所示。金屬浴核心可以設(shè)計成圓柱形，用于安放生物疫苗樣品保存管的孔有N+1個，其中I個孔位于圓柱形的金屬浴核心的中心位置，其余N個孔圍繞著中心位置的孔在圓周上均勻排列，這種排列方式進一步保證了恒溫箱箱體內(nèi)溫度分布均勻。比如圖2中，微型恒溫箱一次可以對7只PCR管(用于保存生物疫苗)進行控溫，PCR管呈六角形排列，那么在金屬浴核心上按PCR管的尺寸留有7個尖底孔，一個位于中心位置，其余6個圍繞中心位置的孔在圓周上均勻排列。
[0045]此外，孔徑比生物疫苗樣品保存管相應(yīng)部位的直徑大0.2至0.5毫米，孔深為15至16_。這一金屬浴核心與生物疫苗樣品保存管之間的間隔進一步保證了生物疫苗樣品保存管所處環(huán)境的溫度穩(wěn)定均勻。一方面，如果金屬浴核心與生物疫苗樣品保存管之間的間隔過大，會導致金屬浴核心形成的溫度場與安放生物疫苗樣品保存管的孔內(nèi)形成的溫度場不一致，從而導致生物疫苗樣品保存管的實際保存溫度與金屬浴核心的溫度不一致；另一方面，如果金屬浴核心與生物疫苗樣品保存管之間的間隔過小，會導致因生物疫苗樣品保存管的熱脹冷縮而取放不便。
[0046]此外，值得說明的是，微型恒溫箱還包含保溫層，金屬浴核心包裹在保溫層內(nèi)，保溫層可以采用石棉、泡沫塑料中的一種或疊層作為保溫材料。金屬浴核心上部的保溫層202'位于可裝卸的保溫蓋302內(nèi)，保溫層內(nèi)預(yù)留一定空間，保證生物疫苗樣品保存管的安置，在PCR管放入后上緊保溫蓋保證整個模塊完全處于良好的低耗能保溫狀態(tài)。金屬浴核心底部的保溫層202"位于可裝卸的保溫底盤303上；旋下底部保溫底盤，用打火機或熱水浴直接加熱底部裸露的金屬浴核心，使金屬浴核心預(yù)熱到一定的溫度，再啟動電子器件部分。同理，也可以直接用冰塊敷設(shè)在底部裸露的金屬浴核心進行制冷，使金屬浴核心冷卻到一定的溫度，再啟動電子器件部分。通過外部加熱或制冷將恒溫箱預(yù)熱或者冷卻到一定溫度后，再啟動電子保溫功能，可以快速進入保溫狀態(tài)。
[0047]本發(fā)明的第二實施方式涉及一種微型恒溫箱的溫度控制方法，其流程如圖5所示，包含以下步驟:
[0048]步驟501，探測金屬浴核心的溫度；其中，所述金屬浴核心位于所述微型恒溫箱內(nèi)，所述金屬浴核心上留有用于安放生物疫苗樣品保存管的孔，所述孔的形狀和尺寸與所述生物疫苗樣品保存管的形狀和尺寸相適應(yīng)。
[0049]步驟502，采用比例-積分-微分PID算法，對探測到的溫度與環(huán)境溫度、預(yù)先設(shè)定的目標溫度進行計算，確定加熱或者制冷，得到加熱或者制冷時間。
[0050]具體地說，根據(jù)探測到的溫度、環(huán)境溫度、目標溫度，結(jié)合預(yù)先設(shè)定的最小時間步進量和最小溫度步進量，確定比例系數(shù)P、積分時間I和微分時間D ;確定脈寬調(diào)制PWM信號的占空比。
[0051]步驟503，根據(jù)加熱以及加熱時間，對金屬浴核心進行加熱；或者根據(jù)制冷以及制冷時間，對金屬浴核心進行制冷。
[0052]具體地說，根據(jù)確定的加熱或者制冷模式，以及加熱時間或者制冷時間，輸出兩路使能信號和兩路脈寬調(diào)制PWM信號；其中，兩路使能信號分別選擇半導體制冷片驅(qū)動電路和加熱管驅(qū)動電路進行制冷或加熱；半導體制冷片和加熱管在同一時間只有一方恒定工作；兩路PWM信號分別輸出給半導體制冷片驅(qū)動電路和加熱管驅(qū)動電路；根據(jù)P麗信號驅(qū)動半導體制冷片進行制冷；或者，根據(jù)PWM信號驅(qū)動加熱管進行加熱。
[0053]步驟504，判斷金屬浴核心的溫度是否恒定于目標溫度，若否，則重復(fù)執(zhí)行步驟501至步驟503，若是，則探測金屬浴核心的溫度，判斷金屬浴核心的溫度是否恒定于目標溫度。
[0054]本實施方式的恒溫箱的保溫操作程序是:安置PCR管一蓋上保溫蓋一打開電子控制電路一設(shè)置目標溫度一電子器件部分工作一開始保溫，工作流程如圖6所示。由于本實施方式采用高性能微處理器，通過智能算法(PID)，控制加熱、制冷，使某個體積內(nèi)的溫度恒定于設(shè)定好的溫度，從而達到恒溫的目的。因此，可以設(shè)定需要的目標溫度，然后通過溫度傳感器檢測恒溫箱內(nèi)溫度，以PID算法與環(huán)境溫度和目標溫度進行計算，微控制器控制加熱或者制冷使能，微控制器輸出2路使能信號，2路PWM信號，其中一路使能信號用于加熱，另一路使能信號用于制冷，一路PWM信號用于控制加熱時間，此時間根據(jù)PID算法得出并且控制，另一路PWM信號用于控制制冷時間，同理也是由PID算法得出。其中驅(qū)動加熱管和制冷片的電路采用H橋，全橋結(jié)構(gòu)。通過控制使能方向控制加熱或者制冷，通過控制PWM信號從而控制加熱或者制冷的時間，從而達到恒溫的效果。
[0055]并且采用液晶顯示來顯示當前的溫度狀態(tài)，以及配合按鍵設(shè)定目標溫度，以及比例系數(shù)P、積分時間1、微分時間D這些參數(shù)，則可以設(shè)定時間的步進量，最小步進為30s，可以按照30s的整數(shù)倍步進量加，同時溫度也有最小的步進量，取0.5°C為最小步進量，可以按照0.5°C整數(shù)倍加溫度。比如目標溫度設(shè)定為:10°C，此時環(huán)境溫度為20°C，則可以設(shè)定制冷時間T=300s，從而在5分鐘內(nèi)溫度就可恒定于10°C，按照要求的精度實現(xiàn)溫度的恒定，以此類推，可選其他的方式來設(shè)置，從而達到按照時間來維持恒溫的目的。
[0056]不難發(fā)現(xiàn)，本實施方式為與第一實施方式相對應(yīng)的方法實施例，本實施方式可與第一實施方式互相配合實施。第一實施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細節(jié)在本實施方式中依然有效，為了減少重復(fù)，這里不再贅述。相應(yīng)地，本實施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細節(jié)也可應(yīng)用在第一實施方式中。
[0057]上面各種方法的步驟劃分，只是為了描述清楚，實現(xiàn)時可以合并為一個步驟或者對某些步驟進行拆分，分解為多個步驟，只要包含相同的邏輯關(guān)系，都在本專利的保護范圍內(nèi)；對算法中或者流程中添加無關(guān)緊要的修改或者引入無關(guān)緊要的設(shè)計，但不改變其算法和流程的核心設(shè)計都在該專利的保護范圍內(nèi)。
[0058]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，上述各實施方式是實現(xiàn)本發(fā)明的具體實施例，而在實際應(yīng)用中，可以在形式上和細節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種微型恒溫箱的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，包含:溫度傳感器、半導體制冷片、加熱管和微處理器； 所述溫度傳感器用于探測金屬浴核心的溫度，并傳送給所述微處理器；其中，所述金屬浴核心位于所述微型恒溫箱內(nèi)，所述金屬浴核心上留有用于安放生物疫苗樣品保存管的孔，所述孔的形狀和尺寸與所述生物疫苗樣品保存管的形狀和尺寸相適應(yīng)； 所述微處理器采用比例-積分-微分PID算法，對探測到的溫度與環(huán)境溫度、預(yù)先設(shè)定的目標溫度進行計算，確定加熱或者制冷，得出加熱時間或者制冷時間，并驅(qū)動所述加熱管對所述金屬浴核心進行加熱，或者驅(qū)動所述半導體制冷片對所述金屬浴核心進行制冷，使所述金屬浴核心的溫度恒定于所述目標溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型恒溫箱的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述微處理器包含PID計算器，所述PID計算器根據(jù)所述探測到的溫度、環(huán)境溫度、目標溫度，結(jié)合預(yù)先設(shè)定的最小時間步進量和最小溫度步進量，確定比例系數(shù)P、積分時間I和微分時間D ;確定脈寬調(diào)制PWM信號的占空比。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型恒溫箱的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，還包含:半導體制冷片驅(qū)動電路和加熱管驅(qū)動電路； 所述微處理器根據(jù)確定的加熱或者制冷模式，以及加熱時間或者制冷時間，輸出兩路使能信號和兩路脈寬調(diào)制PWM信號； 其中，兩路使能信號分別選擇所述半導體制冷片驅(qū)動電路和所述加熱管驅(qū)動電路進行制冷或加熱；所述半導體制冷片和所述加熱管在同一時間只有一方恒定工作； 兩路PWM信號分別輸出給所述半導體制冷片驅(qū)動電路和所述加熱管驅(qū)動電路； 所述半導體制冷片 驅(qū)動電路根據(jù)PWM信號驅(qū)動所述半導體制冷片進行制冷； 所述加熱管驅(qū)動電路根據(jù)PWM信號驅(qū)動所述加熱管進行加熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型恒溫箱的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度傳感器位于所述金屬浴核心下部，孔底水平高度，三個孔之間； 所述加熱管位于所述金屬浴核心頂部設(shè)有的兩個互相連通的環(huán)形槽內(nèi)； 所述半導體制冷片嵌入所述金屬浴核心的底部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型恒溫箱的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述微處理器安置于保溫蓋上，其中，所述保溫蓋位于所述金屬浴核心上部； 所述保溫蓋上設(shè)有觸點，分別將所述溫度傳感器、所述加熱管、所述半導體制冷片和所述微處理器連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型恒溫箱的溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述金屬浴核心底部保溫層則位于可裝卸的保溫底盤上；旋下底部保溫底盤，用打火機或熱水浴直接加熱底部裸露的金屬浴核心，或者直接用冰塊冷敷底部裸露的金屬浴核心。
7.—種微型恒溫箱的溫度控制方法，其特征在于，包含以下步驟: A.探測金屬浴核心的溫度；其中，所述金屬浴核心位于所述微型恒溫箱內(nèi)，所述金屬浴核心上留有用于安放生物疫苗樣品保存管的孔，所述孔的形狀和尺寸與所述生物疫苗樣品保存管的形狀和尺寸相適應(yīng)； B.采用比例-積分-微分PID算法，對探測到的溫度與環(huán)境溫度、預(yù)先設(shè)定的目標溫度進行計算，確定加熱或者制冷，得出加熱或者制冷時間；C.根據(jù)所述加熱以及加熱時間，對所述金屬浴核心進行加熱；或者根據(jù)所述制冷以及制冷時間，對所述金屬浴核心進行制冷； D.重復(fù)步驟A至C，使所述金屬浴核心的溫度恒定于所述目標溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微型恒溫箱的溫度控制方法，其特征在于，在所述步驟B中，包含以下子步驟: 根據(jù)所述探測到的溫度、環(huán)境溫度、目標溫度，結(jié)合預(yù)先設(shè)定的最小時間步進量和最小溫度步進量，確定比例系數(shù)P、積分時間I和微分時間D ； 確定脈寬調(diào)制PWM信號的占空比。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微型恒溫箱的溫度控制方法，其特征在于，在所述步驟C中，包含以下子步驟: 根據(jù)確定的加熱或者制冷模式，以及加熱時間或者制冷時間，輸出兩路使能信號和兩路脈寬調(diào)制PWM信號；其中，兩路使能信號分別選擇所述半導體制冷片驅(qū)動電路和所述加熱管驅(qū)動電路進行制冷或加熱；所述半導體制冷片和所述加熱管在同一時間只有一方恒定工作；兩路PWM信號分別輸出給所述半導體制冷片驅(qū)動電路和所述加熱管驅(qū)動電路； 根據(jù)PWM信號驅(qū)動所述半導體制冷片進行制冷；或者，根據(jù)PWM信號驅(qū)動所述加熱管進行 加熱。
【文檔編號】G05D23/30GK103941778SQ201410117067
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】竇宏雁, 紀新明 申請人:太倉微芯電子科技有限公司