一種嵌入式保溫箱及保溫控制板的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種嵌入式保溫箱及保溫控制板，所述一種嵌入式保溫箱包括：機箱、溫度傳感器、加熱片、信號采集板，機箱、溫度傳感器、加熱片都分外層和內(nèi)層，外層溫度傳感器和外層加熱片放置于外層機箱，內(nèi)層溫度傳感器和內(nèi)層加熱片放置于內(nèi)層機箱；信號采集板包括微處理器和電源控制單元，溫度傳感器、加熱片和電源控制單元都與微處理器相連。所述一種保溫控制板是將溫度傳感器、加熱片、微處理器及電源控制單元集成在PCB基板上，安裝于密閉空間內(nèi)，與嵌入式保溫箱原理相同。本發(fā)明解決了多數(shù)設(shè)備在低溫下無法正常工作的問題。
【專利說明】
一種嵌入式保溫箱及保溫控制板
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及保溫設(shè)備領(lǐng)域，尤其是一種嵌入式保溫箱及保溫控制板。
【背景技術(shù)】
[0002]大多數(shù)的設(shè)備正常運行，需要在一定的溫度環(huán)境下進行，但是對于低溫的環(huán)境下，甚至是極端寒冷環(huán)境下，例如我國在南極不斷進行的科學(xué)考察，多數(shù)設(shè)備，尤其是電子類設(shè)備是無法正常工作的。這給科學(xué)考察工作的進行帶來了極大的困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決多數(shù)設(shè)備在低溫下無法正常工作的問題，本發(fā)明提供了一種嵌入式保溫箱及保溫控制板，把儀器設(shè)備放置在保溫箱或帶保溫控制板的密閉空間中，能夠保證儀器在保溫箱或密閉空間內(nèi)正常工作。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種嵌入式保溫箱，包括機箱、溫度傳感器、加熱片、信號采集板，機箱、溫度傳感器、加熱片都分外層和內(nèi)層，外層溫度傳感器和外層加熱片放置于外層機箱，內(nèi)層溫度傳感器和內(nèi)層加熱片放置于內(nèi)層機箱;信號采集板包括微處理器和電源控制單元，溫度傳感器、加熱片和電源控制單元都與微處理器相連。
[0005]進一步的，所述外層機箱和內(nèi)層機箱通過螺絲固定，機箱殼體內(nèi)部填充保溫材料。
[0006]進一步的，所述溫度傳感器為鉑熱電阻。
[0007]進一步的，所述加熱片為PTC加熱片，放置在特制支架上。
[0008]—種保溫控制板，將溫度傳感器、加熱片、微處理器及電源控制單元集成在PCB基板上，安裝于密閉空間內(nèi)，且溫度傳感器、加熱片和電源控制單元都與微處理器相連。
[0009]進一步的，所述溫度傳感器為鉑熱電阻。
[0010]進一步的，所述加熱片為PTC加熱片。
[0011]本發(fā)明具有如下有益效果:本發(fā)明的一種嵌入式保溫箱及保溫控制板，應(yīng)用于低溫環(huán)境下，能夠保證內(nèi)裝的儀器設(shè)備正常工作。可以根據(jù)所裝儀器設(shè)備在低溫下正常工作的溫度極限要求，設(shè)置保溫箱溫度系統(tǒng)設(shè)定值，該保溫箱能夠適用于不同低溫要求的儀器設(shè)備?？梢愿鶕?jù)所裝儀器設(shè)備體積大小的要求，來設(shè)計制作機箱的體積大小。嵌入式保溫箱的機箱可以分為多個層次，每個層次機箱可以放置不同的儀器設(shè)備，設(shè)置不同層次的溫度值，溫度通常是由內(nèi)到外逐漸降低的，來保證所裝儀器的正常工作。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的嵌入式保溫箱的一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的嵌入式保溫箱的功能模塊圖；
圖3為本發(fā)明的嵌入式保溫箱的一種實施例的工作流程圖；
圖4為本發(fā)明的保溫控制板的功能模塊圖。
[0013]附圖標記:
I一內(nèi)層機箱，2—外層溫度傳感器，3—內(nèi)層溫度傳感器，4一內(nèi)層加熱片，
5—電池固定板，6—外層機箱，7—外層加熱片，8—微處理器，9 一電源控制單元。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡述發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0015]如圖1、圖2所示，一種嵌入式保溫箱，包括機箱、溫度傳感器、加熱片、信號采集板，機箱、溫度傳感器、加熱片都分外層和內(nèi)層，外層溫度傳感器2和外層加熱片7放置于外層機箱6，內(nèi)層溫度傳感器3和內(nèi)層加熱片4放置于內(nèi)層機箱I;信號采集板包括微處理器8和電源控制單元9，溫度傳感器、加熱片和電源控制單元9都與微處理器8相連。
[0016]具體的，內(nèi)層機箱I和外層機箱6用螺絲固定。在機箱殼體內(nèi)部填充保溫材料，以盡量保持設(shè)備的自發(fā)熱能。外層機箱6外殼采用2mm厚不銹鋼材料，填充30_厚泡沫保溫。內(nèi)層機箱I外殼采用2_厚不銹鋼材料，填充20mm厚泡沫保溫。加熱片通過特制支架放置在機箱內(nèi)偵U，兩層加熱設(shè)計，優(yōu)選的，可以采用PTC加熱片，其為一種特殊的陶瓷材料，具備恒溫發(fā)熱特點。外層為極限溫度為-55° C的設(shè)備的放置處，內(nèi)層為極限溫度為-20° C的設(shè)備放置處。
[0017]電源控制單元9用于提供能量電源，可以是電池、電源或發(fā)電系統(tǒng)。微處理器8具有數(shù)據(jù)處理和控制功能，采集溫度傳感器的溫度，并根據(jù)溫度變化來打開和關(guān)閉所述外層加熱片和內(nèi)層加熱片。微處理器8例如可以采用意法半導(dǎo)體生產(chǎn)的STM32F103。
[0018]外層溫度傳感器2和內(nèi)層溫度傳感器3分別檢測外層、內(nèi)層機箱的溫度。溫度傳感器可以采用溫度和電阻具有相對線性關(guān)系的電阻，例如PT100的鉑熱電阻。溫度傳感器的阻值會隨著溫度的變化而線性變化，因此只要知道了電阻值就可以得到相應(yīng)的溫度值。
[0019]因為溫度傳感器輸出不同的電阻值，微處理器8就會采樣到不同的數(shù)字值，而其溫度和電阻具有——對應(yīng)的線性關(guān)系，例如，對應(yīng)于PT100，其溫度和電阻特性是公知的，因此通過采樣數(shù)字值，通過該阻值-溫度線性關(guān)系就可以得出對應(yīng)的溫度值。
[0020]實際上，溫度傳感器輸出的電阻信號需要轉(zhuǎn)換成微處理器8可直接采樣的電壓或電流信號，在本發(fā)明中通過差分放大器，例如AD8554(差分放大器也可換成其他型號)將其轉(zhuǎn)換成電壓信號，然后通過微處理器8進行AD采樣(ADC集成與微處理器內(nèi)，采樣頻率可設(shè)，例如可以每半秒采樣一次)并記錄，然后轉(zhuǎn)換回電阻值，因此采樣和記錄實質(zhì)上所得到的是溫度傳感器的電阻值的AD采樣數(shù)字值，通過查找計算微處理器8的存儲器內(nèi)存儲的阻值-溫度線性關(guān)系就可以計算得出對應(yīng)的溫度值。
[0021]微處理器8定時監(jiān)測溫度傳感器輸出的信號并轉(zhuǎn)換成實際的溫度值，當(dāng)判斷出內(nèi)層機箱I的溫度低于-20° C時，打開內(nèi)層加熱片4直至內(nèi)層機箱I內(nèi)溫度高于-20° C;當(dāng)外層機箱6的溫度低于-55° C時則打開外層加熱片7直至外層機箱6內(nèi)溫度高于-55° C。
[0022]如圖3所示，本發(fā)明的嵌入式保溫箱的工作過程如下:
首先，對微處理器8進行系統(tǒng)初始化。根據(jù)所裝儀器設(shè)備的低溫極限要求，設(shè)置溫度系統(tǒng)閾值。例如內(nèi)層機I設(shè)置為_20°C，外層機箱設(shè)置為-55°C。
[0023]通過微處理器8對溫度傳感器采樣溫度模擬信號。通過差分放大器將溫度傳感器輸出的電阻信號轉(zhuǎn)換成可直接采樣的電壓信號。微處理器8讀取并記錄對應(yīng)電阻值的采樣數(shù)字值。
[0024]數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理，微處理器8根據(jù)采樣數(shù)字值，通過溫度-阻值線性對應(yīng)關(guān)系得到內(nèi)層機箱I和外層機箱6的實際溫度。
[0025]對溫度進行分段校準。基于溫度傳感器的電阻與溫度之間的線性關(guān)系，根據(jù)上述溫度T的計算公式，基于步長為10度內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)進行校準。
[0026]當(dāng)微處理器8檢測到內(nèi)層機箱I的實際溫度低于-20°C時，則打開機箱內(nèi)層加熱片4;當(dāng)微處理器檢8測到內(nèi)層機箱I的實際溫度高于-20°C時，則關(guān)閉內(nèi)層加熱片4。
[0027]當(dāng)微處理器8檢測到外層機箱6的實際溫度低于-55°C時，則打開外層加熱片7 ;當(dāng)微處理器8檢測到外層機箱6的實際溫度高于-55° C時，則關(guān)閉外層加熱片7。
[0028]然后，微處理器8再繼續(xù)采樣溫度傳感器的溫度，重復(fù)上述步驟。
[0029]本發(fā)明的嵌入式智能保溫箱，機箱可以是根據(jù)實際需要分為一個機箱，或多個層次機箱，每個機箱均能夠獨立保證所裝儀器設(shè)備的正常工作，同時通過相應(yīng)程序內(nèi)部參數(shù)的修改，可實現(xiàn)多層次的保溫效果。
[0030]如圖4所示，本發(fā)明還提供了一種保溫控制板，該保溫控制板包括:PCB基板、機箱，該PCB基板上集成有溫度傳感器、加熱片、電源控制單元和微控制器，該保溫控制板可以獨立工作，直接安裝于工作溫度有要求的空間中即可。
[0031]另外，本發(fā)明嵌入式保溫箱和保溫控制板是基于嵌入式操作系統(tǒng)平臺而開發(fā)的.可以較好的解決在溫度極低的環(huán)境下，一些常規(guī)的儀器、設(shè)備和控制器等電子產(chǎn)品可以正常的工作。通過相應(yīng)程式的修改和電箱結(jié)構(gòu)的設(shè)計，保溫的層次和范圍都可以進一步的擴展。保溫箱內(nèi)溫度的校準方法使得保溫精度得到提高。目前將該系統(tǒng)應(yīng)用于南極等極端環(huán)境下，用以保證設(shè)備的正常運行。
【主權(quán)項】
1.一種嵌入式保溫箱，其特征在于:包括機箱、溫度傳感器、加熱片、信號采集板，機箱、溫度傳感器、加熱片都分外層和內(nèi)層，外層溫度傳感器和外層加熱片放置于外層機箱，內(nèi)層溫度傳感器和內(nèi)層加熱片放置于內(nèi)層機箱;信號采集板包括微處理器和電源控制單元，溫度傳感器、加熱片和電源控制單元都與微處理器相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嵌入式保溫箱，其特征在于:所述外層機箱和內(nèi)層機箱通過螺絲固定，機箱殼體內(nèi)部填充保溫材料。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嵌入式保溫箱，其特征在于:所述溫度傳感器為鉑熱電阻。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嵌入式保溫箱，其特征在于:所述加熱片為PTC加熱片，放置在特制支架上。5.—種保溫控制板，其特征在于:將溫度傳感器、加熱片、微處理器及電源控制單元集成在PCB基板上，安裝于密閉空間內(nèi)，且溫度傳感器、加熱片和電源控制單元都與微處理器相連。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種保溫控制板，其特征在于:所述溫度傳感器為鉑熱電阻。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種保溫控制板，其特征在于:所述加熱片為PTC加熱片。
【文檔編號】H05K7/20GK105828578SQ201610269128
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】楊榮金, 黃天戍
【申請人】安徽京師方圓信息技術(shù)有限公司, 中國環(huán)境科學(xué)研究院