專利名稱：嵌入式保溫箱及保溫控制板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種嵌入式保溫箱及一種保溫控制板。
背景技術(shù)：
大多數(shù)的設(shè)備正常運(yùn)行，需要在一定的溫度環(huán)境下進(jìn)行，但是對(duì)于低溫的環(huán)境下， 甚至是極端寒冷環(huán)境下，例如我國(guó)在南極不斷進(jìn)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(jìn)行帶來了極大的困難。

發(fā)明內(nèi)容
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，把儀器設(shè)備放置在該保溫箱中，能夠保證儀器在保溫箱內(nèi)正常工作。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明公開了一種嵌入式保溫箱，包括機(jī)箱，其具有外層機(jī)箱和內(nèi)層機(jī)箱兩層結(jié)構(gòu)；外層溫度傳感器和內(nèi)層溫度傳感器，分別放置于外層機(jī)箱和內(nèi)層機(jī)箱中；外層加熱片和內(nèi)層加熱片，分別放置在外層機(jī)箱和內(nèi)層機(jī)箱中，導(dǎo)通電流時(shí)其能夠散熱；信號(hào)采集板，采集所述溫度傳感器的溫度，并根據(jù)溫度所設(shè)定的兩個(gè)不同閾值來控制所述外層加熱片和內(nèi)層加熱片的打開和關(guān)閉。本發(fā)明的嵌入式保溫箱采用的分段校準(zhǔn)、計(jì)算線性度的方法，可以真正實(shí)現(xiàn)溫度傳感器的高精度。機(jī)箱可采用多層保溫設(shè)計(jì)，多層PTC加熱設(shè)計(jì)，外層為極限溫度較低的設(shè)備的放置處，里層為極限溫度相對(duì)較高的設(shè)備放置處。在層與層的設(shè)備體內(nèi)填充保溫材料，以盡量保持設(shè)備的自發(fā)熱能。同時(shí)對(duì)層與層設(shè)備內(nèi)的溫度進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)系統(tǒng)溫度在極限范圍以下， 在系統(tǒng)電能充足的情況下對(duì)設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)加熱。整個(gè)電箱的控制在嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核的控制下完成。本發(fā)明還提供了一種包括保溫控制板，安裝于密閉空間中，所述保溫控制板包括溫度傳感器，用于檢測(cè)密閉空間中的溫度；加熱片，導(dǎo)通電流時(shí)其能夠散熱；電源控制單元，為所述嵌入式保溫箱提供電源；微控制器，采集所述溫度傳感器的溫度，并根據(jù)溫度所設(shè)定的閾值來控制所述加熱片的打開和關(guān)閉。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的嵌入式保溫箱，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?？梢愿鶕?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)置該保溫箱溫度系統(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(jì)制作保溫箱的體積大小。該保溫箱的機(jī)箱可以分為多個(gè)層次，每個(gè)層次機(jī)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。


圖1為本發(fā)明的嵌入式保溫箱的一種實(shí)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(shí)施例的工作流程圖；圖4為本發(fā)明的嵌入式保溫箱的信號(hào)采集板的電路圖；圖5為本發(fā)明的保溫控制板的功能模塊圖。附圖標(biāo)記1內(nèi)層機(jī)箱2外層溫度傳感器3內(nèi)層溫度傳感器4內(nèi)層加熱片5電池固定板6外層機(jī)箱7外層加熱片
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖1為本發(fā)明的嵌入式保溫箱的一種實(shí)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。由圖1和圖2可見，該嵌入式保溫箱主要包括機(jī)箱，其具有兩層結(jié)構(gòu)；外層溫度傳感器和內(nèi)層溫度傳感器，分別放置于外層機(jī)箱和內(nèi)層機(jī)箱中；外層加熱片和內(nèi)層加熱片，放置在特制支架上，分別放置在外層機(jī)箱和內(nèi)層機(jī)箱中；信號(hào)采集板，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。更具體的，機(jī)箱分為兩層內(nèi)層機(jī)箱和外層機(jī)箱，兩層機(jī)箱用螺絲固定。在機(jī)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(jī)箱外殼采用2mm厚不銹鋼材料，填充30mm厚泡沫保溫。內(nèi)層機(jī)箱外殼采用2mm厚不銹鋼材料，填充20mm厚泡沫保溫。 加熱片放置在機(jī)箱內(nèi)側(cè)，兩層加熱設(shè)計(jì)，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(diǎn)。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。信號(hào)采集板包括微控制器和電源控制單元。電源控制單元用于提供能量電源，也可以是電池、電源或發(fā)電系統(tǒng)。微控制器具有數(shù)據(jù)處理和控制功能，溫度傳感器、電源控制單元和加熱片與微控制器相連。微處理器例如可以采用意法半導(dǎo)體生產(chǎn)的STM32F103。外層溫度傳感器和內(nèi)層溫度傳感器分別放置在外層機(jī)箱和內(nèi)層機(jī)箱中，以分別檢測(cè)兩層機(jī)箱的溫度。溫度傳感器可以采用溫度和電阻具有相對(duì)線性關(guān)系的電阻，例如PT100 的鉬熱電阻。溫度傳感器的阻值會(huì)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。因?yàn)闇囟葌鞲衅鬏敵霾煌碾娮柚?，微處理器就?huì)采樣到不同的數(shù)字值，而其溫度和電阻具有一一對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系，例如，對(duì)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(duì)應(yīng)的溫度值。實(shí)際上，溫度傳感器輸出的電阻信號(hào)需要轉(zhuǎn)換成微處理器可直接采樣的電壓或電流信號(hào)，在本發(fā)明中通過差分放大器，例如AD85M (差分放大器也可換成其他型號(hào))將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，然后通過微處理器進(jìn)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(shí)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(jì)算微處理器的存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)的阻值-溫度線性關(guān)系就可以計(jì)算得出對(duì)應(yīng)的溫度值。微處理器定時(shí)監(jiān)測(cè)溫度傳感器輸出的信號(hào)并轉(zhuǎn)換成實(shí)際的溫度值，當(dāng)判斷出內(nèi)層機(jī)箱的溫度低于-20°C時(shí)，打開內(nèi)層加熱片直至機(jī)箱內(nèi)溫度高于-20°C ；當(dāng)外層機(jī)箱的溫度低于_55°C時(shí)則打開外層加熱片直至機(jī)箱內(nèi)溫度高于_55°C。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，為了提高更高的精度，本嵌入式保溫箱進(jìn)行分段校準(zhǔn)、 計(jì)算線性度的方法，以下詳細(xì)描述該方法雖然溫度傳感器的電阻值和溫度是線性關(guān)系，但是并不是嚴(yán)格的線性關(guān)系，為了得到高精度的溫度值，本發(fā)明采用分段校準(zhǔn)、計(jì)算線性度的方法即將不同的電阻(i，j，k， 1等)負(fù)載加到放大器的信號(hào)輸入端，經(jīng)放大后，微處理器得到對(duì)應(yīng)的采樣數(shù)字值(a，b，c, d等)；然后微處理器將此數(shù)字值(a，b，c，d等)和電阻值對(duì)應(yīng)的溫度值(m，η, ο，ρ等，這樣做可以將采樣值直接轉(zhuǎn)化成溫度值，簡(jiǎn)化了先將采樣值轉(zhuǎn)換成電阻值，然后再轉(zhuǎn)換成溫度值的步驟)記錄在內(nèi)部的表格中作為已知量使用。如下表所示
權(quán)利要求
1.一種嵌入式保溫箱，其特征在于，包括 機(jī)箱，其具有外層機(jī)箱和內(nèi)層機(jī)箱兩層結(jié)構(gòu)；外層溫度傳感器和內(nèi)層溫度傳感器，分別放置于外層機(jī)箱和內(nèi)層機(jī)箱中； 外層加熱片和內(nèi)層加熱片，分別放置在外層機(jī)箱和內(nèi)層機(jī)箱中，導(dǎo)通電流時(shí)其能夠散熱信號(hào)采集板，采集所述溫度傳感器的溫度，并根據(jù)溫度所設(shè)定的兩個(gè)不同閾值來控制所述外層加熱片和內(nèi)層加熱片的打開和關(guān)閉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式保溫箱，其特征在于，所述信號(hào)采集板包括 電源控制單元為所述嵌入式保溫箱提供電源；微處理器采集所述溫度傳感器的阻值，根據(jù)所述溫度傳感器阻值和溫度的線性關(guān)系來得到機(jī)箱內(nèi)的溫度，進(jìn)而控制所述外層加熱片和內(nèi)層加熱片的打開和關(guān)閉
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的嵌入式保溫箱，其特征在于，所述微處理器對(duì)溫度傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)再進(jìn)行采樣。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的嵌入式保溫箱，其特征在于，所述微處理器通過分段校準(zhǔn)、計(jì)算線性度來調(diào)整所得到的機(jī)箱內(nèi)的溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的嵌入式保溫箱，其特征在于，所述分段校準(zhǔn)為通過如下公式進(jìn)行
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的嵌入式保溫箱，其特征在于，m、η的步長(zhǎng)為10。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式保溫箱，其特征在于，所述外層機(jī)箱和內(nèi)層機(jī)箱內(nèi)填充保溫材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式保溫箱，其特征在于，所述溫度傳感器為鉬熱電阻。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式保溫箱，其特征在于，所述加熱片為PTC加熱片。
10.一種包括保溫控制板，安裝于密閉空間中，其特征在于，所述保溫控制板包括一 PCB基板，該P(yáng)CB基板上集成有溫度傳感器，用于檢測(cè)密閉空間中的溫度；加熱片，導(dǎo)通電流時(shí)其能夠散熱；電源控制單元，為所述嵌入式保溫箱提供電源；微控制器，采集所述溫度傳感器的溫度，并根據(jù)溫度所設(shè)定的閾值來控制所述加熱片的打開和關(guān)閉。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的保溫控制板，其特征在于，所述微處理器采集所述溫度傳感器的阻值，根據(jù)所述溫度傳感器阻值和溫度的線性關(guān)系來得到機(jī)箱內(nèi)的溫度，進(jìn)而控制所述外層加熱片和內(nèi)層加熱片的打開和關(guān)閉
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的保溫控制板，其特征在于，所述微處理器對(duì)溫度傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)再進(jìn)行采樣。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的保溫控制板，其特征在于，所述微處理器通過分段校準(zhǔn)、計(jì)算線性度來調(diào)整所得到的機(jī)箱內(nèi)的溫度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的保溫控制板，其特征在于，所述分段校準(zhǔn)為通過如下公式進(jìn)行m-nT= a-b *ix-a) + m ， a<x<b其中，T表示溫度，χ為待校準(zhǔn)值的溫度傳感器采樣值，a、b表示微處理器得到的采樣數(shù)字值，m、η為電阻值對(duì)應(yīng)的溫度值。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的保溫控制板，其特征在于，m、η的步長(zhǎng)為10。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的保溫控制板，其特征在于，所述溫度傳感器為鉬熱電阻。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的保溫控制板，其特征在于，所述加熱片為PTC加熱片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種嵌入式保溫箱以及一種保溫控制板。所述嵌入式保溫箱包括機(jī)箱，其具有外層機(jī)箱和內(nèi)層機(jī)箱兩層結(jié)構(gòu)；外層溫度傳感器和內(nèi)層溫度傳感器，分別放置于外層機(jī)箱和內(nèi)層機(jī)箱中；外層加熱片和內(nèi)層加熱片，分別放置在外層機(jī)箱和內(nèi)層機(jī)箱中，導(dǎo)通電流時(shí)其能夠散熱；信號(hào)采集板，采集所述溫度傳感器的溫度，并根據(jù)溫度所設(shè)定的兩個(gè)不同閾值來控制所述外層加熱片和內(nèi)層加熱片的打開和關(guān)閉。本發(fā)明的嵌入式保溫箱采用分段校準(zhǔn)、計(jì)算線性度的方法，實(shí)現(xiàn)溫度傳感器的高精度。且基于嵌入式操作系統(tǒng)平臺(tái)而開發(fā)，使得在溫度極低的環(huán)境下，一些常規(guī)的儀器、設(shè)備和控制器等電子產(chǎn)品可以正常工作。
文檔編號(hào)G05D23/24GK102458083SQ20101052485
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者嚴(yán)科, 李秀紅, 楊細(xì)方, 程曉, 陳雪停 申請(qǐng)人:北京師范大學(xué), 北京極奧緯博信息科技有限公司