一種嵌入式保溫箱及保溫控制板的制作方法
【專(zhuān)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(jī)箱、溫度傳感器、加熱片、信號(hào)采集板，機(jī)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(jī)箱，內(nèi)層溫度傳感器和內(nèi)層加熱片放置于內(nèi)層機(jī)箱；信號(hào)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(wú)法正常工作的問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)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(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(lèi)設(shè)備是無(wú)法正常工作的。這給科學(xué)考察工作的進(jìn)行帶來(lái)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(wú)法正常工作的問(wèn)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(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
一種嵌入式保溫箱，包括機(jī)箱、溫度傳感器、加熱片、信號(hào)采集板，機(jī)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(jī)箱，內(nèi)層溫度傳感器和內(nèi)層加熱片放置于內(nèi)層機(jī)箱;信號(hào)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(jìn)一步的，所述外層機(jī)箱和內(nèi)層機(jī)箱通過(guò)螺絲固定，機(jī)箱殼體內(nèi)部填充保溫材料。
[0006]進(jìn)一步的，所述溫度傳感器為鉑熱電阻。
[0007]進(jìn)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(jìn)一步的，所述溫度傳感器為鉑熱電阻。
[0010]進(jìn)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?？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(lái)設(shè)計(jì)制作機(jī)箱的體積大小。嵌入式保溫箱的機(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(lái)保證所裝儀器的正常工作。
【附圖說(shuō)明】
[0012]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)明的保溫控制板的功能模塊圖。
[0013]附圖標(biāo)記:
I一內(nèi)層機(jī)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(jī)箱，7—外層加熱片，8—微處理器，9 一電源控制單元。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)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(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)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(jī)箱、溫度傳感器、加熱片、信號(hào)采集板，機(jī)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(jī)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(jī)箱I;信號(hào)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(jī)箱I和外層機(jī)箱6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6外殼采用2mm厚不銹鋼材料，填充30_厚泡沫保溫。內(nèi)層機(jī)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(guò)特制支架放置在機(jī)箱內(nèi)偵U，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。
[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(lái)打開(kāi)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(cè)外層、內(nèi)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(xiàn)性關(guān)系的電阻，例如PT100的鉑熱電阻。溫度傳感器的阻值會(huì)隨著溫度的變化而線(xiàn)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?yàn)闇囟葌鞲衅鬏敵霾煌碾娮柚?，微處理?就會(huì)采樣到不同的數(shù)字值，而其溫度和電阻具有——對(duì)應(yīng)的線(xiàn)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(guò)采樣數(shù)字值，通過(guò)該阻值-溫度線(xiàn)性關(guān)系就可以得出對(duì)應(yīng)的溫度值。
[0020]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8可直接采樣的電壓或電流信號(hào)，在本發(fā)明中通過(guò)差分放大器，例如AD8554(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(guò)微處理器8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(guò)查找計(jì)算微處理器8的存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)的阻值-溫度線(xiàn)性關(guān)系就可以計(jì)算得出對(duì)應(yīng)的溫度值。
[0021]微處理器8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I的溫度低于-20° C時(shí)，打開(kāi)內(nèi)層加熱片4直至內(nèi)層機(jī)箱I內(nèi)溫度高于-20° C;當(dāng)外層機(jī)箱6的溫度低于-55° C時(shí)則打開(kāi)外層加熱片7直至外層機(jī)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(guò)程如下:
首先，對(duì)微處理器8進(jìn)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(jī)I設(shè)置為_(kāi)20°C，外層機(jī)箱設(shè)置為-55°C。
[0023]通過(guò)微處理器8對(duì)溫度傳感器采樣溫度模擬信號(hào)。通過(guò)差分放大器將溫度傳感器輸出的電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換成可直接采樣的電壓信號(hào)。微處理器8讀取并記錄對(duì)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(guò)溫度-阻值線(xiàn)性對(duì)應(yīng)關(guān)系得到內(nèi)層機(jī)箱I和外層機(jī)箱6的實(shí)際溫度。
[0025]對(duì)溫度進(jìn)行分段校準(zhǔn)?；跍囟葌鞲衅鞯碾娮枧c溫度之間的線(xiàn)性關(guān)系，根據(jù)上述溫度T的計(jì)算公式，基于步長(zhǎng)為10度內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0026]當(dāng)微處理器8檢測(cè)到內(nèi)層機(jī)箱I的實(shí)際溫度低于-20°C時(shí)，則打開(kāi)機(jī)箱內(nèi)層加熱片4;當(dāng)微處理器檢8測(cè)到內(nèi)層機(jī)箱I的實(shí)際溫度高于-20°C時(shí)，則關(guān)閉內(nèi)層加熱片4。
[0027]當(dāng)微處理器8檢測(cè)到外層機(jī)箱6的實(shí)際溫度低于-55°C時(shí)，則打開(kāi)外層加熱片7 ;當(dāng)微處理器8檢測(cè)到外層機(jī)箱6的實(shí)際溫度高于-55° C時(shí)，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(jī)箱可以是根據(jù)實(shí)際需要分為一個(gè)機(jī)箱，或多個(gè)層次機(jī)箱，每個(gè)機(jī)箱均能夠獨(dú)立保證所裝儀器設(shè)備的正常工作，同時(shí)通過(guò)相應(yīng)程序內(nèi)部參數(shù)的修改，可實(shí)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(jī)箱，該P(yáng)CB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(dú)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(tái)而開(kāi)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(guò)相應(yīng)程式的修改和電箱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，保溫的層次和范圍都可以進(jìn)一步的擴(kuò)展。保溫箱內(nèi)溫度的校準(zhǔn)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(yùn)行。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種嵌入式保溫箱，其特征在于:包括機(jī)箱、溫度傳感器、加熱片、信號(hào)采集板，機(jī)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(jī)箱，內(nèi)層溫度傳感器和內(nèi)層加熱片放置于內(nèi)層機(jī)箱;信號(hào)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(jī)箱和內(nèi)層機(jī)箱通過(guò)螺絲固定，機(jī)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(hào)】H05K7/20GK105828578SQ201610269128
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年4月26日
【發(fā)明人】楊榮金, 黃天戍
【申請(qǐng)人】安徽京師方圓信息技術(shù)有限公司, 中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院