一种嵌入式保温箱及保温控制板的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种嵌入式保温箱及保温控制板，所述一种嵌入式保温箱包括：机箱、温度传感器、加热片、信号采集板，机箱、温度传感器、加热片都分外层和内层，外层温度传感器和外层加热片放置于外层机箱，内层温度传感器和内层加热片放置于内层机箱；信号采集板包括微处理器和电源控制单元，温度传感器、加热片和电源控制单元都与微处理器相连。所述一种保温控制板是将温度传感器、加热片、微处理器及电源控制单元集成在PCB基板上，安装于密闭空间内，与嵌入式保温箱原理相同。本发明解决了多数设备在低温下无法正常工作的问题。
【专利说明】
一种嵌入式保温箱及保温控制板
技术领域
[0001 ]本发明涉及保温设备领域，尤其是一种嵌入式保温箱及保温控制板。
【背景技术】
[0002]大多数的设备正常运行，需要在一定的温度环境下进行，但是对于低温的环境下，甚至是极端寒冷环境下，例如我国在南极不断进行的科学考察，多数设备，尤其是电子类设备是无法正常工作的。这给科学考察工作的进行带来了极大的困难。
【发明内容】
[0003]为解决多数设备在低温下无法正常工作的问题，本发明提供了一种嵌入式保温箱及保温控制板，把仪器设备放置在保温箱或带保温控制板的密闭空间中，能够保证仪器在保温箱或密闭空间内正常工作。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种嵌入式保温箱，包括机箱、温度传感器、加热片、信号采集板，机箱、温度传感器、加热片都分外层和内层，外层温度传感器和外层加热片放置于外层机箱，内层温度传感器和内层加热片放置于内层机箱;信号采集板包括微处理器和电源控制单元，温度传感器、加热片和电源控制单元都与微处理器相连。
[0005]进一步的，所述外层机箱和内层机箱通过螺丝固定，机箱壳体内部填充保温材料。
[0006]进一步的，所述温度传感器为铂热电阻。
[0007]进一步的，所述加热片为PTC加热片，放置在特制支架上。
[0008]—种保温控制板，将温度传感器、加热片、微处理器及电源控制单元集成在PCB基板上，安装于密闭空间内，且温度传感器、加热片和电源控制单元都与微处理器相连。
[0009]进一步的，所述温度传感器为铂热电阻。
[0010]进一步的，所述加热片为PTC加热片。
[0011]本发明具有如下有益效果:本发明的一种嵌入式保温箱及保温控制板，应用于低温环境下，能够保证内装的仪器设备正常工作。可以根据所装仪器设备在低温下正常工作的温度极限要求，设置保温箱温度系统设定值，该保温箱能够适用于不同低温要求的仪器设备。可以根据所装仪器设备体积大小的要求，来设计制作机箱的体积大小。嵌入式保温箱的机箱可以分为多个层次，每个层次机箱可以放置不同的仪器设备，设置不同层次的温度值，温度通常是由内到外逐渐降低的，来保证所装仪器的正常工作。
【附图说明】
[0012]图1为本发明的嵌入式保温箱的一种实施例的结构示意图；
图2为本发明的嵌入式保温箱的功能模块图；
图3为本发明的嵌入式保温箱的一种实施例的工作流程图；
图4为本发明的保温控制板的功能模块图。
[0013]附图标记:
I一内层机箱，2—外层温度传感器，3—内层温度传感器，4一内层加热片，
5—电池固定板，6—外层机箱，7—外层加热片，8—微处理器，9 一电源控制单元。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和具体实施例，进一步阐述发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0015]如图1、图2所示，一种嵌入式保温箱，包括机箱、温度传感器、加热片、信号采集板，机箱、温度传感器、加热片都分外层和内层，外层温度传感器2和外层加热片7放置于外层机箱6，内层温度传感器3和内层加热片4放置于内层机箱I;信号采集板包括微处理器8和电源控制单元9，温度传感器、加热片和电源控制单元9都与微处理器8相连。
[0016]具体的，内层机箱I和外层机箱6用螺丝固定。在机箱壳体内部填充保温材料，以尽量保持设备的自发热能。外层机箱6外壳采用2mm厚不锈钢材料，填充30_厚泡沫保温。内层机箱I外壳采用2_厚不锈钢材料，填充20mm厚泡沫保温。加热片通过特制支架放置在机箱内侦U，两层加热设计，优选的，可以采用PTC加热片，其为一种特殊的陶瓷材料，具备恒温发热特点。外层为极限温度为-55° C的设备的放置处，内层为极限温度为-20° C的设备放置处。
[0017]电源控制单元9用于提供能量电源，可以是电池、电源或发电系统。微处理器8具有数据处理和控制功能，采集温度传感器的温度，并根据温度变化来打开和关闭所述外层加热片和内层加热片。微处理器8例如可以采用意法半导体生产的STM32F103。
[0018]外层温度传感器2和内层温度传感器3分别检测外层、内层机箱的温度。温度传感器可以采用温度和电阻具有相对线性关系的电阻，例如PT100的铂热电阻。温度传感器的阻值会随着温度的变化而线性变化，因此只要知道了电阻值就可以得到相应的温度值。
[0019]因为温度传感器输出不同的电阻值，微处理器8就会采样到不同的数字值，而其温度和电阻具有——对应的线性关系，例如，对应于PT100，其温度和电阻特性是公知的，因此通过采样数字值，通过该阻值-温度线性关系就可以得出对应的温度值。
[0020]实际上，温度传感器输出的电阻信号需要转换成微处理器8可直接采样的电压或电流信号，在本发明中通过差分放大器，例如AD8554(差分放大器也可换成其他型号)将其转换成电压信号，然后通过微处理器8进行AD采样(ADC集成与微处理器内，采样频率可设，例如可以每半秒采样一次)并记录，然后转换回电阻值，因此采样和记录实质上所得到的是温度传感器的电阻值的AD采样数字值，通过查找计算微处理器8的存储器内存储的阻值-温度线性关系就可以计算得出对应的温度值。
[0021]微处理器8定时监测温度传感器输出的信号并转换成实际的温度值，当判断出内层机箱I的温度低于-20° C时，打开内层加热片4直至内层机箱I内温度高于-20° C;当外层机箱6的温度低于-55° C时则打开外层加热片7直至外层机箱6内温度高于-55° C。
[0022]如图3所示，本发明的嵌入式保温箱的工作过程如下:
首先，对微处理器8进行系统初始化。根据所装仪器设备的低温极限要求，设置温度系统阈值。例如内层机I设置为_20°C，外层机箱设置为-55°C。
[0023]通过微处理器8对温度传感器采样温度模拟信号。通过差分放大器将温度传感器输出的电阻信号转换成可直接采样的电压信号。微处理器8读取并记录对应电阻值的采样数字值。
[0024]数据转换处理，微处理器8根据采样数字值，通过温度-阻值线性对应关系得到内层机箱I和外层机箱6的实际温度。
[0025]对温度进行分段校准。基于温度传感器的电阻与温度之间的线性关系，根据上述温度T的计算公式，基于步长为10度内的采样数据进行校准。
[0026]当微处理器8检测到内层机箱I的实际温度低于-20°C时，则打开机箱内层加热片4;当微处理器检8测到内层机箱I的实际温度高于-20°C时，则关闭内层加热片4。
[0027]当微处理器8检测到外层机箱6的实际温度低于-55°C时，则打开外层加热片7 ;当微处理器8检测到外层机箱6的实际温度高于-55° C时，则关闭外层加热片7。
[0028]然后，微处理器8再继续采样温度传感器的温度，重复上述步骤。
[0029]本发明的嵌入式智能保温箱，机箱可以是根据实际需要分为一个机箱，或多个层次机箱，每个机箱均能够独立保证所装仪器设备的正常工作，同时通过相应程序内部参数的修改，可实现多层次的保温效果。
[0030]如图4所示，本发明还提供了一种保温控制板，该保温控制板包括:PCB基板、机箱，该PCB基板上集成有温度传感器、加热片、电源控制单元和微控制器，该保温控制板可以独立工作，直接安装于工作温度有要求的空间中即可。
[0031]另外，本发明嵌入式保温箱和保温控制板是基于嵌入式操作系统平台而开发的.可以较好的解决在温度极低的环境下，一些常规的仪器、设备和控制器等电子产品可以正常的工作。通过相应程式的修改和电箱结构的设计，保温的层次和范围都可以进一步的扩展。保温箱内温度的校准方法使得保温精度得到提高。目前将该系统应用于南极等极端环境下，用以保证设备的正常运行。
【主权项】
1.一种嵌入式保温箱，其特征在于:包括机箱、温度传感器、加热片、信号采集板，机箱、温度传感器、加热片都分外层和内层，外层温度传感器和外层加热片放置于外层机箱，内层温度传感器和内层加热片放置于内层机箱;信号采集板包括微处理器和电源控制单元，温度传感器、加热片和电源控制单元都与微处理器相连。2.根据权利要求1所述的一种嵌入式保温箱，其特征在于:所述外层机箱和内层机箱通过螺丝固定，机箱壳体内部填充保温材料。3.根据权利要求1所述的一种嵌入式保温箱，其特征在于:所述温度传感器为铂热电阻。4.根据权利要求1所述的一种嵌入式保温箱，其特征在于:所述加热片为PTC加热片，放置在特制支架上。5.—种保温控制板，其特征在于:将温度传感器、加热片、微处理器及电源控制单元集成在PCB基板上，安装于密闭空间内，且温度传感器、加热片和电源控制单元都与微处理器相连。6.根据权利要求5所述的一种保温控制板，其特征在于:所述温度传感器为铂热电阻。7.根据权利要求5所述的一种保温控制板，其特征在于:所述加热片为PTC加热片。
【文档编号】H05K7/20GK105828578SQ201610269128
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】杨荣金, 黄天戍
【申请人】安徽京师方圆信息技术有限公司, 中国环境科学研究院