一种低功耗数字智能食物温度计的制作方法

1.本实用新型涉及温度计技术领域，尤其涉及一种低功耗数字智能食物温度计。


背景技术：

2.随着生活水平的提高，人们对食物的要求也越来越高，食物的温度和其口感、营养都是息息相关的；人们生活中品尝的每一种食物都在一个特定的温度时口味最佳，在烧烤和烹饪时，为了保证食物有良好的口感，需要对食物的温度进行实时的检测，食物温度计就是一款为了提高人们健康生活水平而开发出来的温度计；食物温度计，别名：中心温度计、探针温度计、食物中心温度计；食物温度计通过将测温探头插入食物中对食物的温度进行实时检测，现有的智能无线食物温度计功能太过繁琐，不必要的功能太多，占用智能设备资源太多，ntc模拟测温随环境温度变化偏差大的问题；同时，防水效果差，影响食物测温探头的使用寿命。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种低功耗数字智能食物温度计。
4.为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
5.一种低功耗数字智能食物温度计，包括主体，所述主体一端设置有探针，所述探针用于插入食物内，对食物内温度进行测量；所述主体另一端设置有电金属片，用于对所述食物温度计进行充电；所述主体内设置有控制板、第一顶针和第二顶针，所述第一顶针一端卡接于所述控制板一端，所述第一顶针另一端与所述电金属片抵接；所述第二顶针横穿所述控制板，并所述第二顶针两端分别与所述主体内壁相抵触；所述控制板上设置有数字脉冲测温ic，通过测量食物温度上升值的时间来确定食物温度变化的速率；并至少根据食物温度变化的确定速率来估计完成时间；所述主体上位于所述电金属片一端套设有一胶壳，所述主体上设置有一限位指示线。
6.优选的，所述控制板上设置有rf天线，所述rf天线位于所述胶壳相对应的位置，并与所述第一顶针接触；所述食物温度计通过rf天线与外部智能设备连接。
7.优选的，所述控制板上还设置有蓝牙主控芯片和充放电保护ic；所述rf天线通过控制板同轴信号线分别与所述蓝牙主控芯片和所述充放电保护ic电性连接形成测温电路。
8.优选的，所述第一顶针和所述第二顶针形成所述控制板充电正、负极，所述第一顶针通过所述控制板同轴信号线和所述rf天线与所述第二顶针连接形成充电电路。
9.优选的，所述控制板上设置有隔离磁珠，所述隔离磁珠隔离所述rf天线和所述充电电路。
10.优选的，所述控制板上还设置有电子复位开关，以做到无任何按键，而达到因不正常操作ic卡死后还可复位。
11.优选的，所述控制板上还设置有低压差线性稳压器（ldo）,用于对所述测温电路进
行稳压调节。
12.优选的，所述主体内还设置有一温度传感器，所述温度传感器与所述控制板电性连接。
13.优选的，所述控制板一侧还设置有电容器，所述电容器用于给所述食物温度计进行供电；所述电容器与所述探针之间设置有一限位弹簧。
14.优选的，所述主体位于所述限位指示线处至所述探针处均采用不锈钢材质制成。
15.为了获得到更好的温度精度，消除高低温的非线性温度差值，给出了分段温度计算公式，具体如下：
16.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
17.本实用新型设计一种低功耗数字智能食物温度计，选用智能手环超低功耗蓝牙5.1核心芯片，电容器保护选用tp41系列ic，内部集成pmosfet架构，防倒充电路，保证产品正负极反接与短路不影响产品使用；测温主要选用纳芯微电子d
‑
ntc系列测温ic，以及蓝牙核心芯片自带ntc测温模块，解决ntc模拟分压测温功耗大，及测温不准反应慢等缺点；实现高精度，测温速度快，准确度高，且可按需求间断式测温，以达到最低功耗；为保证蓝牙信号的发射角度最大化，蓝牙天线采用金属外壳做为天线，电源充电由于结构设计问题采用rf与电源充电线共用（rf与电源隔离选用电容隔直通交防止高电压倒灌ic rf端，rf采用100mhz 600欧以上阻抗磁珠做隔交通直）；为简化生产装配及提高接触可靠性，产品选用耐高温板材一体设计；为解决外壳高温部份金属件与控制板的的接触及导热问题，接触件全采用专门设计顶针方式解决；并设计了电子复位开关，以做到无任何按键，而达到因不正常操作ic卡死后还可复位产品；app以无线连接模式连接食物温度计，以保证应用占用智能设备资源更少，在软件后台运行时也能正常接收食物温度计数据与倒计时及正常提示。
附图说明
18.图1为本实用新型提出的工作流程图；
19.图2为本实用新型提出的食物温度计的结构示意图；
20.图3为本实用新型提出的食物温度计的透视图；
21.图4为本实用新型提出的第一顶针的结构示意图；
22.图5为本实用新型提出的第二顶针的结构示意图；
23.图6为本实用新型提出的主体内的结构示意图；
24.图7为本实用新型提出的主体内另一角度的结构示意图；
25.图8为本实用新型提出的蓝牙主控芯片的电路原理图；
26.图9为本实用新型提出的数字脉冲测温ic的电路原理图；
27.图10为本实用新型提出的稳压电路原理图；
28.图11为本实用新型提出的充电ic电路原理图；
29.图12为本实用新型提出的食物温度计置于充电器内的结构示意图；
30.图13为本实用新型提出的充电器的电路原理图；
31.图14为本实用新型提出的rf天线结构示意图；
32.图15为本实用新型提出的rf天线匹配电路的原理图；
33.图16为本实用新型提出的常温25度下测试rf天线的数据表；
34.图17为本实用新型提出的模拟120度下测试rf天线的数据表；
35.图18为本实用新型提出的rf天线的回波损耗的参数示意图；
36.图19为本实用新型提出的rf天线的驻波比的参数示意图；
37.图20为本实用新型提出的rf天线的方向示意图；
38.图21为本实用新型提出的测温流程图；
39.图22为本实用新型提出的预估烤制时间算法流程图。
40.图例说明：
41.1、主体，
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2、探针，
42.3、电金属片，
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4、控制板，
43.5、第一顶针，
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6、第二顶针，
44.7、胶壳，
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8、限位指示线，
45.9、外部智能设备，
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11、电容器，
46.12、限位弹簧，
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41、数字脉冲测温ic，
47.42、rf天线，
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43、蓝牙主控芯片，
48.44、充放电保护ic，
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45、控制板同轴信号线，
49.46、隔离磁珠，
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47、电子复位开关，
50.48、低压差线性稳压器（ldo），
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100、充电器，
51.101、充电正极片，
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102、充电负极片，
52.103、led指示灯，
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104、usb接口。
具体实施方式
53.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
54.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
55.参照图1至图22所示，一种低功耗数字智能食物温度计，包括主体1，主体1一端设置有探针2，探针2用于插入食物内，对食物内温度进行测量；主体1另一端设置有电金属片3，用于对食物温度计进行充电；主体1内设置有控制板4、第一顶针5和第二顶针6，第一顶针5一端卡接于控制板4一端，第一顶针5另一端与电金属片3抵接；第二顶针6横穿控制板4，且第二顶针6两端分别与主体1内壁相抵触；控制板4上设置有数字脉冲测温ic（41），通过测量
食物温度上升值的时间来确定食物温度变化的速率；并根据食物温度变化的确定速率来估计完成时间；主体1上位于电金属片3一端套设有一胶壳7，主体1上设置有一限位指示线8。
56.其中，如图14所示，控制板4上设置有rf天线42，rf天线42位于胶壳7相对应的位置，并与第一顶针5接触；食物温度计通过rf天线42与外部智能设备9连接；控制板4上还设置有蓝牙主控芯片43和充放电保护ic（44）；rf天线42通过控制板同轴信号线45分别与蓝牙主控芯片43和充放电保护ic（44）电性连接形成测温电路；由于控制板4顶端温度高，所有元件都靠下，导致ic与rf天线42连接距离太长,为了降低损耗控制板采用四层设计，控制板4信号传输采用严格的50欧阻抗，阻抗匹配减少了人工电子匹配的不稳定；
57.控制板4上有一卡槽，第一顶针5插接于所述卡槽内，第一顶针5下部的圆珠与卡槽底部抵触；第一顶针5和第二顶针6形成控制板4充电正、负极，第一顶针5通过控制板同轴信号线45和rf天线42与第二顶针连接形成充电电路；rf天线工作频段为2.4g，频率范围为2400~2500mhz；驻波比小于2，rf天线的极化方式为线极化；如图15所示，rf天线的匹配电路，e1为0.5pf，e2为2nh，e3为1.5pf，e4为0ω。
58.控制板4上设置有隔离磁珠46，隔离磁珠46隔离rf天线42和充电电路；rf天线42与电源充电共用同一条信号线，由隔离磁珠46隔离rf天线42与充电电路供电，隔离磁珠46选用10倍天线阻抗磁珠以达到对rf天线42信号影响最小；并加多个频段对地耦合电容，防止对充电电路部分电源的干扰。
59.电金属片3专为金属外壳做为天线而设计的接触件，方便生产组装，大大提高了产品稳定性；胶壳7，选用高温塑胶料，耐温330度以上，以保证高温环境下正常及多向pcb天线信号可以发射顺利；食物温度计上的探针2为减小插入食物阻力专门设计的双缩进针尖，可减小阻力；为保证产品安全，针尖有做圆角处理。
60.充电电路包括蓝牙主控芯片电路、数字脉冲测温ic电路、稳压电路和充电ic电路，主控芯片电路选用ultra low power bluetooth 5.1 soc主控芯片u1，主控芯片u1自带ntc测温系统，可做为测温参考，经软件与独立数字ic同时测温，以达到食物中心温度测试准确目地；主控芯片u1耐温
‑
50摄氏度
‑
150摄氏度；数字脉冲测温ic测温范围为
‑
50
°
c 到150
°
c，数字测温ic使用更简单、数字化、更精确，其无需借助系统校准或软硬件补偿的情况下就可以实现全温区内的高精度温度检测；工作电流极小为整体产品低功耗做准备，全温域内保持高精度：
61.‑
20 ℃~85℃（正、负0.5℃）
62.‑
50℃~
‑
20℃（正、负0.75℃）
63.85℃~150℃（正、负0.75℃）。
64.控制板4上还设置有电子复位开关47，以做到无任何按键，而达到因不正常操作ic卡死后还可复位；控制板4上还设置有低压差线性稳压器（ldo）48,用于对测温电路进行稳压调节；由于bluetooth 5.1 soc主控，最高工作电压3.3v，电容器电压最高4.2v输出，固另加有ldo稳压，配合主控电源检测电容器电量做了三段显示；主体1内还设置有一温度传感器（图中未示出），温度传感器与控制板4电性连接；第二顶针6为负极接触顶针，双头顶针保证接触良好以及控制板4中心位；使用高导热材料铜直接导热到控制板4及温度传感器，以达到温度传感器快速反应食物中心温度变化；控制板4一侧还设置有电容器11，电容器11用于给食物温度计进行供电，电容器11与探针2之间设置有一限位弹簧12；通过按压限位弹簧
12，限位弹簧12将控制板4一端弹出主体1外，方便用户将控制板从主体内取出；电容器11采用slx 系列1.8mah 电容式耐高温锂离子电容器，最低
‑
20摄氏度最高耐温140度，额定工作环境
ꢀ‑
20
‑
85摄氏度；并且采用 t41系列充放电保护ic，充放电保护ic耐温有 140摄氏度保护开关对电容器的完美保护。
65.主体1位于限位指示线8处至探针2处均采用不锈钢材质制成，采用食品级304不锈钢，坚实耐用；充好电后将食物温度计从尖端插入食物内部，食物温度计限位指示线8到探针2部份尽量全没入食物中；经过完美组合全控制板静态工作电流约2ua 发射rf瞬间电流 4.5ma；由于电容器容量大，食物温度计选用刷新频率为1秒一次，与市场上现有的无线食物探针有明显的刷新速度优勢。
66.本产品采用市面上功能一样，但工作电流最小的元件组合而成，降低了食物温度计的功耗；选用dialog 14531蓝牙主控做为低功耗蓝牙bbq的主控芯片，电容器选用超小体积锂离子电容器（lic），规格：5*11mm，3.8v，1.8mah，工作温度
‑
20度至
‑
85度；由于锂离子电容器充放电需要专门的充放电ic控制，以保证电容器不亏电工作而降低使用寿命，选用南京拓品微tp4101
‑
42
‑
tso t236 做为充放电保护ic，；由于da14531 芯片工作电压 0.9v
‑
3.3v，电容器电压为 3.8v；故选用 3v 稳压 ldo（ xc6206p252mr ）选用低静态电流。
67.测温电路因为ntc 需要电路分压静态电流大，而且模拟电路稳定性差；如1秒/次的测试必须长期供电才可以测到准确温度值，而且模拟电路对温度敏感，本产品应用在环境变化比较大的场合，导致测温准确度的偏差大；本产品选用纳芯微d
‑
ntc 数字脉冲测温ic来做主要测温元件，蓝牙主控芯片自带ntc 测温做为辅助，双测温元件以达到测温精准的目地；并且测温电流极小，工作环境:
‑
20 度至
‑
150度。
68.一具体实施例中，所有食物温度计默认是一直开机直到电容器11用完才关机，食物温度计使用前需先充电；充电器100采用usb接口104供电方式充电；食物温度计放入充电器100内，主体1上的电金属片3与充电器100上的充电正极片101相抵触，充电器100上的充电负极片102与主体1外表面相抵触；充电器100上的led指示灯103为双色灯；充电器100接通电源后绿灯亮表示电源接通；红灯、绿灯同时亮表示正在充电，充满后红灯灭，绿灯长亮；充电有三个阶段，第一阶段充电电流大约4.5ma充电7分钟左右；第二阶段25ma充电6分钟左右；第三阶段充电电流从25ma开始往下降一直降到3ma以下后充电完成大约7分钟，充电三个阶段指示灯都是红绿灯同时亮，整个充电过程总共20分钟左右。
69.一具体实施例中，充电器100的电路u1采用高精度50倍电压放大器经过放大out得到vin+与vin
‑
电压的50倍，使通电时电流为3ma得到r3得到0.03v电压，经50倍放大得到1.5v电压使三极管q1导通共阳极发光二极管红灯亮；而充满电后r3电流为0.0002ma 得到电压0.1v 三极管q1为截至状态共阳极发光二极管红灯灭，以红灯亮和灭来指示显示充电与未充电状态。
70.一具体实施例中，食物温度计充好电后，先打开app，再将食物温度计从充电器100上拿下，食物温度计自动开机，软件默认为自动连接；同一台手机可同时接收多根食物温度计显示数据，食物温度计按先后顺序连接成功排列；食物温度计列表可以切换食物温度计显示，食物温度计温度表盘进度条显示当前温度刻度，中间为预估烹饪结束倒计时，需等食物中心温度开始变华才可正常显示，进度条为所选菜谱食物中心目标温度，指针为目标温度；食物温度计的测温ic脉冲转温度计算可根据公式：
71.temp=num*0.0625℃
‑
50.0625℃
72.temp：温度值
73.num：脉冲数（1~3201）
74.达到目标温度后先提示客人烹饪即将结束请保持当前温度，开始启动烹饪保持温度倒记时1分半钟，此时请调整加热强度，以保证食物中心温度在1分半时间内不要高于此菜谱最高温度，时间结束后提时烹饪结束；若高于所选菜谱目标最高温度值时直接提示烹饪结束，app可查看本次烹饪食物温度曲线；下面有数字显示当前探针温度和目标温度，电容器电量设三档显示，满格可用4小时左右，半格电后可用 1小时左右，低电量提示后探针电量最多可维持半小时工作。
75.一具体实施例中，如图21所示，探针开机后，测温软件运行，首先检测是否有蓝牙主机连接探针，如果不的话返回信息，续继发射连接广播；当检测到连接上后,ic pio1 输出高电平给测温ic nst1001供电；ic会通过pio2输出脉冲数据，单帧周期最大为 70ms/组数据；1000
‑
2*70=860ms pio1为地电平 nst1001不工作，以最大限度降低功耗，通过mcu 对两组num 数值对比。得出一组准确的数值，用temp=num*0.0625
‑
50.0625直接转换成温度值，再通过蓝牙主控ntc 测试温度对比，两点位置温差，智能计算温度值，蓝牙主控通过ble 传送到智能设备aap上显示；软件周期为1000ms/单帧，测温软件工作时大约为200ms /1000ms工作时间。
76.一具体实施例中，app自带9种菜谱可选，另可供客人自设菜谱，可自定义设置菜谱名称，可自由设置温度提示；烹饪过程中温度值到达目标值时就手机铃声提示；烹饪结束后不取出温度探针2，探针2可继续测试食物温度，当食物中心温度恢复到 45摄氏度时温度适宜及时享用美食。
77.一具体实施例中，烤制时间预估，如图22所示，本算法主要功能是在选择菜谱后，如果温度降低，数据自动丢弃；只要检测温度上升超过5摄氏度后，就会根据5摄氏度升温速度，预算从现在温度到目标温度需要的时间；算法有加入菜谱的种类及各种不同食物的加热过程有做过精心补尝，客人如果选用默认9种菜谱，预估时间可能准确度会高；但客人自己设置的菜谱未做材质受热补尝，预估时间可能有些偏差。
78.烤制时间预估，采用一段时间内平稳增温来计算整个烤制过程的持续时间，整个过程会综合考虑温度上升变化、时间变化等因素，计算出一段时间内稳定变化的过程，连接探针设备以及选择目标菜谱后开始采集温度（温度采集周期和探针上报数据周期保持一致），采集第一个初始温度保存并记录初始目标温度和初始目标时间；当前采集的温度如果低于最近目标温度，重置整个过程并替换初始目标值（温度和时间）为当前最新的，继续采集温度；当前采集的温度值大于最近目标温度5摄氏度以上，判定为无效数据（防范温度急剧变化上升，造成结果不准确），重置整个过程并替换初始目标值（温度和时间）为当前最新的，继续采集温度；当前采集温度的时间点和最近目标时间相差10s以上（大于数据上报周期，访问设备掉线等情况），重置整个过程并替换初始目标值（温度和时间）为当前最新的，继续采集温度；当前采集的温度值大于初始目标温度5摄氏度以上，根据这段时间差和温度差计算这段时间内的平局增温因子，计算温度达到菜谱适宜温度所需的时间，并更新ui；当前采集的温度时间点大于初始目标时间1分钟以上，根据这段时间差和温度差计算这段时间内的平局增温因子，计算温度达到菜谱适宜温度所需的时间，并更新ui。
79.以上，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。