专利名称：嵌入式保温箱及保温控制板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种嵌入式保温箱及一种保温控制板。
背景技术：
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
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，把仪器设备放置在该保温箱中，能够保证仪器在保温箱内正常工作。为达到上述目的，本发明公开了一种嵌入式保温箱，包括机箱，其具有外层机箱和内层机箱两层结构；外层温度传感器和内层温度传感器，分别放置于外层机箱和内层机箱中；外层加热片和内层加热片，分别放置在外层机箱和内层机箱中，导通电流时其能够散热；信号采集板，采集所述温度传感器的温度，并根据温度所设定的两个不同阈值来控制所述外层加热片和内层加热片的打开和关闭。本发明的嵌入式保温箱采用的分段校准、计算线性度的方法，可以真正实现温度传感器的高精度。机箱可采用多层保温设计，多层PTC加热设计，外层为极限温度较低的设备的放置处，里层为极限温度相对较高的设备放置处。在层与层的设备体内填充保温材料，以尽量保持设备的自发热能。同时对层与层设备内的温度进行测试，当系统温度在极限范围以下， 在系统电能充足的情况下对设备进行适当加热。整个电箱的控制在嵌入式操作系统内核的控制下完成。本发明还提供了一种包括保温控制板，安装于密闭空间中，所述保温控制板包括温度传感器，用于检测密闭空间中的温度；加热片，导通电流时其能够散热；电源控制单元，为所述嵌入式保温箱提供电源；微控制器，采集所述温度传感器的温度，并根据温度所设定的阈值来控制所述加热片的打开和关闭。本发明具有以下优点本发明的嵌入式保温箱，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，设置该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，来设计制作保温箱的体积大小。该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。
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为本发明的嵌入式保温箱的信号采集板的电路图；图5为本发明的保温控制板的功能模块图。附图标记1内层机箱2外层温度传感器3内层温度传感器4内层加热片5电池固定板6外层机箱7外层加热片
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。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。由图1和图2可见，该嵌入式保温箱主要包括机箱，其具有两层结构；外层温度传感器和内层温度传感器，分别放置于外层机箱和内层机箱中；外层加热片和内层加热片，放置在特制支架上，分别放置在外层机箱和内层机箱中；信号采集板，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。更具体的，机箱分为两层内层机箱和外层机箱，两层机箱用螺丝固定。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。外层机箱外壳采用2mm厚不锈钢材料，填充30mm厚泡沫保温。内层机箱外壳采用2mm厚不锈钢材料，填充20mm厚泡沫保温。 加热片放置在机箱内侧，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。信号采集板包括微控制器和电源控制单元。电源控制单元用于提供能量电源，也可以是电池、电源或发电系统。微控制器具有数据处理和控制功能，温度传感器、电源控制单元和加热片与微控制器相连。微处理器例如可以采用意法半导体生产的STM32F103。外层温度传感器和内层温度传感器分别放置在外层机箱和内层机箱中，以分别检测两层机箱的温度。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 的钼热电阻。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。因为温度传感器输出不同的电阻值，微处理器就会采样到不同的数字值，而其温度和电阻具有一一对应的线性关系，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。实际上，温度传感器输出的电阻信号需要转换成微处理器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AD85M (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。微处理器定时监测温度传感器输出的信号并转换成实际的温度值，当判断出内层机箱的温度低于-20°C时，打开内层加热片直至机箱内温度高于-20°C ；当外层机箱的温度低于_55°C时则打开外层加热片直至机箱内温度高于_55°C。根据本发明的又一实施例，为了提高更高的精度，本嵌入式保温箱进行分段校准、 计算线性度的方法，以下详细描述该方法虽然温度传感器的电阻值和温度是线性关系，但是并不是严格的线性关系，为了得到高精度的温度值，本发明采用分段校准、计算线性度的方法即将不同的电阻(i，j，k， 1等)负载加到放大器的信号输入端，经放大后，微处理器得到对应的采样数字值(a，b，c, d等)；然后微处理器将此数字值(a，b，c，d等)和电阻值对应的温度值(m，η, ο，ρ等，这样做可以将采样值直接转化成温度值，简化了先将采样值转换成电阻值，然后再转换成温度值的步骤)记录在内部的表格中作为已知量使用。如下表所示
权利要求
1.一种嵌入式保温箱，其特征在于，包括 机箱，其具有外层机箱和内层机箱两层结构；外层温度传感器和内层温度传感器，分别放置于外层机箱和内层机箱中； 外层加热片和内层加热片，分别放置在外层机箱和内层机箱中，导通电流时其能够散热信号采集板，采集所述温度传感器的温度，并根据温度所设定的两个不同阈值来控制所述外层加热片和内层加热片的打开和关闭。
2.根据权利要求1所述的嵌入式保温箱，其特征在于，所述信号采集板包括 电源控制单元为所述嵌入式保温箱提供电源；微处理器采集所述温度传感器的阻值，根据所述温度传感器阻值和温度的线性关系来得到机箱内的温度，进而控制所述外层加热片和内层加热片的打开和关闭
3.根据权利要求2所述的嵌入式保温箱，其特征在于，所述微处理器对温度传感器的信号转换为电压信号再进行采样。
4.根据权利要求2或3所述的嵌入式保温箱，其特征在于，所述微处理器通过分段校准、计算线性度来调整所得到的机箱内的温度。
5.根据权利要求4所述的嵌入式保温箱，其特征在于，所述分段校准为通过如下公式进行
6.根据权利要求5所述的嵌入式保温箱，其特征在于，m、η的步长为10。
7.根据权利要求1所述的嵌入式保温箱，其特征在于，所述外层机箱和内层机箱内填充保温材料。
8.根据权利要求1所述的嵌入式保温箱，其特征在于，所述温度传感器为钼热电阻。
9.根据权利要求1所述的嵌入式保温箱，其特征在于，所述加热片为PTC加热片。
10.一种包括保温控制板，安装于密闭空间中，其特征在于，所述保温控制板包括一 PCB基板，该PCB基板上集成有温度传感器，用于检测密闭空间中的温度；加热片，导通电流时其能够散热；电源控制单元，为所述嵌入式保温箱提供电源；微控制器，采集所述温度传感器的温度，并根据温度所设定的阈值来控制所述加热片的打开和关闭。
11.根据权利要求10所述的保温控制板，其特征在于，所述微处理器采集所述温度传感器的阻值，根据所述温度传感器阻值和温度的线性关系来得到机箱内的温度，进而控制所述外层加热片和内层加热片的打开和关闭
12.根据权利要求11所述的保温控制板，其特征在于，所述微处理器对温度传感器的信号转换为电压信号再进行采样。
13.根据权利要求11或12所述的保温控制板，其特征在于，所述微处理器通过分段校准、计算线性度来调整所得到的机箱内的温度。
14.根据权利要求13所述的保温控制板，其特征在于，所述分段校准为通过如下公式进行m-nT= a-b *ix-a) + m ， a<x<b其中，T表示温度，χ为待校准值的温度传感器采样值，a、b表示微处理器得到的采样数字值，m、η为电阻值对应的温度值。
15.根据权利要求14所述的保温控制板，其特征在于，m、η的步长为10。
16.根据权利要求10所述的保温控制板，其特征在于，所述温度传感器为钼热电阻。
17.根据权利要求10所述的保温控制板，其特征在于，所述加热片为PTC加热片。
全文摘要
本发明涉及一种嵌入式保温箱以及一种保温控制板。所述嵌入式保温箱包括机箱，其具有外层机箱和内层机箱两层结构；外层温度传感器和内层温度传感器，分别放置于外层机箱和内层机箱中；外层加热片和内层加热片，分别放置在外层机箱和内层机箱中，导通电流时其能够散热；信号采集板，采集所述温度传感器的温度，并根据温度所设定的两个不同阈值来控制所述外层加热片和内层加热片的打开和关闭。本发明的嵌入式保温箱采用分段校准、计算线性度的方法，实现温度传感器的高精度。且基于嵌入式操作系统平台而开发，使得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工作。
文档编号G05D23/24GK102458083SQ20101052485
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年10月29日
发明者严科, 李秀红, 杨细方, 程晓, 陈雪停 申请人:北京师范大学, 北京极奥纬博信息科技有限公司