[发明专利]微型恒温箱的温度控制系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物、临床医学检验及化学分析中的恒温保存装置，特别涉及一种智能生物疫苗样品恒温保存箱的温度控制系统和方法。

背景技术

恒温箱广泛应用于制药、育苗、食品保鲜等领域，目前有部分医用恒温箱利用氟利昂制冷，温控器控制，其设备结构复杂、机构较大，且成本较高，尤其是在使用恒温空间较小时使用很不方便。另一部分市场上以及业界采用的恒温箱体积过大，只能制热，制冷需要依靠外界环境进行热量扩散，这样制冷的下限就是环境温度，完全无法满足高端疫苗以及诸多生物样品的保存在较低温度甚至零度以下的要求。此外，目前高端生物疫苗以及样品储存中还存在诸多难题，比如箱体体积大，功耗高，箱体内温度不稳定不均匀，制冷制热效率低，恒温过程缓慢等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微型恒温箱的温度控制系统和方法，使得恒温箱箱体内的温度自动调整到设定的目标温度，不受环境温度的限制。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种微型恒温箱的温度控制系统，包含：温度传感器、半导体制冷片、加热管和微处理器；

所述温度传感器用于探测金属浴核心的温度，并传送给所述微处理器；其中，所述金属浴核心位于所述微型恒温箱内，所述金属浴核心上留有用于安放生物疫苗样品保存管的孔，所述孔的形状和尺寸与所述生物疫苗样品保存管的形状和尺寸相适应；

所述微处理器采用比例-积分-微分PID算法，对探测到的温度与环境温度、预先设定的目标温度进行计算，确定加热或者制冷，得出加热时间或者制冷时间，并驱动所述加热管对所述金属浴核心进行加热，或者驱动所述半导体制冷片对所述金属浴核心进行制冷，使所述金属浴核心的温度恒定于所述目标温度。

本发明的实施方式还提供了一种微型恒温箱的温度控制方法，包含以下步骤：

A.探测金属浴核心的温度；其中，所述金属浴核心位于所述微型恒温箱内，所述金属浴核心上留有用于安放生物疫苗样品保存管的孔，所述孔的形状和尺寸与所述生物疫苗样品保存管的形状和尺寸相适应；

B.采用比例-积分-微分PID算法，对探测到的温度与环境温度、预先设定的目标温度进行计算，确定加热或者制冷，得出加热或者制冷时间；

C.根据所述加热以及加热时间，对所述金属浴核心进行加热；或者根据所述制冷以及制冷时间，对所述金属浴核心进行制冷；

D.重复步骤A至C，使所述金属浴核心的温度恒定于所述目标温度。

本发明实施方式相对于现有技术而言，采用比例-积分-微分PID算法，对探测到的恒温箱箱体内的温度与环境温度、预先设定的目标温度进行计算，确定加热或者制冷，得到加热或者制冷时间，并对恒温箱箱体内保存生物样品的部分进行加热或者制冷，使恒温箱箱体内的温度恒定于目标温度，从而自动调整恒温箱箱体内的温度到设定的目标温度，不受环境温度的限制。此外，在微型恒温箱内采用金属浴核心在恒温箱箱体内形成稳定均匀的温度场，并在金属浴核心上预留用于安放生物疫苗样品保存管的孔，并且孔的形状和尺寸与生物疫苗样品保存管的形状和尺寸相适应，在恒温过程中，直接对金属浴核心进行加热或者制冷，使得恒温过程较快；并且，需要保存的样品被金属浴核心包围，而金属浴核心形成的温度场是稳定均匀的，因此使得恒温箱箱体内生物疫苗样品保存管所处位置的温度稳定均匀。

另外，所述微处理器包含PID计算器，所述PID计算器根据所述探测到的温度、环境温度、目标温度，结合预先设定的最小时间步进量和最小温度步进量，确定比例系数P、积分时间I和微分时间D；确定脉宽调制PWM信号的占空比。

采用PID算法计算制冷或者加热的控制信号，可实现探测温度与目标温度偏差较大时的快速调整，以及偏差较小时的精细调整，同时保证恒温过程的快速性和恒温温度的精确性。

另外，还包含：半导体制冷片驱动电路和加热管驱动电路；

所述微处理器根据确定的加热或者制冷模式，以及加热时间或者制冷时间，输出两路使能信号和两路脉宽调制PWM信号；

其中，两路使能信号分别选择所述半导体制冷片驱动电路和所述加热管驱动电路进行制冷或加热；所述半导体制冷片和所述加热管在同一时间只有一方恒定工作；

两路PWM信号分别输出给所述半导体制冷片驱动电路和所述加热管驱动电路；

所述半导体制冷片驱动电路根据PWM信号驱动所述半导体制冷片进行制冷；

所述加热管驱动电路根据PWM信号驱动所述加热管进行加热。