控制模块及恒温恒湿箱的制作方法

1.本实用新型涉及自动控制技术领域，具体地涉及一种箱体内部环境参数的控制模块及恒温恒湿箱。


背景技术：

2.半导体、芯片、精密电子器件、化学试剂等物质储存和实验需要相对稳定的环境空间。现有技术中，一般通过能够自动保持恒定温度和湿度的存储柜或存储箱进行储存和实验。如果存储柜或存储箱通过设置空调来进行温度控制，其中空调的压缩机重量大，成本高，在箱体中占用的空间也很大，不适用于对便携性和体积小型化有要求的存储箱。而且空调的压缩机工作难免会发生震动发出噪音，对箱体内保存的物品会产生不良影响。
3.因此，亟待一种技术方案，提供一种控制设备能够在保证存储箱箱体内部恒温恒湿的同时，降低功耗以及存储箱整体的体积和制造成本。


技术实现要素：

4.针对以上问题，本实用新型提供了一种箱体内部环境参数的控制模块及恒温恒湿箱，控制模块能够通过半导体调温片及简单的控制电路实现箱体内部温度恒定的自动控制。
5.本实用新型的技术方案中提供的箱体内部环境参数的控制模块，包括控制单元以及与控制单元电连接的温度调节单元，温度调节单元包括电流方向调节电路和半导体调温片，电流方向调节电路包括正向电流回路和反向电流回路，正向电流回路和反向电流回路分别与半导体调温片的输入端连接，正向电流回路和反向电流回路各包含2个场效应管，控制单元具有4个控制端口，4个控制端口分别与4个场效应管的栅极连接，控制场效应管的通断。
6.根据本实用新型的技术方案，控制单元通过控制4个场效应管的导通和关断，继而来控制电流方向调节电路中的正向电流回路和反向电流回路的导通和关断。正向电流回路导通时，半导体调温片流过正向电流时升温制热，反向电流回路导通时，半导体调温片流过反向电流降温制冷。箱体内部环境参数的控制模块能够通过简单的电子器件构成电流方向调节电路，并通过电流方向调节电路调节流经半导体调温片的电流的方向，进而控制半导体制冷或制热以维持箱体内部的恒温环境。并且，无需安装体积大能耗高的空调器件，便于箱体本身和控制模块的小型化设计和成本的节约。
7.优选地，在本实用新型的技术方案中，控制模块的电流方向调节电路中的正向回路包括正向p型场效应管和正向n型场效应管，正向p型场效应管的源极连接电源，正向p型场效应管的漏极连接半导体调温片的正极，正向n型场效应管的漏极连接半导体调温片的负极，正向n型场效应管的源极连接接地端。
8.根据本实用新型的技术方案，半导体调温片沿正向回路的电流流动方方向正向设置于正向p型场效应管和正向n型场效应管之间，控制单元控制正向p型场效应管和正向n型
场效应管导通，使正向回路导通，半导体调温片中流过正向电流升温制热，从而提高箱体内部的温度。
9.优选地，在本实用新型的技术方案中，反向回路中包括反向p型场效应管和反向n型场效应管，反向p型场效应管的源极连接电源，反向p型场效应管的漏极连接半导体调温片的负极，反向n型场效应管的漏极连接半导体调温片的正极，反向n型场效应管的源极连接接地端。
10.根据本实用新型的技术方案，半导体调温片沿反向回路的电流流动方方向反向设置于反向p型场效应管和反向n型场效应管之间，控制单元控制反向p型场效应管和反向n型场效应管导通，使反向回路导通，半导体调温片中流过反向电流降温制冷，从而降低箱体内部的温度。
11.进一步地，在本实用新型的技术方案中，控制模块中的半导体调温片的正极和/或负极与场效应管的漏极连接有电感，半导体调温片的正极和/或负极与接地端之间连接有电容。电容和电感之间形成串联谐振电路，对流入半导体调温片的电流起到滤波作用。
12.在本实用新型的技术方案中，控制模块中p型场效应管的源极与接地端之间串联有接地电阻，即在电流方向调节电路的正向电流回路和反向电流回路的接地端设置有接地电阻，对正向电流回路和反向电流回路起到保护作用。
13.优选地，在本实用新型的技术方案中，箱体内部环境参数的控制模块还包括与控制单元电连接的温度采样电路，温度采样电路包括热敏电阻和运算放大器，运算放大器的输出端连接控制单元。
14.根据实用新型的技术方案，箱体内部的温度的变化时，热敏电阻的阻值随之变化，温度采样电路中的电压值继而随之发生变化。变化后的电压经过运算放大器放大后，流向控制单元，使控制单元能够根据电压的变化值判断出箱体内部温度的变化，进而控制温度调节单元调节箱体内部温度使箱体内部温度保持恒定。
15.在本实用新型的技术方案中，箱体内部环境参数的控制模块还包括与控制单元电连接的湿度检测单元，湿度检测单元包含湿度传感器，湿度传感器的输出端子连接控制单元。
16.根据实用新型的技术方案，湿度传感器检测箱体内部的湿度的变化，其输出电压值也会随之变化，控制单元接收湿度传感器的输出电压，即可检测出箱体内部湿度的变化。
17.进一步地，在本实用新型的技术方案中，箱体内部环境参数的控制模块还包括与控制单元电连接的湿度调节单元，湿度调节单元为雾化片。控制单元根据湿度检测单元的输出电压检测到箱体内部湿度的变化后，控制湿度调节单元即雾化片开始工作，产生水雾增加箱体内部的湿度，从而维持箱体内部的湿度恒定。
18.本实用新型的技术方案中，还提供了一种恒温恒湿箱，恒温恒湿箱包括上述的控制模块。恒温恒湿箱中箱体内部环境参数的控制模块能够通过简单的检测控制电路，检测和调节箱体内部的温度和湿度，实现箱体内部温湿度恒定的自动控制。同时，无需安装体积大能耗高的空调器件，便于箱体本身和控制模块的小型化设计和成本的节约。
附图说明
19.图1是本实用新型的实施方式中提供的一种控制模块的示意图；
20.图2是本实用新型的实施方式中提供的一种温度调节单元的示意图；
21.图3是本实用新型的实施方式中提供的一种温度采样电路的示意图。
22.附图标记：1-控制单元，2-温度调节单元，21-电流方向调节电路，22-半导体调温片，3-温度采样电路，31-热敏电阻，32-运算放大器，4-湿度检测单元，5-湿度调节单元。
具体实施方式
23.下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型的保护范围。
24.如图1所示，在本实用新型的实施方式中，提供了一种箱体内部环境参数的控制模块，包括控制单元1，控制单元1为控制模块的总体控制电路，可以由一个或多个芯片或集成电路组成；控制模块还包括与控制单元1电连接的温度调节单元2，用于调节箱体内部的温度，其中包括电流方向调节电路21和半导体调温片22，电流方向调节电路21包括正向电流回路和反向电流回路，正向电流回路和反向电流回路分别与半导体调温片22的输入端(即半导体调温片22的正负极)连接。正向电流回路和反向电流回路各包含2个场效应管，控制单元1具有4个控制端口，4个控制端口分别与4个场效应管的栅极连接，控制场效应管的通断。
25.本实施方式中，控制单元1通过控制4个场效应管的导通和关断，控制电流方向调节电路21中的正向电流回路和反向电流回路的导通和关断，进而控制输入半导体调温片22的电流方向。箱体内部环境参数的控制模块利用简单的电子器件构成电流方向调节电路21，并通过电流方向调节电路21调节流经半导体调温片22的电流的方向，进而控制半导体调温片22制冷或制热以维持箱体内部的恒温环境。
26.半导体调温片22具有无噪声、无振动、不需制冷剂、体积小、重量轻等优点，且工作可靠，操作简便，易于进行温度调节。具体地，可以通过调节半导体调温片22电流的pwm占空比，调节半导体调温片22的功率，半导体调温片22的额定功率越大，箱体内部温度调节的幅度也就越大，温度调节的速度也就越快，能够实现温度的快速调节；半导体调温片22的功率调节灵敏度升高，箱体内部温度调节的精准度也越高。并且，无需安装体积大能耗高的空调器件，便于箱体本身和控制模块的小型化设计和成本的节约。
27.如图2所示，正向电流回路包括依次串联的正向p型场效应管p1、半导体调温片22和正向n型场效应管n1，正向p型场效应管p1的源极连接电源vcc，正向p型场效应管p1的漏极连接半导体调温片22的正极，正向p型场效应管p1的栅极连接控制单元1；正向n型场效应管n1的漏极连接半导体调温片22的负极，正向n型场效应管n1的源极连接接地端gnd，正向n型场效应管n1的栅极连接控制单元1。
28.控制单元1通过正向p型场效应管p1和正向n型场效应管n1的栅极控制正向p型场效应管p1和正向n型场效应管n1的导通和关断。当正向p型场效应管p1和正向n型场效应管n1均导通时，电源vcc发出的电流依次流过正向p型场效应管p1、半导体调温片22和正向n型场效应管n1，即电流由半导体调温片22的正极流入、负极流出。根据珀耳帖效应，半导体调温片22在正向电流的作用下，升温制热，从而提高箱体内部的温度。
29.同样地，反向电流回路包括依次串联的反向p型场效应管p2、半导体调温片22和反向n型场效应管n2，反向p型场效应管p2的源极连接电源vcc，反向p型场效应管p2的漏极连接半导体调温片22的负极，反向p型场效应管p2的栅极连接控制单元1；反向n型场效应管n2的漏极连接半导体调温片22的正极，反向n型场效应管n2的源极连接接地端gnd，反向n型场效应管n2的栅极连接控制单元1。
30.控制单元1通过反向p型场效应管p2和反向n型场效应管n2的栅极控制反向p型场效应管p2和反向n型场效应管n2的导通和关断。当反向p型场效应管p2和反向n型场效应管n2均导通时，电源vcc发出的电流依次流过反向p型场效应管p2、半导体调温片22和反向n型场效应管n2，即电流由半导体调温片22的负极流入、正极流出。根据珀耳帖效应，半导体调温片22在反向电流的作用下，降温制冷，从而降低箱体内部的温度。
31.上述温度调节单元2中的电流方向控制电路21的电路连接结构简单，其中的电器元件稳定高效、操作方便且成本低廉，能够灵活精确地对流经半导体调温片22的电流进行控制，实现箱体内部温度恒定的精准控制。
32.在本实用新型的实施方式中，控制模块中的半导体调温片22的正极与正向p型场效应管p1的漏极和反向n型场效应管n2的漏极连接有电感l1，半导体调温片22的负极与反向p型场效应管p2的漏极和正向n型场效应管n1的漏极连接有电感l2；半导体调温片22的正极与接地端gnd之间连接有电容c1，半导体调温片22的负极与接地端gnd之间连接有电容c2。串联的电感l1和电容c1、串联的电感l2和电容c2分别形成串联谐振电路，对流入半导体调温片22的电流起到滤波作用。
33.优选地，在本实用新型的实施方式中，正向n型场效应管n1和反向p型场效应管p2的源极与接地端gnd之间串联有接地电阻r，即在电流方向调节电路21的正向电流回路和反向电流回路的接地端设置有接地电阻r，对正向电流回路和反向电流回路起到保护作用。
34.在本实用新型的实施方式中，箱体内部环境参数的控制模块还包括与控制单元1电连接的温度采样电路3，温度采样电路3包括热敏电阻31和运算放大器32，运算放大器32的输出端连接控制单元1。
35.在箱体内部的温度的变化时，热敏电阻31的阻值随之变化，温度采样电路3中的电压值继而随之发生变化。变化后的电压经过运算放大器32放大后，施加至控制单元1，使控制单元1能够根据电压的变化值判断出箱体内部温度的变化，进而控制温度调节单元2调节箱体内部温度使箱体内部温度保持恒定。
36.其中，热敏电阻31可以是陶瓷热敏电阻、玻璃态热敏电阻、塑料热敏电阻、金刚石热敏电阻、半导体单晶热敏电阻等；运算放大器32可以是一个单独的电器元件，也可以是能够起到电压电流放大作用的多个器件组合、集成电路等。
37.在本实用新型的实施方式中，箱体内部环境参数的控制模块还包括与控制单元1电连接的湿度检测单元4，湿度检测单元4包含湿度传感器，湿度传感器的输出端子连接控制单元1。湿度传感器检测箱体内部的湿度的变化，其输出电压值也会随之变化，控制单元1接收湿度传感器的输出电压，即可检测出箱体内部湿度的变化。
38.进一步地，在本实用新型的实施方式中，箱体内部环境参数的控制模块还包括与控制单元1电连接的湿度调节单元5，湿度调节单元5为雾化片。控制单元1根据湿度检测单元4的输出电压检测到箱体内部湿度的变化后，控制湿度调节单元5即雾化片开始工作，产
生水雾增加箱体内部的湿度，从而维持箱体内部的湿度恒定。具体地，控制单元1还可以调节雾化片的电压电流值，从而调节雾化片的工作功率。雾化片工作功率越大，箱体内部湿度调节的幅度也就越大，湿度调节的速度也就越快，能够实现湿度的快速调节；雾化片工作功率越小，箱体内部湿度调节的幅度也就越小，由此实现箱体内部湿度的精准调节恒温控制。
39.箱体内部环境参数的控制模块中还可以设置风扇，将雾化片产生水雾均匀扩散到整个空间，提高加湿速度，使整个箱体内部环境中的温湿度更加均匀。
40.在本实用新型的实施方式中，还提供了一种恒温恒湿箱，恒温恒湿箱包括上述的控制模块。恒温恒湿箱中箱体内部环境参数的控制模块能够通过简单的检测控制电路，检测和调节箱体内部的温度和湿度，实现箱体内部温湿度恒定的自动控制。同时，无需安装体积大能耗高的空调器件，便于箱体本身和控制模块的小型化设计和成本的节约。
41.至此，已经结合附图描述了本实用新型的技术方案。但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于上述具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围。