CN103449036A - 一种高效能温度可精确调节的食品保温容器 - Google Patents
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本发明及一种高效能温度可精确调节的食品保温容器，包括容器本体、制冷循环系统、制热循环系统、PID控制器、单片机处理系统、温度测量模块和人机界面，所述的人机界面与单片机处理系统连接，所述的单片机处理系统分别与PID控制器、温度测量模块连接，所述的PID控制器分别与制冷循环系统、制热循环系统连接。本发明要解决了当前食品保温箱主要只提供制热保温的问题，提供一种既具有制冷保温的效果，也具有制热保温的效果的容器本体，而且本发明能够根据用户设定的温度，通过精确的温度控制技术，使得容器本体内部的温度恒定在一个很小的变化范围之内。本发明具有制冷循环系统具有的体积小、无噪音、控制灵活等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种食品保温容器，特别是一种具有冷热两种温度控制能力的可精确调节的食品保温容器。
背景技术
食品保温箱能够通过对箱子内部的温度进行调节，使其稳定在一个预先设定的温度数字环境下，使得保存在保温箱内的食品不会发生变质。目前传统的食品保温箱，主要是以提供制热保温为目的的保温箱，然而在实际应用过程中，很多应用场合要求保温箱内的温度不仅仅具有制热的能力，而且还应该具备制冷的能力，使得保温箱的温度能够恒定在一个较低的温度条件下，而且传统的保温箱对温度的调节控制能力不强，保温箱内温度波动较大，对保温效果影响十分明显。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种高效能温度可精确调节的食品保温容器，该容器既具有制冷保温的效果，也具有制热保温的效果，而且能够根据用户设定的温度，通过精确的温度控制技术，使得保温箱的温度恒定在一个很小的变化范围之内。
解决上述技术问题的技术方案是：一种高效能温度可精确调节的食品保温容器，包括容器本体、制冷循环系统、制热循环系统、PID控制器、单片机处理系统、温度测量模块和人机界面，所述的制冷循环系统用以对容器本体内部实现制冷保温的目的，所述的制热循环系统用以对容器本体内部实现制热保温的目的，所述的PID控制器用以对制冷循环系统和制热循环系统的精确控制，该PID控制器分别通过控制制冷循环系统和制热循环系统的电流和电压，以实现对容器本体内部温度的精确控制，所述的单片机处理系统用以对容器本体内部测量到的温度进行分析及处理，并完成对PID控制器控制参数的输出，所述的温度测量模块用以对容器本体内部温度进行测量，所述的人机界面用以实现容器本体的温度显示、工作状态显示和用户保温目标温度的设定的输入输出功能，所述的人机界面与单片机处理系统连接，所述的单片机处理系统分别与PID控制器、温度测量模块连接，所述的PID控制器分别与制冷循环系统、制热循环系统连接。
本发明的进一步技术方案是：所述的制冷循环系统包括放置在容器本体内部的半导体制冷芯片，该半导体制冷芯片用以实现对容器本体内部温度制冷控制的目的，所述的半导体制冷芯片的型号为TEC1-12703t125，所述的PID控制器的输出端与半导体制冷芯片连接。
在所述的半导体制冷芯片两侧的散热端和散冷端上分别安装有用以实现传播热量及冷量的风扇Ⅰ。
所述的制热循环系统为电阻丝，通过对电阻丝施加相应的电流和电压，使得电阻丝产生热量，实现容器本体制热保温的目的，所述的PID控制器的输出端与电阻丝连接。
在所述的电阻丝外部安装有栅格散热片，在该栅格散热片的外部安装有风扇Ⅱ，该风扇Ⅱ用以加快热量的传播速度。
所述的单片机处理系统为采用MSP430芯片作为单片机处理系统的核心处理芯片，以实现对容器本体内部测量到的温度进行分析及处理，并完成对PID控制器控制参数的输出。
所述的温度测量模块包括温度采集传感器，所述的容器本体内部设置有温度采集点，通过温度采集，将温度采集传感器采集到的温度数值传输给单片机处理系统，以实现温度的实施检测，并根据用户预先设定的温度值，实现对PID控制器参数的调节，从而实现了对容器本体内部温度的控制。
所述的容器本体内部的每个面上至少设置有2个温度采集点。
所述的人机界面为触摸显示屏，通过该触摸显示屏实现容器本体的温度显示、工作状态显示和用户保温目标温度的设定的输入输出功能。
所述的容器本体的内外面板的材料为ABS材料，所述的容器本体的夹层材料为具有良好保温性能的聚氨酯填充材料。
所述的PID控制器为Proportion Integration Differentiation的缩写，即比例-积分-微分控制器。
由于采用上述技术方案，本发明之一种高效能温度可精确调节的食品保温容器与现有的食品保温箱相比，具有以下有益效果：
1.具有制冷保温的效果，也具有制热保温的效果：
本发明的容器本体在组成结构上包括温度控制的两个关键模块，分别是制热循环系统和制冷循环系统。该制热循环系统和制冷循环系统都分别与PID控制器连接，通过PID控制器实现对制冷循环系统和制热循环系统的精确调节和控制，所以本发明的容器本体既具有制热保温效果，也具有制冷保温效果，而且能够根据用户设定的温度，通过精确的温度控制技术，使得保温箱的温度恒定在一个很小的变化范围之内。
2.可精确控制温度：
本发明的容器本体在温度控制技术上采用基于PID控制器的温度控制装置，用PID控制器能够实现容器本体内部温度的高精度控制目的，比传统的食品保温箱具有更优越的温度控制性能。且本发明中的PID控制器连接了高性能的单片机处理系统，单片机处理系统能够实现对容器本体控制过程的精确控制。在单片机控制系统外部设计有温度测量模块实现对容器本体内部的温度进行采集和测量，通过温度采集，采集传感器采集到的温度数值，传数字单片机处理系统实现温度的实施检测，并根据用户预先设定的温度值，实现对PID控制器参数的调节，从而实现了对容器本体内部温度的控制。
3.可实现有效的制冷：
当前传统的食品保温箱的保温原理是通过在保温箱内部放置一个电阻加热块来实现制热保温的目的，而由于制冷装置相对较为复杂，在体积和尺寸都非常有限的保温箱上面，一般难以实现有效的制冷循环系统。为了解决目前食品保温箱在功能上存在的这种缺陷，本发明构建的食品保温容器，在组成结构上进行改进，在容器本体内部同时放入制冷保温模块，由于制冷保温模块是利用半导体制冷芯片来实现制冷的目的，其制冷循环系统体积小，无动力装置，工作过程中只需要通过调节半导体制冷芯片的输入电流和输入电流方向即可实现对容器本体内制冷的有效控制。
4.为了给用户提供良好的可视化操作界面，本发明的容器本体具有界面友好、操作方便的人机界面，该人机界面为带触摸功能的液晶屏，通过采用带触摸功能的液晶屏，向用户显示保温箱内部单纯的温度，而且实现显示功能的液晶屏同样带有触摸屏的功能，可以让用户通过对触摸屏的操作，实现对温度的设定。本发明将用户输入界面和显示界面融为一体，既能够向用户友好的显示容器本体的当前的工作状态，同时也能够非常友好的为用户提供当前的操作界面。
5.而且本发明的容器本体在实现制冷目的时，采用的是具有半导体制冷芯片来实现制冷效果，因此本发明具有制冷循环系统具有的体积小、无噪音、控制灵活等优点。
下面，结合说明书附图和具体实施例对本发明之一种高效能温度可精确调节的食品保温容器的技术特征作进一步的说明。
附图说明
图1 ：为食品保温容器的结构框图；
图2：为单片机处理系统连接原理图。
在上述附图中，各标号说明如下：
11-半导体制冷芯片， 21-电阻丝， 3-PID控制器，4-单片机处理系统，5-温度测量模块，6-人机界面。
具体实施方式
一种高效能温度可精确调节的食品保温容器，包括容器本体、制冷循环系统、制热循环系统、PID控制器3、单片机处理系统4、温度测量模块5和人机界面6，所述的制冷循环系统用以对容器本体内部实现制冷保温的目的，所述的制热循环系统用以对容器本体内部实现制热保温的目的，所述的PID控制器3用以对制冷循环系统和制热循环系统的精确控制，该PID控制器3分别通过控制制冷循环系统和制热循环系统的电流和电压，以实现对容器本体内部温度的精确控制，所述的单片机处理系统4用以对容器本体内部测量到的温度进行分析及处理，并完成对PID控制器3控制参数的输出，所述的温度测量模块5用以对容器本体内部温度进行测量，所述的人机界面6用以实现容器本体的温度显示、工作状态显示和用户保温目标温度的设定的输入输出功能。所述的人机界面6与单片机处理系统4连接，所述的单片机处理系统4分别与PID控制器3、温度测量模块5连接，所述的PID控制器3分别与制冷循环系统、制热循环系统连接。其中，所述的制冷循环系统包括放置在保温箱内部的半导体制冷芯片11，该半导体制冷芯片11用以实现对容器本体内部温度制冷控制的目的，所述的半导体制冷芯片11的型号为TEC1-12703t125，所述的PID控制器3的输出端与半导体制冷芯片11连接，在所述的半导体制冷芯片11两侧的散热端和散冷端上分别安装有用以实现传播热量及冷量的风扇Ⅰ。所述的制热循环系统为电阻丝21，通过对电阻丝21施加相应的电流和电压，使得电阻丝产生热量，实现容器本体制热保温的目的，所述的PID控制器3的输出端与电阻丝21连接，在所述的电阻丝21外部安装有栅格散热片，在该栅格散热片的外部安装有风扇Ⅱ，该风扇Ⅱ用以加快热量的传播速度。所述的单片机处理系统4为采用MSP430芯片作为单片机处理系统的核心处理芯片，以实现对容器本体内部测量到的温度进行分析及处理，并完成对PID控制器控制参数的输出。所述的温度测量模块5包括温度采集传感器，所述的容器本体内部的每个面上设置有2个温度采集点，通过温度采集，将温度采集传感器采集到的温度数值传输给单片机处理系统4，以实现温度的实施检测，并根据用户预先设定的温度值，实现对PID控制器参数的调节，从而实现了对容器本体内部温度的控制。所述的人机界面6为触摸显示屏，通过该触摸显示屏实现容器本体的温度显示、工作状态显示和用户保温目标温度的设定的输入输出功能。所述的容器本体的内外面板的材料为ABS材料，所述的容器本体的夹层材料为具有良好保温性能的聚氨酯填充材料。
下面将结合本发明的工作过程和应用方式进一步论述本发明的特点：
1.用户在使用本发明的食品保温容器的过程中，首先通过人机界面6，设定用户需要实现保温效果的预期温度之后，由容器本体内部的单片机处理系统4对容器本体内部的温度进行分布式测量，测量过程中将会对容器本体内部6个面、12个温度采样点同时进行温度采集。
2.单片机处理系统4对采集到的温度进行平均之后，计算得到容器本体当前的内部温度。
3.由单片机处理系统4根据实际采集到的容器本体内部温度和用户对容器本体内部设定的保温目标温度，得出单片机处理系统4对PID控制器3的实际控制策略。
4.由单片机处理系统4对PID控制器3的三个PID因子进行动态的调节，分别实现对制冷循环系统和制热循环系统的电流和电压参数的调节，如果用户设定的温度低于容器本体内部当前的温度，则表明需要启用制冷循环系统对容器本体内部进行降温，如果用户设定的温度高于容器本体内部的温度，则表明需要启动制热循环系统对容器本体内部的温度进行升温。
5.制冷循环系统在工作过程中通过对半导体制冷芯片11施加特定方向的电流，从而使得半导体制冷芯片11朝着容器本体内部的一面温度下降，半导体制冷芯片11朝着容器本体外部的另一面温度上升。朝着容器本体内部的一面通过温度的降低，来实现容器本体内部降温的目的，而半导体制冷芯片11朝着容器本体外部的另一面则通过安装在该面上的用于散热的风扇Ⅰ及时将产生的热量传运到外界环境中去。
6.若用户需要启动制热循环系统则通过对电阻丝21施加一定的电流和电压，使得电阻丝21产生一定的热量，并通过用于散热的风扇Ⅱ及时的将热量扩散到容器本体内部，提高容器本体内部的温度。
7.整个容器本体在工作过程中是一个动态循环的过程，通过容器本体内部的分布式温度测量节点，对容器本体内部的温度进行检测。
8.由单片机处理系统4根据所采样得到的温度和用户设定的保温目标温度进行分析，动态的调节PID控制器3，以实现容器本体内部温度的动态调整，由于PID控制器3的精确控制性能，使得容器本体内部的温度最终能够稳定在一个用户设定的温度值附近处于稳定状态。
Claims (10)
1.一种高效能温度可精确调节的食品保温容器，其特征在于：包括容器本体、制冷循环系统、制热循环系统、PID控制器（3）、单片机处理系统（4）、温度测量模块（5）和人机界面（6），所述的制冷循环系统用以对容器本体内部实现制冷保温的目的，所述的制热循环系统用以对容器本体内部实现制热保温的目的，所述的PID控制器（3）用以对制冷循环系统和制热循环系统的精确控制，该PID控制器（3）分别通过控制制冷循环系统和制热循环系统的电流和电压，以实现对容器本体内部温度的精确控制，所述的单片机处理系统（4）用以对容器本体内部测量到的温度进行分析及处理，并完成对PID控制器（3）控制参数的输出，所述的温度测量模块（5）用以对容器本体内部温度进行测量，所述的人机界面（6）用以实现容器本体的温度显示、工作状态显示和用户保温目标温度的设定的输入输出功能，所述的人机界面（6）与单片机处理系统（4）连接，所述的单片机处理系统（4）分别与PID控制器（3）、温度测量模块（5）连接，所述的PID控制器（3）分别与制冷循环系统、制热循环系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种高效能温度可精确调节的食品保温容器，其特征在于：所述的制冷循环系统包括放置在容器本体内部的半导体制冷芯片（11），该半导体制冷芯片（11）用以实现对容器本体内部温度制冷控制的目的，所述的半导体制冷芯片（11）的型号为TEC1-12703t125，所述的PID控制器（3）的输出端与半导体制冷芯片（11）连接。
3.根据权利要求2所述的一种高效能温度可精确调节的食品保温容器，其特征在于：在所述的半导体制冷芯片（11）两侧的散热端和散冷端上分别安装有用以实现传播热量及冷量的风扇Ⅰ。
4.根据权利要求1所述的一种高效能温度可精确调节的食品保温容器，其特征在于：所述的制热循环系统为电阻丝（21），通过对电阻丝（21）施加相应的电流和电压，使得电阻丝产生热量，实现容器本体制热保温的目的，所述的PID控制器（3）的输出端与电阻丝（21）连接。
5.根据权利要求4所述的一种高效能温度可精确调节的食品保温容器，其特征在于：在所述的电阻丝（21）外部安装有栅格散热片，在该栅格散热片的外部安装有风扇Ⅱ，该风扇Ⅱ用以加快热量的传播速度。
6.根据权利要求1所述的一种高效能温度可精确调节的食品保温容器，其特征在于：所述的单片机处理系统（4）为采用MSP430芯片作为单片机处理系统的核心处理芯片，以实现对容器本体内部测量到的温度进行分析及处理，并完成对PID控制器控制参数的输出。
7.根据权利要求1所述的一种高效能温度可精确调节的食品保温容器，其特征在于：所述的温度测量模块（5）包括温度采集传感器，所述的容器本体内部设置有温度采集点，通过温度采集，将温度采集传感器采集到的温度数值传输给单片机处理系统（4），以实现温度的实施检测，并根据用户预先设定的温度值，实现对PID控制器参数的调节，从而实现了对容器本体内部温度的控制。
8.根据权利要求7所述的一种高效能温度可精确调节的食品保温容器，其特征在于：所述的容器本体内部的每个面上至少设置有（2）个温度采集点。
9.根据权利要求1所述的一种高效能温度可精确调节的食品保温容器，其特征在于：所述的人机界面（6）为触摸显示屏，通过该触摸显示屏实现容器本体的温度显示、工作状态显示和用户保温目标温度的设定的输入输出功能。
10.根据权利要求1-9任一权利要求所述的一种高效能温度可精确调节的食品保温容器，其特征在于：所述的容器本体的内外面板的材料为ABS材料，所述的容器本体的夹层材料为具有良好保温性能的聚氨酯填充材料。
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