CN116909333A - 飞艇艇载电子设备的温度控制器、自动温控装置、飞艇 - Google Patents

Abstract

本发明涉及平流层飞行平台设备的自动温控领域，公开一种飞艇艇载电子设备的温度控制器、自动温控装置、飞艇，温度控制器包括：飞艇艇载电子设备的温度控制器，包括：微控制器、加热装置、通风装置、温度采集装置、第一继电器和第二继电器；所述微控制器与温度采集装置、第一继电器、第二继电器连接；所述微控制器获取温度采集装置的温度、并驱动第一继电器导通加热装置的内部电路或驱动第二继电器导通通风装置的内部电路；所述温度采集装置、加热装置和通风装置均设置在艇载电子设备附近。本方案的装置解决了平流层飞行平台设备温控问题，减小外部恶劣环境对设备的影响，降低对设备环境适应性的要求。

Description

飞艇艇载电子设备的温度控制器、自动温控装置、飞艇

技术领域

本发明涉及平流层飞行平台设备的自动温控领域，具体涉及一种飞艇艇载电子设备的温度控制器、自动温控装置、飞艇。

背景技术

飞艇具有非常广泛的军事及民用价值，例如在通信、遥感、空间观测和大气测量等方面都具有极大的应用价值。

飞艇通常在平流层飞行，飞行高度一般为海拔20km，环境温度可达-70℃。如不采取适当加热措施，艇载电子设备将无法正常工作。而在地面调试以及升空和降落过程中，临近地面环境温度较高，环境温度可达60℃，又要考虑艇载电子设备的散热问题。

现有技术使用机械式温度开关或温度继电器作为控制元件，加热控制温度不易调整，改变加热或者散热门限温度需要更换温度继电器，而且没有温度反馈，不能实时监控设备温度及加热片、散热风扇的工作情况。在实验阶段，无法评测各个电子设备的保温及散热效果，也就不能改进保温散热措施。而在实际使用中，无法监控设备温度及加热、散热工作情况，不利于故障预警及分析。

因此，亟需开发一种飞艇艇载电子设备的温度控制器、温控装置、飞艇，解决平流层飞行平台电子设备温控问题。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明提供一种飞艇艇载电子设备的温度控制器、温控装置、飞艇，进而至少在一定程度上克服由于现有技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

本发明的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明的实践而习得。

根据本发明的第一方面，本发明公开一种飞艇艇载电子设备的温度控制器，包括：

微控制器、加热装置、通风装置、温度采集装置、第一继电器和第二继电器；

所述微控制器与温度采集装置、第一继电器、第二继电器连接；所述微控制器获取温度采集装置的温度、并驱动第一继电器导通加热装置的内部电路或驱动第二继电器导通通风装置的内部电路；

所述温度采集装置、加热装置和通风装置均设置在艇载电子设备附近。

根据本发明一示例实施方式，当温度采集装置的温度低于加热温度阈值时，所述微控制器驱动所述第一继电器导通加热装置的内部电器，加热装置为艇载电子设备加热；当温度采集装置的温度高于散热温度阈值时，所述微控制器驱动所述第二继电器导通通风装置的内部电路，通风装置为艇载电子设备散热。

根据本发明一示例实施方式，所述加热装置包括相互连接的加热控制电路和加热膜，所述加热膜设置在艇载电子设备附近，当温度采集装置的温度低于加热温度阈值时，所述第一继电器导通所述加热控制电路。

根据本发明一示例实施方式，所述通风装置包括相互连接的风机控制电路和风机，所述风机设置在艇载电子设备附近，当温度采集装置的温度高于散热温度阈值时，所述第二继电器导通所述风机控制电路。

根据本发明一示例实施方式，所述温度采集装置包括相互连接的采集电路和温度传感器，所述温度传感器设置在艇载电子设备附近，所述采集电路与微控制器连接。

根据本发明一示例实施方式，所述温度控制器还包括电源电路，所述电源电路为微控制器、加热装置、通风装置和温度采集装置提供电源。

根据本发明的第二方面，本发明公开一种飞艇艇载电子设备的自动温控装置，包括多个所述的飞艇艇载电子设备的温度控制器、控制总线和总控制器，所述总控制器通过控制总线与多个温度控制器通讯地连接，接收温度控制器采集的温度并向温度控制器发送加热温度阈值和散热温度阈值。

根据本发明一示例实施方式，所述温度控制器还包括电平转换电路，所述电平转换电路连接微控制器和控制总线。

根据本发明的第三个方面，本发明公开一种平流层飞艇，包括所述的飞艇艇载电子设备的自动温控装置、飞艇艇体及多个艇载电子设备，所述多个艇载电子设备、自动温控装置均设置在飞艇艇体内，一个温度控制器设置在一个艇载电子设备附近。

本发明的有益效果是：

本发明通过采集艇载电子设备的环境温度，与预设的温度阈值作对比，相应地启动加热装置或通风装置，解决了平流层飞行平台设备温控问题，减小外部恶劣环境对设备的影响，降低对设备环境适应性的要求。加热及散热控制参数可方便地根据需要设置，可以对不同的电子设备定向修改温度阈值，并可实时监控设备温度及加热片、散热风机的工作情况。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本发明的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。

图1示出了第一个实施方式的飞艇艇载电子设备的自动温控装置的结构图。

图2示出了第一个实施方式飞艇艇载电子设备的温度控制器的结构图。

图3示出了第二个实施方式的飞艇艇载电子设备、加热膜、通风装置和温控外壳的结构关系图。

其中，1—总控制器，2—温度控制器，21—微控制器，22—温度采集装置，221—采集电路，222—温度传感器，23—加热装置，231—加热控制电路，232—加热膜，24—通风装置，241—风机控制电路，242—风机，25—第一继电器，26—第二继电器，27—电源电路，28—电平转换电路，3—控制总线，4—艇载电子设备，5—温控外壳。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明的描述将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、实现或者操作以避免喧宾夺主而使得本发明的各方面变得模糊。

作为本发明的第一种实施方式，本发明的目的在于公开一种飞艇艇载电子设备的自动温控装置，如图1所示，包括总控制器1、控制总线3和多个温度控制器2。

总控制器1通过控制总线3与多个温度控制器2通讯地连接，接收温度控制器2采集的温度并向温度控制器2发送加热温度阈值和散热温度阈值。总控制器1为飞行控制器或环境控制器。飞行控制器和环境控制器均为温度控制器2的上位机。飞行控制器是实现飞艇艇务管理、飞行控制的处理单元，环境控制器为飞艇艇载环境控制监测与控制的处理单元，温度控制器2只需要与飞行控制器或环境控制器中其中一个进行通讯即可。

控制总线3采用485总线，图1中A和B表示485总线两根通讯线的接线端，依靠A、B两根通讯线的差分电平实现数字信号传输，接收温度信号、发送控制阈值均需要两根通讯线同时工作才能实现。RS485总线传输协议是一种串行总线通信协议标准，RS485总线采用平衡发送，差分接收的结构设计，因此具有抑制共模干扰的能力。RS485总线的数据传输速率最高可达10Mbps，最远传输距离可达1000米左右。RS485不是点对点式的总线结构，而是分布式架构，其总线能够连接多达128个收发器。

图1中温度控制器2总共有n个。温度控制器2实际需求的数量根据艇载电子设备的数量决定，一个温度控制器2对应一个艇载电子设备。如图2所示，温度控制器2包括微控制器21、加热装置23、通风装置24、温度采集装置22、第一继电器25、第二继电器26、电源电路27和电平转换电路28。

微控制器21与温度采集装置22、第一继电器25、第二继电器26、电平转换电路28连接。微控制器21获取温度采集装置22的温度、并驱动第一继电器25导通加热装置23的内部电路或驱动第二继电器26导通通风装置24的内部电路，还通过电平转换电路28与总控制器1进行信号传输。微控制器21可以采用高性能、低成本、低功耗的STM32微控制器，还可以采用DSP、FPGA、其他型号单片机或简单的逻辑判断的电路替代实现所需功能。微控制器21包括Flash内存，用于存储温度阈值。

温度采集装置22包括相互连接的采集电路221和温度传感器222。温度传感器222设置在艇载电子设备附近，采集电路221通过SPI总线与微控制器21连接。温度传感器222采用PT100铂电阻温度传感器，采集电路221采用MAX31865数字温度转换芯片构成的铂电阻温度采集电路。温度传感器222除了使用铂电阻，还可以使用热电偶、集成温度传感器等感温元件实现，采集电路221根据不同的温度传感器222进行相应调整。

加热装置23包括相互连接的加热控制电路231和加热膜232，加热膜232设置在艇载电子设备附近，当温度采集装置22的温度低于加热温度阈值时，微控制器21驱动第一继电器25导通加热控制电路231，加热控制电路231给加热膜232供电，加热膜232发热以提高艇载电子设备的环境温度。

通风装置24包括相互连接的风机控制电路241和风机242，风机242设置在艇载电子设备附近，当温度采集装置22的温度高于散热温度阈值时，微控制器21第二继电器26导通风机控制电路241，风机控制电路241给风机供电，风机242通风散热以降低艇载电子设备的环境温度。

加热控制电路231和风机控制电路241均采用大功率MOS管搭建，集成度高、可靠性好，同时避免了机械电磁继电器的不可靠寿命短的缺点。

电源电路27为微控制器21、加热装置23、通风装置24、温度采集装置22和电平转换电路28提供电源。为适应更宽的工作电压，电源电路27由DC-DC稳压电路及LDO稳压电路构成，为其他器件提供稳定的工作电压。

电平转换电路28连接微控制器21和控制总线3，将微控制器21的TTL串口电平转成RS485电平，以便于从控制总线3接收加热温度阈值和散热温度阈值的配置信息、发送温度状态数据。

在使用中，将多个温度控制器2配置好不同地址后作为从机挂在同一个控制总线3上，总控制器1作为主机，根据地址与不同温度控制器2逐个进行通信。总控制器1通过控制总线3可以根据地址实时获取各个温度控制器2采集的艇载电子设备的环境温度、加热或通风的工作状态，也可以根据控制总线3为指定的温度控制器2配置加热温度阈值和散热温度阈值。在总控制器1的控制下，一个温度控制器2监控一个艇载电子设备的温度，通过采集艇载电子设备的环境温度，与预设的温度阈值作对比，当艇载电子设备温度高于散热温度阈值，开启散热风242机通风散热；当艇载电子设备温度低于加热温度阈值，开启加热膜232加热，从而降低外部环境温度对艇载电子设备的影响。对于不同的艇载电子设备，可以进行相应的温度控制。通过总线控制的方式便于在设备安装完成后对各个温度控制器2可灵活地进行设计及监测。由于多个温控控制器2可共用一路控制总线3传输数据，简化了整体的电路布线，方便安装调试，减轻了系统总体的总量，保证飞艇能够飞行更长的时间。

上述的自动温控装置可扩展机载设备的环境适应范围，可保证-40℃～+60℃工作温度的艇载电子设备在-70℃～+60℃环境温度下正常使用。控制艇载电子设备工作温度，可以提高艇载电子设备的可靠性，延长设备使用寿命。在调试阶段，可通过控制总线3监控各艇载电子设备的温度，评估各设备的发热情况及保温、散热措施的有效性。当加热、散热温度阈值需要调整时，可通过控制总线3按配置好的地址逐个配置，避免了频繁拆装设备。在正常使用中，可以实时监控各设备工作温度，及时对潜在故障进行预警。

作为本发明的第二种实施方式，本发明的目的在于公开一种平流层飞艇，包括第一种实施方式的飞艇艇载电子设备的自动温控装置、飞艇艇体及多个艇载电子设备。多个艇载电子设备、自动温控装置均设置在飞艇艇体内，一个温度控制器设置在一个艇载电子设备4附近，控制艇载电子设备4的环境温度。

如图3所示，艇载电子设备4设置在温控外壳5内，加热膜232贴近艇载电子设备4设置，便于与艇载电子设备4进行热辐射和热传导。通风装置24设置在温控外壳5上，使得艇载电子设备4的热量能够通过通风装置24与温控外壳5外的热量交换。

本方案的平流层飞艇，由于只需要采用一个总控制器1就能控制所有的艇载电子设备的环境温度，温度调节便捷，有利于艇载电子设备在合适的温度下工作，延长艇载电子设备的寿命，减轻温控设备的重量，保证飞艇飞行时间更长、使用寿命更长。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种飞艇艇载电子设备的温度控制器，其特征在于，包括：

微控制器、加热装置、通风装置、温度采集装置、第一继电器和第二继电器；

所述微控制器与温度采集装置、第一继电器、第二继电器连接；所述微控制器获取温度采集装置的温度、并驱动第一继电器导通加热装置的内部电路或驱动第二继电器导通通风装置的内部电路；

所述温度采集装置、加热装置和通风装置均设置在艇载电子设备附近。

2.根据权利要求1所述的飞艇艇载电子设备的温度控制器，其特征在于，当温度采集装置的温度低于加热温度阈值时，所述微控制器驱动所述第一继电器导通加热装置的内部电路，加热装置为艇载电子设备加热；当温度采集装置的温度高于散热温度阈值时，所述微控制器驱动所述第二继电器导通通风装置的内部电路，通风装置为艇载电子设备散热。

3.根据权利要求2所述的飞艇艇载电子设备的温度控制器，其特征在于，所述加热装置包括相互连接的加热控制电路和加热膜，所述加热膜设置在艇载电子设备附近，当温度采集装置的温度低于加热温度阈值时，所述第一继电器导通所述加热控制电路。

4.根据权利要求2所述的飞艇艇载电子设备的温度控制器，其特征在于，所述通风装置包括相互连接的风机控制电路和风机，所述风机设置在艇载电子设备附近，当温度采集装置的温度高于散热温度阈值时，所述第二继电器导通所述风机控制电路。

5.根据权利要求2所述的飞艇艇载电子设备的温度控制器，其特征在于，所述温度采集装置包括相互连接的采集电路和温度传感器，所述温度传感器设置在艇载电子设备附近，所述采集电路与微控制器连接。

6.根据权利要求1所述的飞艇艇载电子设备的温度控制器，其特征在于，还包括电源电路，所述电源电路为微控制器、加热装置、通风装置和温度采集装置提供电源。

7.一种飞艇艇载电子设备的自动温控装置，其特征在于，包括多个权利要求1-6中任一项所述的飞艇艇载电子设备的温度控制器、控制总线和总控制器，所述总控制器通过控制总线与多个温度控制器通讯地连接，接收温度控制器采集的温度并向温度控制器发送加热温度阈值和散热温度阈值。

8.根据权利要求7所述的飞艇艇载电子设备的自动温控装置，其特征在于，所述温度控制器还包括电平转换电路，所述电平转换电路连接微控制器和控制总线。

9.一种平流层飞艇，其特征在于，包括：权利要求7或8所述的飞艇艇载电子设备的自动温控装置、飞艇艇体及多个艇载电子设备，所述多个艇载电子设备、自动温控装置均设置在飞艇艇体内，一个温度控制器设置在一个艇载电子设备附近。