[发明专利]基于芯片原子钟的微型低功耗主动数字温控装置及方法

权利要求书

1.一种基于芯片原子钟的微型低功耗主动数字温控装置，包括温度控制模块，其特征在于：所述温度控制模块与温度采集模块和恒温模块连接，所述温度控制模块采用PIC单片机，所述温度采集模块包括用于采集芯片原子钟的VCSEL的温度信号的热敏电阻NTC1和热敏电阻NTC2、用于采集芯片原子钟的外壳温度信号的热敏电阻NTC3，以及用于采集芯片原子钟的原子气室温度信号的热敏电阻NTC4和热敏电阻NTC5，利用热敏电阻NTC3 采集原子钟外壳的温度，对VCSEL和原子气室的温度采集进行温度补偿，并预测环境温度对VCSEL和原子气室的影响，同步调节加热制冷功率以抵消环境变化的影响，实现PID算法自动主动温控，其中热敏电阻NTC1和热敏电阻NTC2与两个固定电阻构成双臂电桥后通过信号调理电路接入PIC单片机的模/数转换器ADC1，热敏电阻NTC3通过信号调理电路接入PIC单片机的模/数转换器ADC2，热敏电阻NTC4和热敏电阻NTC5与两个固定电阻构成双臂电桥后通过信号调理电路接入PIC单片机的模/数转换器ADC3；所述恒温模块包括TEC和ITO加热膜，所述TEC和ITO加热膜通过驱动电路与PIC单片机的数/模转换器以及PWM连接，所述信号调理电路包括3个运算放大器，由热敏电阻NTC1和热敏电阻NTC2构成的双臂电桥、热敏电阻NTC3以及由热敏电阻NTC4和热敏电阻NTC5构成的双臂电桥分别通过一个运算放大器接入模/数转换器ADC1、模/数转换器ADC2和模/数转换器ADC3，所述TEC通过NPN型三极管与PIC单片机的数/模转换器连接，其中NPN型三极管的基极与PIC单片机的数/模转换器连接，NPN型三极管的集电极与TEC连接，NPN型三极管的发射极接地，所述双臂电桥中的固定的电阻为低温漂电阻。

2.根据权利要求1所述的基于芯片原子钟的微型低功耗主动数字温控装置，其特征在于：所述ITO通过MOS管与PIC单片机的PWM连接，其中ITO与一个电容和一个二极管组成并联电路，该并联电路的一端与MOS管连接，另一端接电源。

3.根据权利要求1所述的基于芯片原子钟的微型低功耗主动数字温控装置，其特征在于：所述PIC单片机采用MSOP-8封装的微控制器。

4.根据权利要求1所述的基于芯片原子钟的微型低功耗主动数字温控装置，其特征在于：所述TEC底部设置有散热片。

5.根据权利要求1所述的基于芯片原子钟的微型低功耗主动数字温控装置，其特征在于：所述ITO加热膜外由隔热膜包裹。

6.一种基于权利要求1所述装置的芯片原子钟主动温控方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）初始化：设置目标温度；

（2）PIC单片机分别通过热敏电阻NTC1、热敏电阻NTC2、热敏电阻NTC3、热敏电阻NTC4和热敏电阻NTC5进行ADC采样，获得VCSEL的温度信号、芯片原子钟的外壳温度信号和芯片原子钟的原子气室温度信号；

（3）PIC单片机对VCSEL的温度信号、芯片原子钟的外壳温度信号和芯片原子钟的原子气室温度信号进行卡尔曼算法滤波；

（4）PIC单片机对滤波后的VCSEL的温度信号、芯片原子钟的外壳温度信号和芯片原子钟的原子气室温度信号进行PID算法计算，并根据设置的目标温度调节PIC单片机的数/模转换器以及PWM的输出大小，以控制TEC和ITO加热膜进行温度调节，返回步骤（2）。

7.根据权利要求6所述的芯片原子钟主动温控方法，其特征在于：步骤（4）PIC单片机在进行PIC算法计算之前再次检测设置目标温度。