恒温箱具体实现方案

恒温箱设计需求、后期扩展计划、配件清单及焊接工具的专业文档：

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一、需求文档

1. 核心功能

• 温度控制：利用 PTC 加热器（60W 12V） 和风扇，保持箱体内部温度在 20°C~40°C，控制精度 ±0.5°C。
• 温湿度监测：通过 SHT30 温湿度传感器，实时监测箱内环境。
• 功耗优化：支持 间歇工作模式，延长电池续航时间。
• 供电方案：
  • USB PD（Type-C，支持充电宝供电）。
  • 后期可选锂电池（支持 BQ25895 电池管理）。

2. 后期扩展功能

• 光照模拟：安装 LED 灯，实现昼夜模式（PWM 控制亮度）。
• 湿度控制：通过加湿器维持箱体湿度。
• 摄像头监控：增加 ESP32-CAM，实现远程监控功能。
• 数据记录：将温湿度数据上传至云端，供历史查询。
• 音频系统：支持双向音频对讲。

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二、配件清单

序号	名称	作用	型号/规格	数量	备注
1	PTC 加热器	加热箱内空气	60W 12V	1	已选型号，配合散热片使用
2	风扇	气流循环，热量均匀分布	12V 0.5A（静音型）	1	可选导风罩提高气流效率
3	温湿度传感器	温湿度检测	SHT30-DIS-B10KS	1	支持 I2C 接口
4	控制器	主控与通信	ESP32-WROOM-32D-N4	1	集成 Wi-Fi+蓝牙模块
5	电池管理芯片	支持锂电池充电与供电	BQ25895RTWR	1	支持 USB PD 和电池切换
6	USB 接口	电源输入接口	TYPE-C 16PIN	1	支持 PD 协议
7	MOSFET	驱动加热器和风扇	IRL540NPBF-VB	2	耐压 60V，电流 20A
8	电解电容	电源滤波	1000μF 16V	1	滤波大电流纹波
9	陶瓷电容	高频去耦	0.1μF	2	与电解电容并联
10	自恢复保险丝	过流保护	6V 5A	1	可重复使用
11	TVS 二极管	输入过压保护	SMBJ5.0CA	1	防止瞬时过压损坏
12	杜邦线/端子线	模块连接	2.54mm 间距	若干	连接传感器、风扇等设备
13	散热片	MOSFET 和 PTC 加热器散热	铝制导热片	若干	根据实际需要选定大小
14	接线端子排	接线连接	262-103	2	支持模块化维护

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三、工具需求

工具	用途	推荐型号/规格	备注
烙铁	焊接电路	60W 可调温烙铁	配尖头烙铁头
焊锡丝	焊接元件	63/37 焊锡丝	直径 0.8mm，松香芯焊锡
热风枪	焊接贴片元件	可调温热风枪	温度范围 100°C~500°C
万用表	测试电路参数	数字万用表	测试电压、电流、阻值等
热熔胶枪	固定元件	热熔胶枪 + 胶棒	用于固定模块
镊子	拾取贴片元件	精密镊子	防静电
剥线钳	处理导线	通用剥线钳	剥离绝缘皮
3D 打印机（可选）	制作导风罩和框架支架	通用 3D 打印机	根据实际需求设计打印

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四、焊接及组装流程

1. PCB 板焊接

1. 清洁 PCB 板，确保焊接表面无油污。
2. 焊接小元件（如电阻、电容）：
   • 先焊接小尺寸元件，再焊接 MOSFET 等大功率元件。
   • 注意电容的正负极。
3. 焊接连接器（如 USB 接口和端子排）。

2. 模块连接

1. 按设计将各模块通过杜邦线和端子排连接：
   • 温湿度传感器 → ESP32 I2C 接口。
   • 加热器和风扇 → MOSFET 输出端。
2. 确认所有模块电源连接无误。

3. 安装与调试

1. 将加热器和风扇固定在箱体内适当位置，确保气流通畅。
2. 安装散热片在 MOSFET 和加热器上，防止过热。
3. 通电调试：
   • 测试加热器工作是否正常。
   • 调整风扇的运行频率，确保箱体内温度均匀。

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五、软件功能实现

1. 温控算法

• 采用 PID 控制：
  • 根据温湿度传感器的数据，动态调整 PTC 加热器和风扇的占空比。

2. 通信接口

• 提供 HTTP 或 MQTT 接口，通过手机或电脑控制系统。
• 显示当前温度和湿度，并允许用户设置目标温度。

3. 故障检测

• 监测温湿度传感器、加热器、风扇等模块的运行状态。
• 如发现异常（如传感器失效），发出报警。

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六、后期扩展计划

1. 光照系统

   • 安装 RGB LED，模拟日夜光照循环。
   • 软件层面实现光照强度控制。

2. 湿度控制

   • 安装加湿器模块，维持箱内湿度在 40%~60%。
   • 软件添加湿度调节逻辑。

3. 摄像监控

   • 增加 ESP32-CAM 模块，实现视频流传输。

4. 数据记录与上传

   • 增加本地存储或云端同步功能，记录环境数据。

5. 语音交互

   • 增加麦克风和扬声器，实现双向语音交互。

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七、附加

电子元件供应商
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电路板设计优化