一种采用单片机程序控制的电子温度控制器及其温控方法与流程

1.本发明涉及电子温控技术领域，特别涉及一种采用单片机程序控制的电子温度控制器及其温控方法。


背景技术：

2.电子温度控制器（电阻式）是采用电阻感温的方法来测量的，一般采用白金丝、铜丝、钨丝以及半导体（热敏电阻等）作为测温电阻，这些电阻各有其特点和感温范围，目前难以找到一种材料能实现全温度范围的精度检测。低温，如冰箱、冷柜的温度，调节温度在-30℃到10℃范围；常温，如居家室内温度，调节温度在10℃到40℃范围；高温，如空调的压缩机和冷疑器温度、热水器温度等，调节温度从40℃到150℃范围；需要采用不同检测温度范围的温度传感器，相对应的就出现了低温或常温或高温电子温度控制器。这样，就造成电子温度控制器的种类、规格繁多，对于生产厂家的生产管理，以及客户的实际应用都带来很多不便。
3.中国专利公开号为cn203673368u、发明名称为《电子式温度控制器》公开了一种采用电子电路的实现温度控制的方式，其通过温度设定电路和温度检测器的误差计算比较，再通过运算器与三角波发生器使pwm发生器驱动固态继电器，达到控制相关设备的操作。这种温控方式存在以下缺点：（1）所述第一温度检测器11是固定设定电路参数的，设在高温或低温区域的温度传感器的温度电阻特性是不一样的，因而，在同一个电子温控器中是不能兼容的，如果使用热电偶或电流电压变送器就需要调整信号调理器等相关电路参数，操作比较麻烦。
4.（2）由于其温度设定电路是采用电位器，不能直观描述设定的是多少数值的温度，而且受器件和环境温度影响，工作寿命短，调节精度低，偏差也会很大。
5.（3）没有具体的显示设备去显示当前温控器出现的故障等问题和相关的设定温度。
6.（4）由于不能设置具体的开停温度回差值，（该开停温度回差值是指继电器开与关的控制温度值要有一定的差值，）当温度处于控温温度临界点时，继电器可能会出现不断开或关动作，造成继电器和被控设备的快速损坏。
7.（5）不能设置多种实际应用的场景模式。
8.中国专利公开号为cn201757862u、发明名称为《一种基于编码器调控的电子智能温控器》公开了一种基于带开关按键旋转式编码器调控的电子智能温度控制的方式，其通过编码器设定温度值，和传感输入模块的数据在中央处理模块进行计算比较，再通过显示模块显示具体数值，并驱动输出控制模块控制相关设备操作。这种控温方式存在以下的缺点：（1）由于高温或低温温度传感器的温度电阻特性是不一样的，又没有进行不同温度区域的兼容设计，当改用不同的温度传感器，其工作就不正常了。
9.（2）由于温度设定是采用旋转式编码器，故操作起来比较麻烦，也不够直观。
10.（3）由于不能设置具体的开停温度回差值，当温度处于控温温度临界点时，输出控制模块可能会出现不断开或关动作，造成失控甚至被控设备的损坏。
11.（4）不能设置多种实际应用的场景模式。


技术实现要素：

12.本发明要解决的技术问题在于提供一种采用单片机程序控制的电子温度控制器及其温控方法，当接入匹配于不同温度区域的温度传感器时，通过按键操作进入cpu内设的菜单选择相应的低温或常温或高温状态和相应的模式，实现兼容低温、常温、高温的温度检测与温度控制，大大方便了生产组织管理与用户的实际应用。
13.本发明所提出的技术解决方案是这样的：一种采用单片机程序控制的电子温度控制器，所述电子温度控制器包括a/d转换电路器、按键检测电路、中央处理器cpu、继电器驱动电路、888显示电路、蜂鸣器驱动电路以及直流转换电路；直流 12v输入直流转换电路输入端，直流转换电路输出端分别向中央处理器cpu和按键检测电路提供 5v工作电源、向继电器驱动电路提供 12v工作电源；择一选取分别设在高温区、常温区和低温区的温度传感器t0、t1、t2输出的模拟信号经a/d转换电路转换为数字信号输入中央处理器cpu，各种温度调节信号通过对设定按键、加按键和减按键的人工操作以及按键检测电路输入中央处理器cpu，预先把高温传感器t0、常温传感器t1和低温传感器t2的温度阻值对应的真值表编辑好并内嵌中央处理器cpu程序中，中央处理器cpu经过比较、运算、判断，分别输出控制信号到888显示电路输入端、蜂鸣器驱动电路输入端和继电器驱动电路输入端，所述888显示电路输出端接有显示器，所述蜂鸣器驱动电路输出端接有蜂鸣器，所述继电器驱动电路输出端依次串接有继电器和负载。
14.一种采用单片机程序的电子温度控制器的温控方法，其步骤如下：（1）选择并接通与被控温度区域相匹配的高温传感器t0或常温传感器t1或低温传感器t2；（2）按加按键或减按键进入温度调节模式，显示器闪烁显示要调节的温度值，再次按加按键和减按键调节所设定的被控温度值ts，然后按设定按键确认所设定的被控温度值ts；（3）长按设定按键进入设定模式的开停温度回差值
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t设定，显示器闪烁显示uxx，初始值为uoo，oo表示开停温度回差值
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t为0℃，按加按键和减按键调节开停温度回差值
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t；（4）再次按设定按键进入模式设定，显示器显示闪烁，按加按键或减按键，设定模式在制热模式hon、冷却模式hof、制冷模式con、取暖模式cof之间转换；（5）再次按设定按键进入温度传感器设定模式，按加按键或减按键，设定模式在高温传感器t0、常温传感器t1和低温传感器t2之间转换；（6）若要修改上述参数或模式，则再按设定按键循环如上操作；当在5～10秒时间内无按键操作时，则退出模式设定状态。
15.完成设置后，本电子温度控制器就可以进入实际的应用阶段，如果出现温度传感器开路或短路故障，或者设计的温度传感器出现检测温度范围不符合实际情况时，本电子
温度控制器会进行故障闪烁或驱动蜂鸣器声音警示，并暂停程序运行。
16.与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：本发明是采用单片机程序兼容低温、常温和高温温度传感器的温度电阻参数值，并通过简易的按键操作和不同温度区域与适用温度传感器的配套，实现低温、常温和高温不同温度区域的温度检测和温度场景的控制。它无需更改电子温度控制器，同一个电子温度控制器就可以应用在各种各样的需要温度调节的负载中，实现了一个既方便生产又方便实际应用的兼容设计。本电子温度控制器设计兼容性强，设有具体温度及状态显示，功耗低，测量和温控精准；由于能预设继电器开停温度回差值
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t，故当温度处于控温温度临界点时，继电器不会发生其触点不断开或关动作，避免了继电器和被控设备的快速损坏。
附图说明
17.图1是本发明一种采用单片机程序控制的电子温度控制器的电原理示意图。
18.图2是图1所示的电子温度控制器的软件逻辑功能控制示意图。
19.图3是图1所示的电子温度控制器的hon模式功能控制示意图。
20.图4是图1所示的电子温度控制器的hof模式功能控制示意图。
21.图5是图1所示的电子温度控制器的con模式功能控制示意图。
22.图6是图1所示的电子温度控制器的cof模式功能控制示意图。
具体实施方式
23.通过下面实施例对本发明作进一步详细阐述。
24.实施例1：参见图1所示，一种采用单片机程序控制的电子温度控制器，所述电子温度控制器包括直流转换电路1、中央处理器cpu2、继电器驱动电路3、a/d转换电路4、按键检测电路5、888显示电路6以及蜂鸣器驱动电路7；直流 12v输入直流转换电路1输入端，直流转换电路1输出端分别向中央处理器cpu2和按键检测电路5提供 5v工作电源、向继电器驱动电路3提供 12v工作电源；择一选取分别设在高温区、常温区和低温区的温度传感器t0、t1、t2输出的模拟信号经a/d转换电路4转换为数字信号输入中央处理器cpu2，各种温度调节信号通过对设定按键5-1、加按键5-2和减按键5-3的人工操作以及按键检测电路5输入中央处理器cpu2，预先把高温传感器t0、常温传感器t1和低温传感器t2的温度阻值对应的真值表编辑好并内嵌程序中的中央处理器cpu2经过比较、运算、判断，分别输出控制信号到888显示电路6输入端、蜂鸣器驱动电路7输入端和继电器驱动电路3输入端，所述888显示电路6输出端接有显示器，所述蜂鸣器驱动电路7输出端接有蜂鸣器，所述继电器驱动电路3输出端依次串接有继电器和负载。
25.继电器连接相关的负载，将输入的火线，通过继电器触点的闭合或断开实现输出负载的驱动控制。cpu2通过继电器驱动电路3实现对继电器的驱动。
26.中央处理器cpu2采用型号为txm8c1010的单片机中央处理器cpu。设有三个按键通过按键检测电路5与cpu2输入端相连，用于采集按键的信息。其中，设定按键5-1，用于相关的功能设置与确认；加按键5-2，用于增加的设置和向前的翻页操作；减按键5-3，用于减少的设置和向后的翻页操作。
27.cpu2通过888显示电路6驱动三个8字显示，用于显示相关的温度及模式信息；通过蜂鸣器驱动电路7驱动蜂鸣器进行声响警示，实现按键应答以及相关故障报警。
28.实施例2：参见图1～图6所示，一种采用单片机程序的电子温度控制器的温控方法，其步骤如下：（1）选择并接通与被控温度区域相匹配的高温传感器t0或常温传感器t1或低温传感器t2；高温传感器t0、常温传感器t1、低温传感器t2采用ntc热敏电阻。
29.（2）按加按键5-2或减按键5-3进入温度调节模式，显示器闪烁显示要调节的温度值，再次按加按键5-2和减按键5-3调节所设定的被控温度值ts，然后按设定按键5-1确认所设定的被控温度值ts；（3）长按设定按键5-1进入设定模式的开停温度回差值
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t设定，显示器闪烁显示uxx，初始值为uoo，oo表示开停温度回差值
△
t为0℃，按加按键5-2和减按键5-3调节开停温度回差值
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t；所述开停温度回差值
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t选取比所配套的温度传感器的误差值稍大一些；（4）再次按设定按键5-1进入模式设定，显示器显示闪烁，按加按键5-2或减按键5-3，设定模式在制热模式hon、冷却模式hof、制冷模式con、取暖模式cof之间转换；（5）再次按设定按键5-1进入温度传感器设定模式，按加按键5-2或减按键5-3，设定模式在高温传感器to、常温传感器t1和低温传感器t2之间转换；（6）若要修改上述参数或模式，则再按设定按键5-1循环如上操作；当在5～10秒时间内无按键操作时，则退出模式设定状态。
30.正常状态下，按加按键5-2或减按键5-3可以进入温度调节模式，需要调节的温度值在数码管上闪烁显示，再次按加按键5-2或减按键5-3实现温度值的增加或减少，直到需设定的被控温度值ts。
31.正常显示下，长按设定按键5-1，会进入设定模式的开停温度回差值δt的设定，所述开停温度回差值
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t是指驱动继电器开或关的温度差值，显示器闪烁显示uxx（初始值为u00，00代表温度回差值为0℃），通过按加按键5-2或减按键5-3调节开停温度回差值
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t。在这种状态下，再次按下设定按键5-1进入模式设定，显示器显示闪烁，默认是制热模式hon，如之前设置过其他模式，则闪烁之前的模式，按加按键5-2或减按键5-3设定模式在制热模式hon、冷却模式hof、制冷模式con、取暖模式cof之间转换。再次按下设定键5-1进入温度传感器设定模式，按加按键5-2或减按键5-3在高温传感器t0、常温传感器t1和低温传感器t2之间转换。
32.参见图2所示，依次设置好被控温度值ts、开停温度回差值δt、运行工作模式，以及适用的温度传感器后，软件程序会根据选择的温度传感器类型从预先设置存储好的数据库中调用相应温度传感器的r-t参数表，与检测到的温度传感器的温度值经a/d转换为电压值输入cpu2进行比较、判定，确定实时的温度值t，如果检测到的实时温度值t不在选用的温度传感器的工作温度范围内，或者出现极高或极低的开、短路值，则驱动显示器显示报警闪烁，同时蜂鸣器发出报警声响，并结束当前软件执行。如果检测到的实时温度值落在选用的温度传感器的工作温度范围内，则驱动数码管显示实际的温度数值，并进入设定模式的工作状态。
33.本实施例中，有四种设定的工作模式，分别是制热模式hon、冷却模式hof、制冷模
式con和取暖模式cof。
34.图3所示，是制热模式hon的工作控制逻辑。这种模式使用的场景是持续驱动加热设备加热，直到温度到达设定值后停止。软件上首先判定实际温度t是否比设定的被控温度值ts小，是的话，驱动继电器闭合，使得加热设备通电，直至温度到达设定的被控温度值ts；如果实际温度t已经达到或超过了设定的被控温度值ts，则继电器断电，使得加热设备停电。加热设备停止加热后，实际温度t回落，当实际温度t回落到其自身值加上设定的开停温度回差值δt后比设定的被控温度值ts还小时，继电器重新闭合，加热设备重新通电工作，使实际温度t重新上升。如此循环。具体实施应用如电热水壶，首先，设定一个保温温度为80℃，如果目前水温只有30℃，就闭合继电器驱动加热盘通电加热；当水温到达80℃以上时，断开加热盘电源。加热盘不加热后，水温下降，如果设置的开停温度回差值
△
t为2℃，则当水温下降到78℃以下时，加热盘重新通电加热，使水温上升。
35.图4所示，是冷却模式hof的工作控制逻辑。这种模式使用场景是当温度升到一定数值后，驱动风扇或空调等散热设备进行降温，直到温度到达设定值以下时停止。软件上首先判定实际温度t是否比设定的被控温度值ts小，是的话，继电器断开，使得散热设备不动作；如果实际温度t已经超过了设定的被控温度值ts，则驱动继电器闭合，使得散热设备通电工作。当实际温度t回落到其自身值加上设定的开停温度回差值δt后比设定的被控温度值ts还小时，继电器重新断开，散热设备停止工作，实际温度t重新上升。如此循环。具体实施应用如电力机房，为保证电力机房设备的正常运行，一般要求机房内部温度不能太高，例如设定要控制在45℃,当目前机房温度只有35℃时，继电器保持断开；当机房温度上升到45℃以上时，继电器闭合驱动散热风扇动作，机房温度逐步下降。如果设置的开停温度回差值为2℃，当机房温度下降到43℃以下时，散热风扇停止工作。
36.图5所示，是制冷模式con的工作控制逻辑。这种模式使用的场景是持续驱动制冷设备进行制冷，直到温度到达设定值后停止。软件上首先判定实际温度t是否比设定的被控温度值ts高，是的话，驱动继电器闭合，使得制冷设备通电，使温度下降；如果实际温度t已经低于设定的被控温度值ts，则断开继电器，使得制冷设备停电。制冷设备停止工作后，实际温度t回升，当实际温度t回升到比设定的被控温度值ts加上设定的开停温度回差值δt后还大时，继电器重新闭合，制冷设备重新通电工作，使实际温度t重新下降。如此循环。具体实施应用如冰箱或冷库，首先设定一个冷冻温度为-20℃，如果目前冷库内温度是-5℃，就闭合继电器驱动制冷压缩机通电实现制冷工作；当冷库温度到达-20℃以下时，压缩机停止工作。制冷压缩机不工作后，冷库内温度上升，如果设置的开停温度回差值为2℃，当冷库内温度上升到-18℃以上时，压缩机重新通电制冷，使冷库内温度下降下来。
37.图6所示，是取暖模式cof的工作控制逻辑。这种模式使用场景是当温度降到一定数值后，驱动取暖设备进行升温，直到温度到达设定值以上后停止。软件上首先判定实际温度t是否比设定的被控温度值ts大，是的话，继电器断开，使得取暖设备不工作；如果实际温度t低于设定的被控温度值ts，则驱动继电器闭合，使得取暖设备通电工作，温度回升。当实际温度t回升到比设定的被控温度值ts加上设定的开停温度回差值δt后还大时，继电器重新断开，取暖设备停止工作，实际温度t会逐步回落。如此循环。具体实施应用如热带鱼的养殖池，首先设定一个养殖池水温为5℃，如果目前养殖池水温是10℃，则继电器断开，水加热器不工作；当养殖池水温下降到5℃以下时，闭合继电器使水加热器通电工作，养殖池水温
上升。如果设置的开停温度回差值为2℃，当养殖池水温上升到7℃以上时，继电器断开，水加热器断电停止工作。