CN109782822A - 一种应用于低温敏感设备的温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于低温敏感设备的低温恒温控制方法，属于低温控制技术领域。该方法通过设置控制低温敏感器件供电电源和加热器的控制门限，以及检测到的当前温度对低温敏感器件的供电电源和加热器进行控制。本发明实现了对低温敏感器件正常工作的保证，并大大降低了设备成本。

Description

一种应用于低温敏感设备的温度控制方法

技术领域

本发明属于温度控制技术领域，涉及一种应用于低温敏感设备的低温恒温控制方法。

背景技术

现有的电子电器设备，特别是通信类复杂电子电器设备，大多侧重于室内使用，利用室内空气流通少，温度容易控制，温度相对比较稳定的特点，确保电子电器设备的稳定运行。但是，随着人们生活水平的提高，对通讯的需求急剧增加，电信运营商希望可以快速建设一批低成本的通信站点。为实现通信站点的低成本，一方面需要设备本身价格低廉，另一方面要求机房设施投入也尽量降低。要降低机房设施投入，最简便的方法就是使得设备可以工作于室外，即为室外型设备。这样，要求设备全天候工作，必须能够适应环境温度的变化。

为满足设备能够适应全天候工作，现有的实现方案通常是采用军品或工业级元器件。采用这种方案，由于一般的军品器件的价格是商业级器件价格的5～10倍，工业级器件价格是商业级器件价格的2～3倍，导致设备的价格昂贵。

由于上述方案价格昂贵，不能够有效降低成本，有些设备制造商采用了另外一种方案，即采用商业级器件结合简单的加热升温方式的温度控制系统。其温度控制系统包括温度检测及控制模块、交直流转换(AD/DC)转换模块和开关模块。当温度检测及控制模块检测到温度过低时，控制开关模块开启，加热器上电，系统开始升温，当温度检测及控制模块检测到温度升高到设定的温度值时，开关模块关闭，加热器断电，停止加热。

采用商业级器件结合简单的加热升温方式这种方案，温度检测及控制模块只是控制加热器，当检测到温度过低时开启加热器，不对低温敏感器件的供电电源进行控制。这样，在寒冷环境下，虽然由于温度低开启了加热器升温，但由于没有关闭低温敏感器件的供电电源，很容易出现温度还没有上升到能够保证低温敏感器件能够正常工作时，低温敏感器件就开始了工作，导致低温敏感器件失效或运行异常，从而设备运行的可靠性得不到保障。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种应用于低温敏感设备的低温恒温控制方法，保证低温敏感器件在系统温度上升到其能够正常工作时，才开始工作。

本发明采用的技术方案如下：

一种应用于低温敏感设备的低温恒温控制方法，包括以下步骤：所述ARM处理器通过脉冲宽度调制技术控制所述制冷/加热装置，所述方法包括下述步骤：

步骤1.在显示装置中输入设定温度值；

步骤2.温度测量装置将测得的实时温度值反馈至控制装置；

步骤3.所述控制装置将实时温度值与设定温度值做比较，当实时温度值低于设定温度值时启动制冷/加热装置的加热功能，当实时温度值高于设定温度值时启动制冷/加热装置的制冷功能。

在步骤2中，低温反馈的方法包括以下步骤：

A.主处理器根据用户发出的温度反馈触发信号生成并发送控制数据包；

B.微处理器根据所述控制数据包触发所述温度数据获取模块获取芯片的实时温度数据；

C.所述微处理器从所述温度数据获取模块读取芯片的实时温度数据，根据所述控制数据包对所述实时温度数据执行温度反馈算法以输出相应的性能控制参数至DVFS电路；

D.所述DVFS电路根据所述性能控制参数调整所述芯片的工作频率与工作电压；

F.当所述微处理器未接收到所述主处理器发出的进程终止指令时，继续执行所述步骤C。

所述步骤B具体包括以下步骤：

所述微处理器中的使能信号生成单元根据控制数据包中的温度获取启动指令生成使能信号；

所述温度数据获取模块中的数据处理单元根据所述使能信号触发温度传感单元工作；

所述温度传感单元检测芯片的实时温度并生成相应的温度模拟信号；

所述数据处理单元将所述温度模拟信号转换成温度数字信号，并将所述温度数字信号作为实时温度数据存储于存储单元。

在步骤3中，当实时温度值比设定温度值低的数值多于N时，启动制冷/加热装置的最大功率进行加热工作；当实时温度值比设定温度值低的数值不多于N时，启动制冷/加热装置并随温度差的减小而逐步减小加热功率，令实时温度值达到设定值。

在步骤3中，当实时温度值比设定温度值高的数值多于M时，启动制冷/加热装置的最大功率制冷功能；当实时温度值比设定温度值高的数值不多于M时，启动制冷/加热装置并随温度差的减小而逐步减小制冷功率，令实时温度值达到设定值。

在步骤3中，温度控制方法包括以下步骤：

S1，第一温度传感器获取热卡盘温度信息，并将其发送至温度控制器、温度比较装置；

S2，温度比较装置获取热卡盘温度信息，并将其与所述第一温度传感器获取热卡盘(温度信息进行比较、计算，并将计算结果发送至温度控制器；

S3，所述温度控制器接收、处理并判断所述第一温度传感器获取的温度信息及所述温度比较装置发送的信息。

在步骤S2包含：

S2.1，所述比较器根据所述热卡盘的工作情况设置比较温度值；

S2.2，所述比较器将接收到的所述第一温度传感器温度与第二温度传感器温度计算二者差值的绝对值；

S2.3，所述比较器判断所述差值的绝对值是否高于比较温度值；当所述差值的绝对值高于比较温度值时，将发送第一温度传感器工作异常信号至所述温度控制器；当差值的绝对值低于比较温度值时，将发送第一温度传感器工作正常信号至所述温度控制器。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明中，通过脉冲宽度调制技术控制制冷/加热装置，实现了对温度的高精度控制，且操作方便，满足了各种常见热物理性质的测量需要。控制装置采用ARM处理器，减小了体积，降低了设备成本。在温度反馈时，主处理器按照所接收到的温度反馈触发信号发出控制数据包至微处理器，微处理器随即触发温度数据获取模块工作，并在温度数据获取模块获取到芯片的实时温度数据后，根据所述控制数据包对所述实时温度数据执行温度反馈算法以输出相应的性能控制参数使DVFS电路对芯片的工作频率和工作电压进行调整，进而使所述芯片在低电压低温和高电压高温时实现自动调频调压，从而在保证芯片整体性能和对芯片实现有效功耗控制的前提下克服芯片温度变化对DVFS应用所造成的问题。在进行温度控制时，增加了温度比较装置，能够实时监控第一温度传感器的工作状态，并将其是否工作正常的情况信号发送至温度控制器中，同时第一温度传感器能够实时获取光阻机台的热卡盘工作温度，并将该温度信号发送至温度控制器中，使得温度控制器能够获得准确、可靠的温度信号，从而控制光阻机台的工作状态。本发明能够提高光阻机台的温度控制可靠性，降低了光阻机台的报废率，提高了生产效率，降低了生产成本。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种应用于低温敏感设备的低温恒温控制方法，该方法包括下述步骤：

步骤1.在显示装置中输入设定温度值。

步骤2.温度测量装置将测得的实时温度值反馈至控制装置。

步骤3.控制装置将实时温度值与设定温度值做比较，加热或制冷。

当流体温度低于设置温度、且温度差较大时，加热电阻丝加热能力最大；当温度差逐渐减小时，逐步减小脉宽，小负荷加热。采用这种方式无需频繁启停加热，从而减小启停次数。

当流体温度高于设置温度、且温度差较大时，压缩机电机以高频快速运行，制冷能力最大；当温度差减小时，电机运行频率逐步减小，小负荷制冷。采用这种方式无需频繁启停制冷，从而减小启停次数。

在步骤2中，低温反馈的方法包括以下步骤：

在步骤S101中，主处理器根据用户发出的温度反馈触发信号生成并发送控制数据包。

其中，温度反馈触发信号可以为主处理器所能识别的高电平信号或低电平信号；控制数据包中包含温度获取启动指令、低温阈值T0、第一高温阈值T1、第二高温阈值T2以及阈值调节步长值d，低温阈值T0、第一高温阈值T1、第二高温阈值T2及阈值调节步长值 d可以为摄氏温度值(单位为℃)、华氏温度值(单位为°F)或者开尔文温度值(单位为°K)。

在步骤S102中，微处理器根据控制数据包触发温度数据获取模块获取芯片的实时温度数据。步骤S102具体为：

微处理器中的使能信号生成单元根据控制数据包中的温度获取启动指令生成使能信号；

温度数据获取模块中的数据处理单元根据使能信号触发温度传感单元工作；

温度传感单元检测芯片的实时温度并生成相应的温度模拟信号；

数据处理单元将温度模拟信号转换成温度数字信号，并将该温度数字信号作为实时温度数据存储于存储单元。

其中，实时温度数据与低温阈值、第一高温阈值、第二高温阈值及阈值调节步长值采用相同的温度计量单位。

在步骤S103中，微处理器从温度数据获取模块读取芯片的实时温度数据，根据控制数据包对实时温度数据执行温度反馈算法以输出相应的性能控制参数至DVFS电路。

其中，根据控制数据包对实时温度数据执行温度反馈算法以输出相应的性能控制参数至DVFS电路的步骤具体包括步骤a、步骤b及步骤c。

在步骤a中，当微处理器中的数据运算与处理单元判定实时温度数据等于低温阈值T0 时，生成并输出相应的性能控制参数至DVFS电路，并设置动态阈值T3为低温阈值T0与阈值调节步长值d之和。此外，当实时温度数据不等于低温阈值T0时，则不输出相应的性能控制参数。

基于上述步骤a，在步骤b中，当微处理器中的数据运算与处理单元判定实时温度数据等于动态阈值T3时，生成并输出相应的性能控制参数至DVFS电路，并将第一高温阈值T1赋于动态阈值T3(即T3＝T1)。此外，当实时温度数据不等于动态阈值T3时，则不输出相应的性能控制参数。

基于上述步骤b，在步骤c中，当微处理器中的数据运算与处理单元判定实时温度数据等于动态阈值T3时，生成并输出相应的性能控制参数至DVFS电路，并判断动态阈值 T3是否等于第二高温阈值T2，是，则将第二高温阈值T2赋于动态阈值T3，否，则将动态阈值T3与阈值调节步长值d之和赋于动态阈值T3。此外，当实时温度数据不等于动态阈值T3时，则不输出相应的性能控制参数。

在步骤S104中，DVFS电路根据性能控制参数调整芯片的工作频率与工作电压。

其中，性能控制参数中包含对芯片的工作电压和工作频率进行调节的参考数据，DVFS 电路根据这些参考数据输出相应的调频调压信号以调整芯片的工作电压和工作频率。

在步骤S105中，当微处理器未接收到主处理器发出的进程终止指令时，继续执行步骤 S103。在微处理器接收到主处理器发出的进程终止指令时，结束工作进程。

在本发明实施例中，步骤S103是微处理器中的中断触发单元接收到中断信号后触发数据读取单元和数据运算与处理单元进行工作所完成的步骤，其中由数据读取单元从温度数据获取模块读取芯片的实时温度数据，并由数据运算与处理单元根据控制数据包对实时温度数据执行温度反馈算法。

以下结合具体例子对步骤S103作进一步说明：

假设低温阈值T1为20℃，第一高温阈值为50℃，第二高温阈值为70℃，阈值调节步长值d为2℃。微处理器在接收到控制数据包且中断信号到来时，进入中断处理例程，并读取芯片的实时温度数据，当微处理器中的数据运算与处理单元判定实时温度数据等于 T0(即20℃)时，生成并输出性能控制参数，并设置一动态阈值T3等于T1+d(即20℃+2℃＝22℃)，因此DVFS电路在低温时通过性能控制参数调整芯片的工作电压和工作频率，进而提升芯片的温度和芯片的运行速度。当微处理器进入下一个终端处理例程，且实时温度数据上升至T3(即22℃)时，微处理器中的数据运算与处理单元生成并输出性能控制参数，并将T1赋于T3(即T3＝T1＝50℃)，然后由DVFS电路根据性能控制参数调整芯片的工作电压和工作频率，以便降低芯片的温度。

如果微处理器进入后续的中断处理例程，且所读取到的实时温度数据继续升高至50℃(即T3＝T1)时，则生成并输出性能控制参数，并判断T3是否等于T2，是，则将T2赋于T3，否，则将T3(即50℃)+d赋于T3。当微处理器中的数据运算与处理单元判定实时温度数据等于T2时，同样会根据性能控制参数调整芯片的工作电压和工作频率，进而达到降低芯片温度的目的。之后，当实时温度数据降低至T1与T2之间时，则重复工作过程对芯片温度进行实时读取和调整。

在本发明实施例中，主处理器按照所接收到的温度反馈触发信号发出控制数据包至微处理器，微处理器随即触发温度数据获取模块工作，并在温度数据获取模块获取到芯片的实时温度数据后，根据控制数据包对实时温度数据执行温度反馈算法以输出相应的性能控制参数使DVFS电路对芯片的工作频率和工作电压进行调整，进而使芯片在低电压低温和高电压高温时实现自动调频调压，从而在保证芯片整体性能和对芯片实现有效功耗控制的前提下克服芯片温度变化对DVFS应用所造成的问题。

在步骤3中，当实时温度值比设定温度值低的数值多于N时，启动制冷/加热装置的最大功率进行加热工作；当实时温度值比设定温度值低的数值不多于N时，启动制冷/加热装置并随温度差的减小而逐步减小加热功率，令实时温度值达到设定值。

在步骤3中，当实时温度值比设定温度值高的数值多于M时，启动制冷/加热装置的最大功率制冷功能；当实时温度值比设定温度值高的数值不多于M时，启动制冷/加热装置并随温度差的减小而逐步减小制冷功率，令实时温度值达到设定值。

在步骤3中，温度控制方法包括以下步骤：

S1，第一温度传感器获取热卡盘温度信息，并将其发送至温度控制器、温度比较装置。

第一温度传感器获取热卡盘温度信息，并将温度信号转换为电信号发送至温度控制器、比较器。

S2，温度比较装置获取热卡盘温度信息，并将其与所述第一温度传感器获取热卡盘温度信息进行比较、计算，并将计算结果发送至温度控制器。该步骤包含：

S2.1，比较器根据热卡盘的工作情况设置比较温度值。

本实施例中，由于外部机台的工作温度范围为25℃-300℃，因此可以将比较器中的比较温度值设置在0℃-100℃中任意值。本实施例中，将比较器中的比较温度值设置为5℃。

第二温度传感器获取热卡盘温度信息，并将温度信号转换为电信号发送至比较器。

S2.2，比较器将接收到的所述第一温度传感器温度与第二温度传感器温度计算二者差值的绝对值；

S2.3，比较器判断所述差值的绝对值是否高于比较温度值；当所述差值的绝对值高于比较温度值时，将发送第一温度传感器工作异常信号至温度控制器；当差值的绝对值低于比较温度值时，将发送第一温度传感器工作正常信号至温度控制器。

S3，温度控制器接收、处理并判断第一温度传感器获取的温度信息及温度比较装置发送的信息。该步骤S3包含：

S3.1，温度控制器根据机台的工作情况设置机台正常工作温度值。

本实施例中，温度控制器设置机台正常工作温度范围为25℃-300℃。

S3.2，该温度控制器接收第一温度传感器的温度信号、比较器发送的结果信号。

S3.3，该温度控制器判定接收第一温度传感器的温度信号是否超过了机台正常工作温度值；该温度控制器判定接收比较器发送的结果信号是否为第一温度传感器工作正常信号。该步骤S3.3包含：

当温度控制器判断第一温度传感器的温度信号高于机台正常工作温度值时，该温度控制器控制机台发出报警信号并停止机台工作。

本实施例中，当第一温度传感器获取的热卡盘温度高于300℃时，温度控制器控制机台发出报警信号并停止机台工作。

S3.3.1，温度控制器判断第一温度传感器的温度信号是否高于机台正常工作温度值时；当第一温度传感器的温度信号高于机台正常工作温度值时，该温度控制器控制机台发出报警信号并停止机台工作；当温度控制器判断第一温度传感器的温度信号低于机台正常工作温度值时，执行步骤S3.3.2；

S3.3.2，温度控制器判断接收比较器发送的结果信号是否为第一温度传感器工作正常信号；

当温度控制器接收到比较器发送的结果信号为第一温度传感器工作异常信号时，该温度控制器控制机台发出报警信号并停止机台工作；

当温度控制器接收到比较器发送的结果信号为第一温度传感器工作正常信号时，该温度控制器控制机台正常工作。

本实施例中，当第一温度传感器获取的热卡盘温度在25℃-300℃之内，温度控制器判断比较器发送的结果信号。当比较器获取的第一温度传感器与第二温度传感器的比较温度值大于5℃时，比较器发出“第一温度传感器工作异常”信号至温度控制器；温度控制器控制机台发出报警信号并停止机台工作。

当比较器获取的第一温度传感器与第二温度传感器的比较温度值小于5℃时，比较器发出第一温度传感器发出的温度信号至温度控制器；温度控制器控制机台控制机台正常工作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种应用于低温敏感设备的低温恒温控制方法，其特征在于，包括以下步骤：所述ARM处理器通过脉冲宽度调制技术控制所述制冷/加热装置，所述方法包括下述步骤：

步骤1.在显示装置中输入设定温度值；

步骤2.温度测量装置将测得的实时温度值反馈至控制装置；

步骤3.所述控制装置将实时温度值与设定温度值做比较，当实时温度值低于设定温度值时启动制冷/加热装置的加热功能，当实时温度值高于设定温度值时启动制冷/加热装置的制冷功能。

2.根据权利要求1所述的一种应用于低温敏感设备的低温恒温控制方法，其特征在于，在步骤2中，低温反馈的方法包括以下步骤：

A.主处理器根据用户发出的温度反馈触发信号生成并发送控制数据包；

B.微处理器根据所述控制数据包触发所述温度数据获取模块获取芯片的实时温度数据；

C.所述微处理器从所述温度数据获取模块读取芯片的实时温度数据，根据所述控制数据包对所述实时温度数据执行温度反馈算法以输出相应的性能控制参数至DVFS电路；

D.所述DVFS电路根据所述性能控制参数调整所述芯片的工作频率与工作电压；

F.当所述微处理器未接收到所述主处理器发出的进程终止指令时，继续执行所述步骤C。

3.根据权利要求2所述的一种应用于低温敏感设备的低温恒温控制方法，其特征在于，所述步骤B具体包括以下步骤：

所述微处理器中的使能信号生成单元根据控制数据包中的温度获取启动指令生成使能信号；

所述温度数据获取模块中的数据处理单元根据所述使能信号触发温度传感单元工作；

所述温度传感单元检测芯片的实时温度并生成相应的温度模拟信号；

所述数据处理单元将所述温度模拟信号转换成温度数字信号，并将所述温度数字信号作为实时温度数据存储于存储单元。

4.根据权利要求1所述的一种应用于低温敏感设备的低温恒温控制方法，其特征在于，在步骤3中，当实时温度值比设定温度值低的数值多于N时，启动制冷/加热装置的最大功率进行加热工作；当实时温度值比设定温度值低的数值不多于N时，启动制冷/加热装置并随温度差的减小而逐步减小加热功率，令实时温度值达到设定值。

5.根据权利要求1所述的一种应用于低温敏感设备的低温恒温控制方法，其特征在于，在步骤3中，当实时温度值比设定温度值高的数值多于M时，启动制冷/加热装置的最大功率制冷功能；当实时温度值比设定温度值高的数值不多于M时，启动制冷/加热装置并随温度差的减小而逐步减小制冷功率，令实时温度值达到设定值。

6.根据权利要求4或5所述的一种应用于低温敏感设备的低温恒温控制方法，其特征在于，在步骤3中，温度控制方法包括以下步骤：

S1，第一温度传感器获取热卡盘温度信息，并将其发送至温度控制器、温度比较装置；

S2，温度比较装置获取热卡盘温度信息，并将其与所述第一温度传感器获取热卡盘(温度信息进行比较、计算，并将计算结果发送至温度控制器；

S3，所述温度控制器接收、处理并判断所述第一温度传感器获取的温度信息及所述温度比较装置发送的信息。

7.根据权利要求6所述的一种应用于低温敏感设备的低温恒温控制方法，其特征在于，在步骤S2包含：

S2.1，所述比较器根据所述热卡盘的工作情况设置比较温度值；

S2.2，所述比较器将接收到的所述第一温度传感器温度与第二温度传感器温度计算二者差值的绝对值；

S2.3，所述比较器判断所述差值的绝对值是否高于比较温度值；当所述差值的绝对值高于比较温度值时，将发送第一温度传感器工作异常信号至所述温度控制器；当差值的绝对值低于比较温度值时，将发送第一温度传感器工作正常信号至所述温度控制器。