CN113835456B - 一种温控器及其温度补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种温控器及其温度补偿方法，温度补偿方法为：检测各工况可变型器件的工况，以判断自身所处的工作模式，根据自身所处的工作模式，确定当前的温度补偿模型，根据当前的温度补偿模型确定温度补偿值，进而实现温度补偿；其中，根据温控器中工况可变型器件的不同工况组合，确定若干种工作模式；每种工作模式，通过实验标定的方式确定每种工作模式的温度补偿模型，所述温度补偿模型表示补偿温度值随时间变化的关系。本发明能够兼顾各种发热模块的补偿因素和补偿时间跨度、补偿区间、温升平衡状态的影响，总体上能够实现实时、精准的温度补偿。

Description

一种温控器及其温度补偿方法

技术领域

本发明涉及温控器技术领域，特别是其温度补偿方法，以及采用这种方法的温控器。

背景技术

温控器是智能家居自动控制系统中常用的一种重要智能家居控制器，可用于温度调节，根据工作环境的温度变化，在开关内部发生物理形变，从而产生某些特殊效应，产生导通或者断开动作的一系列自动控制元件，从而控制设备的运行以达到理想的温度及节能效果。

现有温控器的种类包括风机盘管温控器、新风温控器、水地暖温控器和电地暖温控器，可以控制对应设备的开关机、室内温度设定、室内温度检测和显示、运行模式调节等功能。

就暖通设备的控制方式而言，市场上的水暖绝大部分都是控制电热执行器或者电动阀来控制水流的通断来达到调控温度的功能实现，少数为比例积分控制。其负载类型为感性或阻性，单个功率较小，一般小于10W。电地暖：控制电加热丝的工作与否来达到调控室温功能的实现。其负载类型为阻性负载，功率较大。新风：控制新风机的高风、中风、低风调节；某些新风机目前带有内循环、外循环、热交换模式(有进风和出风口)、空气质量检测等功能，控制类型有强电控制和协议控制。

为实现用户对室内暖通设备的集成控制和场景化控制需求，温控器内部需要采用多个继电器，分别用于控制多级加热、多级制冷、高/中/低风速调节，以及异常警报等功能，继电器成为该类温控器的主要发热元件，会导致温控器测得的温度与实际室温之间存在差异，造成温控器的温度显示和控制不精准。

除了主要发热元器件继电器之外，无线通讯模块、电源模块、线路板等模块在设备运行过程中的发热，也会影响温控器温度采集的准确性，导致无法精准测量和控制温度，现有技术中往往会对测量温度进行补偿修正，使设备显示相对准确的修正后的温度。

但是，不同运行模式下运行中的发热器件(如继电器)的数量不同，而且发热器件在运行一段时间后可能会达到稳态，即不会随着运行时间持续上升，因此温控器设备所处的运行模式、处于某种运行模式持续的运行时间长短都会影响当前的温度测量和控制。因此，若实现温控设备的精准的温度补偿，这些因素都需要考虑到对应的温度补偿方案中。

发明内容

本申请的目的在于提供一种温控器的温度补偿方法，用以解决现有技术的温度补偿方案不准确的问题。同时本发明还提供了一种温控器。

一种温控器的温度补偿方法，包括：温控器运行时，检测各工况可变型器件的工况，以判断自身所处的工作模式，根据自身所处的工作模式，确定当前的温度补偿模型，根据当前的温度补偿模型确定温度补偿值，进而实现温度补偿；其中，根据温控器中工况可变型器件的不同工况组合，确定若干种工作模式；每种工作模式，通过实验标定的方式确定每种工作模式的温度补偿模型，所述温度补偿模型表示补偿温度值随时间变化的关系；所述工况可变型器件为：在温控器运行过程中，处于运行工况或者关闭工况的发热器件。

进一步的，各工作模式对应有上升类型的温度补偿模型和下降类型的温度补偿模型。

进一步的，在开始上电，尚未进行工作模式切换时，以当时工作模式对应的温度补偿模型作为当前的温度补偿模型。

进一步的，工作模式切换时，确定当前的温度补偿模型的方法为：

(1)根据模式切换时的补偿温度、切换后的温度补偿上限值，通过比较判断温度补偿趋势是上升趋势还是下降趋势；

(2)若为上升趋势，以模式切换时的补偿温度为起点，利用模式切换后对应模式的、属于上升类型的温度补偿模型，构造切换后的温度补偿模型Lo；若为下降趋势，则以模式切换时的补偿温度为起点，在各工作模式的下降类型的温度补偿模型中选择一条，构造切换后的温度补偿模型Lo；

(3)以所述切换后的温度补偿模型Lo为当前的温度补偿模型。

进一步的，将切换时的温度补偿值与切换后所处状态的温度补偿上限值进行比较，若小于，则判断温度补偿趋势是上升趋势；若大于，则判断温度补偿趋势是下降趋势。

进一步的，选择下降类型的温度补偿模型的条件是：该温度补偿模型的温度下降区间大于Δy，且该模型的温度下降区间的差值最小；所述Δy为切换时的温度补偿值与切换后所处状态的温度补偿上限值之差。

进一步的，所述上升类型的温度补偿模型通过采集0开-1开、0开-2开、0开-i开……0开-N开的实验过程的数据，并进行拟合得到；i开表示i个工况可变型器件运行；0开-i开表示从全部工况可变型器件关闭到i个工况可变型器件运行；N≥i≥0，N为工况可变型器件的数量；所述下降类型的温度补偿模型通过采集1开-0开、2开-0开、i开-0开……N开-0开的实验过程的数据，并进行拟合得到；i开-0开表示i个工况可变型器件运行到全部工况可变型器件关闭。

进一步的，所述工况可变型器件包括继电器。

本发明还提供了一种温控器，包括若干个工况可变型器件，还包括处理器、存储器，以及温度采集装置；所述处理器运行存储于存储器中的计算机程序，用于上述方法。

本发明的有益效果包括：

根据工作模式的不同，应用不同的标定曲线(模型)进行温度补偿，而工作模式又根据工况可变型器件的不同工况组合进行分类，从而使得本发明的补偿方法具有一定的自适应性，补偿的结果更加准确。

再者，温控器实际的工作模式是非常多的。例如，0开-1开，0开-2开等简单模式，还包括2开-3开，3开-5开，3开-6开等较复杂的模式，甚至还可以分为3开30分钟后5开，3开50分钟后5开等等更为复杂的模式。若对这些工作模式均进行标定，则是一项非常繁重的劳动。因此，本发明仅仅利用了0开-1开，1开-2开……，2开-1开，1开-0开……等简单模式的数据，仅标定这些模式，大大减轻了标定工作的劳动强度。

进一步的，本发明还能够对复杂的模式如何进行补偿。发明人考虑到，复杂模式可以通过简单模式去模拟，因此本发明在模式切换时，根据具体情况去选择某一条标定好的曲线，用该曲线去构造模式切换时的温度补偿曲线——首先进行趋势判断，再进行曲线选择，最后进行曲线构造——非常巧妙的完成了任务。

最后，本发明在趋势判断和曲线选择时采用的判断方式，取得的补偿效果极佳，提高了补偿精度。

附图说明

图1是以1小时为限的实验数据；

图2是模式1的拟合曲线；

图3是模拟8的拟合曲线；

图4是上升趋势的补偿过程示意图；

图5是下降趋势的补偿过程示意图；

图6以3小时为限的实验数据。

具体实施方式

温控器在执行控制功能时，需要采集环境温度，而环境温度传感器安装在温控器上，所采集到的环境温度受到温控器本身温度的影响。因此，需要对温控器采集的温度数据进行补偿。

发明人注意到，由于温控器本身温度主要受内部发热器件的影响，而温控器内部发热器件较多，有些一直处于运行状态(如电源模块)，而有些则不一定处于运行状态(如继电器)，它们的工况随时可能发生变化。这些工况可能变化的器件，在运行时发热，而不运行时并不发热，它们的存在对温度补偿添加了不确定性；为了方便表述，下面我们称这些工况可能变化的发热器件为工况可变型器件。

以继电器为例，一般温控器具有多个继电器。温控器中，按照控制需求会形成多种运行模式，不同的运行模式下，温控器各个继电器的工况不尽相同，形成多种开关状态组合；例如某种运行模式下，3个继电器处于运行工况，持续发热；而另外2个处于关闭工况，不会发热。而且继电器在运行一段时间后可能会达到稳态，不再随着运行时间持续上升。也就是说，不同的运行模式、运行模式持续的时间，均对温控器内部温度产生了影响。

因此，若希望提高补偿的精度，就必须面对上述问题。

本发明的基本构思是，首先，标定出在不同运行模式下的补偿温度曲线；在补偿时，根据当前的运行状态，找出相应的运行模式，并且根据相应的补偿温度曲线或者构造相应的补偿曲线进行补偿。

下面具体进行说明。

实施例1：

以一台美标温控器为例，该产品的工况可变型器件主要是7个继电器；因此，以该7个继电器的工况来划分温控器的工作模式。

如图1所示，划分出14种工作模式：

1，1开；表示1个继电器运行的模式；

2，2开；表示2个继电器运行的模式；

3，3开；表示3个继电器运行的模式；

4，4开；表示4个继电器运行的模式；

5，5开；表示5个继电器运行的模式；

6，6开；表示6个继电器运行的模式；

7，7开；表示7个继电器运行的模式；

模式1-7对应上升曲线；

8，1关；表示1个继电器关闭的模式；

9，2关；表示2个继电器关闭的模式；

10，3关；表示3个继电器关闭的模式；

11，4关；表示4个继电器关闭的模式；

12，5关；表示5个继电器关闭的模式；

13，6关；表示6个继电器关闭的模式；

14，7关；表示7个继电器关闭的模式；。

模式8-14对于下降曲线。

图1中，横坐标：时间(20s为单位)，纵坐标：温差ΔT＝设备原始温度T-真实温度t；设备原始温度T为设备面板部分采集温度值，真实温度t为当前实际室温。0开表示继电器全部关闭，1开表示一个继电器打开，2开表示2个继电器打开……。实验时，模式1通过采集0开-1开过程获得；模式8通过采集1开-0开过程获得；其他同理。

在得到采集数据后，对各种模式的数据进行拟合建模。如本实施例中采用一元二次方程进行建模，得到相应的温度补偿公式为y＝ax²+bx+c；如图2所示为模式1的拟合曲线。如图3为模式8的拟合曲线。

本文中，所谓模型，直观表示为曲线形式，为了方便，下文中将模型直接称为曲线。

各种模式的曲线中，模式1、2…6、7为上升类型的曲线；模式8、9…13、14为下降类型的曲线。下面介绍如何利用这些曲线进行温度补偿。

下面首先通过举例进行说明，之后再进行总结说明。

1，若当前有2个继电器处于运行工况，则可以按照模式2的2开的曲线进行温度补偿；若当前有3个继电器处于运行工况，则可以按照模式3的3开的曲线进行温度补偿。如图4所示，2开时，按照曲线2开的曲线L2进行补偿，3开时，按照3开的曲线L3进行补偿。

2，在模式2状态下，某时刻一个继电器动作，从关闭工况变为运行工况。

2.1，如图4所示：切换时刻为x1，从曲线L2上可以找到其对应的为A，温度补偿值为y1。由于继电器动作后，最终的状态为3开，因此在3开的曲线L3上进行查找，找到曲线L3的温度补偿上限值y3max，进行比较，发现y1＜y3max，从而判断继电器动作之后的相应的温度补偿趋势为上升，即温度补偿值需要上升。

2.2，在L3曲线上找到切换时刻对应的温度补偿值y1对应的点A’。将L3曲线向右平移(也可以认为将A’到L3上限值点平移)，直至A与A’重合，得到新的曲线Lo，Lo为切换后的温度补偿曲线，按照Lo曲线即可计算温度补偿值。例如，当前时刻为x2，在Lo上对应B点，B点在Lo上可以找到对应的温度补偿值为y2，按照y2进行补偿即可。

从上述例子可以看出，本实施例相当于利用模式3的曲线L3模拟出了一条2开-3开的温度补偿曲线Lo。

3，在模式3状态下，一个继电器从运行工况变为关闭工况。

3.1，如图5所示：切换时刻为x1，从曲线L3上可以找到其对应的温度补偿值为y1。由于继电器动作后，最终为2开，因此从2开的曲线L2可以找到其温度补偿上限值为y2max，进行比较，发现y1＞y2max，从而判断继电器动作之后的相应的温度补偿趋势为下降，即温度补偿值需要下降。需要说明的是，从运行继电器多的模式切换到运行继电器少的模式，并不一定导致温度补偿趋势一定会下降，也可以是上升(这与在某种模式下的运行时间有关)。因此，本发明采用比较温度补偿值的方式来确定补偿趋势。

3.2，设Δy＝y1-y2max，以该Δy在诸多下降曲线中选择一条，用于构造切换后的温度补偿曲线。选择的条件是：某曲线的温度下降区间大于Δy，且该曲线的温度下降区间的差值最小。例如，最终选择的曲线为L8(L8为1关曲线，图5中L8所处的位置仅为示意，并非是指其实际上处于第四象限)。

本实施例的这种选择条件能够筛选出最为合适的下降曲线。作为其他实施方式，可以从关闭的继电器数量考虑，例如，从7开到4开，可以选择L10(3关)曲线。而本实施例的方式，则不一定会选到L10曲线，其在不同的情况下选择的曲线不同(这与在某种模式下的运行时间有关)，通过相关验证实验结果来看，本实施例的方式补偿更加准确。

3.3，在L8上，找到A’点，A’点到L8下限值点C的纵坐标差值为Δy，然后平移L8，使A与A’重合。也可以理解为，将A’C曲线平移动到A点。最终形成了曲线Lo，Lo即为切换后的温度补偿曲线，按照Lo曲线即可计算温度补偿值。从上述例子可以看出，本实施例相当于选择一条下降曲线，进而模拟出了一条3开-2开的温度补偿曲线Lo。

根据以上的例子，总结来说，

在开始上电的初始状态时，可以按照某种工作模式对应的温度补偿曲线进行补偿。当然，若考虑到温控器的模式切换经常发生，那么初始状态的温度测量值并不甚重要，那么在初始状态也可以按照现有的某种策略来确定温度补偿值。

在模式切换时：

第一步，根据切换时的补偿温度、切换后的温度补偿上限值，通过比较判断上升趋势还是下降趋势。

第二步，若为上升趋势，则利用切换后对应模式对应的曲线，构造切换后的温度补偿曲线Lo；若为下降趋势，则在所有下降曲线中选择一条，构造切换后的温度补偿曲线Lo；

第三步，根据Lo计算温度补偿值。

第四步，温控器对采集的室温，与温度补偿值计算(本实施例为做差)，即可计算出真实室温，然后将真实室温进行显示或者应用于相关控制。

本发明的创新在于：

首先，本发明根据工作模式的不同，应用相应的标定曲线(模型)进行温度补偿，而工作模式又根据工况可变型器件的不同工况组合进行分类，从而使得本发明的补偿方法具有一定的自适应性，补偿的结果更加准确。

再者，温控器实际的工作模式是非常多的。例如，0开-1开，0开-2开等简单模式，还包括2开-3开，3开-5开，3开-6开等较复杂的模式，甚至还可以分为3开30分钟后5开，3开50分钟后5开等等更为复杂的模式。若对这些工作模式均进行标定，则是一项非常繁重的劳动。因此，本发明仅仅利用了0开-1开，1开-2开……，2开-1开，1开-0开……等简单模式的数据，这大大减轻了标定工作的劳动强度，如本实施例中只需要得到14种标定好的曲线。

进一步的，对于初始状态，可以利用某条标定好的曲线进行温度补偿，但是为了补偿的准确性，本发明还能够对复杂的模式如何进行补偿。发明人考虑到，复杂模式可以通过简单模式去模拟，因此本发明在继电器动作(模式切换)时，根据具体情况去选择某一条标定好的曲线，用该曲线去构造模式切换后的温度补偿曲线——首先进行趋势判断，再进行曲线选择，最后进行曲线构造——非常巧妙的完成了任务。

我们不妨将最终采用的温度补偿曲线称为当前的温度补偿曲线，那么开始上电时，当前的温度补偿曲线是直接标定得到的，而模式切换后，当前的温度补偿曲线则是根据标定曲线构成的。

最后，本发明在趋势判断和曲线选择时采用的判断调节，经过实验验证，取得的补偿效果极佳，达到了较高的精度。

应当说明的是，本实施例中采用了14种工作模式，但这并不意味着不能采用其它分类方式。本领域技术人员也可以通过不同的分类方式获得若干种工作模式，然后再使用本实施例所介绍的构造切换后的温度补偿曲线的方法。

总的来说，本发明不仅直接应用不同运行模式下温度补偿曲线；还进一步综合考量设备运行状态切换、切换后的相应状态运行时长、补偿区间范围，一是通过当前补偿温度值与切换后状态的温度补偿上限值进行比较，判断温度补偿值上升或降低趋势，二是确定继电器动作新状态下的新温度补偿曲线、作为赋值计算对应切换后运行模式、运行时长下的温度补偿值。本发明不仅兼顾多个例如继电器的动态发热元器件、以及电源模块、WIFI/zigbee等无线通讯模块、线路板等发热模块的补偿因素，而且兼顾到补偿时间跨度和补偿区间的影响，温升存在温升平衡状态的情况，总体上能够实现实时、精准的温度补偿。

本实施例中，所有的下降曲线与上升曲线都是通过标定产生的，利用标定出的下降曲线，补偿效果更佳。作为其他实施方式，下降曲线还可以直接利用上升曲线倒置得到，在补偿精度要求不高的场合也可以适用。

本实施例中，图1是以1小时为限采集的数据建立的曲线，若以3小时为限，得到的数据如图6所示。可见，升温曲线并不是随着补偿时间跨度，一直持续上升，而是会在1H-2H左右达到稳态，因此，作为其他实施方式，为了反映补偿时间跨度的影响，也可以采用图6所示曲线为基础进行拟合，对各种模式进行建模。

温控器实施例

以上实施例介绍了温度补偿的方法，主要包括：检测当前温度；检测各工况可变型器件的工况以确定当前的工作模式，根据这些信息和存储的各工作模式对应的温度补偿曲线最终确定当前的温度补偿曲线，根据当前的温度补偿曲线、运行时长确定温度补偿值，再结合当前温度进行温度补偿。

将上述方法形成计算机程序，固化到温控器的存储器中，由温控器的处理器在运行时执行，即可实现一个能够实现上述温度补偿方法的温控器。将方法如何形成程序、固化等内容均为本领域技术人员所熟知，故在此不再赘述。

Claims (6)

1.一种温控器的温度补偿方法，其特征在于，包括：

温控器运行时，检测各工况可变型器件的工况，以判断自身所处的工作模式，根据自身所处的工作模式，确定当前的温度补偿模型，根据当前的温度补偿模型确定温度补偿值，进而实现温度补偿；

其中，根据温控器中工况可变型器件的不同工况组合，确定若干种工作模式；每种工作模式，通过实验标定的方式确定每种工作模式的温度补偿模型，所述温度补偿模型表示补偿温度值随时间变化的关系；所述工况可变型器件为：在温控器运行过程中，处于运行工况或者关闭工况的发热器件；所述发热器件位于温控器内部且工况可变；

所述各工作模式对应有上升类型的温度补偿模型和下降类型的温度补偿模型；所述上升类型的温度补偿模型为由0个工况可变型器件运行变为i个工况可变型器件同时开始运行后的补偿温度值随时间变化的曲线；所述下降类型的温度补偿模型为所有正在运行的共记j个工况可变型器件全部关闭后的补偿温度值随时间变化的曲线；i＝1，2，3…N，j＝1，2，3…N，N≥i>0，N≥j>0，N为温控器内工况可变型器件的总数；

工作模式切换时，确定当前的温度补偿模型的方法为：

(1)根据模式切换时的补偿温度、切换后的温度补偿上限值，通过比较判断温度补偿趋势是上升趋势还是下降趋势；

(2)若为上升趋势，以模式切换时的补偿温度为起点，在模式切换后对应模式的、属于上升类型的温度补偿模型中找到模式切换时的补偿温度对应的时间点，将该时间点之后的补偿温度值随时间变化的曲线沿时间变化方向平移，直至该曲线的起始点与所述起点重合，从而构造出切换后的温度补偿模型Lo；若为下降趋势，则以模式切换时的补偿温度为起点，在各工作模式的下降类型的温度补偿模型中选择一条，构造切换后的温度补偿模型Lo；

(3)以所述切换后的温度补偿模型Lo为当前的温度补偿模型。

2.根据权利要求1所述的温控器的温度补偿方法，其特征在于，在开始上电，尚未进行工作模式切换时，以当时工作模式对应的温度补偿模型作为当前的温度补偿模型。

3.根据权利要求1所述的温控器的温度补偿方法，其特征在于，将切换时的温度补偿值与切换后所处状态的温度补偿上限值进行比较，若小于，则判断温度补偿趋势是上升趋势；若大于，则判断温度补偿趋势是下降趋势。

4.根据权利要求1所述的温控器的温度补偿方法，其特征在于，选择下降类型的温度补偿模型的条件是：该温度补偿模型的温度下降区间大于Δy，且该模型的温度下降区间的差值最小；所述Δy为切换时的温度补偿值与切换后所处状态的温度补偿上限值之差。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的温控器的温度补偿方法，其特征在于，所述工况可变型器件包括继电器。

6.一种温控器，包括若干个工况可变型器件，还包括处理器、存储器，以及温度采集装置；其特征在于，所述处理器运行存储于存储器中的计算机程序，用于实现权利要求1-5任一项所述的方法。

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