CN102122183A - 一种大液晶触摸式可编程温度控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种温度控制器，具体是提供一种大液晶触摸式可编程温度控制器。其硬件结构包括MCU主控制电路，所述MCU主控制电路连接有电源电路和按键电路，所述MCU主控制电路还连接有晶振电路和人-机显示电路，并通过上下两块电路板的连接电路连接控制输出接口电路。本发明解决了当前社会对温控器绿色节能的需求，降低了温控器使用中的安全隐患，提高了温控器自身及其所属控制***的可靠性，实现了用户根据自身意愿调控所需的参数，增加了用户体验，满足了实际应用中用户个性化调节目标温度的要求。

Description

一种大液晶触摸式可编程温度控制器

技术领域

本发明涉及控制器领域，具体是提供一种大液晶触摸式可编程温度控制器。

背景技术

温度控制器按照类型可划分为机械式、电子式和智能式三种，机械式温控器的温漂大、控温不准确，除特殊的应用场合外，目前已经很少采用。电子式温控器的控温性能比机械式有了较大提高，但是存在抗干扰能力差、可靠性低、安全性低等诸多问题，使其越来越难以满足当前社会发展的需要，呈现出逐渐被淘汰的趋势。智能式温控器不但具有控温精确、功能完善、集成度高、可靠性好等优点，而且大幅提高了温控器的经济性和适用性，然而智能式温控器在其发展过程中至少还存在着以下一些缺点：

1、现有的智能式温度控制器为了节约安装成本，多采用单线进、单线出的接线方式，这使控制器所能调控的对象/负载较少，不能完成复杂的多目标控制。为了进一步提高控制器外挂负载设备的能力，就需要发展新一代的智能式温度控制器。

2、现有的智能式温度控制器不是采用220伏外部电源供电的方式，就是采用电池供电的方式。对于前者，控制器采用220伏外部电源供电的方式，会给使用这种取电方式控制器的用户造成一定程度上的安全隐患，有可能危及用户的人身安全。对于后者，控制器采用电池供电方式，温控器在使用和管理上会给用户带来一系列的问题，如在写字楼、宾馆、酒店房间等使用较多的场所，电池不但额外增加了用户的使用成本，而且电池的检查和更换也存在管理上的难度。为了增强控制器的可信性、安全性，进一步提高控制器的经济效益，提升控制器的效费比，就需要发展新一代的智能式温度控制器。

3、现有的智能式温度控制器多采用小型液晶屏显示，这种显示方式虽然简化了设计难度，降低了研制成本，但小液晶所能显示的功能较少，无疑制约了控制器功能集成度的提高；另外，小液晶也使得控制器的美观性不佳，且在光线暗淡的情况下，还给用户在线实时查看带来许多不便。随着液晶技术的进步，为了进一步提高控制器的集成度，改善控制器的美观度，就需要研制新一代的大液晶带背光显示的智能式温度控制器。

4、现有的智能式温度控制器多使用机械式按键，机械式按键由于存在使用次数(机械性能)的限制，以及使用中可能存在着有意或无意的损坏，都给控制器的使用造成了麻烦和不便，甚至导致其无法正常使用。为了进一步提高控制器的可靠性、维修性和保障性，降低控制器使用后期的维护成本，就需要开发新一代的触摸式智能温度控制器。

5、现有的智能式温度控制器对被控对象多采用硬调节方式，不能很好地满足绿色节能的要求，无法在各个阶段给出温度调控的适宜程度，进而减少对能源的消耗；无法对所服务的根本对象“人”做出最合适的调节；也无法在调温与节能之间做出权衡的选择，致使温控器的调节效率大打折扣。

发明内容

本发明是针对以上不足，提供一种大液晶触摸式可编程温度控制器，其解决了当前社会对绿色节能的要求，降低了温控器使用中的安全隐患，提高了温控器自身及其所属控制***的可靠性，实现了用户根据自身意愿调控所需的目标参数，增加了用户体验，满足了实际应用中用户个性化调节温度的需求。

本发明的一种大液晶触摸式可编程温度控制器所采用的技术方案是：

一种大液晶触摸式可编程温度控制器，包括MCU主控制电路，所述MCU主控制电路连接有电源电路和按键电路，所述MCU主控制电路还连接有晶振电路和人-机显示电路，并通过上下两块电路板的连接电路连接控制输出接口电路。

MCU主控制电路还连接有温度检测电路。

MCU主控制电路还连接有用户数据存储电路。

MCU主控制电路还连接有跳线电路。

MCU主控制电路还连接有蜂鸣报警电路。

电源电路由交流24伏电源子电路和电池组电源子电路组成。

人-机显示电路由触摸屏子电路、液晶屏子电路和背光屏子电路组成。

按键电路由三个按钮键子电路和两个拨动键子电路组成。

温度检测电路连接对应的检测控制开关。

晶振电路由主时钟子电路和副时钟子电路组成。

本发明的一种大液晶触摸式可编程温度控制器在减少了温控***安全隐患的基础上，改进了已有温控器的功能，实现了温控器对被控对象的软调节，满足了温度调节设备对节能的要求，具有下列优点：

1、全寿命周期费用(LCC，Life Cycle Cost)低。大液晶触摸式可编程温度控制器在设计过程中进行了完整的故障模式影响分析(FMEA，FailUre ModeEffects Analysis)、故障树分析(FTA，Fault Tree Analysis)、电磁兼容/干扰设计(EMC，Electromagnetic Compatibility/EMI，ElectromagneticInterference)、防静电设计、热设计、抗振动和耐环境应力等可靠性分析和设计，产品具有较高的可靠性、测试性和维修性水平，拥有较低的使用与维护成本，从而大大降低了产品的全寿命周期费用。

2、产品绿色、环保、节能。大液晶触摸式可编程温度控制器考虑了当前社会对节能的要求，控制器的整个***均采用节能方案设计，满足欧美国家节能的强制规定。控制器采用双路电源冷热混合备份冗余供电，当采用碱性电池供电的时候，控制器可以连续运行几个月，控制器对供电电池的有效利用率极高，***的静态工作点电流平均为I_静态≈1.07mA，能最大程度地为用户节约耗材的花销；若采用外部电源供电，则不受使用时间的限制。这种冗余供电方式能够显著减少温控器所需耗材的用量，符合温控器绿色环保使用的要求，降低了实际应用中的管理和使用成本，解决了当前国家建设节约型社会的要求。

3、设计理念人性化。大液晶触摸式可编程温度控制器充分顾及世界各地不同用户生活习惯的差异，在温度控制中实现了华氏度与摄氏度的自由切换，而且用户可以根据自身意愿配置多种调节参数，经手写触摸输入编程信息进行实时调控，使温度始终处于用户感觉最佳的状态，从而克服了现有温控器在实际应用中难以真正的实现人性化控制。

4、适用范围广。大液晶触摸式可编程温度控制器实现了多目标调节的复杂控制，可以用来控制二线制热/制冷、三线制热/制冷、四线制热/制冷、五线制热/制冷、两级制热和制冷混合控制、阀控的三线区域供暖***、无辅助制热功能的四线热泵制热、具有辅助制热功能的五线热泵制热等***；可以完成对温度/风扇/回差/换气/保持/模式/各种时间段等参数的复杂编程控制；能够对天然气、燃油、电热炉、中央空调、热水或蒸汽等供暖/制冷***的多种对象进行实时控制，做出最适合用户使用环境的温度调节。

5、功能完善，大液晶触摸式可编程温度控制器除了具备上述各种编程控制功能外，能够在连续工作的情况下实现在线故障检查，不需要在工作状态和检测状态之间切换。

6、电路设计简单完整，成本低廉。大液晶触摸式可编程温度控制器采用最小电路设计原则，电路设计中大量使用常见的电子元器件，将控制器的各项费用从根本上降到了最低。

7、抗干扰能力强，控制精度高。大液晶触摸式可编程温度控制器在多个环节对参数进行了线性化处理，消除了外界扰动对控制器调节温度所带来的影响，其控温精度可达±1°F(0.5℃)，实现了温度变化调节的平滑控制。

8、外形美观大方，结构简洁可靠、拆装简便快捷。大液晶触摸式可编程温度控制器采用大屏幕触摸显示控制，该温控器不需要额外预留安装传感器的空间或结构，传感器固定在控制器前面板的栅格窗口附近，不仅简化了温度控制器的安装和使用，而且也使得整个控制器的外形流畅明快、优雅美观。

附图说明

附图1为本发明的大液晶触摸式可编程温度控制器的整体结构框图；

附图2为本发明的大液晶触摸式可编程温度控制器的控制原理图；

附图3为本发明的大液晶触摸式可编程温度控制器的电源电路的交流24伏电源子电路图；

附图4为本发明的大液晶触摸式可编程温度控制器的电源电路的电池组电源子电路图；

附图5为本发明的大液晶触摸式可编程温度控制器的MCU主控制电路图；

附图6为本发明的大液晶触摸式可编程温度控制器的晶振电路图；

附图7为本发明的大液晶触摸式可编程温度控制器的温度检测电路图；

附图8为本发明的大液晶触摸式可编程温度控制器的触摸屏、液晶屏和背光屏的控制电路图；

附图9为本发明的大液晶触摸式可编程温度控制器的按键电路的菜单键和编程键子电路图；

附图10为本发明的大液晶触摸式可编程温度控制器的按键电路的复位键子电路图；

附图11为本发明的大液晶触摸式可编程温度控制器的按键电路的功能拨动键子电路图；

附图12为本发明的大液晶触摸式可编程温度控制器的上下两块电路板的连接电路图；

附图13为本发明的大液晶触摸式可编程温度控制器的控制输出接口电路图；

附图14为本发明的大液晶触摸式可编程温度控制器的蜂鸣报警电路图；

附图15为本发明的大液晶触摸式可编程温度控制器的用户数据存储电路图。

具体实施方式

下面结合附图给出一个最佳实施例对本发明的大液晶触摸式可编程温度控制器作进一步的描述。

本发明的一种大液晶触摸式可编程温度控制器，其整体结构框图如图1所示，温控器的硬件电路采用标准专用集成电路的形式设计而成，它的硬件电路主要有由交流24伏电源子电路和电池组电源子电路组成的***电源电路、MCU主控制电路、晶振电路、温度检测电路、由触摸屏子电路、液晶屏子电路和背光屏子电路组成的人-机显示电路、由三个按钮键子电路和两个拨动键子电路组成的按键电路、控制输出接口电路、蜂鸣报警电路、用户数据存储电路，以及上下两电路板的连接电路等部分构成。

本发明的一种大液晶触摸式可编程温度控制器，其控制原理如图2所示。

大液晶触摸式可编程温度控制器开始运行后，会先进行各部分硬件的初始化，确保控制器中各个电路模块都能正常工作(若控制器存在任何失效现象，则给出故障代码信息，且由报警电路负责告警)，并自动配置***的初始工作状态。控制器初始化后，如果用户没有进行编程设置相关调节参数，那么温控器按照默认设置进行工作；如果用户根据自身意愿编程配置控制器的各项参数，那么温控器将优先按照设置的参数进行工作。用户采用人-机显示电路管理温控器的实时状态，经按键电路和人-机显示电路随时变更控制参数，从而形成一个内闭环的控制。MCU主控制电路输出控制指令，指导控制输出接口电路调节被控对象，输出实际的调控温度。而温度检测电路使用传感器采集当前环境的实际温度值，再由A/D变换后交由MCU主控制电路完成一系列的采样保持、比较、存储等处理，根据当前实际温度与目标温度的实时比较值，即温度误差值，进行相应的闭环控制调节，使得实际温度始终保持在目标温度附近。

本发明的一种大液晶触摸式可编程温度控制器，其电源电路采用两个子电路冗余冷备份方式给***供电，即：交流24V(C线)电源子电路和电池组电源子电路，这样设计的目的一是可以提高***供电的可靠性，二是可以减少控制器对电池的消耗，降低控制器的使用费用。为了方便用户的使用，在交流24V电源不可用时，***将使用电池组电源供电；一旦交流24V电源可用，则***将自动切换使用交流24V电源；若二者都可用时，***会优先使用交流24V电源供电，以减少对电池电量的消耗，为用户节约耗材的使用量。

如附图3所示，大液晶触摸式可编程温度控制器可选择连接外部24V交流变压器的副边引出线(C线)，控制器在有效连接交流24V外部电源时，***将优先使用交流24V(C线)电源子电路完成对***的供电。

从交流变压器副边引来的外部交流电源先通过由肖特基二极管D₁～D₅、D₈～D₁₀、ZD₁、电容C₁～C₁₀、电阻R₁、R₂，以及三极管Q₁、Q₂等器件组成的整流、滤波电路，而后到达三端稳压芯片LM2950-3.0的输入端，这里选用LM2950作为稳压电路的核心，主要是从节能的角度考虑，其静态工作电流只有75μA，当然也可以使用其它型号稳压管构成稳压电路，具体实现时本发明对此不作限制。经过稳压后由芯片的1脚输出V_OUT，通过肖特基二极管D₁₁和局部去耦电容C₉完成二次滤波，向***输出VCC(＝V_CB)＝3.0V的恒定直流电压。同时，从LM2950出来的V_OUT通过C₁₀二次滤波后经肖特基二极管D₁₃输出的VAC，VAC主要用于向背光电路供电。两套供电线路之所以分开设计，一是从电源“干净度”设计的角度考虑，避免了两者之间相互产生的干扰；二是从电源电路最简设计的方面考虑，由于背光电路对电源的要求要较低，可以直接引出VAC作为背光的电源。在正常工作的情况下，该控制器电源电路的输出电压将始终保持在V_C线＝3.0V，此时电池组电源子电路不输出能量，使得控制器可以长时间的使用。

如附图4所示，大液晶触摸式可编程温度控制器的电池组电源仅采用两节/组AA碱性电池(1.5V/节)就能满足***对电能的需求，但从***可靠供电与背光电路较为耗电的角度出发，建议使用四节(两组)AA碱性电池进行冗余热备份方式进行供电，以增加控制器在使用过程中电池的更换间隔时间。在实际的使用中对此不做硬性限制，用户可根据自身情况灵活选择。

电池组电源子电路主要由四节共两对AA碱性电池组(BT₁和BT₂、BT₃和BT₄)、电容C₉、肖特基二极管D₁₂、D₁₉、D₁₄、D₂₀，以及电阻R₃、R₄和R₅等器件构成。其具体连接方式为：AA碱性电池组BT₁和RT₂通过肖特基二极管D₁₂输出到CB端，AA碱性电池BT₃和BT₄通过肖特基二极管D₁₉输出到CB端，CB端连接滤波电容C₉用于滤除杂波、平稳供电电压；此处C₉的另外一个作用是做蓄放电容，C₉中所保存的电量可在即使所有电源都断开的情况下，控制器也能够进入休眠状态/程序，并借助这些残存电量使MCU内部的数据足以保持两分钟以上。输出的电源V_CB(＝VCC)供给整个数字电路和ADC电路。AA碱性电池组BT₁和BT₂通过肖特基二极管D₁₄输出VAC；同样，AA碱性电池组BT₃和BT₄通过肖特基二极管D20输出VAC，VAC提供电源给背光电路；VAC和VCC分离是为了避免背光电路干扰ADC电路的正常工作。

在使用电池组对***供电的过程中，电池组的电源电量会逐渐减少，直至不能提供给***以足够的能量。本发明所采用的单片机在低至1.8V时虽然仍可以工作，但***中对电能要求较高的人-机显示电路却已超过了极限，尤其是其中的液晶屏子电路，因而根据木桶原理(或称短板理论)，这里将2.6V规定为控制器正常工作的门限电压，把2.3V规定为控制器的二级门限电压。

当2.65V≤V_BAT≤3V时，有VCC＝V_CB＝V_BAT，***处于正常工作状态；

当2.3V≤V_BAT＜2.65V时，有2.3V≤VCC＜2.65V，2.3V≤VAC＜2.65V，此时背光屏不能正常显示，液晶屏显示缺电标识，并间断显示故障代码，提醒用户更换电池；

当1.8V≤V_BAT＜2.3V时，有1.8V≤VCC＜2.3V，此时液晶屏不能正常显示，控制器进入休眠状态，必须更换电池；

当0V≤V_BAT＜1.8V时，有VCC＜1.8V，控制器停止工作。

为了确保***能够稳定可靠地运行，在电池组电源子电路中设计有电池电量检测单元。AA碱性电池组BT₁和BT₂通过二极管D₁₇输出到分压电阻网络；AA碱性电池组BT₃和BT₄通过二极管D₁₈和分压电阻网络R₄、R₅和R₃输出电量检测信号V_{BAT_OFF}交单片机的故障检测模块处理。设U₁为电池组BT₁和BT₂的串联电压，U₂为电池组BT₃和BT₄的串联电压。有电阻R₄上的电压为

电阻R₅上的电压为U_R5＝U₂-U_D18                  (2)

忽略二极管D₁₈上的压降，可得U_R5≈U₂            (3)

则 $U_{\mathrm{BAT}\_\mathrm{OFF}}=U_{R4}+U_{R5}=\frac{1}{R_3+R_4}\×(R_4{U}_1+R_3{U}_2)---\left(4\right)$

取R₃＝10KΩ，R₄＝10KΩ

故 $U_{\mathrm{BAT}\_\mathrm{OFF}}=\frac{1}{2}(U_1+U_2)---\left(5\right)$

本发明的一种大液晶触摸式可编程温度控制器，其MCU主控制电路的中央处理单元采用日本Renesas公司的H8/38024-RH微处理器，该型单片机可在从1.8V到5.5V的宽电压范围内工作，特别适合电池供电的低能耗***(电源电量随使用时间增加而逐渐递减)，高性能的MCU主控制电路是温控器实现快速响应和准确控温的前提，也是大液晶触摸式可编程温度控制器的核心。MCU主控制电路包括电源回路模块、采样保持模块、A/D转换模块、存储模块、比较模块、液晶驱动模块、触摸屏驱动模块、故障检测模块和调试模块等关键模块。

如附图5所示，MCU主控制电路的电源回路模块由1、8、11、49、50、51、52、53脚构成，其中单片机的引脚1、49、50、51、52连接电源V_CC，引脚8、11、53接地。

采样保持模块实现了采样数据的完整性，温度传感器接在单片机的73脚，对当前的环境温度信号进行取压采样；引脚71通过R₁₉连接场效应管T₆，控制检测电路的信号采样时刻，用于管理和调度信号采样的通断时间；这种温度检测电路仅在MCU主控制电路的采样模块需要采样时开启的方法，可最大限度地控制***电能在信号采样中的消耗。

MCU主控制电路的模/数转换(A/D，Analog to Digital converter)采用单片机的内置模块单元，内置10位A/D转换模块实现了采样信号的高精度转换，模/数转换模块采用逐次逼近法产生二进制数据，将采样信号转换成A/D转换范围内的数字量，并对数据进行线性化处理，处理后的数据将存入片内寄存器。

存储模块的功能主要由单片机的片内寄存器完成，用于主控制***存入和读取各种的数据参数，同时引脚13、14连接用户数据存储电路的SCL和SDA端，实现存储模块与用户数据存储电路的数据交换，这两脚还复用于E²PROM的通信。存储模块中的数据经线性化处理后，交由单片机进行动态管理，将当前的实际温度与目标温度进行比较。

比较模块是基于偏差控制的原理，通过对偏差值的处理获得控制信号，从而实现对温度的准确调节。比较模块通过单片机的74脚对基准电源电压进行取样，它连接在电阻R₂₁和二极管D₉的中间，是MCU主控制电路进行比较判定温度变化的基准。如果存储模块中的数据与该基准之间存在差值，则根据差值大小进行相应的温度调节，使实际温度保持在目标值附近；如果两者之间不存在差值，就保持状态不变。

液晶驱动模块和触摸屏驱动模块均为单片机的内置模块，单片机的17～48脚用于连接液晶显示子电路，引脚45～48是液晶显示子电路的公共端，13～44连接液晶显示子电路的各个SEG端，其中13～16脚与I/O为复用关系。单片机的引脚54～59以及77～80组成行列扫描电路，用于检测触摸屏的输入；引脚54～59连接触摸屏列扫描电路，引脚77～80组成行扫描电路。引脚49、50、51连接背光电路；引脚62连接人-机显示电路中的背光驱动芯片CYT2507的使能端，用于控制背光电路的亮度和通断，控制温控器在各种低功耗和休眠模式的状态运行时间，从而节约控制器的能耗。

引脚72连接PROG按钮开关，引脚75连接MENU按钮开关；引脚72、75连接至正面板上的微动开关，结合触摸屏实现输入功能。引脚2、3分别连接控制输出接口电路的PUMP端和跳线电路的FOSS端；引脚4、5连接按键电路中的模式选择开关，接收用户发出的制冷/热信号。引脚2、3、4、5、61通过24V接口的下层电路板连接至跳线电路与按键电路，用来检测用户设置的参数。

故障检测模块在MCU主控制电路中用于及时发现***可能出现的故障，进而给出故障信息警告，缩短温控器的故障修复时间，是温控器可靠性设计的重要组成部分。单片机的15脚连接电池电量检测信号BAT_OFF，在未连接或者更换电池时，复用于实时检测电池的更换操作。引脚63输出脉宽调制信号(PWM，Pulse Width Modulation)，用于控制蜂鸣器报警电路中的有源蜂鸣器发出声音。引脚76连接AC_SY信号，控制继电器的吸合，用于AC 24V过零检测。

MCU主控制电路的调试模块主要用于控制器的在线调试，方便控制器使用后期的保养和维护。引脚12、59、60、64、65、66支持***复位/运行/调试状态，其中12脚连接复位信号

59脚连接P95信号，64脚连接P33信号，65脚连接P34信号，66脚连接P35信号；它们与11、60脚构成***的复位、运行和调试电路。引脚67～70通过4个PNP三极管(D₆、D₇、D₁₅、D₁₆)驱动两个磁保持继电器的置位/复位绕组，实现最重要的24V执行机构电路控制。

高性能的H8/38024-RH单片机是使控制器成为集温度检测、信息转换、控制输出三位一体智能温度控制器的基础，因此对于大液晶触摸式可编程温度控制器来说，MCU主控制电路中单片机的选择至关重要。

第一、大液晶触摸式可编程温度控制器设计有休眠模式和多种低功耗的运行模式，H8/38024-RH单片机工作电压的范围较宽，且低至1.8伏的工作电压能够支持低功耗和超低功耗工作模式，配以电容C₉和C₁₀构成单片机的电源回路模块，可以保证***即使在断电的情况下，单片机依然能够从任意的工作状态进入休眠状态/程序，完全符合电池供电设备“绿色”应用的设计要求。

第二、H8/38024-RH单片机可以为***提供精确的时钟脉冲，它能支持32.768KHz RTC主时钟源与4MHz副时钟源两种脉冲，满足***对时钟脉冲的苛刻要求。

第三、H8/38024-RH单片机具有高耐用的Flash/RAM存储单元，其中32KB的Flash闪存和1KB的RAM数据存储空间，恰好可以满足控制器贮存数据参数的需要。存储模块使用单片机内置的闪存单元，数据保存在RAM中，不采用E²PROM的存储器，使得控制器在数据存储方面不必再受擦写寿命的限制，从另一方面可以说延长了产品的使用寿命。

第四、多数A/D转换过程对电噪声往往十分敏感，A/D转换中存在着的这个固有缺点，使转换过程出现的任何噪声都会被包含到所得的采样信号中，致使转换到的数据失去了可信性，导致一般情况下均需要对采样信号进行校准，但增加校准电路不仅会降低***整体的可靠性，而且增加了***的设计复杂度，加大制造、组装和劳务成本，而选用具有集成A/D转换器的H8/38024-RH单片机就可以较好地克服这个问题。

第五、H8/38024-RH单片机的内置存储模块与廉价的电解电容C₉组合，并辅以用户数据存储电路，可以在电池电量供应不足、电源电路故障或任何导致电源突然掉电的情况下，使用户所配置的参数数据至少持续保持两分钟不丢失，提供足够用于电池更换或修复电源电路故障的时间，避免了让用户再次输入编程参数的麻烦，体现该控制器人性化设计的基本理念。此外，也省去了价格较高的非易失性存储器，从而降低了产品的成本。

第六、现代集成电路日益复杂，可靠性是电路***除功能外最重要的指标要求。大液晶触摸式可编程温度控制器采用触摸屏+液晶板+背光板作为人机交互的窗口，而液晶显示和触摸控制都需要驱动电路驱动才能使用，在***中单独配置液晶驱动电路不仅要占用本已稀少的单片机引脚资源，而且增加了***的复杂程度，此外还极大地增加了产品成本，但是采用具有集成液晶驱动模块和触摸屏驱动模块的H8/38024-RH单片机则恰当地解决了这个问题。H8/38024-RH单片机功能强大、集成度高，单片机内部集成有32×4段的液晶驱动芯片，能够直接驱动液晶屏和背光屏，较为经济地实现了人-机显示控制。

如附图6所示，本发明的一种大液晶触摸式可编程温度控制器，其晶振电路是温控器整个电路***的***时钟源(SCS，System Clock Selection)，它为MCU主控制电路及其***电路提供统一个时钟脉冲，由电阻R₂₉、R₃₀、电容C₁₁～C₁₄和高频晶体振荡器Y1、Y2等器件组成，与单片机的6、7、9、10引脚连接构成晶体振荡电路。晶振电路分为4MHz主时钟子电路与32.768KHz RTC时钟源子电路(副时钟电路)两部分，其中4MHz主时钟子电路由R₃₀、C₁₄、C₁₃和内置电容的陶瓷晶体谐振器Y₂等组成，32768Hz时钟源子电路由R₂₉、C₁₁、C₁₂和手表晶体Y₁等组成。

如附图7所示，本发明的一种大液晶触摸式可编程温度控制器，其温度检测电路用于监测大液晶触摸式可编程温度控制器周围环境的当前温度值，温度检测电路实现了传感器带开关控制的高精度温度采样。电源V_CC通过P沟道场效应管T₆施加在由R₁₈和RT1构成的电阻梯上端，场效应管T₆是温度检测电路中的电子开关，其通断及通断时间都受到MCU主控制电路的管理和调度，T₆的导通电阻只有0.15Ω，能有效减少引入电阻梯电路所带来的误差，MCU主控制电路通过控制T₆的通断，实现控制温度检测电路对外界温度信号的测量。如果周围环境温度发生变化，热敏电阻RT1的阻值就随之产生一个变化量，再通过采样分压电路的取压，将周围环境温度的变化量ΔT转换成热敏电阻的电压变化量ΔU，电压变化量ΔU经保持后送入单片机内置的模/数转换模块进行转换。

温度检测电路中的传感器选用玻璃封装的NTC热敏电阻(TH，Thermistor)RT1，热敏电阻测量温度常常表现为具有滞后性，该特性可用一阶环节的数学模型(6)来描述。由于热敏电阻的电阻-温度特性存在一定程度上的非线性，影响了热敏电阻的测量精度，这就需要对热敏电阻的温度测量进行软件和硬件的综合线性化处理。

y＝1-e^αx              (6)

式中：α-惯性环节的时间参数，根据实际标定取值。

为了提高***的控温精度，软件的算法设计需要作线性化处理，软件算法设计基本原理可以根据公式(7)计算出热敏电阻阻值和温度的线性化对应关系。该公式为热敏电阻阻值与温度的换算方法，由公式(7)和表1可知，NTC热敏电阻阻值与温度成反比，温度越高则热敏电阻的阻值越低，输出电压也越小；反之，温度越低则热敏电阻的阻值越高，输出电压也越大。

$R_t=R_{t0}\×\exp \{B\×(\frac{1}{T_t}-\frac{1}{T_{t0}})\}=R_{t0}\×\exp \{B\×(\frac{1}{(t_t+273.15)}-\frac{1}{(t_{t0}+273.15)})\}---\left(7\right)$

式中：T_t0＝t₀+273.15(其中t₀＝25℃为基准室温)，单位是K。

T_t＝t_t+273.15(其中t为实际室温，单位是℃)，单位是K。

R_t0-环境t₀＝25℃时的标称阻值，单位是kΩ；从表1中可知为10kΩ。

表1温度和热敏电阻阻值之间的关系

温度T(℃)	0	5	10	15	20	25	30	35	40
										电阻R(kΩ)	32.654	25.396	19.903	15.714	12.493	10	8.056	6.530	5.327

R_t-环境t_t＝t时的阻值，单位是kΩ。

B-NTC热敏电阻的材料常数，它是反映负温度系数热敏电阻器灵敏度的一个常数，单位是℃；B值越大，热敏电阻器的热灵敏度越高，其公式如(8)所示，计算可得该温控器使用的热敏电阻材料常数为3915.5K，如公式(9)所示。

$B={(\frac{1}{T_t}-\frac{1}{T_{t0}})}^{-1}\×\ln \frac{R_t}{R_{t0}}=\frac{T_t\×T_{t0}}{T_{t0}-T_t}\×\ln \frac{R_t}{R_{t0}}---\left(8\right)$

当t＝35℃时，有T_t＝T_35℃＝35+273.15K，T_t0＝T_25℃＝25+273.15K；由表1可知，R_t＝R_35℃＝6.530kΩ，R_t0＝R_25℃＝10.000kΩ；则 $B=\frac{(35+273.15)\×(25+273.15)}{298.15-308.15}\×\ln \frac{6.530}{10.000}$

$\≈3915.5$ (9)

为使控制器的温度测量值更准确，除了要在软件算法上进行线性化处理外，还要进一步对电路进行硬件的线性化处理，克服因个体元器件差异而引起的误差，用标准测量设备对该值进行标定，就能在正常使用中用该值修正电池电压变化引起的温度采样误差。其次，房间温度在一般情况下是处于相对稳定的状态，其波动范围不大，热敏电阻在多数情况下都可保持在最小功率下，这使它本身阻值的变化ΔRT1就具有一定的线性性。

除此之外，提高温度检测的准确度，还需要保证测得的当前温度与转换到单片机中的数字量呈线性对应关系。电阻R₂₁与二极管D₉串联组成的基准电路，借助D₉的二极管伏安特性提供一个相对稳定压降U_CTAD(＝U_D9≈0.7V)，定义U_CTAD为比较判定的基准电压。电池的使用会导致电源电压有一个下降过程，该基准电压在ADC测量结果上则相应表现为一个逐渐增大的值。这些温度检测电路线性化的方法不但简单可靠，而且响应速度快，能够较好地实现了温度的闭环控制。

∵  $U_{\mathrm{RTAD}}=U_{\mathrm{RT}1}=\mathrm{VCC}\×\frac{\mathrm{RT}1}{R18+\mathrm{RT}1}---\left(10\right)$

又∵ $U_{R18}=\frac{\mathrm{VCC}-U_{T6}}{R18+\mathrm{RT}1}\×R18---\left(11\right)$

忽略场效应管T6上的压降，可得

U_RTAD＝U_C5＝U_RT1＝VCC-U_T6-U_R18             (12)

当温度发生变化时，热敏电阻RT1对应产生一个电阻变化量ΔRT1，设RT1’为热敏电阻RT1变化后的阻值。由于电容具有隔直传交的特性，故电容C₅可平滑RT1上对应温度变化的压降ΔU，使其尽量保持线性关系，而非离散式的突变关系。

∴ $U_{\mathrm{RTAD}}=U_{\mathrm{RT}{1}^{\′}}=U_{C5}=\mathrm{VCC}\×\frac{\mathrm{RT}1+\mathrm{\ΔRT}1}{R18+\mathrm{RT}1+\mathrm{\ΔRT}1}---\left(13\right)$

∴ $\mathrm{\ΔU}=\frac{\mathrm{VCC}\×\mathrm{\ΔRT}1}{R18+\mathrm{RT}1+\mathrm{\ΔRT}1}---\left(14\right)$

如附图8所示，本发明的一种大液晶触摸式可编程温度控制器，其人-机显示电路由触摸屏子电路、液晶屏子电路、背光屏子电路三部分构成，主要完成用户按照意愿调整参数或者实时监视温控状态的功能，根据塔斯丁算法，其传递函数可用公式(15)来表示。

$C\left(x\right)=k\frac{A\left(x\right)}{B\left(x\right)}{e}^{-\mathrm{\τx}}---\left(15\right)$

式中：k-修正系数；

A(x)、B(x)-它的描述形式是与用户设置的被控温度编程参数的类型、模型等有关的多项式；

x-拉普拉斯算子；

τ-延迟时间。

触摸屏子电路(Touch)支持触摸笔、手指甚至指甲进行操作，高信噪比的特点可使它在各种嘈杂电磁环境中达到规定的识别精度。该触摸屏可捕获和识别4×5范围的触摸区，如表2所示，如果触摸笔或手指落在触摸屏上，则该触摸屏获得相应的点击信号，***就能根据真值表2给出的对应关系，确定被点击区域的坐标参数，从而达到在触摸屏上寻址的目的，触摸屏子电路迅速找出对应的信号数据，随后向MCU主控制电路给出位置信号，以便控制器进行相应的处理和控制。

表2触摸屏信号真值表

PIN	3	4	5	6	7	8
							1	-	B	F	H	J	L
2	-	A	E	G	I	K
							9	-	C	Q	-	O	M
10	-	D	-	-	P	N

液晶显示子电路(LCD，Liquid Crystal Display)主要由液晶驱动电路和液晶显示屏两部分构成。大液晶触摸式可编程温度控制器安装在距地1.5米的室内墙壁上，因此采用12点视角方向121×77mm(显示区118×68mm)的128段式液晶显示屏，显示屏真值表如表3所示。之所以采用这种设计方案有三种原因，一是因为字段式的液晶面板有利于满足产品美观的要求；二是因为字段式的液晶屏有利于降低批量生产的成本；三是因为字段式的液晶面板有利于降低液晶屏的功耗，满足绿色环保的设计要求；四是因为该液晶屏能够在-20～60℃贮存和-10～50℃的环境中正常使用，能符合温控器对可靠性的设计指标要求。

表3液晶屏的信号真值表

背光屏子电路(backlight)由白背光恒流驱动芯片CYT2507、电感L₁、二极管D₆～D₈、电阻R₂₀、电容C₃～C₄等元器件组成。背光屏置于液晶屏的正下方，该背光屏能适应在-20～70℃贮存和-10～60℃工作的设计要求。利用背光屏既能方便用户在光线较弱时观察控制器的实时情况，又能紧跟科技发展潮流，有利于产品美观的要求。

白背光恒流驱动芯片CYT2507是背光屏子电路的核心，该驱动芯片是专用于驱动白光LED的一种恒流DC/DC升压转换器，只使用一对干电池就能驱动四颗串联的LED灯，采用串联方式为LED灯提供相等的电流，可以在保证每颗LED灯都具有均衡亮度的前提下，避免额外增加镇流电阻的必要，从而降低了背光屏电路的设计复杂度，提高了电路的可靠性；CYT2507的开关振荡频率为1.0MHz，输出电容可以使用很小的1uF电容，可以大大节省空间和降低产品成本；另外，低至95mV的反馈电压，降低了电流设定电阻上消耗的功率，也延长了电池组供电方式的使用时间，符合产品绿色环保的设计要求，提高了***的整体可靠性。

如附图9、10、11所示，本发明的一种大液晶触摸式可编程温度控制器，其按键电路分三个按钮键子电路和两个拨动键子电路，即主菜单按键(MENU)子电路、用户编程按键(PROG)子电路、***复位按键(RESET)子电路，以及功能拨动键子电路和风扇选择拨动键子电路。

主菜单按键(MENU)子电路由S₂和R₂₇构成，S₂实现温控档案编辑功能；用户编程按键(PROG)子电路由S₃和R₂₈构成，S₃实现菜单界面切换功能，参见图9所示。

***复位按键(RESET)子电路主要由电阻R₈、电容C₂和按键构成，参见图10所示。复位键可使***在运行发生偏差时重新运作，当按下RESET键时，输出TP3信号。

功能拨动键子电路采用4P3T的拨动键，***处于HEAT/OFF/COOL三种状态下的何种状态，由功能拨动键来选择实现，参见图11所示。模式选择开关置于COOL或HEAT位置时，***工作在对应的模式下，同时液晶屏上的COOL或HEAT标志被点亮。在其它界面按主页图标，则进入COOL/HEAT状态界面；如果制冷/制热工作正在进行，则对应的COOL或HEAT标志会闪烁。此时，除可以设置停机状态界面下的参数之外，还可以设置临时目标温度或程控目标温度，并且可以利用HOLD功能使临时目标温度优先于程控目标温度。模式选择开关置于OFF位置时，制冷、制热功能均不启动。在其它界面按主页图标则进入停机状态界面。液晶屏仅显示当前室内实际温度，用户可设置当前星期、时间、温度显示标定，可切换12/24小时制、摄氏/华氏温度显示。

风扇选择拨动键采用1P2T的拨动键，参见图11所示，风扇选择拨动键可设置风扇的操作模式，对风扇控制实现AUTO/ON的选择。自动模式(AUTO)或连续模式(ON)。当选择自动模式(AUTO)时，风扇将根据预先设定的参数模式进行工作；当选择连续模式(ON)时，则风扇一直工作。

如附图12所示，本发明的一种大液晶触摸式可编程温度控制器，其上下两块电路板分别负责不同的功能，连接电路主要由二极管D₁～D₅、三极管T₂～T₅和电阻R₁₀～R₁₂等构成。温控器调节功能的实现需由数字电路板和24伏板两块电路板相互配合完成，两块电路板连接电路采用带端子的排线进行柔性连接，电路板之间的这种柔性连接与板对板连接器的刚性连接相比，不但增加了***的抗振动和冲击性能，提升了***的可靠性，而且柔性连接在保持电气连通的同时可以对两块电路板相对面上的电路进行测试，使温控器的调试与后期的维护更加方便灵活，控制器也因此具有了良好的可测试性和维修性。

大液晶触摸式可编程温度控制器的两块电路板分开设计的目的一是从电磁干扰/兼容设计的角度，将24VAC电路板和数字电路的3VDC电路板分开，避免相互之间产生的干扰问题；二是从电路方案简化设计的角度，降低电路板布线的难度，减少电路结构设计的复杂度；三是从产品整体设计的角度，如此设计可以缩小产品的体积，使产品几何外形更趋合理，充分利用墙体内空间纵深安装产品。

如附图13所示，本发明的一种大液晶触摸式可编程温度控制器，其控制输出接口电路由电容V₁～V₆、跳线P₁～P₅、二极管D₆～D₇、D₁₅～D₁₆、磁保持信号继电器MRLY1和MRLY2等主要元器件组成。控制输出接口电路是温控器与负载设备直接相连的部分，负责将温控器的控制信息输出给负载，负载接口共有11个端口，如表4所示。

表4大液晶触模式可编程温度控制器接口的定义

注：1.R_C与R_H互不相连。2.在热泵***中，如果线缆B和O都存在，将线缆O连接至端子O，不能将线缆B与端子B连接，而应将线缆B连接至端子C，否则会损坏外部的24VAC电源。

一般来说，从MCU主控制电路输出的数字信号不能直接驱动和控制负载，必须设计控制输出接口电路作为中间级，将MCU主控制电路输出的数字控制信号转换成能够直接驱动负载的信号，确保实现温控器的各项控制功能。固态继电器具有以微小控制信号直接驱动大电流负载的特点，这里由于负载的电流较大，故选择固态继电器可让主控制电路只需要输出脉冲控制信号，就能控制继电器的通断时刻。为降低温控器的功耗和延长产品的工作时间，就需要采用超低功耗的双线圈磁保持信号继电器作为负载接口电路的核心，当单片机的67～70脚输出脉冲信号时，磁保持继电器的触点会做相应动作，而在脉冲信号消失后还会保留在触点位置，充分满足了温控器的控制要求。磁保持继电器MRLY1和MRLY2低至2.25VDC(其中DC表示直流电源)的闭合/释放电压，以及200mW的超低功耗，使得大液晶触摸式可编程温度控制器能够符合绿色节能的设计要求，而多达1×10⁸的开合次数又使温控器满足了需要频繁动作的设计要求。

如附图14所示，本发明的一种大液晶触摸式可编程温度控制器，其蜂鸣报警电路由电阻R₇、R₁₃、R₁₄、三极管T₁，以及蜂鸣器U1组成。报警控制信号BUZR由MCU主控制电路的D/A转换模块(D/A，Digital to Analog converter)输出，主控制电路输出的数字控制信号BUZR，不能直接控制驱动蜂鸣器，所以报警控制信号必须先经过相应电路进行放大。当控制信号BUZR输出高电平时，三极管T₁导通，则电源V_CC经过电阻R₇、扬声器U1、三极管T₁到GND构成回路，使得扬声器U1发出告警音。当控制信号BUZR为低电平时，则三极管T₁截止，扬声器U1不工作。

如附图15所示，本发明的一种大液晶触摸式可编程温度控制器，其用户数据存储电路由存储器AT24C02芯片、电容C₁、电阻R₂和R₃构成。用户数据存储电路采用总线规程连接的双向通信，从MCU主控制电路输出的参数数据信号TP1，经过一个上拉电阻R₂后连接存储器AT24C02的SCL数据输入端，由存储器完成数据的贮存。AT24C02存储器为电可擦除编程的E²PROM芯片，引脚SCL用于连接TP1的用户设定参数输入；引脚SDA用于串行输出保存了的各种参数数据；地址输入端A₀、A₁、A₂和GND直接接地；将引脚WP接地，可使E²PROM芯片能够进行读写操作。存储在存储芯片中的参数数据可通过SDA端口串行输出，用户设定参数数据TP2返回MCU主控制电路，从而实现用户数据存储电路与MCU主控制电路之间的数据交互，其数据的传送(接收/发送)均由MCU主控制电路管理，存储器的串行时钟与***的时钟模块保持一致。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种大液晶触摸式可编程温度控制器，包括MCU主控制电路，所述MCU主控制电路连接有电源电路和按键电路，其特征在于，所述MCU主控制电路还连接有晶振电路和人-机显示电路，并通过上下两块电路板的连接电路连接控制输出接口电路。

2.根据权利要求1所述的一种大液晶触摸式可编程温度控制器，其特征在于，所述MCU主控制电路还连接有温度检测电路。

3.根据权利要求2所述的一种大液晶触摸式可编程温度控制器，其特征在于，所述MCU主控制电路还连接有用户数据存储电路。

4.根据权利要求3所述的一种大液晶触摸式可编程温度控制器，其特征在于，所述MCU主控制电路还连接有跳线电路。

5.根据权利要求4所述的一种大液晶触摸式可编程温度控制器，其特征在于，所述MCU主控制电路还连接有蜂鸣报警电路。

6.根据权利要求1所述的一种大液晶触摸式可编程温度控制器，其特征在于，其中晶振电路由主时钟子电路和副时钟子电路组成。

7.根据权利要求2所述的一种大液晶触摸式可编程温度控制器，其特征在于，其中温度检测电路连接有相应的控制开关。

8.根据权利要求1-5任意一项所述的一种大液晶触摸式可编程温度控制器，其特征在于，其中电源电路由交流24伏电源子电路和电池组电源子电路组成。

9.根据权利要求1-5任意一项所述的一种大液晶触摸式可编程温度控制器，其特征在于，其中人-机显示电路由触摸屏子电路、液晶屏子电路和背光屏子电路组成。

10.根据权利要求1-5任意一项所述的一种大液晶触摸式可编程温度控制器，其特征在于，其中按键电路由三个按钮键子电路和两个拨动键子电路组成。

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