低温运行单片机系统

摘要

低温运行单片机系统，属于电子技术应用领域。本发明解决了现有单片机在低温环境中无法启动以及在低温环境中不能稳定准确工作的问题。本发明的原理为：在单片机启动时采用短时加热灯对单片机所在工作环境进行瞬时加热；在单片机工作过程中监测其工作环境的温度，并根据该温度控制加热灯对单片机所在工作环境的温度进行控制。低温运行单片机系统中的电容C、短时加热灯J1、限流和放电电阻R1串联在单片机的直流供电电源的正极和负极之间，数字温度传感器W的温度信号输出端连接单片机的温度采集信号输入端，单片机通过驱动场效应管T控制可控加热灯J2的启动或停止。本发明能够保证单片机系统的低温启动和运行。

权利要求

1.低温运行单片机系统，其特征在于，所述系统包括短时加热灯(J1)、电容(C)、限流放电电阻(R1)、可控加热灯(J2)、驱动场效应管(T)、上拉电阻(R2)、限流电阻(R3)、单片机和数字温度传感器(W)，电容(C)、短时加热灯(J1)和限流放电电阻R1串联在单片机的直流供电电源的正极和负极之间，数字温度传感器(W)的一端通过上拉电阻(R2)和所述直流供电电源的正极连接，所述数字温度传感器(W)的一端和另一端分别和单片机的两个温度采集信号输入端连接，所述数字温度传感器(W)的另一端和直流供电电源的正极之间串联有限流电阻(R3)、可控加热灯(J2)和驱动场效应管(T)，所述驱动场效应管(T)的控制端连接单片机的场效应管驱动信号输出端。

2.根据权利要求1所述的低温运行单片机系统，其特征在于，所述短时加热灯(J1)的型号为C9-3V，其工作电压为3伏，电容(C)的容值为20μF、耐压值为10伏，限流放电电阻(R1)的阻值为5.1欧姆。

3.根据权利要求1所述的低温运行单片机系统，其特征在于，所述系统还包括壳体，所述短时加热灯(J1)、电容(C)、限流和放电电阻(R1)、可控加热灯(J2)、驱动场效应管(T)、上拉电阻(R2)、限流电阻(R3)、单片机和数字温度传感器(W)封闭在该壳体内部。

4.根据权利要求1所述的低温运行单片机系统，其特征在于，单片机中嵌入有温度控制软件模块，所述软件模块包括：采集数字温度传感器(W)温度的温度采集单元；

将采集的温度存储到温度数组中的采集数据存储单元；

根据数据存储单元中的温度数组中的多次采集的温度数据计算获得平均温度的平均温度获取单元；

判断平均温度是否小于或等于最低工作温度，并在判断结果为是时发送启动信号给加热灯控制单元的最低工作温度判断单元；

判断平均温度是否大于或等于最高工作温度，并在判断结果为是时发送停止信号给加热灯控制单元的最高工作温度判断单元；

用于在接收到启动信号时启动可控加热灯开始加热、在接收到停止信号时控制可控加热灯停止加热的加热灯控制单元。

说明书

低温运行单片机系统

技术领域

[0001] 本发明属于电子技术应用领域。

背景技术

[0002] 在电子技术中，单片机是一种重要的微处理器芯片。单片机系统是一种应用广泛的又功能强大的数字电子系统。单片机的工作温度一般在零下20摄氏度到零上60摄氏度之间。在该温度范围内，单片机能够正常工作，但是超出该温度范围之后，单片机就不能够正常工作，进而影响整个单片机控制系统的工作。由于该参数的限制使得单片机系统在寒冷地区的应用受到了限制。在寒冷地区，由于环境温度过低，导致某些采用单片机为核心的设备或仪器仪表无法正常启动的问题经常存在，还存在某些采用单片机为核心的设备或仪器仪表在白天能够正常工作，而在夜间温度降低后，无法正常工作的问题。

发明内容

[0003] 为了解决现有单片机受其自身性能的限制，在低温环境中无法启动以及在低温环境中工作性能受到影响、甚至无法工作的问题，本发明设计了一种低温运行单片机系统。

[0004] 本发明所述的低温运行单片机系统包括短时加热灯J1、电容C、限流和放电电阻R1、可控加热灯J2、驱动场效应管T、上拉电阻R2、限流电阻R3、单片机和数字温度传感器W，电容C、短时加热灯J1和限流和放电电阻R1串联在单片机的直流供电电源的正极和负极之间，数字温度传感器W的一端通过上拉电阻R2和所述直流供电电源的正极连接，所述数字温度传感器W的一端和另一端分别和单片机的两个温度采集信号输入端连接，所述数字温度传感器W的另一端和直流供电电源的正极之间串联有限流电阻R3、可控加热灯J2和驱动场效应管T，所述驱动场效应管T的控制端连接单片机的数字温度传感器驱动信号输出端。

[0005] 所述低温运行单片机系统还可以包括壳体，所述短时加热灯J1、电容C、限流和放电电阻R1、可控加热灯J2、驱动场效应管T、上拉电阻R2、限流电阻R3、单片机和数字温度传感器W封闭在该壳体内部。该壳体能够实现保温的功能，进而减少启动可控加热灯的次数，增加该低温运行单片机系统的使用寿命。

[0006] 上述单片机中嵌入有温度控制软件模块，所述软件模块包括：

[0007] 采集数字温度传感器W温度的温度采集单元；

[0008] 将采集的温度存储到温度数组中的采集数据存储单元；

[0009] 根据数据存储单元中的温度数组中的多次采集的温度数据计算获得平均温度的平均温度获取单元；

[0010] 判断平均温度是否小于或等于最低工作温度，并在判断结果为是时发送启动信号给加热灯控制单元的最低工作温度判断单元；

[0011] 判断平均温度是否大于或等于最高工作温度，并在判断结果为是时发送停止信号给加热灯控制单元的最高工作温度判断单元；

[0012] 用于在接收到启动信号时启动可控加热灯开始加热、在接收到停止信号时控制可控加热灯停止加热的加热灯控制单元。

[0013] 本发明所述的低温单片机启动及工作方法，采用开机瞬时加热的方法提高单片机所在工作环境的环境温度，进而使得单片机能够启动，启动之后，在工作过程中，通过的环境温度的监测和对加热灯的控制，实现对环境温度的控制，进而保证单片机系统工作在适当的温度范围内，保证单片机系统的可靠运行。

附图说明

[0014] 图1是本发明所述的低温运行单片机系统的电路原理图。

[0015] 图2是本发明所述的嵌入在单片机内部的软件控制模块的工作流程图。

具体实施方式

[0016] 具体实施方式一、本实施方式所述的低温单片机启动及工作方法为：

[0017] 在单片机启动时，采用短时加热灯对单片机所在工作环境进行瞬时加热，使得所述工作环境温度瞬时提高至单片机适应的环境温度，进而保证单片机的正常启动；

[0018] 在单片机工作过程中，通过温度传感器实时采集单片机工作环境的温度，当采集的温度小于或等于最低工作温度时，启动另一个加热灯对单片机所在工作环境进行加热，当采集的温度大于或等于最高工作温度时，停止另一个加热灯对单片机所在工作环境进行加热。

[0019] 上述采集的温度可以是实际采集的温度，还可以是根据采集的多个温度计算获得的平均温度。

[0020] 上述最低工作温度和最高工作温度是根据单片机本身的参数设置的，其中：最低工作温度高于单片机性能参数中的工作温度的下限，最高工作温度低于单片机性能参数中的工作温度的上限，进而保证单片机工作在其适合的温度环境中。

[0021] 具体实施方式二、本实施方式所述的是实现具体实施方式一所述的低温单片机启动及工作方法的低温运行单片机系统，该系统包括短时加热灯J1、电容C、限流和放电电阻R1、可控加热灯J2、驱动场效应管T、上拉电阻R2、限流电阻R3、单片机和数字温度传感器W，电容C、短时加热灯J1和限流和放电电阻R1串联在单片机的直流供电电源的正极和负极之间，数字温度传感器W的一端通过上拉电阻R2和所述直流供电电源的正极连接，所述数字温度传感器W的一端和另一端分别和单片机的两个温度采集信号输入端连接，所述数字温度传感器W的另一端和直流供电电源的正极之间串联有限流电阻R3、可控加热灯J2和驱动场效应管T，所述驱动场效应管T的控制端连接单片机的数字温度传感器驱动信号输出端。

[0022] 具体实施方式三、本实施方式是对具体实施方式二所述的低温运行单片机系统的进一步限定，本实施方式中，所述短时加热灯J1的型号为C9-3V，其工作电压为3伏，电容C的容值为20μF、耐压值为10伏，限流和放电电阻R1的阻值为5.1欧姆。

[0023] 本实施方式中限定的短时加热灯J1、电容C和放电电阻R1的具体参数，在该参数下，短时加热灯J1的瞬时加热功率为0.75瓦。

[0024] 具体实施方式四、本实施方式是对具体实施方式二所述的低温运行单片机系统的进一步限定，本实施方式中增加了壳体，所述短时加热灯J1、电容C、限流和放电电阻R1、可控加热灯J2、驱动场效应管T、上拉电阻R2、限流电阻R3、单片机和数字温度传感器W封闭在该壳体内部。

[0025] 该壳体能够实现保温的功能，进而减少启动可控加热灯的次数，增加该低温运行单片机系统的使用寿命。

[0026] 具体实施方式五、本实施方式是对具体实施方式三所述的低温运行单片机系统的进一步限定，本实施方式中，单片机中嵌入有温度控制软件模块，所述软件模块包括：

[0027] 采集数字温度传感器W温度的温度采集单元；

[0028] 将采集的温度存储到温度数组中的采集数据存储单元；

[0029] 根据数据存储单元中的温度数组中的多次采集的温度数据计算获得平均温度的平均温度获取单元；

[0030] 判断平均温度是否小于或等于最低工作温度，并在判断结果为是时发送启动信号给加热灯控制单元的最低工作温度判断单元；

[0031] 判断平均温度是否大于或等于最高工作温度，并在判断结果为是时发送停止信号给加热灯控制单元的最高工作温度判断单元；

[0032] 用于在接收到启动信号时启动可控加热灯开始加热、在接收到停止信号时控制可控加热灯停止加热的加热灯控制单元。

[0033] 具体实施方式六、本发明所述的低温运行单片机系统中的单片机可以是现有任何一种单片机，例如：C8051F020，当采用该型号的单片机时，可以将该单片机的P0.0和P0.1与数字温度传感器的两端连接，实现对数字温度传感器的驱动和温度采集。具体电路原理图参见图1所示，下面参照图1说明本发明所述的低温运行单片机系统的工作原理：

[0034] 在单片机系统开始工作的时候，直流电源开工供电，由于电容器C两端的电压不能跃变，因此在直流电源供电的开始时刻，其两端的电压为零,此时，直流供电电源输出的电压就直接加载到短时加热灯J1的两端，因限流和放电电阻R1的阻值很小,大部分电压会加载到该短时加热灯J1的两端，从而使的该短时加热灯J1、被点亮发光，实现加热功能；随着供电时间的加长，电容器C通过限流和放电电阻R1实现充电，使得可控加热灯J1两端的电压越来越低，进而停止加热。通过设计适当的短时加热灯1的功率和放电电阻R1的阻值,实现启动该短时加热灯J1时能够将单片机的工作环境的温度瞬时加热到最低加热温度之上。

[0035] 在单片机工作期间，通过数字温度传感器实时采集单片机所在环境的温度，当所述环境温度小于最低加热温度时，单片机通过数字温度传感器驱动信号输出端口输出高电平控制驱动场效应管导通，从而使可控加热灯点亮发热，对环境进行加热，使得环境温度升高。当环境温度高于最高加热温度时，单片机通过数字温度传感器驱动信号输出端口输出低电平控制驱动场效应管关断，从而使可控加热灯停止加热。

[0036] 本发明的开机瞬时加热功能能够使得单片机系统在低温环境中启动，启动之后，在工作过程中，通过的环境温度的监测和对加热灯的控制，实现对环境温度的控制，进而保证单片机系统工作在适当的温度范围内，保证单片机系统的可靠运行。