智能降温遥控弱电箱及其智能降温方法与流程

本发明涉及弱电箱的设计，具体涉及智能降温遥控弱电箱的设计，及基于该智能降温遥控弱电箱的智能降温方法。

背景技术：

随着互联网高速发展以及智能家居的推广，人们对网络的使用越来越频繁，数据交换量越来越大，这势必会使家用的调制解调器、路由器以及光纤入户使用的光纤猫等设备发热严重，而这些设备往往装在狭小的弱电箱内，并且这些设备一般都是全天候开机，导致使用环境温度过高，会出现性能变差，死机，加速设备老化等问题。

近年来，国内出现了在弱电箱上设计散热孔，或在弱电箱外挂风扇来降温的方式，前者散热效果不佳，后者散热效率低，而且安装繁琐，影响美观。

此外，弱电箱常会安装在高处或者不易触碰到的角落，如果箱内设备需要关闭电源重启，会给操作者带来不便。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述缺点，提供一种智能降温遥控弱电箱及其智能降温方法。根据国家通信行业推荐标准yd/t1076-2000(接入网技术要求—电缆调制解调器(cm))中9.1.1规定cm在0℃—40℃的环境中应能正常工作。tplinktl-sf1016d交换机使用说明指出，温度过高会加速绝缘材料老化过程，严重影响设备使用寿命，其正常工作温度为0℃—40℃。电子计算机场地通用规范(gb/t2887—2000)规定，设备工作温度应在15℃—30℃为佳，因此我们设定25℃为最佳工作温度，当温度低于25℃，降温模块不工作，当温度高于25℃时启动降温模块，随着温度的升高降温模块中的风扇转速逐步提高，当温度高于39℃时，降温模块全速工作，具体参见附图3，如果温度高达45℃，则发出报警信号，若10分钟后温度依然高于45℃，则断开电源停机，具体参见附图5。此外还具有远程开机、关机，定时开机、关机的功能。

整体结构参见图1，弱电箱箱体包括设备安装接线区域和散热 孔。弱电箱内部设备包括温度传感器、电源模块、控制板、无线信号收发器、设备电源开关按钮以及风扇。面板上有散热孔及风扇用于设备安装接线区域散热。设备电源开关按钮用于控制箱内各个设备的电源。

所述电源模块为控制板进行供电。所述控制板是集成了以微处理器为核心的多个控制模块，包括微处理器、温度采集模块、无线信号收发模块、继电器驱动模块、报警器、降温模块、rtc实时时钟模块以及继电器。

控制电路设计参见图2，控制板以微处理器如msp430f135微功耗单片机为核心控制单元，微控制器与降温模块、温度采集模块、无线信号收发模块和继电器驱动模块相连接。

所述温度传感器的信号输出端与温度采集模块的信号输入端连接，温度采集模块将温度传感器采集到的信号转换为数字信号。所述温度采集模块的数据输出端与微处理器的数据输入端连接，微处理器对温度采集模块得到的数字信号进行分析。

所述rtc实时时钟模块的串行接口与微处理器的串行端口连接，rtc实时时钟模块的触发端口与微处理器的外部中断端口连接，rtc实时时钟模块记录定时时间，并将当前时间与定时时间比对，如果两者匹配，rtc实时时钟模块的触发端口输出下降沿触发微处理器外部中断，微处理器进入中断服务子程序中通过串行接口读出rtc实时时钟模块的状态寄存器，判断为定时关信号还是定时开信号。

所述无线信号收发模块的通讯端口与微处理器的通讯端口连接，所述无线信号收发模块的信号端口与无线信号收发器信号端口连接，所述无线信号收发器与手机或者遥控器建立通讯协议。

所述继电器驱动模块的控制端口与微处理器的控制端口a连接，继电器驱动模块的控制输出端与继电器的控制输入端连接。

所述报警器的控制端口与微处理器的控制端口b连接。

所述降温模块的信号端与微处理器的控制端口c连接，所述降温模块的电源控制端与风扇的电源端连接。

所述无线信号收发器是无线信号接收模块的通讯元件，选自蓝牙天线、射频天线或红外线收发器。

进一步的，所述风扇采用四线风扇，分别电源正、电源负、pwm 脉宽调制波转速控制线和转速信号输出线。电源正与12v电源连接，电源负与降温模块的场效应管连接，pwm脉宽调制波转速控制线与微处理器的控制端口连接，转速信号输出线与微处理器的信号输入端口连接。风扇调速和测速原理主要为：

1.pwm信号可以通过调整占空比让风扇得电时断时续，等效于各种值的模拟电压数值，实现风扇调速功能。

2.微处理器msp430f135的p1.2引脚输出的pwm信号占空比越高，风扇转速越快，反之亦然。

3.微处理器msp430f135的p4.2引脚输出高、低电平控制风扇的开启或关闭。

4.pwm信号的占空比有两种控制途径：单片机采集温度传感器ds18b20信号获得箱内温度，根据弱电箱温度自动控制，控制方法及流程参见附图3所示；也可根据手机的增档或减档指令来人为控制，参见附图4所示。

5.风扇每转一圈测速引脚会发出一个脉冲信号，单片机记录该引脚5s内的脉冲数，再乘以12，即为风扇转速(单位：转/分)。

所述弱电箱内有设备电源控制模块。箱内设备电源控制模块包含继电器驱动模块和继电器。箱内设备，如调制解调器和路由器，其电源接在一个12v的直流继电器上，单片机可以根据接收的手机信号，控制继电器的电磁机构，接通或断开调制解调器和路由器电源。若采用实时控制模式，手机发送通断指令至单片机直接控制电源的通断；若采用定时功能，手机发送定时数据至单片机，单片机将时间数据写入rtc芯片ds3231,定时时间到，ds3231输出中断信号，单片机在中断服务子程序中对定时时间进行比较，如是定时开信号，则接通设备电源，如是定时关信号则关闭电源，工作流程参见图6，具体工作流程如下：

1)微处理器接收手机发送的电源控制指令，并判断工作模式。

2)判断工作模式为实时控制模式，跳转至步骤3)。如果工作模式为定时控制模式，跳转至步骤4)。

3)工作模式为实时控制模式时，微处理器判断电源通断指令。如果指令为“o”则微处理器控制继电器接通电源，跳转至步骤6)进一步判断降温模式。如果指令为“c”则微处理器控制继电器关闭 电源，并返回步骤1)，等待下一个指令信号。

4)工作模式为定时控制模式时，微处理器将定时时间写入rtc实时时钟模块。rtc实时时钟模块等待定时时间，跳转至步骤5)。

5)当定时时间到，rtc实时时钟模块输出中断信号，微处理器在中断服务子程序中对定时信号进行比较，判断是否为定时关信号。

如果是定时关信号，微处理器控制继电器关闭电源，并返回步骤1)等待下一个指令信号。

如果不是为定时关信号，微处理器控制继电器接通电源，跳转至步骤6)进一步判断降温模式。

6)当微处理器接收来自手机的“auto”控制信号时，微处理器跳转至步骤7)进入自动降温模式。当微处理器接收来自手机的“手动”控制信号时，微处理器跳转至步骤8)进入手动降温模式。

7)当设置为自动模式。

7.1)微处理器接收来自手机的“auto”控制信号。

7.2)微处理器通过温度采集模块自动检测温度传感器采集的温度t，并判断温度。

7.2.1)当t≤25℃时，微处理器通过降温模块调节风扇的pwm占空比为0。

7.2.2)当25℃＜t≤28℃时，微处理器通过降温模块调节风扇的pwm占空比为20％。

7.2.3)当28℃＜t≤31℃时，微处理器通过降温模块调节风扇的pwm占空比为40％。

7.2.4)当31℃＜t≤34℃时，微处理器通过降温模块调节风扇的pwm占空比为60％。

7.2.5)当34℃＜t≤39℃时，微处理器通过降温模块调节风扇的pwm占空比为80％。

7.2.6)当39℃＜t时，微处理器通过降温模块调节风扇的pwm占空比为100％。

7.3)微处理器延时5s处理。

7.4)将温度和转速信息发送至手机客户端。

7.5)重复步骤7.2)、7.3)和7.4)，直到微处理器电源关断时，跳出此循环。

8)当设置为手动模式。

8.1)微处理器接收来自手机的“手动”控制信号。

8.2)微处理器接收来自手机的“增档”或“减档”控制信号，当减档时，先判断n是否等于0，如果n＝0，n保持不变，否则n＝n-1。当增档时，先判断n是否等于5，如果n＝5，n保持不变，否则n＝n+1。

8.3)微处理器判断档位信号n值。

8.3.1)当档位n＝0时，微处理器通过降温模块调节风扇的pwm占空比为0。

8.3.2)当档位n＝1时，微处理器通过降温模块调节风扇的pwm占空比为20％。

8.3.3)当档位n＝2时，微处理器通过降温模块调节风扇的pwm占空比为40％。

8.3.4)当档位n＝3时，微处理器通过降温模块调节风扇的pwm占空比为60％。

8.3.5)当档位n＝4时，微处理器通过降温模块调节风扇的pwm占空比为80％。

8.3.6)当档位n＝5时，微处理器通过降温模块调节风扇的pwm占空比为100％。

8.4)将温度和转速信息发送至手机客户端。

8.5)重复步骤8.2)、8.3)和8.4)，直到微处理器电源关断时，跳出此循环。

进一步的，所述智能降温遥控弱电箱具有过热报警断电功能，当单片机检测到箱内温度≥45℃时，单片机每隔1分钟启动报警器提示设备过热，并且单片机控制散热风扇全速工作，如果10分钟后温度仍然大于45℃，则自动控制继电器关闭电源停机。具体工作流程参见附图5所示：

i)微处理器接收来自温度传感器检测的温度信号。

ii)判断温度是否达到45℃。当温度没有达到45℃时，跳转至步骤i)。当温度到达45℃时，跳转至步骤iii)。

iii)微处理器进行计时。

iv)当计时每达到1分钟，微处理器启动报警器，发送报警信号至手机。与此同时微处理器自动判断39℃＜t时，微处理器通过降温模 块调节风扇的pwm占空比为100％；并跳转至步骤i)，直到计时时间达到10分钟，跳转至步骤v)。

v)当计时达到10分钟，微处理器再次检测并判断温度。当温度没有达到45℃时，跳转至步骤i)。当温度到达45℃时，进行下一步。

vi)微处理器自动控制继电器关闭电源。

手机应用功能。手机app实现的功能有，参见图7：

(1)实时显示弱电箱中的温度和风扇转速，每隔5秒单片机发送一次实时的温度和风扇转速的数值信号，手机接收后显示。

(2)控制降温模块中的2种工作模式：

①自动模式：手机发送自动模式信号“auto”至单片机，单片机根据弱电箱温度自动调节风扇转速，每隔5秒单片机发送一次风扇工作的档位，手机实时显示当前风扇工作的档位。

②手动模式：风扇转速从0到全速6档可调。按“增速”或“减速”按钮时，手机将档位信号加1或减1发送给单片机，单片机接收后进入手动模式，按照档位信号控制风扇转速。

(3)箱内设备电源通断的实时控制。

(4)箱内设备电源通断的定时控制。

(5)显示报警信号。

本发明具有以下几个优点：

(1)该弱电箱内装有风扇，可以有效降低箱内温度，改善箱内设备使用环境，提升使用性能，延长使用寿命。

(2)风扇转速自动调整，节约电能。

(3)设有过热报警断电功能。

(4)可设定自动工作模式，自定义设备开启或关闭的时间段，也可以设置手动工作模式，随时可以开启或者关闭设备，能让设备得到停机休息，延长设备寿命，节约电能。

(5)所有的操作都可通过遥控器或者手机完成，包括设备开启关闭，工作模式设定，自定义风扇档位等操作，使用方便。

附图说明

图1为弱电箱结构示意图；

图2为控制板原理图；

图3为自动模式控制流程图；

图4为手动模式控制流程图；

图5为报警断电工作流程图；

图6为电源控制流程图；

图7为手机控制界面；

图8为实验样机图；

图9为控制板电路图；

图中1为设备安装接线区域，2为温度传感器，3为电源模块，4为控制板，5为无线信号收发器，6为散热孔，7为设备电源开关按钮，8为风扇，9为微处理器，10为温度采集模块，11为无线信号收发模块，12为继电器驱动模块，13为报警器，14为降温模块，15为rtc实时时钟模块，16为继电器。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

智能降温遥控弱电箱内部包括设备安装接线区域1、温度传感器2、电源模块3、控制板4、无线信号收发器5、散热孔6、设备电源开关按钮7、风扇8。

所述电源模块3为控制板4进行供电。所述控制板4是集成了以微处理器9为核心的多个控制模块，包括微处理器9、温度采集模块10、无线信号收发模块11、继电器驱动模块12、报警器13、降温模块14、rtc实时时钟模块15以及继电器16。微处理器9采用9msp430f135微功耗单片机，温度采集模块10采用数字温度传感器ds18b20和上拉电阻，无线信号收发模块11采用蓝牙芯片bc417143b,继电器驱动模块12采用场效应管rtf015n03，报警器13采用蜂鸣器abt-414-rc,风扇8采用四线风扇da06010b12u和场效应管rtf015n03，rtc实时时钟模块15采用芯片1ds3231，继电器16采 用g5la-14。

所述温度传感器2的信号输出端与温度采集模块10的信号输入端连接，温度采集模块10将温度传感器2采集到的信号转换为数字信号。所述温度采集模块10的数据输出端与微处理器9的数据输入端连接，微处理器9对温度采集模块10得到的数字信号进行分析。

所述rtc实时时钟模块15的i²c接口与微处理器9的模拟i²c端口连接。

所述无线信号收发模块11的通讯端口与微处理器9的通讯端口连接，所述无线信号收发模块11的信号端口与无线信号收发器5信号端口连接，所述无线信号收发器5与手机或者遥控器建立通讯协议。

所述继电器驱动模块12的控制端口与微处理器9的控制端口a连接，继电器驱动模块12的控制输出端与继电器16的控制输入端连接。

所述报警器13的控制端口与微处理器9的控制端口b连接。

所述降温模块14的信号端与微处理器9的控制端口c连接，降温模块14的电源控制端与风扇8连接。

所述无线信号收发器5是无线信号接收模块11的通讯元件，选自蓝牙天线、射频信号天线、红外线收发器。

所述风扇8采用四线风扇，分别电源正、地线负、pwm脉宽调制波转速控制线和转速信号输出线。pwm脉宽调制波转速控制线与微处理器9的控制端口连接，转速信号输出线与微处理器9信号输出端口连接。

实施例2：

电源控制包括实时控制模式和定时控制模式。电源控制模块包括继电器驱动模块12和继电器16。所述微处理器9根据手机信号，控制继电器16接通或断开调制解调器和路由器电源。

其一：

当长期外出需要关闭弱电箱的电源时，用户可以通过手机发出关闭电源的指令。控制流程如下；

i)微处理器9接收手机发送的电源控制指令，并判断工作模式为实时控制模式。

ii)工作模式为实时控制模式时，微处理器9判断电源通断指令，指令为“c”微处理器9控制继电器16断开调制解调器和路由器电源，关闭电源。

其二：

用户外出回来需要开启电源，直接通过手机发出开启电源的指令，并将降温模式设置为手动模式。控制流程如下；

1)微处理器9接收手机发送的电源控制指令，并判断工作模式为实时控制模式。

2)工作模式为实时控制模式时，微处理器9判断电源通断指令，指令为“o”微处理器9控制继电器16开启电源。

3)当微处理器9接收来自手机的“手动”控制信号时，微处理器9跳转至步骤4)进入手动降温模式。

4)当降温模式设置为手动模式。

4.1)微处理器9接收来自手机的“手动”控制信号。

4.2)微处理器9接收来自手机的“增档”或“减档”控制信号，当减档时，先判断n是否等于0，如果n＝0，n保持不变，否则n＝n-1；当增档时，先判断n是否等于5，如果n＝5，n保持不变，否则n＝n＋1。

4.3)微处理器9判断档位信号n值。

4.3.1)当档位n＝0时，微处理器9通过降温模块14调节风扇的pwm占空比为0。

4.3.2)当档位n＝1时，微处理器9通过降温模块14调节风扇的pwm占空比为20％。

4.3.3)当档位n＝2时，微处理器9通过降温模块14调节风扇的pwm占空比为40％。

4.3.4)当档位n＝3时，微处理器9通过降温模块14调节风扇的pwm占空比为60％。

4.3.5)当档位n＝4时，微处理器9通过降温模块14调节风扇的pwm占空比为80％。

4.3.6)当档位n＝5时，微处理器9通过降温模块14调节风扇的pwm占空比为100％。

4.4)将温度和转速信息发送至手机客户端。

4.5)重复步骤4.2)、4.3)和4.4)，当所述微处理器9电源 关断时，跳出此循环。

其三：

当用户在下午2点需要临时外出4个小时，用户通过手机设置在关闭时间为“14时”、开启时间为“18时”，并设置降温模式为自动降温。控制流程如下：

1)微处理器9接收手机发送的电源控制指令，并判断工作模式为定时控制模式。

2)工作模式为定时控制模式时，微处理器9将定时关时间“14时”和定时开启时间“18时”写入rtc实时时钟模块15。rtc实时时钟模块15等待定时时间。

3)定时关时间“14时”到，rtc实时时钟模块15输出中断信号，微处理器9在中断服务子程序中对定时信号进行比较，判断信号为定时关信号，微处理器9自动控制继电器16关闭电源。

4)定时开启时间“18时”到，rtc实时时钟模块15输出中断信号，微处理器9在中断服务子程序中对定时信号进行比较，判断信号为定时开启信号，微处理器9开启电源。跳转至步骤5)进一步判断降温模式。

5)当微处理器9接收来自手机的“auto”控制信号时，微处理器9跳转至步骤6)进入自动降温模式。

6)当降温模式设置为自动模式。

6.1)微处理器9接收来自手机的“auto”控制信号。

6.2)微处理器9通过温度采集模块10自动检测温度传感器2采集的温度t，并判断温度。

6.2.1)当t≤25℃时，微处理器9通过降温模块14调节风扇的pwm占空比为0。

6.2.2)当25℃＜t≤28℃时，微处理器9通过降温模块14调节风扇的pwm占空比为20％。

6.2.3)当28℃＜t≤31℃时，微处理器9通过降温模块14调节风扇的pwm占空比为40％。

6.2.4)当31℃＜t≤34℃时，微处理器9通过降温模块14调节风扇的pwm占空比为60％。

6.2.5)当34℃＜t≤39℃时，微处理器9通过降温模块14调节风 扇的pwm占空比为80％。

6.2.6)当39℃＜t时，微处理器9通过降温模块14调节风扇的pwm占空比为100％。

6.3)微处理器9延时5s处理。

6.4)将温度和转速信息发送至手机客户端。

6.5)重复步骤6.2)、6.3)和6.4)，当所述微处理器9电源关断时，跳出此循环。

实施例3

所述智能降温遥控弱电箱的智能降温方法，智能降温方法包括自动模式和手动模式。

其一：

用户通过手机为设置智能降温方法为自动模式，微处理器9接收来自手机的“auto”控制信号。微处理器9通过温度采集模块10自动检测温度传感器2采集的温度t，并判断温度。当温度为26℃时，微处理器9判断温度在25℃＜t≤28℃内，微处理器9通过降温模块14调节风扇的pwm占空比为0。微处理器9延时5s处理，将温度和转速信息发送至手机客户端。

其二：

用户在看到手机显示弱电箱内温度为28℃，当前档位为0时，用户通过手机为设置智能降温方法为手动模式，并进行加1档操作。微处理器9接收来自手机的增档控制信号，档数为n＝0+1。微处理器9判断档位信号n＝1的值，微处理器9通过降温模块14调节风扇的pwm占空比为20％。并且将温度和转速信息发送至手机客户端，用户可以随时关注弱电箱情况。

实施例4：

所述智能降温遥控弱电箱的智能降温方法，当电源控制实时控制模式，微处理器9过热报警断电过程。

其一：

家里家电部分在工作，当弱电箱内的温度传感器2检测到的箱内温度为47℃时，微处理器9接收来自温度传感器2检测的温度信号。判断温度已超过45℃，微处理器9开始进行计时。计时每达到1分钟，微处理器9启动报警器，发送报警信号至手机。与此同时， 微处理器9自动判断温度39℃＜t，微处理器9控制降温模块14调节风扇的pwm占空比为100％，使风扇全速工作。

当计时达到10分钟，温度传感器2检测到的箱内温度为48℃，微处理器9再次检测并判断温度依然超过45℃，微处理器9自动控制继电器16关闭电源。

其二：

当弱电箱内的温度传感器2检测到的箱内温度为47℃时，微处理器9接收来自温度传感器2检测的温度信号。判断温度已超过45℃，微处理器9开始进行计时。计时每达到1分钟，微处理器9启动报警器，发送报警信号至手机。与此同时，微处理器9自动判断温度39℃＜t，微处理器9控制降温模块14调节风扇的pwm占空比为100％，使风扇全速工作。

当计时达到10分钟，温度传感器2检测到的箱内温度为44℃，微处理器9再次检测并判断温度没有超过45℃，微处理器9没有关闭电源的动作。

实施例5：

所述智能降温遥控弱电箱的智能降温方法，当电源控制定时控制模式，微处理器9过热报警断电过程。

夏天天气热，原本用户计划在2点半回到家，于是就将电源定时在2点开启，同时家里的电器均开启，但是由于计划被打乱，又遗忘了已经通过手机将电源定时开启。

下午3点半，全部家电工作了一个小时，弱电箱内的温度传感器2检测到的箱内温度为47℃，微处理器9接收来自温度传感器2检测的温度信号。判断温度已超过45℃，微处理器9开始进行计时。计时每达到1分钟，微处理器9启动报警器，发送报警信号至手机。与此同时，微处理器9自动判断温度39℃＜t，微处理器9控制降温模块14调节风扇的pwm占空比为100％，使风扇全速工作。

但是由于用户忙于工作，没把手机放在身边，这个时候当计时达到10分钟，温度传感器2检测到的箱内温度为48℃，微处理器9再次检测并判断温度依然超过45℃，微处理器9自动控制继电器16关闭电源，家里家电全部停止工作。