散熱器智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

覃光鋒

（廣西機(jī)電技師學(xué)院，廣西柳州545005）

散熱器智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

覃光鋒

（廣西機(jī)電技師學(xué)院，廣西柳州545005）

該設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)為控制核心，利用溫度傳感器電路，及時(shí)而準(zhǔn)確的采集溫度信息，并采用LCD1602實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)溫度，同時(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊通過(guò)PWM控制L293輸出的不同電壓來(lái)進(jìn)行調(diào)速，把智能控制技術(shù)用于散熱器的控制中，利用電源散熱片的溫度對(duì)散熱風(fēng)扇進(jìn)行溫控。該設(shè)計(jì)對(duì)散熱器的智能控制研究有一定的借鑒意義。

單片機(jī)；LCD1602；溫度傳感器；紅外檢測(cè)模塊

隨著時(shí)代的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品也迅速發(fā)展起來(lái)，現(xiàn)在電子產(chǎn)品已經(jīng)成為社會(huì)的主流產(chǎn)品。但由于現(xiàn)在的電子產(chǎn)品功率效能大幅提升，體積又轉(zhuǎn)超薄短小型，電子產(chǎn)品的處理器已經(jīng)進(jìn)入了2.8 GHz以上的高運(yùn)算階段，而當(dāng)處理器處于高運(yùn)算時(shí)則會(huì)使電子產(chǎn)品不斷發(fā)熱，容易造成產(chǎn)品損壞。要生產(chǎn)出一種合格的電子產(chǎn)品，不但要確保產(chǎn)品的應(yīng)用功能能夠?qū)崿F(xiàn)，同時(shí)也要確保產(chǎn)品的穩(wěn)定性、工作壽命，以及對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力等，而這些都和溫度有著千絲萬(wàn)縷的關(guān)系。據(jù)調(diào)查所知，大多數(shù)的電子產(chǎn)品損壞的原因就是溫度過(guò)高，說(shuō)明了散熱設(shè)計(jì)是很重要的。為求快速散熱以及確保產(chǎn)品的效能，使用散熱器元件解決熱源問(wèn)題已成為電子產(chǎn)品穩(wěn)定與否的重要關(guān)鍵[1-2]。

本設(shè)計(jì)采用按鍵設(shè)置溫度范圍，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)置溫度范圍內(nèi)時(shí)啟動(dòng)風(fēng)扇，當(dāng)溫度低于設(shè)置下限溫度時(shí)關(guān)閉風(fēng)扇，當(dāng)溫度高于設(shè)置上限溫度時(shí)或風(fēng)扇出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行聲光提示。

1 總體方案設(shè)計(jì)

1.1 方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的主要指標(biāo)：

（1）溫度范圍可調(diào)。

（2）采用LCD1602顯示溫度。

（3）散熱器安裝在電源上。

（4）當(dāng)溫度高于一定溫度時(shí)或風(fēng)扇故障時(shí)進(jìn)行聲光提示。

系統(tǒng)是基于STC89C52單片機(jī)的散熱器的智能控制系統(tǒng)，其中包括的模塊分別是：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制模塊、LCD顯示模塊、按鍵輸入模塊、溫度傳感器測(cè)溫模塊、聲光提示模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和紅外檢測(cè)模塊，各個(gè)模塊共同實(shí)現(xiàn)了散熱器的智能控制功能。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖

1.2 方案實(shí)現(xiàn)方法

散熱器的智能控制設(shè)計(jì)是以STC89C52單片機(jī)作為主控芯片來(lái)控制各個(gè)模塊，通過(guò)DS18B20溫度傳感器采集溫度信息，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后通過(guò)P3.6口傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中[3-4]。按鍵模塊的作用是：可以切換工作模式，同時(shí)設(shè)置散熱溫度上下限值；之后通過(guò)1602液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示所檢測(cè)到的溫度和系統(tǒng)的工作界面；在電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路中，通過(guò)PWM控制L293輸出電壓的不同，來(lái)控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速[5]；通過(guò)單片機(jī)和紅外檢測(cè)模塊來(lái)檢測(cè)散熱風(fēng)扇的故障，利用紅外遮擋原理，風(fēng)扇沒(méi)壞的話會(huì)轉(zhuǎn)，紅外就會(huì)有遮擋，同時(shí)OUT端口會(huì)持續(xù)輸出低電平信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)脈沖，傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，如果風(fēng)扇出現(xiàn)故障了，就不會(huì)產(chǎn)生脈沖，會(huì)有聲光提示（就是LED燈亮起來(lái)以及蜂鳴器報(bào)警）；在正常模式下，系統(tǒng)則會(huì)一直檢測(cè)電源的溫度，并通過(guò)與設(shè)置的溫度上下限值進(jìn)行比較來(lái)實(shí)現(xiàn)散熱風(fēng)扇的智能控制，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)置溫度范圍內(nèi)時(shí)啟動(dòng)風(fēng)扇，當(dāng)溫度低于設(shè)置的下限溫度時(shí)關(guān)閉風(fēng)扇，當(dāng)溫度高于設(shè)置的上限溫度時(shí)或風(fēng)扇出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行聲光提示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

單片機(jī)最小系統(tǒng)是由單片機(jī)+電源電路+復(fù)位電路+晶振電路組成的，下面分別簡(jiǎn)單介紹各個(gè)組成部分。

圖2中是晶振以及復(fù)位電路，這里的復(fù)位電路是手動(dòng)按鍵復(fù)位。當(dāng)人為按下按鍵時(shí)，單片機(jī)的+5 V正電源端就會(huì)與單片機(jī)的RST引腳短接。復(fù)位之后，主要特征是單片機(jī)各個(gè)IO口都呈現(xiàn)高電平，程序計(jì)數(shù)器從零開(kāi)始執(zhí)行程序，達(dá)到復(fù)位的目的。在此設(shè)計(jì)中，復(fù)位按鍵按下，所有設(shè)置的當(dāng)前時(shí)間都被清除，回到初始狀態(tài)，相當(dāng)于掉電重啟[2]。

圖2晶振與復(fù)位電路

圖3 是電源電路，采用交流電提供直流穩(wěn)壓電源，降壓至5 V后給單片機(jī)及其他邏輯單元供電。

圖3 電源電路

單片機(jī)的可靠性高，處理和控制能力強(qiáng)，速度快，功耗低，體積小，使用方便。由圖4可以看出，系統(tǒng)用STC89C52作為主控芯片，控制各個(gè)模塊，使得各個(gè)模塊完成各自的工作，從而使整個(gè)系統(tǒng)的功能達(dá)到完善。

圖4 單片機(jī)

2.2 按鍵模塊電路

為了能實(shí)現(xiàn)溫度范圍可調(diào)，采用按鍵來(lái)輸入信號(hào)。按鍵采用5個(gè)獨(dú)立的按鍵，一個(gè)功能鍵、一個(gè)加按鍵、一個(gè)減按鍵、兩個(gè)速度鍵，其中通過(guò)功能鍵、加減按鍵來(lái)設(shè)置系統(tǒng)的溫度上下限值。五個(gè)按鍵的一端分別接STC89C52的I/O端口P13～P17，另一端接地即可，如圖5所示。

圖5 按鍵電路

在圖3中S1是電源開(kāi)關(guān)，接上電源后按下S1，顯示屏進(jìn)入主界面，上面顯示當(dāng)前溫度以及工作模式。圖5中key1的作用是：按下后顯示屏跳到設(shè)置溫度上下限值的界面，按一下可以調(diào)節(jié)上限值，再按一下可以調(diào)節(jié)下限值，再按一下就回到主界面，key2和key3是加減鍵，通過(guò)這兩個(gè)鍵來(lái)設(shè)置上下限溫度值。本系統(tǒng)還分為手動(dòng)調(diào)速模式和自動(dòng)調(diào)速模式，通過(guò)key2或key3來(lái)轉(zhuǎn)換模式。Key4和key5的作用是調(diào)節(jié)散熱風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。

2.3 溫度傳感器模塊電路

該模塊通過(guò)溫度傳感器DS18B20來(lái)采集電源周?chē)臏囟?，同時(shí)將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)的P3.6口，通過(guò)過(guò)單片機(jī)處理后，使用LCD1602來(lái)顯示實(shí)時(shí)溫度值[6-7]。電路圖如下圖6所示。

圖6 DS18B20溫度傳感器電路

2.4 LCD顯示屏模塊電路

該模塊使用的是LCD液晶顯示屏，系統(tǒng)采用帶背光的字符型液晶，將顯示切換開(kāi)關(guān)切換到LCD工作狀態(tài)，LCD1602可以顯示當(dāng)前的工作模式以及電源當(dāng)前溫度。LCD1602采用并行通信方式，電路中用一個(gè)10 k的精調(diào)電阻調(diào)節(jié)液晶的亮度，LCD1602模塊可以和STC89C52的I/O口直接接口[8]，如圖7所示。

圖7 LCD顯示電路

由圖7可以看出，LCD1602的控制管腳接到了單片機(jī)的管腳上，與單片機(jī)進(jìn)行通訊。

2.5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路

當(dāng)DS18B20溫度傳感器采集到的溫度信息后，所測(cè)溫度高于所設(shè)置的下限值，之后電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊通過(guò)PWM控制L293d電機(jī)輸出電壓的不同，來(lái)控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)散熱器的智能控制[5]。L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖8所示。

圖8 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

2.6 紅外檢測(cè)模塊電路

這個(gè)電路相對(duì)簡(jiǎn)單很多，其中第2腳接地，第3腳接5V電源，第1腳連接單片機(jī)的P34口，將檢測(cè)得到的脈沖傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)[6-7]。紅外檢測(cè)模塊電路如圖9所示。

圖9 紅外檢測(cè)模塊電路

2.7 聲光提示模塊電路

聲光提示模塊中包括LED燈和蜂鳴器，當(dāng)DS18B20芯片采集到的實(shí)時(shí)溫度高于一定溫度時(shí)或風(fēng)扇出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)進(jìn)行聲光提示。而蜂鳴器具有喇叭體積小，價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，所以選用蜂鳴器作為聲音提示。聲光提示模塊電路如圖10所示。

圖10 聲光提示模塊電路

由圖10可知，該聲光提示模塊中其中D4為L(zhǎng)ED燈，D1連接單片機(jī)P10口，按下電源電路中S1后，單片機(jī)（P10口）得到一低電平。D4為提示燈，串聯(lián)一個(gè)電阻分壓，連接到單片機(jī)的P2.4口。按照程序規(guī)則，給LED（P10口）一個(gè)低電平，然后燈亮。電路接一個(gè)PNP三極管作為蜂鳴器的開(kāi)關(guān)，連接到單片機(jī)P2.4口，與單片機(jī)進(jìn)行通訊。給它一個(gè)低電平，則蜂鳴器會(huì)發(fā)出提示聲。

3 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)通過(guò)制作后并經(jīng)過(guò)多次檢測(cè)系統(tǒng)的工作狀況，結(jié)果表明，散熱器的智能控制設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠正常有效地運(yùn)行，每個(gè)模塊都能實(shí)現(xiàn)該有的功能，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。

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Design of Intelligent Control System for Radiator

QIN Guang-feng
（Guangxi Institute of Mechanical and Electrical Technician，Liuzhou Guangxi 545005，China）

This design uses STC89C52 microcontroller as control core，using the temperature sensor circuit，timely and accurate collection of temperature information，and the use of LCD1602 display real-time temperature detection，and the motor drive module by different voltage PWM control L293 output to speed，the intelligent control technology for radiator control，temperature control of cooling fan with power supply the temperature of the heat sink.This design has certain reference significance to the intelligent control of radiator.

SCM；LCD1602；temperature sensor；Infrared obstacle avoidance module

TP368.1

A < class="emphasis_bold">文章編號(hào)：1

1672-545X（2017）05-0074-04

2017-02-05

覃光鋒（1983-），男，廣西興業(yè)縣人，講師，從事電子技術(shù)類職業(yè)教育。