基于單片機(jī)的智能散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

崔夢雅 羅丹 沈陽工學(xué)院

本文主要基于AT89C52 單片機(jī)、數(shù)字溫度傳感器DS18B20設(shè)計(jì)了一款智能散熱系統(tǒng)，詳細(xì)分析了傳感器，液晶顯示，單片機(jī)控制，按鍵掃秒，電源，風(fēng)扇以及聲光控制等電路模塊的硬件連接，軟件編程和系統(tǒng)控制流程。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)利用溫度傳感器收集溫度數(shù)據(jù)然后通過液晶屏顯示，并閾值溫度和實(shí)測溫度的差值，采用PWM模式控制風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)，對目標(biāo)物體進(jìn)行降溫，并通過蜂鳴器和發(fā)光二極管進(jìn)行報(bào)警提示，實(shí)現(xiàn)智能溫度控制和危險報(bào)警功能。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究與設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

環(huán)境的溫度參數(shù)高于最高設(shè)定值的時候，溫度信號由傳感器捕捉然后送到主控中樞，而后單片機(jī)將溫度信號使用BCD在LCD液晶屏幕上顯示，并根據(jù)溫度信號與設(shè)定的溫度閥值進(jìn)行對比，根據(jù)對比結(jié)果控制報(bào)警降溫電路的運(yùn)行。

1.2 系統(tǒng)總體流程綜述

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)由中樞芯片52單片機(jī)、顯示器、溫度傳感器等組成，設(shè)計(jì)方案如圖：

系統(tǒng)使用時，把溫度傳感器放在將要測試的環(huán)境中，溫度的變化使接收器接收到的信號產(chǎn)生變化，將溫度信號傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)的IO口。通過單片機(jī)的作用，獲得溫度信號對應(yīng)的BCD 碼并對應(yīng)顯示在液晶屏，并對比溫度信號控制降溫報(bào)警電路運(yùn)行。

圖1 系統(tǒng)框圖

本設(shè)計(jì)的最困難的是程序編碼和硬件電路調(diào)試部分，程序編碼部分的軟件是用C 語言寫的，C 語言是比較簡單的，它編寫起來猶如小說一樣，極其容易了解，并且測試、調(diào)試也比較快速。編寫的時候每個程序都是一個特定函數(shù)，不同模塊使用不同的函數(shù)建立，使用時只要調(diào)度特定函數(shù)便可，最后再把所有的函數(shù)通過主函數(shù)連接起來。實(shí)物電路的構(gòu)建需要各個支路電路的設(shè)計(jì)，這個過程的關(guān)鍵在于支路電路元件連接和主電路于支路電路的關(guān)系組建。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)

單片機(jī)接入電源后初始化，提取傳感器中溫度數(shù)據(jù)并顯示，然后根據(jù)按下按鍵，進(jìn)入相應(yīng)的功能。當(dāng)用戶按下設(shè)定按鍵后，單片機(jī)通過程序判定并在液晶屏上顯示進(jìn)入設(shè)定狀態(tài)。其后根據(jù)加減按鍵設(shè)定閥值溫度，最后在液晶屏上顯示。

其后根據(jù)設(shè)定的閥值與環(huán)境溫度進(jìn)行對比判定是否符合報(bào)警的條件以及降溫電路是否開啟。

2.2 軟件調(diào)試

功能多樣的數(shù)字設(shè)計(jì)系統(tǒng)都是以單片機(jī)為核心，多個函數(shù)的子程序連續(xù)調(diào)用和創(chuàng)建聯(lián)系會使得在修改和測試時出現(xiàn)各式各樣的問題。子程序的函數(shù)編寫不僅僅需要信心和信心還需要技巧，只有努力不懈的調(diào)試，才能最終完成系統(tǒng)程序的要求。以下記錄了我在程序編寫和調(diào)試時遇到的問題：

問題：進(jìn)入程序后，液晶LCD 有電源但是屏幕亮度過高或者無法顯示。解決：開始時對延時子程序做了修改，能夠解決無法顯示的問題。而后，由于是動態(tài)掃描顯示溫度信息，動態(tài)掃描的速度太快，如果不在返回時，屏蔽掉最后的附加，就會出現(xiàn)一種亮度過高的現(xiàn)象，所以在顯示的最后我加入了屏蔽，最終這個問題得以解決。

3 硬件調(diào)試

系統(tǒng)基于單片機(jī)控制電路，整個電路系統(tǒng)只要出一個錯誤，對相關(guān)線的檢測和系統(tǒng)運(yùn)行造成很大的影響甚至毀壞電路，所以在焊接電路時必須注意，否則會有虛焊，元器件損壞等，就會造成系統(tǒng)電路發(fā)生短路。

在設(shè)計(jì)和調(diào)試系統(tǒng)中，出現(xiàn)了很多問題。現(xiàn)在想來，大部分問題都是自己粗心造成都是可以避免的。以下是主要問題的歸總：

問題1：因?yàn)镻0 口驅(qū)動輸出弱，在液晶屏幕接上之后，顯示不亮。解決：仿真發(fā)現(xiàn)問題后，在LCD接口上加入上拉電阻（即電路圖中的排阻）后問題得到解決。

問題2：在測試狀態(tài), 但液晶屏顯示不隨測量數(shù)據(jù)變化而變化解決：先檢查電磁干擾對傳感器的影響，其次是檢查液晶刷新子程序是否存在問題。問題3：開機(jī)后顯示不正?；蛩罊C(jī)解決：檢查電源或關(guān)鍵電路，關(guān)鍵電路沒有故障的話則檢查電源電壓是否確定并且穩(wěn)定。

智能散熱有三個關(guān)鍵性的問題：（1）溫度傳感器的設(shè)計(jì)；（2）對輸出的溫度信號的提??；（3）電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。本次設(shè)計(jì)雖然已經(jīng)完成，但由于能力以及知識有限，所以仍有很多可以做的更好的地方。比如，系統(tǒng)功能較為單調(diào)，可以增加升溫功能，水冷功能，遠(yuǎn)程藍(lán)牙或者互聯(lián)網(wǎng)控制，解放人類的時間，更大限度的保護(hù)器件和提升器件的工作效率，同時實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測，更加的人性化。

4 總結(jié)

單片機(jī)技術(shù)，是人類社會和科技進(jìn)步的一個突破，他正在改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思維和設(shè)計(jì)方法；由傳統(tǒng)電路和模擬電路能實(shí)現(xiàn)的大部分功能和電路，現(xiàn)階段的單片機(jī)都能夠完成實(shí)現(xiàn)。智能散熱技術(shù)正由傳統(tǒng)老舊的情況向著智能化，數(shù)字化，多功能化發(fā)展。