基于簡(jiǎn)單溫控的筆記本散熱器設(shè)計(jì)

王晴晴 馮留陽(yáng) 于晶

摘要：筆記本運(yùn)行時(shí)溫度過(guò)高對(duì)其壽命的影響是非常致命的，過(guò)高的溫度甚至?xí)?dǎo)致主板、處理器燒壞。散熱不好的筆記本，幫助其散熱就顯得非常重要。該智能溫度控制的筆記本散熱器，溫度控制采用PID算法，根據(jù)設(shè)定的溫度值與采集回來(lái)的溫度值形成的偏差進(jìn)行自適應(yīng)控制，溫度除采集CPU處外還采集多點(diǎn)溫度起輔助作用，驅(qū)動(dòng)采用雙電機(jī)，可實(shí)現(xiàn)不統(tǒng)一轉(zhuǎn)速的控制。

關(guān)鍵詞：智能溫度控制；筆記本；散熱器；PID

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-9129（2018）07-0026-02

Absrtact： the impact of high temperature on the lifetime of notebook is very fatal， too high temperature can even lead to the burning of motherboard and processor. It is very important to help a notebook with poor heat dissipation. In the notebook radiator with intelligent temperature control， the temperature control adopts PID algorithm， according to the deviation between the set temperature value and the collected temperature value， the temperature is controlled adaptively. Besides collecting CPU， the temperature also collects multi-point temperature to play an auxiliary role. Double motor is used to drive， which can realize the control of non-uniform speed.

Key words： intelligent temperature control； notebook； radiator pid

1 引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)與生活水平的發(fā)展，對(duì)筆記本電腦散熱器的需求量也日益增加，市場(chǎng)上普通的散熱器就只能一個(gè)速度進(jìn)行控制，不能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)風(fēng)扇的智能控制，已經(jīng)滿(mǎn)足不了消費(fèi)者的需求，而該課題所設(shè)計(jì)的散熱器可以實(shí)現(xiàn)高效率的散熱，采集溫度的傳感器以及散熱裝置安裝在電腦的下方，能夠?qū)崿F(xiàn)較高效率的采集溫度和降溫。為了更好實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的功能，增加了顯示模塊和按鍵模塊，用戶(hù)可以通過(guò)按鍵的控制進(jìn)行預(yù)定溫度的設(shè)置，通過(guò)顯示模塊可以清楚的了解到此時(shí)筆記本的溫度值、設(shè)定溫度值以及電機(jī)工作狀態(tài)等參數(shù)。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的溫度檢測(cè)傳感器選用工業(yè)上常用的溫度采集模塊DS18B20，溫度的控制系統(tǒng)采用最常用的STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)。使用OLED顯示屏作為人機(jī)交互的模塊，采用燈光報(bào)警的方式友善的提醒用戶(hù)筆記本此時(shí)的狀態(tài)。該設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)多路溫度采集與雙風(fēng)扇散熱的控制，從而實(shí)現(xiàn)高效率、高速度的散熱。主要的模塊包括：多路溫度采集模塊、單片機(jī)控制模塊、人機(jī)交互模塊、按鍵控制模塊、報(bào)警模塊、風(fēng)扇等。具體的系統(tǒng)框圖如下圖1所示。

2.1多路溫度采集

由于筆記本的面積相對(duì)來(lái)說(shuō)還是比較大的，那么僅僅是采集某一處的溫度進(jìn)行控制那顯然控制的很不精確也不合理，所以該設(shè)計(jì)打破普通的溫度控制式散熱器，更改為通過(guò)采集五個(gè)位置的溫度值進(jìn)行控制，并且以處于CPU位置的溫度值為主控溫度值，其他四個(gè)點(diǎn)的溫度值作為輔助控制溫度值。

采用DS18B20傳感器進(jìn)行溫度采集，DS18B20 為單線(xiàn)數(shù)字溫度傳感器，即“一線(xiàn)器件”，其具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：采用單總線(xiàn)的接口方式與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線(xiàn)即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。單總線(xiàn)具有經(jīng)濟(jì)性好，抗干擾能力強(qiáng)，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，使用戶(hù)可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。

2.2人機(jī)交互

使用OLED作為人機(jī)交互的主要原因是由于該設(shè)備可以進(jìn)行中文文字的顯示，那么利用該特點(diǎn)就可以設(shè)計(jì)出一個(gè)具有中文界面的顯示裝置，并且該模塊的體積非常小，所以對(duì)于安裝方面要求也不大。通過(guò)該模塊可以清晰的了解筆記本的溫度值，此時(shí)電機(jī)工作的狀態(tài)以及用戶(hù)設(shè)定的溫度控制值等。

2.3燈光報(bào)警

采用燈光報(bào)警的方式是考慮到用戶(hù)的體驗(yàn)，采用呼吸燈的方式進(jìn)行報(bào)警，既能起到報(bào)警的效果又能讓人更加容易接受，該燈光報(bào)警亦能手動(dòng)關(guān)掉，這也是該設(shè)計(jì)人性化的一點(diǎn)設(shè)計(jì)，增加該設(shè)計(jì)的可用性。

2.4按鍵控制

使用按鍵控制的主要原因還是想要通過(guò)按鍵可以更好的實(shí)現(xiàn)控速和人性化設(shè)計(jì)，通過(guò)按鍵可以設(shè)定報(bào)警的最高溫度值以及想要降到的溫度值即預(yù)定溫度值。

2.5散熱設(shè)備的控制

散熱設(shè)備采用常用的直流散熱風(fēng)扇，主要還是控制直流電機(jī)，對(duì)于直流電機(jī)的控制我們通過(guò)PWM輸出到驅(qū)動(dòng)接著驅(qū)動(dòng)電機(jī)。采用PWM控制電機(jī)可以更好的實(shí)現(xiàn)電機(jī)的不同速度的運(yùn)行進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更加智能化的控制。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

3.1多路溫度采集并聯(lián)式

多路溫度采集通過(guò)并聯(lián)DS18B20進(jìn)行采集，所有DS18B20并聯(lián)后其數(shù)據(jù)線(xiàn)連接到處理器的一個(gè)端口線(xiàn)上，顯著特點(diǎn)是只占用單片機(jī)的一個(gè)端口。每個(gè)DS18B20內(nèi)部均有一個(gè)唯一的64位序列號(hào)，在工作之前先將主系統(tǒng)與DS18B20逐個(gè)連接，分別讀出序列號(hào)并存儲(chǔ)在單片機(jī)中。這樣就能通過(guò)讀取相應(yīng)位置DS18B20的序列號(hào)就能夠讀取其溫度。

3.2按鍵控制電路

按鍵控制電路的設(shè)計(jì)是利用單片機(jī)的外部中斷0端口對(duì)該IO口的下降沿進(jìn)行讀數(shù)，通過(guò)判斷按鍵按下的次數(shù)來(lái)選擇讀取顯示規(guī)定情況下的溫度值，按鍵的一端接上拉電阻并且和單片機(jī)的P32連接，另一端直接和地連接，能夠有效的減少誤操作等問(wèn)題。

3.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

為了能夠?qū)崿F(xiàn)快速以局部降溫，該設(shè)計(jì)采用H橋式雙電機(jī)控制，可以?xún)呻姍C(jī)不統(tǒng)一轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)局部高溫快速降溫的同時(shí)還能節(jié)約能源。

4 算法實(shí)現(xiàn)

采用間隔時(shí)間內(nèi)采集五路的溫度值，通過(guò)加權(quán)算法算出現(xiàn)在求出溫度值，根據(jù)一秒內(nèi)溫度變化的趨勢(shì)反饋給控制設(shè)備，控制設(shè)備根據(jù)反饋的信號(hào)在進(jìn)行方案判決。在電機(jī)控制方面采用PID控制，根據(jù)采集回來(lái)的溫度值多電機(jī)進(jìn)行控制。根據(jù)設(shè)計(jì)的具體情況該設(shè)計(jì)采用增量式PID算法，增量式PID控制將當(dāng)前時(shí)刻的控制量和上一時(shí)刻的控制量做差，以差值為新的控制量，是一種遞推式的算法。根據(jù)前面加權(quán)算法求出的溫度的測(cè)量值與設(shè)定溫度的測(cè)量值形成偏差，然后根據(jù)增量式PID的算法求出前一時(shí)刻的偏差，進(jìn)而輸出控制電機(jī)的值，進(jìn)而電機(jī)帶動(dòng)風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)降熱的效果，使用PID進(jìn)行電機(jī)的控制主要是利用其能夠快速達(dá)到降溫效果。程序流程圖如圖2所示。

5 結(jié)論

該設(shè)計(jì)的主要是人機(jī)交互方面可以實(shí)現(xiàn)按鍵設(shè)置OLED顯示，在控制部分實(shí)現(xiàn)溫度的多點(diǎn)采集，雙電機(jī)控制和PID算法，可同一控制也可獨(dú)立控制。各個(gè)模塊之間能夠較容易的實(shí)現(xiàn)，各個(gè)算法也是比較成熟的算法，能夠滿(mǎn)足該設(shè)計(jì)的要求。

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