1、摘 要笔记本电脑，便于携带，体积小，而且它的功能满足大多数人的需要，随着科学技术的近步带来的成本下降，笔记本的价格也为大多数人所接受。随着使用笔记本人数的增加，笔记本的各种问题也暴露出来，除了性价比之外，最关心的莫过于散热。笔记本在 性 能 与 便 携 性 对 抗 中 ， 散 热 成 为 最 关 键 的 因 素 ， 笔 记 本 散 热 一 直是 笔 记 本 核 心 技 术 中 的 瓶 颈 。 有 时 笔 记 本 电 脑 会 意 外 的 死 机 ， 一 般 就 是 系 统 温度 过 高 导 致 。 为 了 解 决 这 个 问 题 ， 人 们 设 计 了 散 热 底 座 ， 可 以 使 笔 记 本
2、 产 生 的热 量 尽 快 的 扩 散 到 电 脑 外 部 ， 不 影 响 笔 记 本 的 使 用 功 能 ， 不 会 使 电 脑 的 线 路 出 现腐 蚀 现 象 ， 保 证 笔 记 本 电 脑 的 正 常 工 作 。 好 的 底 座 可 以 很 大 的 延 长 笔 记 本 电 脑使 用 寿 命 。本设计针对散热问题做了深入的探讨，并设计出一套基于单片机控制的智能散热底座，综合了成本和性能等相关因素，采用了 Atmel 公司的 AT89S52 为核心搭建了该系统。在本着成本控制和推向市场的前提下，文中的电路简约而易于批量生产，在完成散热功能和最少成本的前提下达到了节能和智能。关键词：散热底座
3、；单片机；智能控制ABSTRACTNotebook computer is portable and small, and its functions could meet the needs of the majority, with the developing of science and technology, the cost decline, and the price of the laptop base to be acceptable to most people. But with the increase in the number of using the laptop
4、 people, they exposed various problems, in addition to cost, people always concerned about dissipating heat extremely. In the confrontation of the laptops performance and portability, the most critical factor is dissipating heat, and laptops dissipating heat has been the bottleneck of the core techn
5、ology. Sometimes it end up unexpected, it is always because of that the system temperature is too high. To solve this problem, people have designed heat dissipation base, the heat can remove from the laptop to the outside as quickly as possible, it does not affect the use of laptop, and its electron
6、ic line will not be eroded, to ensure the normal operation of laptop. A good base could extend the life of laptop.This design makes an in-depth discussion about heat dissipation, and design a microcontroller-based intelligent control of cooling base, synthesize cost and performance and so on, using
7、the core AT89S52 Atmel Corporation built the system. Under the premise of cost and market, the circuit in this design is simple and easy-to-volume production, it can be intelligent and energy-saving under the premise of heat dissipation and minimum cost.Key Words：cooling base; micro control unit; in
8、telligent control目 录1 引言 .11.1 系统研究背景 .11.2 散热原理和方式 .11.3 笔 记 本 散 热 底 座 设 计 .21.3.1 散 热 底 座 的 材 料 .21.3.2 散 热 底 座 的 结 构 .21.3.3 散热底座的性能 .22 系统方案论证 .42.1 系统框图 .42.2 各模块方案论证 .42.2.1 控制器的选择 .42.2.2 温度采集器件的选择 .52.2.3 电机及其驱动器的选择 .63 系统硬件设计 .73.1 单片机 AT89S52 .73.1.1 芯片介绍 .73.1.2 系统时钟电路 .113.1.3 复位电路 .113.
9、2 温度传感器电路 .123.2.1 芯片 DS18B20 介绍 .123.2.2 传感器连接电路 .133.3 直流电机驱动电路 .143.3.1 三极管简介 .143.3.2 直流电机简介 .143.3.3 直流电机驱动电路 .143.4 串口通信电路 .153.4.1 串口通信介绍 .153.4.2 芯片 MAX232 介绍 .163.4.3 MAX232 电路连接图 .163.5 电源电路 .173.5.1 电源芯片介绍 .173.5.2 电源芯片连接电路 .184 系统软件设计 .204.1 编程语言简介 .204.2 单片机程序设计 .214.2.1 主程序设计 .214.2.2
10、温度采集子程序 .224.3 VB 上位机程序设计 .224.3.1 VB6.0 软件介绍 .224.3.2 主程序设计 .244.3.3 交互式界面设计 .245 系统集成与调试 .265.1 硬件调试 .265.2 软件 调试 .275.3 调试问题及解决方法 .28结 论 .30参考文献 .31附录 1： 单片机程序 .32附录 2： VB6.0 程序 .36附录 3： 英文资料及中文翻译 .39致 谢 .5811 引言1.1 系统研究背景笔记本电脑，便于携带，而且它的功能满足大多数人的需要，随着技术的近步带来的成本下降，笔记本的价格也为大多数人所接受。随着使用笔记本人数的增加，笔记本的
11、各种问题也暴露出来，其中散热问题至关重要，它不仅关系着能耗更关系着笔记本的使用寿命。因此散 热 成 为 最 关 键 的 因 素 ， 笔 记 本 散 热 一 直 是 笔 记 本 核心 技 术 中 的 瓶 颈 。 有 时 笔 记 本 电 脑 会 莫 名 奇 妙 的 死 机 ， 一 般 就 是 系 统 温 度 过 高 导致 。 为 了 解 决 这 个 问 题 ， 人 们 设 计 了 散 热 底 座 ， 可 以 使 笔 记 本 产 生 的 热 量 尽 快的 扩 散 到 电 脑 外 部 ， 不 影 响 笔 记 本 的 使 用 功 能 ， 保 证 笔 记 本 电 脑 的 正 常 工 作 。而 目 前 市
12、场 上 仅 仅 有 的 是 单 开 关 式 的 散 热 器 ， 且 操 作 不 方 便 ， 经 常 开 关 ， 还 没 有根 据 温 度 变 化 来 进 行 控 制 的 智 能 散 热 底 座 。1.2 散热原理和方式散 热 ， 其 实 就 是 一 个 热 量 传 递 过 程 通 过 传 导 、 对 流 、 辐 射 等 几 种 方 式 。 通常 在 台 式 机 中 主 要 是 风 冷 技 术 ， 这 包 括 中 央 处 理 器 、 显 卡 、 电 源 及 机 箱 的 散 热风 扇 等 ， 在 笔 记 本 电 脑 中 ， 风 冷 依 旧 的 主 要 的 散 热 方 式 ， 绝 大 数 的 散 热
13、 方 式 是 ：风 扇 、 热 管 、 散 热 板 的 组 合 。 目 前 很 多 笔 记 本 电 脑 采 用 铝 镁 合 金 的 外 壳 ， 对 散 热也 起 到 了 一 定 的 作 用 。 在 笔 记 本 电 脑 底 部 一 般 都 有 散 热 通 风 口 ， 或 吸 入 或 吹 出 ，对 笔 记 本 电 脑 的 散 热 都 非 常 重 要 。 笔 记 本 电 脑 在 设 计 的 时 候 也 考 虑 到 散 热 问 题 ，往 往 会 用 垫 脚 将 机 身 抬 高 ， 但 是 在 温 度 过 高 的 时 候 ， 就 显 得 比 较 勉 强 。 笔 记 本 的散 热 底 座 的 散 热 原
14、理 主 要 有 两 种 ： 1.单 纯 通 过 物 理 学 上 的 导 热 原 理 实 现 散 热 功 能 。将 塑 料 或 金 属 制 成 的 散 热 底 座 放 在 笔 记 本 的 底 部 ， 抬 高 笔 记 本 以 促 进 空 气 流 通 和热 量 辐 射 ， 可 以 达 到 散 热 效 果 。 2.在 散 热 底 座 上 面 再 安 装 若 干 个 散 热 风 扇 来 提 高散 热 性 能 。 这 种 风 冷 散 热 方 式 包 括 吸 风 和 吹 风 两 种 。 两 种 送 风 形 式 的 差 别 在 于 气流 形 式 的 不 同 ， 吹 风 时 产 生 的 是 紊 流 ， 属 于
15、主 动 散 热 ， 风 压 大 但 容 易 受 到 阻 力 损失 ， 例 如 我 们 日 常 夏 天 用 的 电 风 扇 ； 吸 风 时 产 生 的 是 层 流 ， 属 于 被 动 散 热 ， 风 压小 但 气 流 稳 定 ， 例 如 机 箱 风 扇 。2理 论 上 说 ， 开 放 环 境 中 ， 紊 流 的 换 热 效 率 比 层 流 大 ， 但 是 笔 记 本 底 部 和 散 热底 座 实 际 组 成 了 一 个 封 闭 空 间 ， 所 以 一 般 吸 风 散 热 方 式 更 符 合 风 流 设 计 规 范 。 市场 上 的 散 热 底 座 多 数 是 有 内 置 吸 风 式 风 扇 的
16、。1.3 笔 记 本 散 热 底 座 设 计1.3.1 散 热 底 座 的 材 料当 前 市 场 主 要 产 品 使 用 的 材 料 有 两 种 ： 金 属 或 者 塑 料 。 金 属 的 导 热 性 好 ， 但现 在 任 何 一 款 笔 记 本 的 底 部 都 有 防 滑 胶 垫 ， 和 金 属 散 热 底 座 不 可 能 紧 贴 在 一 起 ，所 以 金 属 的 导 热 性 能 不 能 完 全 发 挥 出 来 。 当 然 ， 金 属 底 座 还 是 可 以 更 好 地 将 笔 记本 内 散 发 出 来 热 量 吸 收 并 扩 散 出 去 。 另 外 金 属 一 般 比 较 重 ， 而 且
17、由 于 制 造 时 工 艺要 求 较 高 ， 一 旦 做 工 不 够 精 细 ， 极 易 伤 人 。 塑 料 材 质 一 般 比 较 轻 便 ， 硬 度 也 较 高 ，很 多 工 程 塑 料 的 强 度 甚 至 超 过 金 属 。 出 于 成 本 及 轻 便 的 考 虑 ， 重 量 较 轻 、 发 热 小的 笔 记 本 可 以 选 用 设 计 较 好 的 塑 料 散 热 底 座 。 但 是 如 果 是 重 量 较 大 ， 发 热 较 高的 笔 记 本 还 是 得 使 用 金 属 材 质 的 做 工 良 好 的 散 热 底 座 。1.3.2 散 热 底 座 的 结 构风 扇 型 的 散 热 底
18、座 构 造 ， 一 般 是 由 金 属 或 者 塑 料 外 壳 加 上 内 置 的 2-4 个 风扇 构 成 ， 风 扇 的 供 电 方 案 有 通 过 笔 记 本 USB 接 口 供 电 以 及 外 置 电 源 供 电 两 种 。大 多 数 笔 记 本 电 脑 的 散 热 底 座 的 风 扇 均 采 用 吸 风 式 设 计 ， 因 为 这 样 可 以 最 大 限 度的 减 少 空 气 扰 动 造 成 的 影 响 ， 提 高 散 热 效 率 。散 热 底 座 风 扇 的 数 量 和 布 局 也 非 常 重 要 ， 现 在 的 笔 记 本 后 部 往 往 是 电 池 ， 而一 些 主 要 发 热
19、 部 件 如 ： 中 央 处 理 器 和 硬 盘 等 位 置 相 对 靠 中 间 ， 特 别 是 硬 盘 ， 大多 设 计 在 手 托 下 面 ， 而 这 些 部 位 很 多 散 热 底 座 往 往 没 有 设 计 风 扇 。 所 以 在 设 计散 热 底 座 前 ， 先 弄 清 笔 记 本 底 座 几 个 主 要 部 件 的 位 置 ， 确 定 最 热 的 几 个 位 置 。1.3.3 散 热 底 座 的 性 能性 能 判 定 方 法 ： 同 等 环 境 下 ， 使 用 散 热 底 座 和 不 使 用 ， 分 别 记 录 开 机 五 分钟 和 开 机 一 小 时 后 的 系 统 主 要 温
20、度 参 数 ， 可 以 大 概 确 定 该 散 热 底 座 的 散 热 性 能 。3还 需 要 特 别 注 意 的 是 散 热 底 座 的 噪 音 和 振 动 问 题 ， 风 扇 的 数 量 和 质 量 是 决 定 因素 。 风 扇 多 固 然 增 加 散 热 效 果 ， 但 是 相 应 的 耗 电 及 噪 音 振 动 也 增 加 了 ， 所 以 一般 以 2 3 个 为 宜 。 所 以 底 座 测 试 的 时 候 需 要 留 心 判 断 下 其 噪 音 是 否 能 够 接 受 ，是 否 会 有 振 动 影 响 电 脑 硬 盘 。天津职业技术师范大学 2010 届本科生毕业设计42 系统方案论
21、证本系统的结构主要包括对外界温度信息的采集电路，控制器电路，散热风扇控制电路，上位机串口通信电路。选择合理的电路方案，能实现好系统的功能，降低设计的成本，而且有利于后继添加的扩展功能。下面先给出系统组成框图，然后对可能的各方案进行比较说明。2.1 系统框图 串PC图 2-1 系统框图2.2 各模块方案论证2.2.1 控 制 器 的 选 择方案一：采用可编程逻辑器件 CPLD 作为控制器。CPLD 可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO 资源丰富、易于进行功天津职业技术师范大学 2010 届本科生毕业设计5能扩展。采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为
22、大规模控制系统的控制核心。但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高。且从使用及经济的角度考虑放弃了此方案。方案二：采用凌阳公司的 16 位单片机，它是 16 位控制器，具有体积小、驱动能力高、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗低、结构简单、中断处理能力强等特点。处理速度高，尤其适用于语音处理和识别等领域。但是当凌阳单片机在语音处理和辨识时，由于其占用的 CPU 资源较多而使得处理其它任务的速度和能力降低。方案三：采用 Atmel 公司的 AT89S52 单片机作为主控制器。AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS 微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储
23、器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52 具有以下标准功能：8k 字节 Flash，256 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选
24、择节电模式。因此，本设计采用方案三。2.2.2 温 度 采 集 器 件 的 选 择方案一：使用模数转换芯片和模拟温度器件组成，其温度感知器件一般为温度的线性器件，然后通过模拟转数字芯片把模拟量转换为数字量送入控制器加以识别和判断，其优点是，其通过选择合适的转换芯片和模拟温度器件可已达到很高的精度，一般的模数转换有 8 位、10 位、12 位等，在一般的系统中都采用此种方案。但对于本设计中会产生更多的电路，一是增加了体积不易于安装，二是本系统不需要很高的精度。方案二：采用“一线总线”数字化温度传感器 DS18B20，DS18B20 支持“一线总线”接口，测量温度范围为 -55125，在-1085
25、范围内,精度为0.5。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。适用于对性能要求不高，成本控制严格的应用，是经济型产品。天津职业技术师范大学 2010 届本科生毕业设计6因此，本设计采用方案二。2.2.3 电 机 及 其 驱 动 器 的 选 择方案一：采用直流电机加模拟电路，通过电位器调节电机两端电压进行控制。达林顿管串联在直流电机回路上，通过调节电位器改变电机回路的电流的大小，从而达到控制电机的目的。此方案的优点在，电路简单，通过一个电位器就可以达到调节电机速度的目的，但它也存在明显的
26、不足，三极管工作在放大区时在电机回路上将产生一个压降，会产生很多的热量，效率很低。方案二：采用 PWM 控制步进电机。PWM 控制是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。PWM 对半导体器件的导通和关断进行控制，是输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也改变输出频率。对于本设计的不足之处也很明显，步进电机适用于精确控制，本电路不需要非常精确。而且电路过于复杂，成本过高。方案三：采用三级管直接驱动直流电机，电路使三级管工作在饱和和截止区，三极管处于很低的功耗状态，发挥简单的开关作用来控制电机两端电流的通断，从而达到控制电机的目的。此设计简单，成本低，易于实现，因此，本设计采用方案三。
