1、 本 科毕业设计 题 目 基于单片机的智能散热器的设计 学生姓名 专业名称 指导教师 年 月 日 II 基于单片机的智能散热器的设计 摘 要 :散热器在 生活中的应用很广泛， 例如笔记本电脑会因为散热不良而出现死机现象。单片机具有集成度高、体积小、功能强、可靠性高、价格低廉等优点，广泛应用于工业测控、智能仪器仪表、网络通信、家用电器等领域。 本设计 在深入探讨 散热问题 的基础上 ，设计出 了 一套基于单片机控制的智能散热 器 ，综合了成本和性能等相关因素，采用 Atmel公司的 AT89C52 单片机为 核心 。控制器件向 温度传感器 DS18B20 发送指令，进行温度信号的采集与处理，并通
2、过液晶显示器显示出来，与系统预先设定的温度参数进行比较，当温度达到一定数值后，单片机会驱动风扇转动， 进行散热处理。当温度下降到一定数值后，风扇停止工作 。通过按键对温度参考值进行设定，利用记忆芯片EEPROM 对设定值进行保存，实现温度智能控制最后系统 在 Protues 下仿真运行，验证此系统设计正确可行 。 关键词： 散热器 ； 单片机 ； 智能控制 III Based on the Single chip Microcomputer Intelligent design of radiator Abstract： Radiator wide range of applications,
3、 such as notebook computers because of poor heat dissipation phenomenon of death in life. MCU with high integration, small size, strong function, high reliability, low price, etc., are widely used in industrial measurement and control, smart instrumentation, network communications, household applian
4、ces and other fields. The design in depth heat problem on the basis of design of a microcontroller-based control of intelligent radiator, a combination of cost and performance, and other related factors, using Atmel AT89C52 microcontroller as the core. Control devices to send commands to the tempera
5、ture sensor DS18B20 temperature signal acquisition and processing, and LCD display parameters were compared with the pre-set temperature when the temperature reaches a certain value, the microcontroller will drive the rotation of the fan for cooling treatment. When the temperature drops to a certain
6、 value, the fan stopped working. Set through the button on the temperature reference value, the use of memory-chip EEPROM to save the set value, temperature intelligent control the final system Profuse under simulation run to verify that the design of this system is correct and feasible. Key Words：
7、radiator; SCM; intelligent control 1 目 录 1、 引 言 . 2 1.1 系统研究背景 . 2 1.2 散热原理和方式 . 2 2、 整体方案设计 . 3 2.1 系统整体设计 . 3 2.2 方案论证 . 4 2.2.1 温度传感器的选择 . 4 2.2.2 控制器的选择 . 5 2.2.3 温度显示器件的选择 . 5 2.2.4 电机及其驱动器的选择 . 5 3、 各单元模块的硬件设计 . 6 3.1 系统主要器件简介 . 6 3.1.1 单线数字温度传感器 DS18B20 简介 . 6 3.1.2 单片机 AT89C52 . 7 3.1.3 风扇直流
8、电机 . 8 3.1.4 芯片 MAX232 介绍 . 9 3.1.5 电源芯片 7805 介绍 . 9 3.1.6 LCD 显示芯片 1602. 10 3.2 各部分电路设计 . 10 3.2.1 复位与晶振电路 . 10 3.2.2 独立键盘连接电路 . 11 3.2.3 温度采集电路 . 11 3.2.4 LCD 显示电路 . 12 3.2.5 串口通信 . 12 3.2.6 直流电机驱动电路 . 13 3.2.7 电源芯片连接电路 . 14 4、 软件设计 . 15 4. 单片机程序设计 . 15 4.1.1 总程序流程图 . 15 4.1.2 温度采集子程序流程图 . 16 5、 系
9、统仿真 . 16 5.1 用 Keil C51 编写程序 . 16 5.2 系统软件调试 . 17 5.3 PROTEUS 软件简介 . 17 5.4 PROTEUS 电路原理图设计 . 18 5.4.1 智能散热系统的电路原理图设计： . 18 5.4.2 智能散热核心的电路原理图设计： . 18 5.5 PROTEUS 系统仿真与分析 . 19 6、 结论 . 20 参考文献 . 21 致 谢 . 22 2 附 录 . 23 源程序代码 . 23 1、 引 言 1.1 系统研究背 景 随着科技 不断进步和发展， 单片机 的使用已经 渗透到我们 日常 生活 的 各个领域，导弹的导航装置，飞机
10、上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，各种智能 IC 卡 的 广泛使用， 轿车 、地铁和公交车 的安全保障系统， 智能手 机 、 摄像机 等，这些 产品都与 开单 片机息息相关 。 那就 更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。 本文设计的智能散热器，利用单片机进行控制，实时温度传感器对直流电机进行转速控制，外加液晶显示电路，可实现散热器转速随着外界温度变化而变化。而目前市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。因而，此设计具有相当重要的现实意义和实用价值。 1.2 散热原理和方
11、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
12、散热底座放在笔记本的底部，抬高笔记本以3 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 。 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 。 2、 整体方案设计 2.1 系统整体 设计 本
13、设计的整体思路是：利用温度传感器 DS18B20 检测环境温度并直接输出数字温度信号给单片机 AT89C52 进行处理，在 LCD 上显示当前环境温度值 (检测到的当前环境温度为整数）。同时采用 PWM 脉宽调制方式来改变直流风扇电机的转速， 并通过一个按键实现智能控制和固定转速切换。系统结构框图如下： AT89C52 时钟 振荡 电路 复位电路 温度 采集电路 电源电路 LCD 液晶 显示 按键电路 直流电机驱动电路 串口通信部分 4 图 1 系统 结构 框图 2.2 方案论证 为了 实现 智能 温度控制， 须要电机根据环境温度的变化自动改变转速，就要 选择 比较稳定可靠的电机变速控制部件。
14、 2.2.1 温度 传感器的选择 方案一：采用热敏电阻作为 检测温度的核心元件，经 运算放大器放大，再经模数转换芯片 ADC0809 将微弱电压变化信号转化为数字信号输入 供 单片机处理 。但因热敏电阻 随温度变化而变化， 会产生输出电压的微弱变化 。 方案二：采用模拟式 集成温度传感器 LM35 作为温度检测的 核心元件，经ADC0809 模数转换芯片 将微弱电压变化信号转化为数字信号输入单片机处理。 方案三：采用数字式 集成温度传感器 DS18B20 作为温度检测的核心元件，由其检测并 直接输出数字温度信号让 单片机进行处理。 对于方案一，采用热敏电阻 虽 有价格便宜 、 元件易购的优点，
15、但 其 对温度的细微变化不太敏 感，在信号采集、放大以转换过程中会产生失真和误差，并且 热敏电阻的 R-T 关系是 非线性 的而对温度的变化存在较大误差，虽可 通过一定电路来修正，但这不仅 会使电路变得更 复杂，而且在人体所处环境温度变化过程中难以检测到小的温度变化。故不适合 选 该方案 。 对于方案二，虽然模拟式集成温度传感器 LM35 的高度集成化，大大降低了外接放大转化等电路的误差因数，但其检测温度结果以电压形式输出，需要使用 ADC0809 将模拟信号 转换为数 字的，该过程繁琐。并且 LM35 对温度变化产生的电压变化较小 ，系统易受干扰。故该方案不适合本系统。 对于方案三，由于数字
16、式集成温度传感器 DS18B20 的高度集成化， 使 外接放大转化等电路的误差因数 大大降低，温度误差变得很小，并且其检测温度的原理与热敏电阻检测的原理有着本质的不同， 其温度分辨力 会 极高。温度值 直5 接 在器件内部转化成数字量输出，简化了系统程序设计，又 因其采用先进的单总线技术 与单片机的接口 简单 ，抗干扰能力强，因此该方案适用于本系统。 2.2.2 控制 器 的选择 在本设计中采用 AT89C52 单片机作为控制核心，通过软件编程的方法进行温度检测和判断，并在其 I/O 口输出 控制信号。 AT89C52 单片机工作 性能高 、电压低 ，片内含 8k 字节的只读程序存储器 ROM
17、 和 512 字节的随机数据存储器RAM，它兼容标准的 MCS-51 指令系统，性价比高，适合本设计 的仿真 。 2.2.3 温度显示器件的选择 方案一：应用动态扫描的方式，采用 LED 共阴极数码管显示温度。 方案二：采用 LCD 液晶显示屏显示温度。 对于方案一，该方案 成本、功耗低， 温度显示程 序的编写也相对简单，因而得到 广泛应用。但不足 是它采用动态扫描的显示方式，各个 LED 数码管是逐个点亮的会产生闪烁，但由于人眼的视觉暂留时间为 20MS 容易 感觉到闪烁，造成误差， 因此 对于温度的精确显示不宜 采用该方案。 对于方案二，液晶显示具有 显示质量高、数字式接口、体积小、重量轻
18、、功耗低等优点 。 从 仿真精确简洁的角度 ，本系统采用方案二 。 2.2.4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，调节电位器改变电机回路中电流的大小，从而 控制电机的。此方案的优点 ： 电路简单，通过一个电位器 实现调节电机速度 ，但三极管工作在放大区时电机回路上 会产生一个压降和很多 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 。 PWM 对半导体器件的导通和关断进行控制，使 输出端得到一系列幅值相等而宽度 不 等的脉冲，正弦波或其他
19、所需要的波形被这6 种脉冲来代替， 按一定的规则对各脉冲的宽度进行调节，逆变电路输出电压的大小和输出频率都可以被它所改变。但 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或 截止区 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。 3、 各单元模块的硬件设计 系统主要器件包括 DS18B20 温度传感器、 AT89C52 单片机、 风扇直流电机、串口通信 的 电平转换 芯片 MAX232、电源芯片 780
20、5、 LCD 显示芯片 1602、。辅助元件包括电阻 、 电容、晶振、电源、按键等。 3.1 系统 主要 器件简介 3.1.1单线数字温度传感器 DS18B20 简介 数字温度传感器 DS18B20，是 美国 DALLAS 公司生产的 一种 单线 数字温度传感器 ， 可直接将温度转化成串行数字信号供处理器处理 ，并能按 具体要求通过简单编程实现位 温度读数 。 它具有低功耗、高性能、抗干扰能力强、 微型化、 易配微处理器等优点， 适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。 DS18B20 的主要特征：测量的结果直接以数字信号的形式输出，以“一线 7 图 2 18B20 管脚图 总线”方式串行传
21、送给 CPU，同时可传送 CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力；温度测量范围在 -55 +125 之间 ；可检测温度分辨率为 912 位，对应的可分辨温度分别为 0.5 ， 0.25 ， 0.125 和 0.0625 ，可实现高精度测温。 3.1.2 单片机 AT89C52 AT89C52是一个低电压，高性能 CMOS 8位单片机，片内含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51指令系统，片内置通用 8位中央 处理器和 Flash 存
22、储单元，功能强大的 AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。 AT89C52有 40个引脚， 32个外部双向输入 /输出（ I/O）端口，同时内含 2个外中断口， 3个 16位可编程定时计数器 ,2个全双工串行通信口， 2 个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发成本。 AT89C52有 PDIP、 PQFP/TQFP 及 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 主要功能特性： 兼容 MCS51指令系统 8k 可反复擦写 (1000次） Flash ROM 32 个双向 I/O 口 256x8bit 内部 RAM 3 个 16位可编程定时 /计数器中断 时钟频率 0-24MHz 2 个串行中断 可编程 UART 串行通道 2 个外部中断源 共 6个中断源 2 个读写中断口线 3 级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能
