基于單片機控制的筆記本散熱系統(tǒng).doc

畢 業(yè) 設(shè) 計專 業(yè)： 班級學(xué)號：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 二一三年五月基于單片機控制的筆記本散熱系統(tǒng)based on STC89C52RC single-chip smart notebook radiator2013年5月摘 要隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，使筆記本電腦不斷的更新?lián)Q代，功能越發(fā)完善，逐步走向“超極本”的行列，但是對于現(xiàn)流行的筆記本電腦而言，還是存在很多瑕疵的地方，如筆記本散熱問題，電池續(xù)航能力等；筆記本電腦發(fā)熱過大，散熱不足的問題時時刻刻引起消費者的關(guān)注，因為筆記本電腦散熱不足不僅直接影響著電腦的壽命的，還不符合現(xiàn)流行的低碳生活；針對散熱問題，本文設(shè)計了基于STC89C52RC單片機的智能筆記本散熱器；其基本散熱方式與普通散熱一致：采用吹風(fēng)的方式，將筆記本熱量強制吹出，并引入低溫空氣，增加筆記本底部的空氣流動，從而使筆記本電腦得到優(yōu)質(zhì)的散熱效果。智能筆記本散熱器相對于與普通的筆記本散熱器而言，其具有低碳節(jié)能、溫度的時時提示、高溫聲光報警、自動控溫、散熱效果明顯且成本適中等特點，作為筆記本外設(shè)配件，智能筆記本散熱器在消費市場上具有巨大的潛力。關(guān)鍵詞：筆記本 散熱 STC89C52RC 吹風(fēng) 智能ABSTRACTWith the rapid development of electronic technology，make the laptop constantly upgrading，functions more perfect，step by step towards a Ultrabook，but for now popular laptop，there are still many defects，such as laptop heat dissipation problem，battery life，etc； Laptop heat is too big，the problem of insufficient heat all the time cause the attention of consumers，because of insufficient laptop heat dissipation not only directly affect the service life of the computer，also do not conform to the popular low carbon life now；According to heat dissipation problem，this paper designed based on STC89C52RC single-chip smart notebook radiator；Its basic operating mode is consistent with the normal heat dissipation：with the method of blowing，blowing laptop heat forced out，and the introduction of low temperature air，increase the air flow at the bottom of the laptop，so that the laptop is good heat dissipation effectSmart notebook radiator for with the ordinary notebook radiator, it has low carbon energy saving, high temperature temperature always prompt, sound and light alarm, automatic temperature control, heat dissipation effect is obvious and moderate cost etc., as the laptop peripherals accessories, smart notebook radiator in the consumer market has huge potential.Keywords: laptop cooling airSTC89C52RC Blow Automation目 錄ABSTRACT41 引言11.1筆記本散熱器的概述11.1.1筆記本散熱器的組成11.1.2系統(tǒng)的研究背景11.2基于單片機的筆記本散熱器的概述22 基于單片機的筆記本散熱器方案設(shè)計32.1 系統(tǒng)設(shè)計32.2 系統(tǒng)方案論證32.2.1單片機選型32.2.2溫度傳感器選型42.2.3顯示單元選型52.2.4電機的選型63基于單片機的筆記本散熱器的硬件設(shè)計73.1所需電子元件介紹73.1.1 DS18B20溫度傳感器概述73.1.2 LED八段數(shù)碼管概述83.1.3 IRF9540N COMS管概述103.2.1電源電路設(shè)計103.2.2 STC89C52RC單片機最小系統(tǒng)設(shè)計113.2.3LED八段數(shù)碼管顯示電路123.2.4DS18B20溫度傳感器和聲光報警電路123.2.5直流電機驅(qū)動電路14結(jié) 論22參考文獻23致 謝2427天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)2013屆本科生畢業(yè)設(shè)計1 引言1.1筆記本散熱器的概述筆記本電腦中，風(fēng)冷依舊的主要的散熱方式，絕大數(shù)的散熱方式是：風(fēng)扇+熱管+散熱板的組合。目前很多筆記本電腦采用鋁鎂合金的外殼，對散熱也起到了一定的作用。大家都知道，在筆記本電腦底部一般都有散熱通風(fēng)口，或吸入或吹出，對筆記本電腦的散熱都非常重要。筆記本電腦在設(shè)計的時候也考慮到散熱問題，往往會用墊腳將機身抬高，但是在溫度過高的時候，就顯得比較勉強,于是筆記本散熱器的輔助作用就得到了重視。 傳統(tǒng)筆記本散熱器工作方式是直接對著筆記本電腦底部吹散熱量，將筆記本熱量強制吹出，并引入冷空氣，增加筆記本底部的空氣流動，從而使筆記本電腦內(nèi)部各發(fā)熱元件均得到散熱，有效保持內(nèi)部的低溫工作環(huán)境，是有效降低筆記本電腦溫度的小裝置。1.1.1筆記本散熱器的組成一、散熱器的材料當前市場主要產(chǎn)品使用的材料有兩種：金屬，塑料或者木質(zhì)。金屬的導(dǎo)熱性好，但現(xiàn)在任何一款筆記本的底部都有防滑膠墊，和金屬散熱底座不可能緊貼在一起，所以金屬的導(dǎo)熱性能不能完全發(fā)揮出來。當然，金屬底座還是可以更好地將筆記本內(nèi)散發(fā)出來熱量吸收并擴散出去。另外金屬一般比較重，而且由于制造時工藝要求較高，一旦做工不夠精細，極易成為傷人的利器。塑料材質(zhì)一般比較輕便，硬度也較高，很多工程塑料的強度甚至超過金屬。二、散熱器的結(jié)構(gòu)風(fēng)扇型的散熱底座構(gòu)造其實也不復(fù)雜，一般是由金屬或者塑料外殼加上內(nèi)置的2-4個風(fēng)扇構(gòu)成，風(fēng)扇的供電方案有通過筆記本USB接口供電以及外置電源供電兩種，有的產(chǎn)品還具有擴展多個USB口的功能。大多數(shù)筆記本電腦的散熱底座的風(fēng)扇均采用吹風(fēng)式設(shè)計，因為這樣可以最大限度的減少空氣擾動造成的影響，提高散熱效率。1.1.2系統(tǒng)的研究背景 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，使筆記本電腦不斷的更新?lián)Q代，功能越發(fā)完善，逐步走向“超極本”的行列，但是對于現(xiàn)流行的筆記本電腦而言，還是存在很多瑕疵的地方，如筆記本散熱問題，電池續(xù)航能力等；筆記本電腦發(fā)熱過大，散熱不足的問題時時刻刻引起消費者的關(guān)注，因為筆記本電腦散熱不足不僅直接影響著電腦的壽命的，還不符合現(xiàn)流行的低碳生活；針對散熱問題，市場上也推出了形形色色的筆記本的散熱器；普通散熱器的效果很不明顯，其壽命短且不可控等特點讓消費者在使用時候感覺若有若無；散熱效果稍好點的品牌，價格卻比較昂貴，難以讓消費者接受。在此，介于以上提出的兩種散熱器，取出折中的方案，設(shè)計出基于單片機的智能筆記本散熱器；其基本散熱方式與普通散熱一致：采用吹風(fēng)的方式，將筆記本熱量強制吹出，并引入低溫空氣，增加筆記本底部的空氣流動，從而使筆記本電腦得到優(yōu)質(zhì)的散熱效果。智能筆記本散熱器相對于與普通的筆記本散熱器而言，其具有低碳節(jié)能、溫度的時時提示、高溫聲光報警、自動控溫、散熱效果明顯且成本適中等特點，作為筆記本外設(shè)配件，智能筆記本散熱器在消費市場上具有巨大的潛力。1.2基于單片機的筆記本散熱器的概述一、散熱器的組成整體結(jié)構(gòu)類似于普通散熱器，主要區(qū)別散熱風(fēng)扇是采用香港德昌牌的380直流電機帶動單個大風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)，向筆記本吹風(fēng)；在散熱器左上方，也就是筆記本散熱出口處，有溫度傳感器，用于檢測筆記本溫度，在散熱器右上方的也有溫度傳感器，用于比較室溫，散熱器的核心部件為單片機，單片機接收傳感器信號，進行數(shù)據(jù)處理后控制直流電機的運行并將溫度值通過LED八段數(shù)碼管顯示，在風(fēng)扇葉出設(shè)有光電對管模塊，用于檢測風(fēng)扇是否運行；此外，散熱器還具備聲光報警功能，在高溫或風(fēng)扇堵轉(zhuǎn)時將產(chǎn)生報警。二、散熱器的優(yōu)點總的來說，基于單片機的筆記本散熱器是一個閉環(huán)調(diào)節(jié)的調(diào)溫系統(tǒng)，通過溫度傳感器實時采集筆記本的溫度，將信號傳達給單片機，使得單片機做出反應(yīng)，改變風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，進行有效的降溫，從而達到低碳生活，高效利用的效果；結(jié)合光電傳感器和溫度傳感器，對整個散熱器進行全面監(jiān)控，如果發(fā)生超溫或風(fēng)扇堵轉(zhuǎn)，單片機將立即做出反應(yīng)，避免設(shè)備發(fā)生故障；而相比于普通散熱器卻只是開環(huán)的系統(tǒng)，對于系統(tǒng)安全方面的考慮和降溫的效果是遠遠不及基于單片機的筆記本散熱器的。2 基于單片機的筆記本散熱器方案設(shè)計2.1 系統(tǒng)設(shè)計本系統(tǒng)的設(shè)計思想為：利用兩個DS18B20溫度傳感器進行室溫的檢測和筆記本散熱溫度的檢測，兩個傳感器產(chǎn)生的數(shù)字溫度信號傳送至STC89C52RC單片機進行數(shù)據(jù)的處理；單片機對數(shù)據(jù)的處理結(jié)果做出分析判斷后，一方面，單片機將實時溫度用LED八段數(shù)碼管顯示；另一方面根據(jù)實時溫度，輸出相應(yīng)信號，驅(qū)動直流電機的運行。在直流電機的控制方面，采用PWM脈寬調(diào)制方式來改變直流電機的轉(zhuǎn)速；電機帶動風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動與否通過光電傳感器進行檢測；系統(tǒng)設(shè)置了報警功能，倘若系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將觸發(fā)聲光報警電路，警示用戶系統(tǒng)自身不良狀況并停止系統(tǒng)運行，直到故障恢復(fù)為止。系統(tǒng)大致結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。聲光報警電路DS18B20傳感器LED顯示單元STC89C52RCPWM驅(qū)動模塊光電傳感器德昌380直流電機圖2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.2 系統(tǒng)方案論證本系統(tǒng)設(shè)計采用閉環(huán)控制概念，根據(jù)筆記本的實時溫度，使散熱器的散熱風(fēng)扇運行在不同的工況上，實現(xiàn)筆記本的溫度控制，固需要補交穩(wěn)定可靠的電子元件和直流電機。2.2.1單片機選型介于本系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理程度不算復(fù)雜，工況環(huán)境不算惡劣，系統(tǒng)對單片機的選型沒特殊要求，因此本系統(tǒng)采用STC89C52RC單片機進行設(shè)計，STC89C52RC 單片機是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強抗干擾的單 片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機，12 時鐘/機器周期和 6 時鐘/機器周 期可以任意選擇。主要特性如下： 1. 增強型 8051 單片機，6 時鐘/機器周期和 12 時鐘/機器周期可以任 意選擇，完全兼容傳統(tǒng) 8051的指令代碼。2. 工作電壓：5.5V3.3V/3.8V2.0V。3. 工作頻率范圍：040MHz，相當于普通 8051單片機的 080MHz。4. 用戶應(yīng)用程序空間為 8K 字節(jié)。5. 片上集成 512 字節(jié) RAM。6. 通用 I/O 口 （32 個） 復(fù)位后為： P1/P2/P3/P4 是準雙向口/弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為 I/O 口用時，需加上拉電阻。 7. 具有 EEPROM 功能。8. 具有看門狗功能。9. 共 3個16 位定時器/計數(shù)器。即定時器 T0、T1、T2。 10. 外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down 模式可 由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。11. 通用異步串行口（UART），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個 UART。12. 工作溫度范圍：-40+85（工業(yè)級）/075（商業(yè)級）。STC89C52RC 單片機的工作模式可分為：掉電模式，典型功耗<0.1A,可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原程序；空閑模式，典型功耗 2mA 典型功耗；正常工作模式，典型功耗 4Ma7mA 典型功耗；掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于水表、氣表等電池供電系統(tǒng)及便攜設(shè)備。2.2.2溫度傳感器選型系統(tǒng)對于溫度檢測的所用到的溫度傳感器的選擇主要有以下三種方案：方案一：由于熱敏電阻具有熱電效應(yīng)，能根據(jù)實時溫度輸出對于電壓信號，因此檢測溫度的核心元件為熱敏電阻元件，通過電阻橋，輸出檢測結(jié)果，采用運算放大器將檢測電壓進行放大，結(jié)果再經(jīng)八位的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809，將結(jié)果轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后傳達至單片機處理。方案二：溫度檢測的主要器件采用模擬式集成溫度傳感器LM35芯片，把檢測到的實時溫度信號輸出至八位的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809，芯片將轉(zhuǎn)換結(jié)果傳達到STC89C52RC 單片機進行處理。方案三：溫度檢測的主要器件采用數(shù)字式的集成溫度傳感器DS18B20芯片，DS18B20檢測實時溫度信號后，直接將結(jié)果以數(shù)字溫度信號方式輸出至STC89C52RC單片機進行處理。方案一論證，檢測溫度的主要器件為熱敏電阻元件，優(yōu)點為：價格低，元件獲取便利，缺點為靈敏度和分辨率精度不夠高，信號實時采集、功率放大和信號處理時容易產(chǎn)生誤差，由于熱敏電阻的非線性R-T關(guān)系，會使當溫度變化繼續(xù)而產(chǎn)生誤差累積，人工修改則繁瑣，操作復(fù)雜；故該方案不適合本系統(tǒng)。方案二論證，溫度檢測的核心元件采用模擬式集成溫度傳感器LM35芯片，模擬式集成溫度傳感器LM35優(yōu)點是具有高度集成化，從而降低信號轉(zhuǎn)換電路的誤差因數(shù)，使得溫度誤差減小，缺點是其檢測實時溫度，輸出的結(jié)果是以電壓形式，從而需要配備八位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809，此方案不僅設(shè)計復(fù)雜還需要增加成本。方案三論證，溫度檢測的主要器件采用數(shù)字式的集成溫度傳感器DS18B20芯片，數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20優(yōu)點是具有高度集成化，從而降低信號轉(zhuǎn)換電路的誤差因數(shù)，使得溫度誤差小，溫度的分辨力精細，數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20采用單總線技術(shù)，與單片機通訊方便，抗干擾能力強，實時溫度值在器件內(nèi)部就已轉(zhuǎn)化成為數(shù)字量輸出；此方案使得系統(tǒng)設(shè)計大大優(yōu)化，因此該方案適用于本系統(tǒng)。2.2.3顯示單元選型方案一：系統(tǒng)的實時溫度顯示采用八段共陽數(shù)碼管LED；八段數(shù)碼發(fā)光管就是8個發(fā)光二極管組成的，在空間排列成為8字型帶個小數(shù)點，只要將電壓加在陽極和陰極之間相應(yīng)的筆畫就會發(fā)光。8個發(fā)光二極管的陽極并接在一起，8個陰極分開，因此稱為共陽八段數(shù)碼管。在顯示溫度值時，通過單片機輸出，使數(shù)碼管動態(tài)掃描，其中涉及到“消影”的技術(shù)，即當數(shù)碼管依次跑動比較快的時候，人眼就覺得是同時顯示的。方案二：系統(tǒng)的實時溫度顯示采用LCD 1602液晶；1602液晶屏是工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02，指顯示的內(nèi)容為16*2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）；1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5*7或者5*11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。方案一論證：系統(tǒng)的實時溫度顯示采用八段共陽數(shù)碼管LED；八段數(shù)碼管LED具有如下優(yōu)勢：體積小，容易實現(xiàn)產(chǎn)品的一體化；顯示清晰，應(yīng)用場合廣，在低要求的顯示場合我們隨處可見到它們的身影，在夜間或者光線強度低的環(huán)境下，數(shù)碼管顯示內(nèi)容依舊清晰可見，通過單片機輸出，使數(shù)碼管動態(tài)掃描，采用“消影”的技術(shù)，能實現(xiàn)實時溫度的顯示。方案二論證：系統(tǒng)的實時溫度顯示采用LCD 1602液晶；1602液晶屏具有以下特點：顯示功能強大，能顯示字符，漢字，字母，數(shù)字及圖形符號等，在較高的顯示場合中，我們也能隨處可見；缺點是體積比數(shù)碼管大，顯示的內(nèi)容比較小，能耗比較高，線路連接及程序的編寫稍微比數(shù)碼管顯示電路復(fù)雜。綜上所述，實時的溫度顯示可以采用具備簡單的顯示功能的數(shù)碼管電路顯示，因此選擇方案一。2.2.4電機的選型方案一：采用一般筆記本散熱器的無刷直流電機；此電機具備的優(yōu)點為：壽命長，能耗低，噪聲小，體積小，應(yīng)用范圍廣，如筆記本的CPU風(fēng)扇，臺式機的CPU風(fēng)扇，普通電器柜的抽風(fēng)機等。方案二：采用香港德昌牌的直流高轉(zhuǎn)速超大扭矩的380型號電機；此電機具備的優(yōu)點為：轉(zhuǎn)速高，輸出扭矩大，電壓范圍選擇廣，壽命長，應(yīng)用范圍廣泛，如吹風(fēng)機的電機，剃須刀上的小電機等。方案一論證：在能耗及體積上占據(jù)主要優(yōu)勢，也是傳統(tǒng)的筆記本散熱器的首選電機，重量輕，電源供電可以用筆記本USB接口供電；缺點轉(zhuǎn)速低，功率小，散熱、抽風(fēng)等效果差，就現(xiàn)流行的筆記本散熱器而言，其降溫效果都不明顯。方案二論證：在轉(zhuǎn)速及扭矩上占主要優(yōu)勢，采用此電機制造的筆記本散熱器，輸出功率高，轉(zhuǎn)速快，降溫效果明顯。缺點不支持筆記本USB接口供電，體積也稍大，但處于筆記本散熱效果優(yōu)越的初衷，采用與空間換效率的手段，因此選擇方案二。3基于單片機的筆記本散熱器的硬件設(shè)計3.1所需電子元件介紹3.1.1 DS18B20溫度傳感器概述美國Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持 "一線總線"連接的傳感器。敏感元件及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)全部集成于T0-92封裝的三極管內(nèi)。其特點具有連接線路簡單，經(jīng)濟高效等優(yōu)勢，近一代的DS18B20芯片封裝更精小、更方便。一、DS18B20的主要特性（1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。（2）獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。（3）DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。（4）溫范圍55125，在-10+85時精度為0.5。 （5）可編程的分辨率為912位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫。（6）分辨率高，轉(zhuǎn)換速度快。（7）測量到的實時溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出，以"一線總線"串行傳達至控制器，數(shù)據(jù)具備CRC校驗功能，從而增強了抗干擾糾錯的能力。（8）負壓特性。二、DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20引腳定義：（1）DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；（2）GND為電源地；（3）VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。其管腳排列和封裝如圖3-1所示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。圖3-1 DS18B20的管腳排列及封裝圖圖3-2 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.1.2 LED八段數(shù)碼管概述常見的數(shù)碼管有七個段的數(shù)碼管和八個段端數(shù)碼管，八個段的數(shù)碼管就是基于七個段的數(shù)碼管上，多加了個小數(shù)點的顯示；數(shù)碼管有單個顯示，也有多個集成顯示的。所謂的個數(shù)也就是位數(shù)。常用數(shù)碼管具有兩種連接方式，即共陽型數(shù)碼管和共陰型數(shù)碼管。共陽型數(shù)碼管是指將數(shù)碼管內(nèi)部的發(fā)光二極管單元的陽極并接，最后引出一個管腳外接到電源的+5V，此時使內(nèi)部二極管對應(yīng)的管腳為低電平，就能使數(shù)碼管顯示出對應(yīng)的段，反之，則某段熄滅。共陰型數(shù)碼管是指將數(shù)碼管內(nèi)發(fā)光二極管的陰極并接，最后引出一個管腳與零電位相連，此時使內(nèi)部二極管對應(yīng)的管腳為高電平，就能使數(shù)碼管顯示出對應(yīng)的段，反之，則某段熄滅。圖3-3是共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。共陰極八段數(shù)碼管 數(shù)碼管外觀共陽極八段數(shù)碼管圖3-3 八段數(shù)碼管內(nèi)部電路圖及外觀驅(qū)動電路是數(shù)碼管正常顯示的必需，就是說如果想點亮數(shù)碼管，不管是共陰型還是共陽型數(shù)碼管，都必需需要驅(qū)動電路來控制，根據(jù)驅(qū)動方式不同可以將數(shù)碼管，可以劃分為靜態(tài)驅(qū)動和動態(tài)驅(qū)動。一、靜態(tài)驅(qū)動常見單片機驅(qū)動數(shù)碼管的靜態(tài)驅(qū)動法，是將單片機的管腳直接與數(shù)碼管的每一個段位相接；其優(yōu)點為編程工作量減輕，亮度顯示強；其缺點為數(shù)碼管段位占單片機引腳多，顯示數(shù)碼管的所有段位總個數(shù)必需小于單片機引腳個數(shù)，因此這中方法使得數(shù)碼管顯示個數(shù)有限，同時對系統(tǒng)的硬件也加大了負擔。二、動態(tài)驅(qū)動常見單片機驅(qū)動數(shù)碼管的動態(tài)驅(qū)動法，是最廣泛的驅(qū)動方法，也是最實用的手段，即將數(shù)碼管個數(shù)個所有段位并聯(lián)，最后再連接單片機引腳，每個數(shù)碼管的位選位通過單片機引腳控制；要想點亮某個數(shù)碼管的做法是將這個數(shù)碼管的位選先有效，再將數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)碼管的段位；同樣的，要想點亮多個數(shù)碼管顯示不同的數(shù)據(jù)，也是這兩步作法，不過每點亮一個數(shù)碼管后，應(yīng)該延時兩到三毫秒，再點亮另一個數(shù)碼管，另眼睛能有個視覺緩沖，這樣的作法稱為消影。3.1.3 IRF9540N COMS管概述IRF9540N是美國國際整流公司生產(chǎn)的P溝道MOSFET管，采用TO-262封裝方式。IRF9540N工作溫度可以達到175攝氏度，特點為柵極電壓控制漏極電流，驅(qū)動電路簡單，開關(guān)速度快，工作頻率高，優(yōu)越的熱穩(wěn)定性；IRF9540N主要參數(shù)如下所示：VDss（漏極D與源極S之間所能施加的最大電壓）：-100V；VGss（柵極G與源極S之間所能施加的最大電壓）：+/-20V； Rds(通態(tài)電阻)：0.0117歐姆；Id（漏極D允許通過的最大直流電流）：-23A；結(jié)構(gòu)示意圖如3-4所示： 圖3-4 IRF9540N是內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖和芯片封裝圖P溝道增強型MOSFET管工作原理：與N溝道MOS管相對應(yīng)，P溝道增強型MOS管的開啟電壓VGs(th)<0時，當uGs< VGs(th)時管子才導(dǎo)通，漏-源極之間應(yīng)加負電源電壓。3.2硬件電路設(shè)計3.2.1電源電路設(shè)計電源模塊：市電經(jīng)過220V/12V變壓器變壓后，經(jīng)二極管構(gòu)成的整流橋整流，輸出12V電壓經(jīng)兩個三端穩(wěn)壓芯片LM7805穩(wěn)壓，將12V電壓轉(zhuǎn)換為5V電壓；其電壓紋波比較大，所以電路中應(yīng)并聯(lián)電容進行濾波，在電源輸出端添加發(fā)光二極管，方便于指示電路的工作狀況。此電源電路設(shè)計輸出為雙路電源，其中一路為系統(tǒng)供電，另一路為380直流電機供電，這樣做法可以盡可能的隔離電機啟動電流對控制系統(tǒng)的影響，圖3-5所示為電源電路設(shè)計圖。圖3-5 系統(tǒng)的電源設(shè)計電路3.2.2 STC89C52RC單片機最小系統(tǒng)設(shè)計STC89C52RC的最小電路圖如圖3-6所示；圖中STC89C52RC的內(nèi)部時鐘輸入輸出管腳X1、X2并接了一個晶振，在此次系統(tǒng)設(shè)計中，此晶振頻率為11.0592MHZ，為了方便晶振起振，在晶振的兩端都并接了一個22PF的瓷片電容。STC89C52RC單片機一共有四種復(fù)位方式：外部RST引腳復(fù)位，軟件復(fù)位，掉電復(fù)位/上電復(fù)位，看門狗復(fù)位。此次系統(tǒng)設(shè)計采用外部RST引腳復(fù)位，其接法如圖3-4所示，外部RST引腳復(fù)位就是從外部向RST引腳施加一定寬度的復(fù)位脈沖，從而實現(xiàn)單片機的復(fù)位。將RST復(fù)位管腳拉高并維持至少24個時鐘加10US后，單片機會進入復(fù)位狀態(tài)，將RST復(fù)位管腳拉回低電平后，單片機結(jié)束復(fù)位狀態(tài)并從用戶程序區(qū)的0000H處開始正常工作。圖3-6 STC89C52RC單片機的最小系統(tǒng)3.2.3 LED八段數(shù)碼管顯示電路此次系統(tǒng)設(shè)計采用的LED八段數(shù)碼管的顯示電路圖如圖3-7所示；系統(tǒng)采用的是動態(tài)掃描的顯示方式，雖然在編程方面工作量有所增加，但是這樣做的優(yōu)點是節(jié)省了單片機的輸入/輸出端口。圖中，八段數(shù)碼管的段選經(jīng)1K的電阻分流后，與單片機P0端8個管腳相連；八段數(shù)碼管的位選由P2端高6位管腳控制，單片機的引腳輸出經(jīng)電阻分流后，控制PNP三極管的導(dǎo)通，領(lǐng)某個數(shù)碼管位選信號有效，從而點亮不同的數(shù)碼管；簡而言之，數(shù)碼管有效控制是單片機的P22P27引腳，而數(shù)碼管數(shù)字顯示是通過單片機的P00P07引腳控制的。圖3-7 數(shù)碼管顯示電路3.2.4 DS18B20溫度傳感器和聲光報警電路一、DS18B20溫度傳感器電路設(shè)計此次系統(tǒng)設(shè)計中DS18B20的電路設(shè)計圖如3-8所示；DS18B20采用寄生電壓供電方式；寄生電壓供電方式下，在數(shù)據(jù)線DQ為高電位時，為傳感器內(nèi)部的電容充電，當數(shù)據(jù)線為低電位時，傳感器內(nèi)部的電容開始放電維持工作，直到高電位再次到來從而為傳感器內(nèi)部電容充電。圖3-8 DS18B20溫度傳感器電路設(shè)計寄生電源優(yōu)點為：（1）進行遠距離測溫時，無需本地電源。（2）可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀取ROM。（3）電路更加簡潔，僅用一根I/O口實現(xiàn)測溫。DS1820雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題：（1) 較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進行補償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS1820進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。（2) 在DS1820的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS1820數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個DS1820，在實際應(yīng)用中并非如此。當單總線上所掛DS1820超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設(shè)計時要加以注意。（3) 連接DS1820的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。二、聲光報警電路設(shè)計此次系統(tǒng)設(shè)計中聲光報警電路圖如圖3-9所示；當單片機引腳P14輸出占空比信號，（報警信號輸出）時，PNP三極管隨著PWM信號進行導(dǎo)通與截止的切換，使5伏特電壓加到蜂鳴器和LED發(fā)光二極管上，經(jīng)電阻分流后，發(fā)光二極管點亮、蜂鳴器鳴叫，產(chǎn)生聲光報警；考慮到三極管的滯后特性，固報警電路的占空比輸出不宜過高。圖3-9 系統(tǒng)的聲光報警電路3.2.5 直流電機驅(qū)動電路此次系統(tǒng)設(shè)計中聲光報警電路圖如圖3-10所示；對于STC89C52RC單片機的輸出，采用外部強上拉的方式，以增強帶負載能力，R9電阻用于限流，由于IRF9540N功耗及性能（帶負載，抗壓）比一般三極管優(yōu)越，其實R9電阻可以不需要；此設(shè)計中IRF9540N工作原理與普通三極管原理類似，P溝道增強型MOS管的開啟電壓UGS（th）<0，當夾斷電壓UGS< UGS（th）時，管子導(dǎo)通；當MOS管導(dǎo)通時候，電壓加到直流電機兩端使電機旋轉(zhuǎn)的同時還給電容充電，電容在此的作用是充放電，輔助導(dǎo)通，讓電機運行穩(wěn)定。圖3-10 系統(tǒng)的直流電機驅(qū)動電路設(shè)計圖4基于單片機的筆記本散熱器的軟件設(shè)計4.1 系統(tǒng)流程設(shè)計此次系統(tǒng)設(shè)計中聲光報警電路圖如圖3-11所示；當系統(tǒng)上電后，首先輸出測速低頻率的PWM信號使電機進行旋轉(zhuǎn)，此時利用光電對管檢測判斷電機是否旋轉(zhuǎn)，如果電機沒旋轉(zhuǎn)則斷開測速PWM信號，并產(chǎn)生聲光報警信號，假如故障問題解決后，可以控制消除報警按鈕，使系統(tǒng)關(guān)閉報警信號并重新開始輸出測速PWM信號；若電機正常旋轉(zhuǎn)，則開始進行溫度的檢測，檢測到的溫度進行實時比較判斷，根據(jù)溫度信號，控制電機的相應(yīng)轉(zhuǎn)速，與此同時將溫度值傳送到數(shù)碼管顯示電路進行溫度的顯示；在此過程中倘若電機發(fā)生堵轉(zhuǎn)或者溫度過高都會產(chǎn)生報警信號。圖3-11 系統(tǒng)的工作流程圖4.2 Keil uVision4軟件介紹Keil公司是一家業(yè)界領(lǐng)先的微控制器（MCU）軟件開發(fā)工具的獨立供應(yīng)商。Keil公司由兩家私人公司聯(lián)合運營，分別是德國慕尼黑的Keil Elektronik GmbH和美國德克薩斯的Keil Software Inc。Keil于2005年由ARM公司收購，現(xiàn)在是ARM旗下的一個公司。一、發(fā)展2009年2月發(fā)布keil uvision4，這款新的編程軟件引入了靈活的窗口管理系統(tǒng)，使開發(fā)人員能夠使用多臺監(jiān)視器，并提供了視覺上的表面對窗口位置的完全控制的任何地方。這款新的編程軟件更好地設(shè)計了編程區(qū)域，多窗口的特點使得用戶界面有效；這款新的編程軟件支持了更多現(xiàn)流行的ARM芯片，并增強了其他管理、應(yīng)用等功能。二、界面KeilVision4引入靈活的窗口管理系統(tǒng)，這款新的編程軟件更好地設(shè)計了編程區(qū)域，多窗口的特點使得用戶界面有效；這款新的編程軟件支持了更多現(xiàn)流行的ARM芯片，并增強了其他管理、應(yīng)用等功能，其軟件界面如圖3-12所示。圖3-12 keil uvision4編程軟件界面三、新特性多顯示器和靈活的管理窗口系統(tǒng)系統(tǒng)瀏覽器窗口的顯示設(shè)備外設(shè)寄存器信息調(diào)試還原視圖創(chuàng)建并保存多個調(diào)試窗口布局多項目工作區(qū)簡化與眾多的項目四、優(yōu)點最新的keil uvision4 IDE，旨在提高開發(fā)人員的生產(chǎn)力，實現(xiàn)更快，更有效的程序開發(fā)。keil uvision4引入了靈活的窗口管理系統(tǒng)，能夠拖放到視圖內(nèi)的任何地方，包括支持多顯示器窗口。keil uvision4在keil uvision3 IDE的基礎(chǔ)上，增加了更多大眾化的功能。4.3 C語言的介紹C語言是在國內(nèi)外廣泛使用的一種計算機語言。C語言功能豐富、表達能力強、使用靈活方便、應(yīng)用面廣、目際程序效率高、可移植性好，既具有高級語言的優(yōu)點，又具有低級語言的許多特點，因此特別適合于編寫系統(tǒng)軟件。C語言誕生后，許多原來用匯編語言編寫的軟件，現(xiàn)在可以用C語言編寫了(例如，著名的UNIX操作系統(tǒng)就是用C語言編寫的)。而學(xué)習(xí)和使用C語言要比學(xué)習(xí)和使用匯編語言容易。一、基本特性一種語言之所以能存在和發(fā)展，并具有較強的生命力，總是有其不同于(或優(yōu)于)其他語言的特點。C語言的主要特點如下。 (1)語言簡沽、緊湊，使用方便、靈活。C語言一共有32個關(guān)鏈字(見附錄B),9種控制語句，程序書寫形式自由，主要用小寫字母表示，壓縮了一切不必要的成分。C語言程序比其他許多高級語言簡練.源程序短.因此輸人程序時工作量少。(2)運算符豐富。C語言具有很廣泛的運算符，數(shù)量大小為34種,C語言把賦值、括號、強制類型轉(zhuǎn)換等當作運算符處理，從而使C語言表達式類型多樣化且運算類型豐富。靈活使用各種運算符可以實現(xiàn)在其他高級語言中難以實現(xiàn)的運算。 (3)數(shù)據(jù)類型豐富。具有各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。C語言提供:整型、浮點型、字符型、數(shù)組類型、指針類型、結(jié)構(gòu)體類型、共用體類型等數(shù)據(jù)類型，尤其是指針類型數(shù)據(jù)，使用十分靈活和多樣化。(4)具有結(jié)構(gòu)化的控制語句。用程序的模塊單位可以用函數(shù)表示，便于將程序模塊化。C語言是完全模塊化和結(jié)構(gòu)化的語言。(5)語法規(guī)格不太嚴格，程序設(shè)汁自由度大，對變量的類型使用比較靈活，一般的高級語言語法檢查比較嚴，能將所有語法錯誤檢查出來，而C語言為程序員提供了自由度，放寬了對語法的檢查。但是程序員應(yīng)認真檢查遵守C程序規(guī)則來編程，從而保證其正確，而不要過分依賴C語言編譯程序去查錯。(6) C語言能進行位(bit)操作，允許直接訪問物理地址，可以直接對硬件進行操作，能實現(xiàn)匯編語言的大部分功能。因此C語言既具有高級語言的功能，又具有低級語言的許多功能，可用來編寫系統(tǒng)軟件。 (7) 程序執(zhí)行效率高，生成目標代碼質(zhì)量高。C語言比匯編程序生成的目標代碼效率一般低10%-20%。 (8)用C語言編寫的程序可移植性好(與匯編語言比)?；旧喜蛔鲂薷木湍苡糜诟鞣N型號的計算機和各種操作系統(tǒng)。二、優(yōu)點1、簡潔緊湊、靈活方便2、運算符豐富3、數(shù)據(jù)類型豐富4、表達方式靈活實用5、允許直接訪問物理地址，對硬件進行操作6、生成目標代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高7、可移植性好8、表達力強三、缺點(1) C語言的缺點主要表現(xiàn)在數(shù)據(jù)的封裝性上，這一點使得C在數(shù)據(jù)的安全性上有很大缺陷，這也是C和C+的一大區(qū)別。(2) C語言的語法限制不太嚴格，對變量的類型約束不嚴格，影響程序的安全性，對數(shù)組下標越界不作檢查等。從應(yīng)用的角度，C語言比其他高級語言較難掌握。也就是說，對用C語言的人，要求對程序設(shè)計更熟練一些。4.4 程序設(shè)計#include "REG51.H" #include <intrins.h> #define uint unsigned int #define uchar unsigned chartypedef unsigned char BYTE;sbit DQ = P12; /DS18B20的數(shù)據(jù)口位P3.3sbit DQ2 = P13; /DS18B20的數(shù)據(jù)口位P3.3BYTE TPH; /存放溫度值的高字節(jié)BYTE TPL; /存放溫度值的低字節(jié)void DelayXus(BYTE n);void DS18B20_Reset();void DS18B20_WriteByte(BYTE dat);BYTE DS18B20_ReadByte();uint temp=0,qian,bai,shi,ge,c;uchar code t=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;void delay(uint z) uint x,y; for(x=z;x>0;x-) for(y=110;y>0;y-); void xianshi() bai=temp%1000/100; shi=temp%100/10; ge=temp%10; P0=tge; P1=0xFe; delay(4); P0=tshi; P1=0xFd; delay(3); P0=tbai; P1=0xFb; delay(4); void main() DS18B20_Reset(); /設(shè)備復(fù)位 DS18B20_WriteByte(0xCC); /跳過ROM命令 DS18B20_WriteByte(0x44); /開始轉(zhuǎn)換命令 while (!DQ); /等待轉(zhuǎn)換完成 DS18B20_Reset(); /設(shè)備復(fù)位 DS18B20_WriteByte(0xCC); /跳過ROM命令 DS18B20_WriteByte(0xBE); /讀暫存存儲器命令 TPL = DS18B20_ReadByte(); /讀溫度低字節(jié) TPH = DS18B20_ReadByte(); /讀溫度高字節(jié) while (1) xianshi();dianji();/*復(fù)位DS18B20,并檢測設(shè)備是否存在*/void DS18B20_Reset() CY = 1; while (CY) DQ = 0; /送出低電平復(fù)位信號 DelayXus(240); /延時至少480us DelayXus(240); DQ = 1; /釋放數(shù)據(jù)線 DelayXus(60); /等待60us CY = DQ; /檢測存在脈沖 DelayXus(240); /等待設(shè)備釋放數(shù)據(jù)線 DelayXus(180); /*從DS18B20讀1字節(jié)數(shù)據(jù)*/BYTE DS18B20_ReadByte() BYTE i; BYTE dat = 0; for (i=0; i<8; i+) /8位計數(shù)器 dat >>= 1; DQ = 0; /開始時間片 DelayXus(1); /延時等待 DQ = 1; /準備接收 DelayXus(1); /接收延時 if (DQ) dat |= 0x80; /讀取數(shù)據(jù) DelayXus(60); /等待時間片結(jié)束 return dat;/*向DS18B20寫1字節(jié)數(shù)據(jù)*/void DS18B20_WriteByte(BYTE dat) char i; for (i=0; i<8; i+) /8位計數(shù)器 DQ = 0; /開始時間片 DelayXus(1); /延時等待 dat >>= 1; /送出數(shù)據(jù) DQ = CY; DelayXus(60); /等待時間片結(jié)束 DQ = 1; /恢復(fù)數(shù)據(jù)線 DelayXus(1); /恢復(fù)延時 /*延時X微秒(STC89C52rc 11.0592M)不同的工作環(huán)境,需要調(diào)整此函數(shù)此延時函數(shù)是使用1T的指令周期進行計算,與傳統(tǒng)的12T的MCU不同*/void DelayXus(BYTE n) while (n-) _nop_(); _nop_(); 結(jié) 論本系統(tǒng)通過采用STC89C52RC單片機作為控制器，檢測溫度傳感變送裝置采用溫度傳感器DS18B20，驅(qū)動單元采用IRF9540N MOS管驅(qū)動電機，完成了整個系統(tǒng)的設(shè)計，結(jié)合自控原理的閉環(huán)控制的感念，完美的實現(xiàn)了采集溫度與調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)了基于單片機的智能散熱器的系統(tǒng)設(shè)計。系統(tǒng)在運行過程中，根據(jù)實時溫度進行判斷，控制器根據(jù)信號的變化進行判斷，輸出結(jié)果作用于MOS管上，最終實現(xiàn)電機的調(diào)速；此外還模擬了報警故障，例如溫度超高，電機堵轉(zhuǎn)等報警故障，系統(tǒng)能夠很好的檢測報警故障并產(chǎn)生相應(yīng)的報警信息。此外，在實時溫度的顯示方面，采用LED數(shù)碼管能連續(xù)穩(wěn)定的顯示實時變化溫度，從而方便用戶更加直觀的懂得筆記本的發(fā)熱狀況。從基于單片機的智能散熱器的系統(tǒng)設(shè)計所取得的良好的控制效果開來，類似的電機調(diào)速系統(tǒng)，如在機器人小車競賽中，在日常家用電器的電機調(diào)速應(yīng)用中，都可以運用此系統(tǒng)，經(jīng)過稍加修改后即能達到理想的效果。因此，本系統(tǒng)的研究和應(yīng)用可以體現(xiàn)在社會生產(chǎn)和生活中，并具有一定重要的地位。參考文獻 1姚福安，電子電路設(shè)計與實踐【M】山東科學(xué)技術(shù)出版社，2006 2楊振江，新型集成電路【M】西安電子科技大學(xué)出版社，2008 3楊書華，王福瑞，李全利，單片機時間與應(yīng)用【M】清華大學(xué)出版社，2006 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謝本系統(tǒng)設(shè)計的撰寫和設(shè)計過程中，我學(xué)到了很多新的知識，也體會到設(shè)計的有趣之處！在此，我要感謝指導(dǎo)導(dǎo)師何林，系統(tǒng)的設(shè)計過程中，在他的指點下，我敲開了一扇扇知識的大門；每當我遇到新的問題時，何老師都是耐心加細心的剖析問題，正是老師無私熱情的幫助，使得設(shè)計更加順利的進行。從資料的搜集到整理，最后進行系統(tǒng)的設(shè)計及修改，整個過程設(shè)計過程，何老師都花費了很多寶貴時間！在此，向?qū)煴硎居芍缘母兄x。此外，我還要感謝大學(xué)里曾經(jīng)教導(dǎo)及幫助過我的眾多老師，謝謝您們的關(guān)心與幫助。您們開拓進取的精神和高度的責任心都將成為學(xué)生學(xué)習(xí)的榜樣。最后還要感謝班級里專業(yè)知識較強的幾位同學(xué)，是你們對設(shè)計的不同看法，激發(fā)了更為豐富的設(shè)計靈感，是你們考慮問題的不同角度，使得問題得以全面兼顧的思考！感謝你們?yōu)榇讼到y(tǒng)進行細心分析與交流探討，由于你們的熱情指點，使得系統(tǒng)設(shè)計中存在的問題能及時的發(fā)現(xiàn)，倘若沒有你們的熱心幫助，此次設(shè)計也就不會這么順利地結(jié)稿，在此向你們表示深深的謝意。