基于单片机控制的笔记本散热系统

毕 业 设 计专 业： 班级学号：学生姓名： 指导教师： 二一三年五月基于单片机控制的笔记本散热系统based on STC89C52RC single-chip smart notebook radiator2013 年 5 月摘 要随着电子技术的飞速发展，使笔记本电脑不断的更新换代，功能越发完善，逐步走向“超极本”的行列，但是对于现流行的笔记本电脑而言，还是存在很多瑕疵的地方，如笔记本散热问题，电池续航能力等；笔记本电脑发热过大，散热不足的问题时时刻刻引起消费者的关注，因为笔记本电脑散热不足不仅直接影响着电脑的寿命的，还不符合现流行的低碳生活；针对散热问题，本文设计了基于 STC89C52RC单片机的智能笔记本散热器；其基本散热方式与普通散热一致：采用吹风的方式，将笔记本热量强制吹出，并引入低温空气，增加笔记本底部的空气流动，从而使笔记本电脑得到优质的散热效果。智能笔记本散热器相对于与普通的笔记本散热器而言，其具有低碳节能、温度的时时提示、高温声光报警、自动控温、散热效果明显且成本适中等特点，作为笔记本外设配件，智能笔记本散热器在消费市场上具有巨大的潜力。关键词：笔记本 散热 STC89C52RC 吹风 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 air STC89C52RC Blow Automation I目 录ABSTRACT .41 引言 .11.1 笔记本散热器的概述 .11.1.1 笔记本散热器的组成 .11.1.2 系统的研究背景 .11.2 基于单片机的笔记本散热器的概述 .22 基于单片机的笔记本散热器方案设计 .32.1 系统设计 .32.2 系统方案论证 .32.2.1 单片机选型 .32.2.2 温度传感器选型 .42.2.3 显示单元选型 .52.2.4 电机的选型 .63 基于单片机的笔记本散热器的硬件设计 .73.1 所需电子元件介绍 .73.1.1 DS18B20 温度传感器概述 .73.1.2 LED 八段数码管概述 .83.1.3 IRF9540N COMS 管概述 .103.2.1 电源电路设计 .103.2.2 STC89C52RC 单片机最小系统设计 .113.2.3 LED 八段数码管显示电路 .123.2.4 DS18B20 温度传感器和声光报警电路 .123.2.5 直流电机驱动电路 .14结 论 .22参考文献 .23致 谢 .24天津职业技术师范大学 2013 届本科生毕业设计11 引言1.1 笔记本散热器的概述笔记本电脑中，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。大家都知道，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,于是笔记本散热器的辅助作用就得到了重视。 传统笔记本散热器工作方式是直接对着笔记本电脑底部吹散热量，将笔记本热量强制吹出，并引入冷空气，增加笔记本底部的空气流动，从而使笔记本电脑内部各发热元件均得到散热，有效保持内部的低温工作环境，是有效降低笔记本电脑温度的小装置。1.1.1 笔记本散热器的组成一、散热器的材料当前市场主要产品使用的材料有两种：金属，塑料或者木质。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，而且由于制造时工艺要求较高，一旦做工不够精细，极易成为伤人的利器。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。二、散热器的结构风扇型的散热底座构造其实也不复杂，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，有的产品还具有扩展多个 USB 口的功能。大多数笔记本电脑的散热底座的风扇均采用吹风式设计，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。天津职业技术师范大学 2013 届本科生毕业设计21.1.2 系统的研究背景 随着电子技术的飞速发展，使笔记本电脑不断的更新换代，功能越发完善，逐步走向“超极本”的行列，但是对于现流行的笔记本电脑而言，还是存在很多瑕疵的地方，如笔记本散热问题，电池续航能力等；笔记本电脑发热过大，散热不足的问题时时刻刻引起消费者的关注，因为笔记本电脑散热不足不仅直接影响着电脑的寿命的，还不符合现流行的低碳生活；针对散热问题，市场上也推出了形形色色的笔记本的散热器；普通散热器的效果很不明显，其寿命短且不可控等特点让消费者在使用时候感觉若有若无；散热效果稍好点的品牌，价格却比较昂贵，难以让消费者接受。在此，介于以上提出的两种散热器，取出折中的方案，设计出基于单片机的智能笔记本散热器；其基本散热方式与普通散热一致：采用吹风的方式，将笔记本热量强制吹出，并引入低温空气，增加笔记本底部的空气流动，从而使笔记本电脑得到优质的散热效果。智能笔记本散热器相对于与普通的笔记本散热器而言，其具有低碳节能、温度的时时提示、高温声光报警、自动控温、散热效果明显且成本适中等特点，作为笔记本外设配件，智能笔记本散热器在消费市场上具有巨大的潜力。1.2 基于单片机的笔记本散热器的概述一、散热器的组成整体结构类似于普通散热器，主要区别散热风扇是采用香港德昌牌的 380 直流电机带动单个大风扇旋转，向笔记本吹风；在散热器左上方，也就是笔记本散热出口处，有温度传感器，用于检测笔记本温度，在散热器右上方的也有温度传感器，用于比较室温，散热器的核心部件为单片机，单片机接收传感器信号，进行数据处理后控制直流电机的运行并将温度值通过 LED 八段数码管显示，在风扇叶出设有光电对管模块，用于检测风扇是否运行；此外，散热器还具备声光报警功能，在高温或风扇堵转时将产生报警。二、散热器的优点总的来说，基于单片机的笔记本散热器是一个闭环调节的调温系统，通过温度传感器实时采集笔记本的温度，将信号传达给单片机，使得单片机做出反应，改变风扇转速，进行有效的降温，从而达到低碳生活，高效利用的效果；结合光电传感器和温度传感器，对整个散热器进行全面监控，如果发生超温或风扇堵转，单片机将立即做出反应，避免设备发生故障；而相比于普通散热器却只是开环的系统，对于系统安全方面的考虑和降温的效果是远远不及基于单片机的笔记本散热器的。天津职业技术师范大学 2013 届本科生毕业设计32 基于单片机的笔记本散热器方案设计2.1 系统设计本系统的设计思想为：利用两个 DS18B20 温度传感器进行室温的检测和笔记本散热温度的检测，两个传感器产生的数字温度信号传送至 STC89C52RC 单片机进行数据的处理；单片机对数据的处理结果做出分析判断后，一方面，单片机将实时温度用 LED 八段数码管显示；另一方面根据实时温度，输出相应信号，驱动直流电机的运行。在直流电机的控制方面，采用 PWM 脉宽调制方式来改变直流电机的转速；电机带动风扇的转动与否通过光电传感器进行检测；系统设置了报警功能，倘若系统出现故障，将触发声光报警电路，警示用户系统自身不良状况并停止系统运行，直到故障恢复为止。系统大致结构框图如图 2-1 所示。图 2-1 系统结构框图2.2 系统方案论证本系统设计采用闭环控制概念，根据笔记本的实时温度，使散热器的散热风扇运行在不同的工况上，实现笔记本的温度控制，固需要补交稳定可靠的电子元件和直流电机。2.2.1 单片机选型介于本系统数据处理程度不算复杂，工况环境不算恶劣，系统对单片机的选型STC89C52RCLED 显示单元声光报警电路PWM 驱动模块德昌 380 直流电机 光电传感器DS18B20 传感器天津职业技术师范大学 2013 届本科生毕业设计4没特殊要求，因此本系统采用 STC89C52RC 单片机进行设计，STC89C52RC 单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单 片机，指令代码完全兼容传统 8051 单片机，12 时钟/机器周期和 6 时钟/机器周 期可以任意选择。主要特性如下： 1. 增强型 8051 单片机，6 时钟/机器周期和 12 时钟/机器周期可以任 意选择，完全兼容传统 8051 的指令代码。2. 工作电压：5.5V3.3V/3.8V2.0V。3. 工作频率范围：040MHz，相当于普通 8051 单片机的 080MHz。4. 用户应用程序空间为 8K 字节。5. 片上集成 512 字节 RAM。6. 通用 I/O 口 （32 个） 复位后为： P1/P2/P3/P4 是准双向口/弱上拉， P0 口是漏极开路输出，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。 7. 具有 EEPROM 功能。8. 具有看门狗功能。9. 共 3 个 16 位定时器/计数器。即定时器 T0、T1、T2。10. 外部中断 4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可 由外部中断低电平触发中断方式唤醒。11. 通用异步串行口（UART） ，还可用定时器软件实现多个 UART。12. 工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级） 。STC89C52RC 单片机的工作模式可分为：掉电模式，典型功耗0.1A,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序；空闲模式，典型功耗 2mA 典型功耗；正常工作模式，典型功耗 4Ma7mA 典型功耗；掉电模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备。2.2.2 温度传感器选型系统对于温度检测的所用到的温度传感器的选择主要有以下三种方案：方案一：由于热敏电阻具有热电效应，能根据实时温度输出对于电压信号，因此检测温度的核心元件为热敏电阻元件，通过电阻桥，输出检测结果，采用运算放大器将检测电压进行放大，结果再经八位的模数转换芯片 ADC0809，将结果转化为数字信号后传达至单片机处理。方案二：温度检测的主要器件采用模拟式集成温度传感器 LM35 芯片，把检测到的实时温度信号输出至八位的模数转换芯片 ADC0809，芯片将转换结果传达到STC89C52RC 单片机进行处理。天津职业技术师范大学 2013 届本科生毕业设计5方案三：温度检测的主要器件采用数字式的集成温度传感器 DS18B20 芯片，DS18B20 检测实时温度信号后，直接将结果以数字温度信号方式输出至 STC89C52RC单片机进行处理。方案一论证，检测温度的主要器件为热敏电阻元件，优点为：价格低，元件获取便利，缺点为灵敏度和分辨率精度不够高，信号实时采集、功率放大和信号处理时容易产生误差，由于热敏电阻的非线性 R-T 关系，会使当温度变化继续而产生误差累积，人工修改则繁琐，操作复杂；故该方案不适合本系统。方案二论证，温度检测的核心元件采用模拟式集成温度传感器 LM35 芯片，模拟式集成温度传感器 LM35 优点是具有高度集成化，从而降低信号转换电路的误差因数，使得温度误差减小，缺点是其检测实时温度，输出的结果是以电压形式，从而需要配备八位模数转换芯片 ADC0809，此方案不仅设计复杂还需要增加成本。方案三论证，温度检测的主要器件采用数字式的集成温度传感器 DS18B20 芯片，数字式集成温度传感器 DS18B20 优点是具有高度集成化，从而