0117、笔记本电脑的智能底座设计论文及其资料
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0117、笔记本电脑的智能底座设计论文及其资料,毕业设计论文
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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 ； 单片机 ； 智能控制 nts ABSTRACT Notebook 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 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 technology. 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 electronic 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 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; intelligent control nts 目 录 1 引言 . 1 1.1 系统研究背景 . 1 1.2 散热原理和方式 . 1 1.3 笔记本散热底座设计 . 2 1.3.1 散热底座的材料 . 2 1.3.2 散热底座的结构 . 2 1.3.3 散热底座的性能 . 2 2 系统方案论证 . 4 2.1 系统框图 . 4 2.2 各模块方案论证 . 4 2.2.1 控制器的选择 . 4 2.2.2 温度采集器件的选择 . 5 2.2.3 电机及其驱动器的选择 . 6 3 系统硬件设计 . 7 3.1 单片机 AT89S52 . 7 3.1.1 芯片介绍 . 7 3.1.2 系统时钟电路 . 11 3.1.3 复位电路 . 11 3.2 温度传感器电路 . 12 3.2.1 芯片 DS18B20 介绍 . 12 3.2.2 传感器连接电路 . 13 3.3 直流电机驱动电路 . 14 3.3.1 三极管简介 . 14 3.3.2 直流电机简介 . 14 3.3.3 直流电机驱动电路 . 14 3.4 串口通信电路 . 15 3.4.1 串口通信介绍 . 15 3.4.2 芯片 MAX232 介绍 . 16 3.4.3 MAX232 电路连接图 . 16 3.5 电源电路 . 17 3.5.1 电源芯片介绍 . 17 nts 3.5.2 电源芯片连接电路 . 18 4 系统软件设计 . 20 4.1 编程语言简介 . 20 4.2 单片机程序设计 . 21 4.2.1 主程序设计 . 21 4.2.2 温度采集子程序 . 22 4.3 VB 上位机程序设计 . 22 4.3.1 VB6.0 软件介绍 . 22 4.3.2 主程序设计 . 24 4.3.3 交互式界面设计 . 24 5 系统调试 与测试 . 26 5.1 硬件调试 . 26 5.2 软件调试 . 27 5.3 调试问题及解决方法 . 28 5.4 测试结果 . 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 致 谢 . 39 nts 1 1 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。 nts 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 。 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度参数，可以大概 确定该散热底座的散热性能。nts 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。 nts天津职业技术师范大学 2010 届本科生毕业设计 4 2 系统方案论证 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 控制器温度传感器散热设备PC 机电源图 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、易于进行功能nts天津职业技术师范大学 2010 届本科生毕业设计 5 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 -55 125 ，在 -10 85 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。 因此 ，本设计采用 方案 二 。 nts天津职业技术师范大学 2010 届本科生毕业设计 6 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 。 nts天津职业技术师范大学 2010 届本科生毕业设计 7 3 系统硬件设计 硬件 系统的主要包括对外界 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，电源电路 。 下面就具体的电路进行阐述 。 3.1 单片机 AT89S52 3.1.1 芯片介绍 AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。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 /计数器，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 种软件可选择节电模式。空闲模式下， CPU 停止工作，允许 RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 主要性能 1.与 MCS-51 单片机产品兼容 2.8K 字节在系统可编程 Flash 存储器 3.1000 次擦写周期 4.全静态操作： 0Hz33Hz 5.三级加密程序存储器 6.32 个可编程 I/O 口线 7.三个 16 位定时器 /计数器 8.八个中断源 9.全双工 UART 串行通道 10.低功耗空闲和掉电模式 11.掉电后中断可唤醒 nts天津职业技术师范大学 2010 届本科生毕业设计 8 12.看门狗定时器 13.双数据指针 14.掉电标识符 AT89S52 方框图 图 3-1 AT89S52 方框图 引脚结构 ： nts天津职业技术师范大学 2010 届本科生毕业设计 9 图 3-2 AT89S52 引脚图 引脚功能描述： VCC： 电源 。 GND： 地 。 P0 口 ： P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口，每位能驱动 8 个 TTL 逻辑电平 。 对 P0 端口写 “1” 时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时， P0 口也被作为低 8 位地址 /数据复用。在这种模式下， P0具有内部上拉电阻 。 在 flash 编程时， P0 口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。 P1 口： P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P1 端口写 “1” 时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。此外， P1.0 和 P1.2 分别作定时器 /计数器 2 的外部计数输入（ P1.0/T2）和时器 /计数器 2 的触发输 入（ P1.1/T2EX）。在 flash 编程和校验时， P1 口接收低 8 位地址字节 。 nts天津职业技术师范大学 2010 届本科生毕业设计 10 P2 口 ： P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P2 端口写 “1” 时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中， P2 口使用很强的内部上拉发 送 “ 1” 。在使用 8 位地址访问外部数据存储器时， P2 口输出 P2 锁存器 的内容。在 flash编程和校验时， P2 口也接收高 8 位地址字节和一些控制信号。 P3 口 ： P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P3 端口写 “1” 时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。 P3 口亦作为 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用。在 flash 编程和校验时， P3 口也接收一些控制信号。 RST： 复位输入。晶振工作时， RST 脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后， RST 脚输出 96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能无效。 DISRTO 默认状态下，复位高电平有效。 ALE/PROG： 地址锁存控制信号（ ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低 8位地址的输出脉冲。在 flash 编程时，此引脚（ PROG）也用作编程输入脉冲。 在一般情况下， ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时， ALE 脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为 8EH 的 SFR 的第 0 位置 “1” ， ALE 操作将无效。这一位置 “1” ， ALE 仅在执行 MOVX 或 MOVC 指令时有效。否则， ALE 将被微弱拉高。这个 ALE 使能标志位的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。 PSEN： 外部程序存储器选通信号（ PSEN）是外部程序存储器选通信号。当 AT89S52 从外部程序存储器执行外部代码时， PSEN 在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时， PSEN 将不被激活。 EA/VPP： 访问外部程序存储器控制信号。为使能从 0000H 到 FFFFH 的外部程序存储器读取指令， EA 必须接 GND。为了执行内部程序指令， EA 应该接 VCC。在 flash 编程期间， EA 也接收 12V 电压。 XTAL1： 振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2： 振荡器反相放大器的输出端。 nts天津职业技术师范大学 2010 届本科生毕业设计 11 3.1.2 系统时钟 电路 时钟电路是用来产生 89S52 单片机工作时所必须的时钟信号， 89S52 本身就是一个复杂的同步时序电路，为保证工作方式的实现， 89S52 在唯一的时钟信号的控制下严格的按时序执行指令进行工作，时钟的频率影响单片机的速度和稳定性。通常时钟由于两种形式：内部时钟和外部时钟。 我们系统采用内部时钟方式来为系统提供时钟信号。 89S52 内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该放大器的输入输出引脚为 XTAL1 和 XTAL2，它们跨接在晶体振荡器和用于微调的电容，便构成了一个自激励振荡器电路中的C1、 C2 的选择在 30PF 左右，但电容太小会影响振荡的频率、稳定性和快速性。晶振频率为在 1.2MHZ 12MHZ 之间，频率越高单片机的速度就越快，但对存储器速度要求就高。为了提高稳定性我们采用温度稳定性好的 瓷片 电容，采用的晶振频率为 11.0592MHZ。 1211.0592MXTALC130pC230pX1X2图 3-3 时钟电路 3.1.3 复位电路 复位电路是影响单片机系统运行稳定性的主要内 部因素之一。 单片机的复位操作有手动复位和加电复位两中方式。加电复位是任何单片机都具有的功能。它通过专用的复位电路产生复位信号，是系统的原始复位方式，发生在开机加电时，是系统自动完成的。单片机系统在调试程序时，有可能出现死机、死循环、程序“跑飞”等情况，手动复位是解决这一情形的最好方式 。 单片机系统中用到的复位方式有四种，它们是：积分型、微分型、比较器型和看门狗型。前三种是在芯片外面用分立元件或集成电路芯片搭建完成，最后一种位于芯片内部，属于芯片的一部分。单片机系统中用到的复位电路有上电复位、nts天津职业技术师范大学 2010 届本科生毕业设计 12 按键电平复位和 按键脉冲复位三种。 本设计中， 为了简便设计采用的上电复位电路如下图所示 ： VCCC10uF/16VR10KRST图 3-4 复位电路 3.2 温度传感器电路 3.2.1 芯片 DS18B20 介绍 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器 DS1820 是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。 DS18B20 支持“一线总线”接口，测量温度范围为 -55 125 ，在 -10 85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。与前一代产品不同，新的产品支持 3V5.5V 的电压范围，使系统设计更灵活、方便。 DS18B20 可以程序设定 912 位的分辨率，精度为 0.5 。可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在 EEPROM 中，掉电后依然保存。 DS1822 与 DS18B20 软件兼容，是 DS18B20 的简化版本。省略了存储用户定义报警温度、分辨率参数的 EEPROM，精度降低为 2 ，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。继“一线总线”的早期产品后， DS1820 开nts天津职业技术师范大学 2010 届本科生毕业设计 13 辟了温度传感器技术的新概念。 DS18B20 和 DS1822 使电压、特性及封装有更多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。 18B20 管脚图 图 3-5 18B20 管脚图 3.2.2 传感器连接电路 VCCC10uF/16VR10KRST1211.0592MXTALC130pC230pX1X2P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.5/MO6P1.6/MI7P1.7/SC8RST9RXD/P3.010TXD/P3.111INT0/P3.212INT1/P3.313T0/P3.414T1/P3.515WD/P3.616RD/P3.717XTAL218XTAL119GND20A15/P2.021A14/P2.122A13/P2.223A12/P2.324A11/P2.425A10/P2.526A9P2.627A8P2.728PSEN29ALE/PRO30EA/Vpp31AD7/P0.732AD6/P0.633AD5/P0.534AD4/P0.435AD3/P0.336AD2/P0.237AD1/P0.138AD0/P0.039Vcc40U1AT89S52DS18B20R14.7KVCC图 3-6 传感器连接电路 nts天津职业技术师范大学 2010 届本科生毕业设计 14 3.3 直流电机驱动电路 3.3.1 三极管简介 三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型 晶体管 ， 晶体三极管 ， 是一种电流控制电流的半导体器件 。 其作用是把微弱信号放大成 幅 值较大的电信号 ， 也用作无触点开关。 三极管分类： 按材质分 ： 硅管、锗管 。 按结构分 ： NPN、 PNP。按功能分 ： 开关管、功率管、 达林顿管 、光敏管等 。 按功率分：小功率管、中功率管、大功率管 。 按工作频率分：低频管、高频管、超频管 。 按结构工艺分：合金管、平面管 。 晶体管促进并 带来了 “ 固态革命 ” ， 进而推动了全球范围内的半导体电子工业。作为主要部件，它及时、普遍地首先在通讯工具方面得到应用，并产生了巨大的经济效益。由于晶体管彻底改变了 电子线路 的结构，集成电路以及 大规模集成电路 应运而生，这样制造像高速电子计算机之类的高 精密装置就变成了现实。 3.3.2 直流电机简介 输出或输入为直流电能的旋转电机，称为直流电机，它是能实现直流电能和机械能互相转换的 电机 。当它作电动机运行时是 直流电动机 ，将电能转换为机械能；作发电机运行时是 直流发电机 ，将机械能转换为电能。直流电机的结构应由定子和转子 两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和 电刷 装置等组成。随着人们生活水平的提高，产品质量、精度、性能、自动化程度、功能以及功耗、价格问题已经是选择家用电器的主要因素。永磁直流电机既具有结构简单、 运行可靠、维护方便等优点，又具备良好的调速特性，现已广泛应用于各种场合。 3.3.3 直流电机驱动电路 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，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。 对于电路的保护采用二极管续流方式并联在电机两端。 nts天津职业技术师范大学 2010 届本科生毕业设计 15 A-+MotorH8550VCCR34.7K1N4007图 3-7 直流电机驱动电路 3.4 串口通信电路 3.4.1 串口通信介绍 RS-232 已经成为 PC 机与通信工业中应用最广泛的串行通信接口之一，尽管近年来随着 USB 技术的成熟与发展， RS-232 串口的地位将逐步被 USB 接口协议取代，但是在工业控制与嵌入式系统中， RS-232 串口通信以其低廉的实现价格，较长的通信距离，优异的抗干扰能力，仍然占有十分大的应用比例。 RS-232 是一种在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准，其采用了不平衡的传输方式，典型的 RS-232 信号在正负电平之间摆动，数据传输时，发送端驱动器的输出正电平 范围在 +5+15V 之间，负电平范围在 -5-15V 之间，与 TTL电平相对应时，逻辑 1 对应 RS-232 通信的负电平，逻辑 0 对应 RS-232 通信的正电平。 9 针串口功能一览表 ： 1.载波检测（ DCD） 2.接收数据（ RXD） 3.发送数据（ TXD）4.数据终端准备好（ DTR） 5.信号地（ GND） 6.数据准备好（ DSR） 7.发送请求（ RTS） 8.发送清除（ CTS） 9.振铃指示（ RI） 数据连接线主要在设备中起桥梁的作用，使 PC 机与单片机， PC 机与 PC 机之间进行数据通信， 串口间通信只要连接三条线就可以了 。 即 接 收 数据线 ， 发 射 数据线和信息地线 。 在 某 时 刻 ， 对一台机来说nts天津职业技术师范大学 2010 届本科生毕业设计 16 是发送数据 ， 对另一台机就是接收数据 。 所以 接 收 数据线与 发 射 数据线要换接 。 3.4.2 芯片 MAX232 介绍 MAX232 产品是由美国 Maxim 公司推出的一款兼容 RS-232 标准的芯片，该器件包含两个驱动器、两个接收器和一个电压发生器电路提供 TIA/EIA-232-F 电平，该器件符合 TIA/EIA-232-F 标准，每一个接收器将 TIA/EIA-232-F 电平转换成 5TTL/CMOS 电平，每一个发送器将 TTL/CMOS 电平转换成 TIA/EIA-232-F 电平，有从贴 片到直插等不同的封装类 。 图 3-8 MAX232 芯片内部结构图 3.4.3 MAX232 电路连接图 MAX232 采用单 5V 供电，内部有两个电荷泵，通过充电电容的作用将 +5V 电压转换为 +10V 的电压，第一个电荷泵利用充电电容 C1 将 +5V 电压加倍提升到+10V，第二个电荷泵利用充电电容 C2 和 C4将 +10V 电压变换为 -10V 的电压，为RS-232 通信提供工作电平。对于 MAX232 来说，推荐采用 10uF 的电 解 电容 。 nts天津职业技术师范大学 2010 届本科生毕业设计 17 C1+1VCC16V+2C1-3C2+4C2-5V-6T2OUT7R2IN8R2OUT9T2IN10T1IN11R1OUT12R1IN13T1OUT14GND15U10MAX23210uFC410uFC510uFC610uFC7123456789J1VCCTXDRXD图 3-9 MAX232 与电脑连接 3.5 电源电路 3.5.1 电源芯片介绍 电源电路主要 运用到 7805 稳压芯片，输出电压为 5V，加散热片时 驱动电流可达 1A，输出 电流 200 300mA 时， 7805 温度 在 50 度左右 ，并且有过温切断输出起到保护功能。该系列芯片技术成熟，所需的外围器件少，性价比高，运用的非常广泛，其内部原理图如图 3-10 所示 。 图 3-10 为 7805 的引脚图： 1.INPUT 电源输入端，最大可达 35V 2.GROUND 电源地 3.OUTPUT +5V 输出端 nts天津职业技术师范大学 2010 届本科生毕业设计 18 图 3-10 7805 内部原理图 图 3-11 7805 的引脚图 3.5.2 电源芯片连接电路 由变压器出来的交流 信号经过桥式整流和电容滤波之后送给 LM7805，稳压5V 输出，它的输出单独供给单片机。在三端稳压管的输入输出端与地之间连接大容量的滤波电容，使滤掉纹波的效果更好，输出的直流电压更稳定。接小容量高频电容以抑制芯片自激，输出引脚端连接高频电容以减小高频噪声，使单片机工作在一个良好的电源环境中，提高系统稳定性。 nts天津职业技术师范大学 2010 届本科生毕业设计 19 Vin VoutGNDVR 78051000uFC410uFC51uFC62.2uFC70.1uFC8VCCVCCVCCVCCVCCVCCDS1LED0电源电路220V AC12V12V 12V470uF图 3-12 电源电路原理 nts天津职业技术师范大学 2010 届本科生毕业设计 20 4 系统软件设计 软件部分 也 是整个系统的核心部分 之一 ，硬件 制作 成功后，加上软件部分才能使整个系统得以运行。本系统的软件部分主要包括主程序和系统初始化子程序、 电机控制程序、温度 采集程序 、 串口通信程序 。 4.1 编程语言简介 C 语言是一种计算机程序设计语言。它既有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。它可以作为系统设计语言，编写工作系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。因此，它的应用范围广泛。 C 语言对操作系统和系统使用程序以及需要对硬件进行操作的场合，用 C 语言明显优于其它解释型高级语言，有一些大型应用软件也是用 C 语言编写的。 C语言具有绘图能力强，可移植性，并具备很强的数据处理能力，因此适于编写系统软件，三维，二维图形和动画。它是数值计算的高级语言。 其特点为： 1.语言简洁 、 紧凑 、 使用方便 、 灵活。 2.运算符丰富。 3.数据结构丰富，具有现代化语言的各种数据结构。 4.具有现代化的控制语句。 5.语法限制不太严格，程序设计自由度大。 6.能实现汇编语言的大部分功能，可以直接对硬件进行操作。 7.生成目标代码质量高，程序执行效率高。 8.程序可移植性好 。 汇编语言是面向机器的 程序设计 语言 。 汇编语言是一种功能很强的程序设计语言 ,也是利用计算机所有 硬件 特性并能直接控制硬件的语言。 “ 汇编语言 ” 作为一门语言，对应于高级语言的编译器，需要一个 “ 汇编器 ”来把汇编语言原文件汇编成机器可执行的代码。汇编语言的长处在于编写高效且需要对机器硬件精确控制的程序。 汇编语言比机器语言易于读写、调试和修改，同时具有机器语言全部优点。但在编写复杂程序时，相对高级语言代码量较大，而且汇编语言依nts天津职业技术师范大学 2010 届本科生毕业设计 21 赖于具体的处理器体系结构，不能通用， 因此不能直接在不同处理器体系结构之间移植。 其特点为 : 1.面向机器的低级语言，通常是为特定的计算机专门设计的。 2.保持了机器语言的优点，具有直接和简捷的特点。 3.可有效地控制计算机的各种硬件设备，如 存储器 、 CPU、 I/O 端口 等。 4.目标代码简短，占用内存少，执行速度快，是高效的程序设计语言。5.经常与高级语言配合使用，应用广泛。 4.2 单片机程序设计 4.2.1 主程序设计 主程序开始温度采集初始化 串口初始化读取当前温度电机控制初始化设定警报温度判断温度串口发送温度判断温度范围高损耗警报超过最大值启动电机模块达到散热温度串口控制启动图 4-1 主程序流程图 nts天津职业技术师范大学 2010 届本科生毕业设计 22 4.2.2 温度采集子程序 初始化 18B20读取序列号判断是否存在匹配 18B20发送转化命令等待转换结束读取温度YN结束图 4-2 温度采集子程序 4.3 VB 上位机程序设计 4.3.1 VB6.0 软件介绍 Visual basic 是在 Basic 语言的基础上发展起来的，因此它有 Basic 语言简单而又不贫乏的优点 。 nts天津职业技术师范大学 2010 届本科生毕业设计 23 1.Basic 语言的发展历史 Basic 相对于其他的计算机编程语言来说，可以成为古老的编程语言了。它最初由美国计算机科学家 John kemeny 和 Thomas Kurtz 设计，诞生于 1964 年，迄今为止经历了 40 多年。其间经历
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