电脑机箱散热控制电路实训报告

1 1 目录 一 实训题 目 2 二 题目的具体功能和要 求 2 三 设计思 路 2 四 系统框 图 3 五 单元电路 图 4 六 整体电路 图 6 七 主要元器件的相关参 2 2 数 8 八 整体电路的制作与调 试 8 九 实训结 果 10 十 心得体 会 11 十一 参考文 献 11 3 3 一 实训题目 电脑机箱散热风扇比例控制电路 二 题目的具体功能和要求 风扇的平均转速与气温成正比 即气温高风扇就转快一些 以加强散热 气温低则可转慢一些 以减少耗电 注 风扇由 12V 1W 的直流电机带动 三 设计思路 首先必须要有一个风扇 即电机 傻子都必须知道 其次 要让风扇转动 必须要有电源 不可能用嘴吹 没有这么多的化学 能来消耗 化学能转化为机械能是可以 毕竟人的化学能来源于粮食 要懂得 节约 这电源该怎么来呢 题目要求 12V 两种思路 一种最简单的方法就是直 接到市场买 12V 直流电源 但浪费钱 第二种思路就是利用所学的知识制作直 流 12V 电源 这 12V 的电源又该怎么制作呢 直流 12V 电源 也就是要实现市电 220V 转化为 12V 直流电 第一 降压 必须把 220V 交流电降之低压 最好是接近 12V 交流电 第二 整流 比较常用的整流就是桥式整流 如图一所示 图一 第三 滤波 在输出端接滤波电容即可 第四 调试 准备好相关工具 如万用表 通电后进行调试 测试输出端是否 已经满足直流 12V 电源 口水话说了一拖拉机却不是老师要的重点 老师要的重点是电脑机箱散热 风扇比例控制电路 况且直流 12V 电源是很容易找到的电源 实验室有直流可 调电源 0 24V 随选 如果在宿舍 怎么办呢 这也没关系 目前好多人都喜 欢用万能手机充电器 通常都是 4V 的 我让三个万能充电器串联就行了 如果 没有万能充电器怎么办 也不怕 干电池 便宜点的才 1 块钱一对 一对就是 3V 四块钱不就是 12V 啦 把它们串联起来就用啦 干电池与万能充能不能串 联起来用呢 严格来说是本能的 不可取 为什么呢 因为不同内阻的电源串 4 4 联起来 内阻大的会成为负载 如果没办法 我觉得串联起来用一用是没大问 题的 再次 这里涉及到气温 那我就必须把温度信号转化为电信号了 那肯定 就要用带温度传感器了 温度传感器听起来多么深不可测的名字啊 就像很复 杂的精密仪器一样 其实用得比较多的温度传感器就是热敏电阻和热电偶 是 不是很让人出乎意料 很多实验都用过热敏电阻 比如温度报警电路 最后 我们可以这样来思考 电机运转起来 即使立即断电 它也不会马 上停下来 因为电机运转起来是有惯性的 所以只要我们对电机进行持续不断 的通电和断电 它就会不断地运转 通电的时间长 断电的时间短 它就会转 的快一些 通电的时间短 断电的时间长 转的就慢一些 如果我们把通一次 电和断一次电看成一个周期 通电看成逻辑 1 断电看成逻辑 0 我们把 一次通电的时间比上一个周期称为占空比 那么可以知道 当占空比增大时 电机转的就快 也就是所谓的 PWM 调速 PWM 是什么意思呢 它是 Pulse Width Modulation 的缩写 它的意思是脉冲宽度调制 我们只要在温度高的时 候提高占空比就可以了 也就可以实现风扇的平均转速与气温成正比 即气温 高风扇就转快一些 以加强散热 气温低则可转慢一些 以减少耗电 好 那 现在问题又来了 逻辑 1 我们看成高电平 逻辑 0 我们看成低电平 那么什么东西可以输出高低电平呢 当然是电压比较器了 电压比较器的功能 就是比较两个电压的大小 当电压比较器的 输入端高于 输入端时 电压比较器输出高电平 当电压比较器的 输入端高于 输入端时 电 压比较器输出高电平 四 系统框图 系统框图如图二所示 风扇 电机 保护电路 电源 降压并稳压 电压比较器 温度信号 图二 5 5 系统框图原理介绍 实验室提供的风扇 额定电压是 12V 经实验 该风扇在 6V 就可以 转动 故电源电压可控制在 6 到 12V 之间 为了不损坏电机 电压应控制在 12V 以下 电源经过降压并稳压后 给电压比较器供电 以便电压比较器正常 工作 温度信号通过温度传感器 热敏电阻 把温度信号转化为电压信号 让 电压比较器进行判断 当电压比较器的 输入端高于 输入端时 电压 比较器输出高电平 当电压比较器的 输入端高于 输入端时 电压比 较器输出高电平 电压比较器输出高电平时 风扇的回路接通 风扇转动 电 压比较器输出低电平 风扇的回路断开 由于风扇转动后有惯性 它不会立即 停转 它会慢慢停下来 在风扇停下来之前 电压比较器输出高电平 风扇回 路又接通 风扇加速 当温度升高时 占空比提高 风扇平均转速增加 以降 低温度 温度降低时 占空比下降 风扇平均转速下降 五 单元电路图 1 保护电路 1 电路原理 为什么要有保护电路呢 因为风扇内部结构主要是由线圈绕制而成 通 电后会产生感应电动势 继而产生感应电流 为了让风扇安全起见 最好在 风扇回路里并联一个二极管 2 单元电路图 单元电路图如图三所示 2 电压比较器 1 电路原理 电压比较器用于比较已知电压与温度传感器转化来的电压的高低 当电压 比较器的 输入端高于 输入端时 电压比较器输出高电平 当电压比 较器的 输入端高于 输入端时 电压比较器输出高电平 引脚 3 为 6 6 同相输入端 引脚 2 为反向输入端 引脚 7 为电源引脚 VCC 引脚 4 为地端 GND 引脚 6 为输出端 2 单元电路图 单元电路图如图四所示 图四 3 降压并稳压 1 电路原理 要让电压比较器正常工作 需要给电压比较器提供一个稳定的电压 所以 需要一个稳压二极管 但加在稳压二极管两端的电压又不能超过稳压二极管的 稳压值 故用电阻进行降压 2 单元电路图 单元电路图如图五所示 7 7 图五 4 温度信号转化 1 电路原理 温度信号需要用温度传感器 这里使用热敏电阻 采集温度并转 化为电压信号 适当调节滑动变阻器 Rw 热敏电阻 Rt 通过外界气温 把温度信 号转化为电压信号 2 单元电路图 单元电路图如图六所示 图六 5 电源 8 8 电源可以用自己制作的市电转化而来的直流电源 也可以用干电池串联而 成的直流 12V 电源 还可以用实验室提供的可调直流电源 0 到 24V 6 风扇 学校实验室从废旧电脑主机箱里拆下的散热风扇 该风扇的额定电压是 12V 六 整体电路图 1 整体电路原理图 图七 2 整体电路的工作原理 热敏电阻 Rt 通过外界检测温度 热敏电阻的阻值随着气温的变化产生 变化 进而产生电压的信号 Rt 一端的电位与 Rw 一端的电位进行比较 同 相端 3 引脚的电位高于反相端 2 引脚的电位时 电压比较器的输出端 6 引脚 9 9 输出高电平 电流通过电阻 R3 发光二极管驱动三极管导通 此时风扇回 路接通 风扇运转 热敏电阻 Rt 通过外界检测温度 热敏电阻的阻值随着气温的变化产生 变化 进而产生电压的信号 Rt 一端的电位与 Rw 一端的电位进行比较 反 向输入端 2 引脚的电位高于同输入端 3 引脚的电位时 电压比较器的输出端 6 引脚输出低电平 此时风扇回路断开 由于风扇运转后有惯性 风扇不会 立即停转 而是慢慢停转 在风扇停转前 电压比较器再次输出高电平 这 时风扇加速转动 电压比较器输出一次低电平与一次高电平的时间为一个周 期 高电平比上一个周期成为占空比 由此可知温度升高时 提高占空比 风扇的平均转速将提高 温度降低时 减小占空比 风扇的平均转速将下降 发光二极管的作用是当发光二极管发光时 表明电压比较器输出高电平 三极管导通 风扇回路是接通的 倘若风扇不转 则极有可能是风扇损坏 当发光二极管不发光时 说明电压比较器输出低电平 三极管断开 风扇回 路是断开的 这时风扇不会立即停转 因为风扇运转后有惯性 由于电压比较器的工作需要稳定的电压 所以用稳压二极管进行稳压 稳压二极管两端的电压又不能超过它的稳压值 所以只能进行降压了 电阻 R4 就是用来降压的 电阻 R3 的作用是用来限流的 目的是保护发光二极管 电阻 R1 和电阻 R2 都是用来分压的 三极管是用来控制风扇回路的开和断的 七 主要元器件的相关参数 标注器件名称大小型号 R1电阻6 8kRX R2电阻6 8kRX R3电阻1kRX R4电阻2kRX Rt热敏电阻2 4kNTC Rw滑动变阻器0 5k LED发光二极管 VD1二极管2cp VD2稳压管2cw57 VT1三极管S9013 U1电压比较器OP07 M风扇 八 整体电路的制作与调试 10 10 1 查阅资料 复习可能用到的课程 就目前我所知道的电子方面的网站 资料最齐全的就是电子发烧友 本 方案用到的主要是模拟电子技术和电子电路设计 2 方案确定前的实验 1 风扇到手里时的实验 拿到老师从废旧电脑主机箱拆下的风扇后 我就马上在风扇上通 12V 的 直流电 风扇就转动起来 说明该电风扇是好的 2 风扇到手里后的实验 把风扇拿到宿舍后 我开始对它进行研究 我找到一个热敏电阻 首 先用万用表测试了一下它在常温下的电阻值 我想到了下面的一个简单电路 图八 我进行了下面的分析 经实验可知 风扇在 6V 的电压下就可以转动 12V 是风扇的额定电压 当风扇两端的电压达到 12V 风扇平均转速最大 让 R1 的电阻值与常温下 Rt 接近 则常温下 不管从 R1 取电压 还是 从 Rt 取电压 风扇两端的电压都是 6V 左右 如果热敏电阻是正温度系数的 即温度升高 电阻值增大 那么热敏电 阻两端的分压增大 我只要用风扇从热敏电阻两端取电压 风扇两端的电压 就会从 6V 慢慢增加 但不会超过 12V 电压增加 转速增大 即符合气温 升高 风扇的平均转速增大 如果热敏电阻是负温度系数的 即温度升高 电阻值减小 那么热敏电 阻两端的分压减小 我只要我只要用风扇从电阻 R1 两端取电压 风扇两端 的电压就会从 6V 慢慢增加 但不会超过 12V 电压增加 转速增大 即符 合气温升高 风扇的平均转速增大 通过以上的分析 我觉得这个题目也太简单了 两三个元器件就可以搞 定的事 于是 我就焊接了图八的这个电路图 进行实验 最后发现 单独 给风扇 6V 的电压 风扇就会转 而不管用风扇从 R1 取电 还是从 Rt 取电 风扇都不会转 我也不断改变 Rt 周边环境的温度 还是不会转 我开始思 考原因 我用万用表测试风扇两端的电压 发现不管风扇是从 R1 取电 还 11 11 是从 Rt 取电 风扇两端的电压都小于 6V 这是为什么呢 我开始思考 风扇取电 是并联进来的 并联后电阻会有很大变化 于是我用万用表测试风扇两端的电阻 最后发现风扇的电阻才有几百欧 姆 然后再测试热敏电阻在温度变化下的电阻 最小都是 1K 左右 并联电 阻的阻值是比并联电路的最小电阻的阻值还要小 所以不管风扇从哪里取电 其两端的电压都小于 6V 所以不会转 3 失败后的请教 在网上看了一些资料 感觉也比较麻烦 而且 STC 型号的单片机本身已 经有 PWM 调速 51 型号的单片机可以自己编程实现 PWM 调速 于是我就 去请教老师 老师给我点拨了一下大体思路 再结合我自己以前做过的东西 才想出了图七所示的方案 4 请教后的制作 我焊接制作了两个电路 一个是图七所示的电路 另一个是在图七的基 础上去掉分压电阻和稳压管 也就是图九 图九 图九 刚制作后 通电后发现它的工作效果与图七一样 所以感觉分压 电阻和稳压管是多余的 第二天 我的心血来潮 又拿出来整了玩 发现图九通电后不会转了 而且不管怎么查 都找不到问题 原因可能是两个 可能电压比较器坏了 也可能是三极管坏了 但感觉三极管坏的可能性不大 可能是由于电压比较 12 12 器没有稳定的工作电压才导致电压比较器损坏 而没有稳定的工作电压是因 为没有稳压管 所以分压电阻和稳压管并不多余 最后调试成功的也就是图七的方案 九 实训结果 本次实训 我的大体上已经达到要求 要求不高的电脑机箱散热是行 得通的 图十为实物照片 只是要用于要求高的电脑机箱需要进一步优化 而 优化的思路是电压比较器的输入端要能产生锯齿波 由