李成華　李若豪　劉炎華（南通大學(xué)杏林學(xué)院，江蘇　南通　226019）

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基于STC89C52的智能抽風(fēng)式散熱器設(shè)計(jì)研究

李成華李若豪劉炎華
（南通大學(xué)杏林學(xué)院，江蘇南通226019）

摘要：抽風(fēng)式散熱器是一種從筆記本電腦散熱口向外抽出熱空氣，幫助筆記本降低內(nèi)部溫度的設(shè)備?，F(xiàn)有的抽風(fēng)散熱器功能單一，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速固定或需手動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)速，不利于靈活調(diào)節(jié)散熱效果。本文基于單片機(jī)STC89C52設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款新型抽風(fēng)式溫控散熱器，通過(guò)檢測(cè)筆記本散熱口實(shí)時(shí)溫度，采用PWM脈沖寬度調(diào)制方式，智能調(diào)節(jié)抽風(fēng)式散熱器風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，方便高效地保證筆記本電腦散熱的。

關(guān)鍵詞：STC89C52；單片機(jī)；抽風(fēng)式散熱器；溫控風(fēng)機(jī)；PWM

0. 引言

筆記本電腦在使用過(guò)程中，機(jī)體內(nèi)部以及風(fēng)扇等部位都很容易積灰，影響筆記本電腦正常散熱，溫度過(guò)高會(huì)使CPU、GPU自動(dòng)降頻影響筆記本電腦性能，甚至啟動(dòng)過(guò)熱保護(hù)關(guān)機(jī)，直接影響工作以及娛樂(lè)體驗(yàn)。此外，筆記本電腦長(zhǎng)期工作在高溫環(huán)境下，不僅影響電腦的使用質(zhì)量，更是對(duì)電腦內(nèi)部的芯片壽命有著重要的影響。傳統(tǒng)筆記本散熱器多采用恒定轉(zhuǎn)速的風(fēng)扇底座進(jìn)行散熱，這種散熱器不會(huì)關(guān)注電腦系統(tǒng)溫度，無(wú)法達(dá)到高溫提速加強(qiáng)散熱效果，低溫減速降低功耗的目的。抽風(fēng)式散熱器放置在筆記本電腦散熱口，通過(guò)溫控調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)，能更直接、準(zhǔn)確地偵測(cè)筆記本內(nèi)部溫度情況，系統(tǒng)根據(jù)溫度情況能實(shí)時(shí)改變風(fēng)速，以實(shí)現(xiàn)高溫提速加強(qiáng)散熱效果，低溫減速降低功耗的目的。

圖1電源模塊電路原理圖

1. 系統(tǒng)概述

本文以單片機(jī)STC89C52為控制核心，利用DS18B20數(shù)字溫度傳感器采集筆記本電腦散熱口實(shí)時(shí)溫度，并將抽風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速分為0，1，2，3四個(gè)狀態(tài)，根據(jù)采集到的實(shí)時(shí)溫度，通過(guò)編程控制抽風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的自動(dòng)調(diào)節(jié)。抽風(fēng)機(jī)狀態(tài)具體定義為狀態(tài)0：散熱器處于關(guān)閉狀態(tài)，風(fēng)口溫度為室溫時(shí)；狀態(tài)1：散熱器風(fēng)扇慢速狀態(tài)（風(fēng)口溫度高于室溫且低于下限溫度）；狀態(tài)2：散熱器風(fēng)扇加速狀態(tài)（溫度高于下限溫度和上限之間）；狀態(tài)3：散熱器風(fēng)扇全速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)（溫度高于上限溫度）。散熱器所處狀態(tài)以及散熱口實(shí)時(shí)溫度值都會(huì)通過(guò)數(shù)碼管顯示，用戶可根據(jù)筆記本散熱情況通過(guò)按鍵自由設(shè)置抽風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)的溫度閾值。溫度低于設(shè)置的室溫時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉散熱器；該散熱器既保證散熱效果，又能達(dá)到節(jié)能的目的，使用十分便捷。

圖2　　STC89C52模塊電路

2. 硬件電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主要分為電源模塊，主控芯片模塊，溫度采集模塊，LED顯示模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，按鍵設(shè)置模塊。主控芯片選用STC89C52，溫度傳感器選用DS18B20，以及4位LED數(shù)碼管，12V直流渦輪風(fēng)機(jī)和按鍵。

2.1電源模塊

本文選用的是12V渦輪風(fēng)機(jī)，由外部電源供電，功率大，散熱性能比一般使用電腦USB供電的風(fēng)扇更強(qiáng)，更能降低筆記本負(fù)擔(dān)。單片機(jī)系統(tǒng)需要5V的供電，電源模塊采用L7805CV集成穩(wěn)壓芯片，在輸入輸出端分別并聯(lián)0.1uf和0.33uf電容，抑制電路中可能產(chǎn)生的自激振蕩，

2.2主控芯片模塊

本文采用STC89C52作為系統(tǒng)控制核心，該芯片能采集傳感器偵測(cè)到的溫度并驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示。通過(guò)按鍵編程，用戶可自由設(shè)置散熱器工作狀態(tài)溫度閾值。該芯片溫度采集精準(zhǔn)度高，并且能夠產(chǎn)生溫度傳感器控制信號(hào)、PWM信號(hào)等。STC89C52電路原理如圖2所示。

2.3溫度采集模塊

溫度采集模塊主要使用溫度傳感器DS18B20，作為檢測(cè)筆記本電腦散熱口溫度的核心元件。該傳感器采用先進(jìn)的單總線技術(shù)，集成度高，誤差小，且溫度值能在傳感器內(nèi)部轉(zhuǎn)換成數(shù)字量供單片機(jī)處理，使系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)潔。溫度傳感器1號(hào)管腳接地，2號(hào)管腳接單片機(jī)I/O口與單片機(jī)通信，3號(hào)管腳接VCC供電。溫度采集模塊原理如圖3所示。

圖3溫度采集模塊原理圖

2.4渦輪風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

本文采用三極管驅(qū)動(dòng)直流渦輪風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)正極接+12V電源，單片機(jī)P1.0作為PWM波形輸出口，通過(guò)三極管的放大作用驅(qū)動(dòng)直流渦輪風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)編程，根據(jù)不同溫度輸出不同的占空比PWM波。渦輪風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊原理如圖4所示。

圖4渦輪風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊原理圖

3. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本文描述的系統(tǒng)由軟硬件兩部分組成，軟件部分采用C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)。軟件部分包含初始化，數(shù)碼管顯示，溫度讀取，按鍵掃描以及PWM脈沖輸出等。系統(tǒng)根據(jù)采集到的溫度值，與用戶設(shè)定的溫度值范圍進(jìn)行對(duì)比，采用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器控制單片機(jī)I/O口輸出不同的電平，從而控制輸出的PWM脈沖，達(dá)到調(diào)節(jié)抽風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。數(shù)碼管同時(shí)顯示讀取到的溫度值以及抽風(fēng)機(jī)所處工作狀態(tài)。

軟件工作流程圖如圖5所示。

圖5軟件工作流程圖

結(jié)語(yǔ)

溫控抽風(fēng)式散熱器作為筆記本電腦輔助散熱工具，通過(guò)單片機(jī)智能完成抽風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，無(wú)需人工調(diào)控，使用方法十分便捷。通過(guò)溫度情況智能調(diào)速，在保證筆記本電腦散熱的同時(shí)，一定程度上節(jié)省了抽風(fēng)機(jī)的能耗。系統(tǒng)配備了按鍵設(shè)置功能，并通過(guò)數(shù)碼管顯示抽風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)以及當(dāng)前溫度，提供了很好的人機(jī)交互體驗(yàn)。

設(shè)置關(guān)閉溫度為室溫20℃，下限溫度為40℃，上限溫度為48℃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1溫度與轉(zhuǎn)速對(duì)照?qǐng)D

按上述設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，最終完成的實(shí)物系統(tǒng)照片如圖6所示。

圖6抽風(fēng)式散熱器照片

參考文獻(xiàn)

［1］彭為.單片機(jī)典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例精講［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2006.

［2］張齊，朱寧西.單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)：基于Pro-teus單片機(jī)仿真和C語(yǔ)言編程［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

［3］馬忠梅，等.單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

［4］王蘇.直流電機(jī)PWM調(diào)速研究及單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2008（11）：82-84+95+110.

［5］李鋼，趙彥峰.1-Wire總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20原理及應(yīng)用［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2005（21）：86-88.

指導(dǎo)老師：劉炎華（1980－），男，博士，主研方向：高性能SoC/NoC體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及測(cè)試。

中圖分類號(hào)：TN46

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

基金項(xiàng)目：本論文受南通大學(xué)杏林學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目支助。對(duì)1號(hào)管腳輸入的+12V電源進(jìn)行降壓，得到穩(wěn)定的+5V電壓由3號(hào)管腳輸出，為單片系統(tǒng)供電。電源模塊電路原理如圖1所示。