陜西省西安市西北大學(xué)附屬中學(xué) 孫逸霏

基于MSP430F149的溫控風(fēng)扇系統(tǒng)

陜西省西安市西北大學(xué)附屬中學(xué) 孫逸霏

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于MSP430F149單片機(jī)的溫度控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速系統(tǒng)，其具有自動(dòng)感知環(huán)境溫度，進(jìn)而調(diào)整風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，有效降低環(huán)境溫度的特點(diǎn),可用于解決自發(fā)熱元器件的散熱問(wèn)題。測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)溫度調(diào)節(jié)、低功耗、性能穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)。

MSP430F149；溫控風(fēng)扇；TP100；PWM

1 引言

許多元器件在工作過(guò)程中具有自發(fā)熱特性，而其工作可靠性和穩(wěn)定性又對(duì)溫度變化敏感，即受溫度變化影響較大，如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的微處理器芯片等。因此，有必要研究有效的散熱措施，解決元器件工作環(huán)境的溫度調(diào)節(jié)問(wèn)題。目前，通常采用恒定轉(zhuǎn)速的風(fēng)扇吹風(fēng)散熱，以帶走器件運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量，達(dá)到降溫目的。然而，恒定高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇持續(xù)工作，主要存在兩個(gè)方面的弊?。阂皇抢速M(fèi)設(shè)備功耗；二是持續(xù)的噪聲污染。為了克服上述兩方面的弊病，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于MSP430F149單片機(jī)的溫控風(fēng)扇系統(tǒng)，該系統(tǒng)中風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速能夠自動(dòng)的隨著環(huán)境溫度的變化而調(diào)整，當(dāng)溫度較高時(shí)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速加快；當(dāng)溫度較低時(shí)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速變慢；當(dāng)溫度不影響器件工作時(shí)，風(fēng)扇停止工作。該系統(tǒng)能有效散熱、低功耗工作、減少噪聲污染。

2 溫控風(fēng)扇系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

結(jié)合電子器件散熱的實(shí)際需求，本文設(shè)計(jì)了如圖1所示的基于MSP430F149的溫控風(fēng)扇轉(zhuǎn)速系統(tǒng)。

圖1 溫控風(fēng)扇系統(tǒng)原理框圖

該系統(tǒng)主要由單片機(jī)控制模塊（MSP430F149）、測(cè)溫傳感模塊（PT100）、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊（L298N）和溫度顯示模塊（LCD1602）等四個(gè)部分組成。其工作原理是：首先，定時(shí)測(cè)溫電路間隔固定時(shí)間測(cè)量電子器件工作環(huán)境的溫度，并將該測(cè)量值輸出給MSP430F149主控板；其次，輸入的測(cè)量值送MSP430- -F149內(nèi)置的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D），根據(jù)控制算法轉(zhuǎn)換為溫度數(shù)字量，并將其送往溫度顯示模塊顯示。同時(shí)，該數(shù)字量與設(shè)定的溫度閾值相比較，并將比較結(jié)果送MSP430F149內(nèi)置定時(shí)器，用于產(chǎn)生不同占空比的PWM（脈沖寬度調(diào)制）波；最后，通過(guò)MSP430- -F149的I/O口，將不同占空比的PWM波送電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，進(jìn)而控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)溫度控制風(fēng)速目的。

圖2 系統(tǒng)電路圖

3 溫控風(fēng)扇系統(tǒng)硬件軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件設(shè)計(jì)

（1）單片機(jī)控制器

TI公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的MSP430F149是一款具有精簡(jiǎn)指令集、超低功耗、低電壓、快速蘇醒、內(nèi)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器和比較器等特點(diǎn)的單片機(jī)，其是本方案控制器的理想選擇方案。

圖3 系統(tǒng)程序流程圖

（2）測(cè)溫電路

由于鉑熱電阻PT100測(cè)溫靈敏度高、穩(wěn)定性好，且阻值隨溫度的變化有良好的線性關(guān)系，因此鉑熱電阻PT100是測(cè)溫模塊的理想選擇。

測(cè)溫原理：PT100 熱電阻與R0,R1,R2 組成電橋電路，當(dāng)環(huán)境溫度改變時(shí)，PT100 的阻值改變，電橋輸出電壓差，該電壓差送給LM358放大器，經(jīng)放大器放大后送單片機(jī)內(nèi)部的A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，被轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。

（3）電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和液晶顯示模塊

本系統(tǒng)采用L298N雙H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇。采用LCD1602液晶顯示屏顯示溫度。

圖2所示是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電路圖。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要包括溫度采樣和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制等部分。圖3是系統(tǒng)程序流程圖。

4 溫控風(fēng)扇系統(tǒng)功能和性能測(cè)試及結(jié)果分析

4.1 功能測(cè)試方法

將溫度傳感電路中的PT100電阻放入水箱，并加熱使水溫升高，相應(yīng)的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速加快。

4.2 性能測(cè)試及結(jié)果分析

將溫度計(jì)放入水箱，抽樣比較溫度計(jì)實(shí)測(cè)溫度與系統(tǒng)LCD1602顯示溫度的差異，可得表1。由表1可見(jiàn)，系統(tǒng)的溫度精度可達(dá)10-1量級(jí)，因此系統(tǒng)能夠比較好的基于溫度變化控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。

表1 溫度誤差

5 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)實(shí)時(shí)溫度控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，并顯示溫度的系統(tǒng)，可用于電子設(shè)備的散熱。系統(tǒng)硬件的選擇保證了系統(tǒng)低功耗、性能穩(wěn)定和兼容性強(qiáng)。

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