基于单片机控制的笔记本散热系统.doc

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 airSTC89C52RC Blow Automation目 录ABSTRACT41 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113.2.3LED八段数码管显示电路123.2.4DS18B20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2427天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计1 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。1.1.2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。2 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。声光报警电路DS18B20传感器LED显示单元STC89C52RCPWM驱动模块光电传感器德昌380直流电机图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。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，从而降低信号转换电路的误差因数，使得温度误差小，温度的分辨力精细，数字式集成温度传感器DS18B20采用单总线技术，与单片机通讯方便，抗干扰能力强，实时温度值在器件内部就已转化成为数字量输出；此方案使得系统设计大大优化，因此该方案适用于本系统。2.2.3显示单元选型方案一：系统的实时温度显示采用八段共阳数码管LED；八段数码发光管就是8个发光二极管组成的，在空间排列成为8字型带个小数点，只要将电压加在阳极和阴极之间相应的笔画就会发光。8个发光二极管的阳极并接在一起，8个阴极分开，因此称为共阳八段数码管。在显示温度值时，通过单片机输出，使数码管动态扫描，其中涉及到“消影”的技术，即当数码管依次跑动比较快的时候，人眼就觉得是同时显示的。方案二：系统的实时温度显示采用LCD 1602液晶；1602液晶屏是工业字符型液晶，能够同时显示16x02，指显示的内容为16*2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）；1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5*7或者5*11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。方案一论证：系统的实时温度显示采用八段共阳数码管LED；八段数码管LED具有如下优势：体积小，容易实现产品的一体化；显示清晰，应用场合广，在低要求的显示场合我们随处可见到它们的身影，在夜间或者光线强度低的环境下，数码管显示内容依旧清晰可见，通过单片机输出，使数码管动态扫描，采用“消影”的技术，能实现实时温度的显示。方案二论证：系统的实时温度显示采用LCD 1602液晶；1602液晶屏具有以下特点：显示功能强大，能显示字符，汉字，字母，数字及图形符号等，在较高的显示场合中，我们也能随处可见；缺点是体积比数码管大，显示的内容比较小，能耗比较高，线路连接及程序的编写稍微比数码管显示电路复杂。综上所述，实时的温度显示可以采用具备简单的显示功能的数码管电路显示，因此选择方案一。2.2.4电机的选型方案一：采用一般笔记本散热器的无刷直流电机；此电机具备的优点为：寿命长，能耗低，噪声小，体积小，应用范围广，如笔记本的CPU风扇，台式机的CPU风扇，普通电器柜的抽风机等。方案二：采用香港德昌牌的直流高转速超大扭矩的380型号电机；此电机具备的优点为：转速高，输出扭矩大，电压范围选择广，寿命长，应用范围广泛，如吹风机的电机，剃须刀上的小电机等。方案一论证：在能耗及体积上占据主要优势，也是传统的笔记本散热器的首选电机，重量轻，电源供电可以用笔记本USB接口供电；缺点转速低，功率小，散热、抽风等效果差，就现流行的笔记本散热器而言，其降温效果都不明显。方案二论证：在转速及扭矩上占主要优势，采用此电机制造的笔记本散热器，输出功率高，转速快，降温效果明显。缺点不支持笔记本USB接口供电，体积也稍大，但处于笔记本散热效果优越的初衷，采用与空间换效率的手段，因此选择方案二。3基于单片机的笔记本散热器的硬件设计3.1所需电子元件介绍3.1.1 DS18B20温度传感器概述美国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 一线总线连接的传感器。敏感元件及数据处理系统全部集成于T0-92封装的三极管内。其特点具有连接线路简单，经济高效等优势，近一代的DS18B20芯片封装更精小、更方便。一、DS18B20的主要特性（1）适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。（2）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。（3）DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。（4）温范围55125，在-10+85时精度为0.5。 （5）可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温。（6）分辨率高，转换速度快。（7）测量到的实时温度转换为数字量输出，以一线总线串行传达至控制器，数据具备CRC校验功能，从而增强了抗干扰纠错的能力。（8）负压特性。二、DS18B20的外形和内部结构DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20引脚定义：（1）DQ为数字信号输入/输出端；（2）GND为电源地；（3）VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。其管脚排列和封装如图3-1所示，内部结构如图3-2所示。图3-1 DS18B20的管脚排列及封装图图3-2 DS18B20内部结构3.1.2 LED八段数码管概述常见的数码管有七个段的数码管和八个段端数码管，八个段的数码管就是基于七个段的数码管上，多加了个小数点的显示；数码管有单个显示，也有多个集成显示的。所谓的个数也就是位数。常用数码管具有两种连接方式，即共阳型数码管和共阴型数码管。共阳型数码管是指将数码管内部的发光二极管单元的阳极并接，最后引出一个管脚外接到电源的+5V，此时使内部二极管对应的管脚为低电平，就能使数码管显示出对应的段，反之，则某段熄灭。共阴型数码管是指将数码管内发光二极管的阴极并接，最后引出一个管脚与零电位相连，此时使内部二极管对应的管脚为高电平，就能使数码管显示出对应的段，反之，则某段熄灭。图3-3是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。共阴极八段数码管 数码管外观共阳极八段数码管图3-3 八段数码管内部电路图及外观驱动电路是数码管正常显示的必需，就是说如果想点亮数码管，不管是共阴型还是共阳型数码管，都必需需要驱动电路来控制，根据驱动方式不同可以将数码管，可以划分为静态驱动和动态驱动。一、静态驱动常见单片机驱动数码管的静态驱动法，是将单片机的管脚直接与数码管的每一个段位相接；其优点为编程工作量减轻，亮度显示强；其缺点为数码管段位占单片机引脚多，显示数码管的所有段位总个数必需小于单片机引脚个数，因此这中方法使得数码管显示个数有限，同时对系统的硬件也加大了负担。二、动态驱动常见单片机驱动数码管的动态驱动法，是最广泛的驱动方法，也是最实用的手段，即将数码管个数个所有段位并联，最后再连接单片机引脚，每个数码管的位选位通过单片机引脚控制；要想点亮某个数码管的做法是将这个数码管的位选先有效，再将数据传递给数码管的段位；同样的，要想点亮多个数码管显示不同的数据，也是这两步作法，不过每点亮一个数码管后，应该延时两到三毫秒，再点亮另一个数码管，另眼睛能有个视觉缓冲，这样的作法称为消影。3.1.3 IRF9540N COMS管概述IRF9540N是美国国际整流公司生产的P沟道MOSFET管，采用TO-262封装方式。IRF9540N工作温度可以达到175摄氏度，特点为栅极电压控制漏极电流，驱动电路简单，开关速度快，工作频率高，优越的热稳定性；IRF9540N主要参数如下所示：VDss（漏极D与源极S之间所能施加的最大电压）：-100V；VGss（栅极G与源极S之间所能施加的最大电压）：+/-20V； Rds(通态电阻)：0.0117欧姆；Id（漏极D允许通过的最大直流电流）：-23A；结构示意图如3-4所示： 图3-4 IRF9540N是内部结构图和芯片封装图P沟道增强型MOSFET管工作原理：与N沟道MOS管相对应，P沟道增强型MOS管的开启电压VGs(th)0时，当uGs VGs(th)时管子才导通，漏-源极之间应加负电源电压。3.2硬件电路设计3.2.1电源电路设计电源模块：市电经过220V/12V变压器变压后，经二极管构成的整流桥整流，输出12V电压经两个三端稳压芯片LM7805稳压，将12V电压转换为5V电压；其电压纹波比较大，所以电路中应并联电容进行滤波，在电源输出端添加发光二极管，方便于指示电路的工作状况。此电源电路设计输出为双路电源，其中一路为系统供电，另一路为380直流电机供电，这样做法可以尽可能的隔离电机启动电流对控制系统的影响，图3-5所示为电源电路设计图。图3-5 系统的电源设计电路3.2.2 STC89C52RC单片机最小系统设计STC89C52RC的最小电路图如图3-6所示；图中STC89C52RC的内部时钟输入输出管脚X1、X2并接了一个晶振，在此次系统设计中，此晶振频率为11.0592MHZ，为了方便晶振起振，在晶振的两端都并接了一个22PF的瓷片电容。STC89C52RC单片机一共有四种复位方式：外部RST引脚复位，软件复位，掉电复位/上电复位，看门狗复位。此次系统设计采用外部RST引脚复位，其接法如图3-4所示，外部RST引脚复位就是从外部向RST引脚施加一定宽度的复位脉冲，从而实现单片机的复位。将RST复位管脚拉高并维持至少24个时钟加10US后，单片机会进入复位状态，将RST复位管脚拉回低电平后，单片机结束复位状态并从用户程序区的0000H处开始正常工作。图3-6 STC89C52RC单片机的最小系统3.2.3 LED八段数码管显示电路此次系统设计采用的LED八段数码管的显示电路图如图3-7所示；系统采用的是动态扫描的显示方式，虽然在编程方面工作量有所增加，但是这样做的优点是节省了单片机的输入/输出端口。图中，八段数码管的段选经1K的电阻分流后，与单片机P0端8个管脚相连；八段数码管的位选由P2端高6位管脚控制，单片机的引脚输出经电阻分流后，控制PNP三极管的导通，领某个数码管位选信号有效，从而点亮不同的数码管；简而言之，数码管有效控制是单片机的P22P27引脚，而数码管数字显示是通过单片机的P00P07引脚控制的。图3-7 数码管显示电路3.2.4 DS18B20温度传感器和声光报警电路一、DS18B20温度传感器电路设计此次系统设计中DS18B20的电路设计图如3-8所示；DS18B20采用寄生电压供电方式；寄生电压供电方式下，在数据线DQ为高电位时，为传感器内部的电容充电，当数据线为低电位时，传感器内部的电容开始放电维持工作，直到高电位再次到来从而为传感器内部电容充电。图3-8 DS18B20温度传感器电路设计寄生电源优点为：（1）进行远距离测温时，无需本地电源。（2）可以在没有常规电源的条件下读取ROM。（3）电路更加简洁，仅用一根I/O口实现测温。DS1820虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题：（1) 较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS1820与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS1820进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。（2) 在DS1820的有关资料中均未提及单总线上所挂DS1820数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个DS1820，在实际应用中并非如此。当单总线上所挂DS1820超过8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。（3) 连接DS1820的总线电缆是有长度限制的。试验中，当采用普通信号电缆传输长度超过50m时，读取的测温数据将发生错误。二、声光报警电路设计此次系统设计中声光报警电路图如图3-9所示；当单片机引脚P14输出占空比信号，（报警信号输出）时，PNP三极管随着PWM信号进行导通与截止的切换，使5伏特电压加到蜂鸣器和LED发光二极管上，经电阻分流后，发光二极管点亮、蜂鸣器鸣叫，产生声光报警；考虑到三极管的滞后特性，固报警电路的占空比输出不宜过高。图3-9 系统的声光报警电路3.2.5 直流电机驱动电路此次系统设计中声光报警电路图如图3-10所示；对于STC89C52RC单片机的输出，采用外部强上拉的方式，以增强带负载能力，R9电阻用于限流，由于IRF9540N功耗及性能（带负载，抗压）比一般三极管优越，其实R9电阻可以不需要；此设计中IRF9540N工作原理与普通三极管原理类似，P沟道增强型MOS管的开启电压UGS（th）0，当夹断电压UGS UGS（th）时，管子导通；当MOS管导通时候，电压加到直流电机两端使电机旋转的同时还给电容充电，电容在此的作用是充放电，辅助导通，让电机运行稳定。图3-10 系统的直流电机驱动电路设计图4基于单片机的笔记本散热器的软件设计4.1 系统流程设计此次系统设计中声光报警电路图如图3-11所示；当系统上电后，首先输出测速低频率的PWM信号使电机进行旋转，此时利用光电对管检测判断电机是否旋转，如果电机没旋转则断开测速PWM信号，并产生声光报警信号，假如故障问题解决后，可以控制消除报警按钮，使系统关闭报警信号并重新开始输出测速PWM信号；若电机正常旋转，则开始进行温度的检测，检测到的温度进行实时比较判断，根据温度信号，控制电机的相应转速，与此同时将温度值传送到数码管显示电路进行温度的显示；在此过程中倘若电机发生堵转或者温度过高都会产生报警信号。图3-11 系统的工作流程图4.2 Keil uVision4软件介绍Keil公司是一家业界领先的微控制器（MCU）软件开发工具的独立供应商。Keil公司由两家私人公司联合运营，分别是德国慕尼黑的Keil Elektronik GmbH和美国德克萨斯的Keil Software Inc。Keil于2005年由ARM公司收购，现在是ARM旗下的一个公司。一、发展2009年2月发布keil uvision4，这款新的编程软件引入了灵活的窗口管理系统，使开发人员能够使用多台监视器，并提供了视觉上的表面对窗口位置的完全控制的任何地方。这款新的编程软件更好地设计了编程区域，多窗口的特点使得用户界面有效；这款新的编程软件支持了更多现流行的ARM芯片，并增强了其他管理、应用等功能。二、界面KeilVision4引入灵活的窗口管理系统，这款新的编程软件更好地设计了编程区域，多窗口的特点使得用户界面有效；这款新的编程软件支持了更多现流行的ARM芯片，并增强了其他管理、应用等功能，其软件界面如图3-12所示。图3-12 keil uvision4编程软件界面三、新特性多显示器和灵活的管理窗口系统系统浏览器窗口的显示设备外设寄存器信息调试还原视图创建并保存多个调试窗口布局多项目工作区简化与众多的项目四、优点最新的keil uvision4 IDE，旨在提高开发人员的生产力，实现更快，更有效的程序开发。keil uvision4引入了灵活的窗口管理系统，能够拖放到视图内的任何地方，包括支持多显示器窗口。keil uvision4在keil uvision3 IDE的基础上，增加了更多大众化的功能。4.3 C语言的介绍C语言是在国内外广泛使用的一种计算机语言。C语言功能丰富、表达能力强、使用灵活方便、应用面广、目际程序效率高、可移植性好，既具有高级语言的优点，又具有低级语言的许多特点，因此特别适合于编写系统软件。C语言诞生后，许多原来用汇编语言编写的软件，现在可以用C语言编写了(例如，著名的UNIX操作系统就是用C语言编写的)。而学习和使用C语言要比学习和使用汇编语言容易。一、基本特性一种语言之所以能存在和发展，并具有较强的生命力，总是有其不同于(或优于)其他语言的特点。C语言的主要特点如下。 (1)语言简沽、紧凑，使用方便、灵活。C语言一共有32个关链字(见附录B),9种控制语句，程序书写形式自由，主要用小写字母表示，压缩了一切不必要的成分。C语言程序比其他许多高级语言简练.源程序短.因此输人程序时工作量少。(2)运算符丰富。C语言具有很广泛的运算符，数量大小为34种,C语言把赋值、括号、强制类型转换等当作运算符处理，从而使C语言表达式类型多样化且运算类型丰富。灵活使用各种运算符可以实现在其他高级语言中难以实现的运算。 (3)数据类型丰富。具有各种数据结构。C语言提供:整型、浮点型、字符型、数组类型、指针类型、结构体类型、共用体类型等数据类型，尤其是指针类型数据，使用十分灵活和多样化。(4)具有结构化的控制语句。用程序的模块单位可以用函数表示，便于将程序模块化。C语言是完全模块化和结构化的语言。(5)语法规格不太严格，程序设汁自由度大，对变量的类型使用比较灵活，一般的高级语言语法检查比较严，能将所有语法错误检查出来，而C语言为程序员提供了自由度，放宽了对语法的检查。但是程序员应认真检查遵守C程序规则来编程，从而保证其正确，而不要过分依赖C语言编译程序去查错。(6) C语言能进行位(bit)操作，允许直接访问物理地址，可以直接对硬件进行操作，能实现汇编语言的大部分功能。因此C语言既具有高级语言的功能，又具有低级语言的许多功能，可用来编写系统软件。 (7) 程序执行效率高，生成目标代码质量高。C语言比汇编程序生成的目标代码效率一般低10%-20%。 (8)用C语言编写的程序可移植性好(与汇编语言比)。基本上不做修改就能用于各种型号的计算机和各种操作系统。二、优点1、简洁紧凑、灵活方便2、运算符丰富3、数据类型丰富4、表达方式灵活实用5、允许直接访问物理地址，对硬件进行操作6、生成目标代码质量高，程序执行效率高7、可移植性好8、表达力强三、缺点(1) C语言的缺点主要表现在数据的封装性上，这一点使得C在数据的安全性上有很大缺陷，这也是C和C+的一大区别。(2) C语言的语法限制不太严格，对变量的类型约束不严格，影响程序的安全性，对数组下标越界不作检查等。从应用的角度，C语言比其他高级语言较难掌握。也就是说，对用C语言的人，要求对程序设计更熟练一些。4.4 程序设计#include REG51.H #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned chartypedef unsigned char BYTE;sbit DQ = P12; /DS18B20的数据口位P3.3sbit DQ2 = P13; /DS18B20的数据口位P3.3BYTE TPH; /存放温度值的高字节BYTE TPL; /存放温度值的低字节void DelayXus(BYTE n);void DS18B20_Reset();void DS18B20_WriteByte(BYTE dat);BYTE DS18B20_ReadByte();uint temp=0,qian,bai,shi,ge,c;uchar code t=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;void delay(uint z) uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-); void xianshi() bai=temp%1000/100; shi=temp%100/10; ge=temp%10; P0=tge; P1=0xFe; delay(4); P0=tshi; P1=0xFd; delay(3); P0=tbai; P1=0xFb; delay(4); void main() DS18B20_Reset(); /设备复位 DS18B20_WriteByte(0xCC); /跳过ROM命令 DS18B20_WriteByte(0x44); /开始转换命令 while (!DQ); /等待转换完成 DS18B20_Reset(); /设备复位 DS18B20_WriteByte(0xCC); /跳过ROM命令 DS18B20_WriteByte(0xBE); /读暂存存储器命令 TPL = DS18B20_ReadByte(); /读温度低字节 TPH = DS18B20_ReadByte(); /读温度高字节 while (1) xianshi();dianji();/*复位DS18B20,并检测设备是否存在*/void DS18B20_Reset() CY = 1; while (CY) DQ = 0; /送出低电平复位信号 DelayXus(240); /延时至少480us DelayXus(240); DQ = 1; /释放数据线 DelayXus(60); /等待60us CY = DQ; /检测存在脉冲 DelayXus(240); /等待设备释放数据线 DelayXus(180); /*从DS18B20读1字节数据*/BYTE DS18B20_ReadByte() BYTE i; BYTE dat = 0; for (i=0; i= 1; DQ = 0; /开始时间片 DelayXus(1); /延时等待 DQ = 1; /准备接收 DelayXus(1); /接收延时 if (DQ) dat |= 0x80; /读取数据 DelayXus(60); /等待时间片结束 return dat;/*向DS18B20写1字节数据*/void DS18B20_WriteByte(BYTE dat) char i; for (i=0; i= 1; /送出数据 DQ = CY; DelayXus(60); /等待时间片结束 DQ = 1; /恢复数据线 DelayXus(1); /恢复延时 /*延时X微秒(STC89C52rc 11.0592M)不同的工作环境,需要调整此函数此延时函数是使用1T的指令周期进行计算,与传统的12T的MCU不同*/void DelayXus(BYTE n) while (n-) _nop_(); _nop_(); 结 论本系统通过采用STC89C52RC单片机作为控制器，检测温度传感变送装置采用温度传感器DS18B20，驱动单元采用IRF9540N MOS管驱动电机，完成了整个系统的设计，结合自控原理的闭环控制的感念，完美的实现了采集温度与调节电机转速，从而实现了基于单片机的智能散热器的系统设计。系统在运行过程中，根据实时温度进行判断，控制器根据信号的变化进行判断，输出结果作用于MOS管上，最终实现电机的调速；此外还模拟了报警故障，例如温度超高，电机堵转等报警故障，系统能够很好的检测报警故障并产生相应的报警信息。此外，在实时温度的显示方面，采用LED数码管能连续稳定的显示实时变化温度，从而方便用户更加直观的懂得笔记本的发热状况。从基于单片机的智能散热器的系统设计所取得的良好的控制效果开来，类似的电机调速系统，如在机器人小车竞赛中，在日常家用电器的电机调速应用中，都可以运用此系统，经过稍加修改后即能达到理想的效果。因此，本系统的研究和应用可以体现在社会生产和生活中，并具有一定重要的地位。参考文献 1姚福安，电子电路设计与实践【M】山东科学技术出版社，2006 2杨振江，新型集成电路【M】西安电子科技大学出版社，2008 3杨书华，王福瑞，李全利，单片机时间与应用【M】清华大学出版社，2006 4徐雪峰，传感器变送器测控仪表大全【M】哈尔滨工业大学出版社，2007 5肖玲妮，袁增贵，Protel99SE 印刷电路版设计教程【M】北京，清华大学出版社 2006 6胡汉才，单片机原理以及其接口技术【M】北京机械工业出版社，2006 7何立民. 单片机高级教程【M】 第1版北京：北京航空航天大学出版社，2001 8刘守义等,单片机技术基础M.西安电子科技大学出版社，2007 9徐惠民、安德宁, 单片微型计算机原理接口与应用 第1版北京邮电大学出版社，1996 10夏继强,单片机实验与实践教程【M】北京航空航天大学出版社, 2001 11李广第,单片机基础 第1版【M】 北京航空航天大学出版社，1999 12赵晓安,MCS-51单片机原理及应用【M】天津大学出版社，200113李平等,单片机入门与开发【M】.机械工业出版社，200814陈海宴,51单片机原理及应用【M】.北京航空航天大学出版社，201015李广弟等,单片机基础【M】.北京航空航天出版社，200116王东峰等,单片机C语言应用100例【M】电子工业出版社，200917李平等,单片机入门与开发【M】.机械工业出版社，2008 18钟富昭等,8051单片机典型模块设计与应用【M】.人民邮电出版社，2007 19陈堂敏.刘焕平主编.单片机原理与应用【M】北京:北京理工大学出版社,2007附录1： 复杂电路图致 谢本系统设计的撰写和设计过程中，我学到了很多新的知识，也体会到设计的有趣之处！在此，我要感谢指导导师何林，系统的设计过程中，在他的指点下，我敲开了一扇扇知识的大门；每当我遇到新的问题时，何老师都是耐心加细心的剖析问题，正是老师无私热情的帮助，使得设计更加顺利的进行。从资料的搜集到整理，最后进行系统的设计及修改，整个过程设计过程，何老师都花费了很多宝贵时间！在此，向导师表示由衷的感谢。此外，我还要感谢大学里曾经教导及帮助过我的众多老师，谢谢您们的关心与帮助。您们开拓进取的精神和高度的责任心都将成为学生学习的榜样。最后还要感谢班级里专业知识较强的几位同学，是你们对设计的不同看法，激发了更为丰富的设计灵感，是你们考虑问题的不同角度，使得问题得以全面兼顾的思考！感谢你们为此系统进行细心分析与交流探讨，由于你们的热情指点，使得系统设计中存在的问题能及时的发现，倘若没有你们的热心帮助，此次设计也就不会这么顺利地结稿，在此向你们表示深深的谢意。