基于STC89C52的智能抽风式散热器设计研究

2016-07-25李成华李若豪刘炎华南通大学杏林学院江苏南通226019

中国新技术新产品 2016年12期

李成华　李若豪　刘炎华（南通大学杏林学院，江苏　南通　226019）

李成华李若豪刘炎华
（南通大学杏林学院，江苏南通226019）

摘要：抽风式散热器是一种从笔记本电脑散热口向外抽出热空气，帮助笔记本降低内部温度的设备。现有的抽风散热器功能单一，风扇转速固定或需手动调节风速，不利于灵活调节散热效果。本文基于单片机STC89C52设计并实现了一款新型抽风式温控散热器，通过检测笔记本散热口实时温度，采用PWM脉冲宽度调制方式，智能调节抽风式散热器风机转速，方便高效地保证笔记本电脑散热的。

关键词：STC89C52；单片机；抽风式散热器；温控风机；PWM

0. 引言

笔记本电脑在使用过程中，机体内部以及风扇等部位都很容易积灰，影响笔记本电脑正常散热，温度过高会使CPU、GPU自动降频影响笔记本电脑性能，甚至启动过热保护关机，直接影响工作以及娱乐体验。此外，笔记本电脑长期工作在高温环境下，不仅影响电脑的使用质量，更是对电脑内部的芯片寿命有着重要的影响。传统笔记本散热器多采用恒定转速的风扇底座进行散热，这种散热器不会关注电脑系统温度，无法达到高温提速加强散热效果，低温减速降低功耗的目的。抽风式散热器放置在笔记本电脑散热口，通过温控调节转速系统，能更直接、准确地侦测笔记本内部温度情况，系统根据温度情况能实时改变风速，以实现高温提速加强散热效果，低温减速降低功耗的目的。

图1电源模块电路原理图

1. 系统概述

本文以单片机STC89C52为控制核心，利用DS18B20数字温度传感器采集笔记本电脑散热口实时温度，并将抽风机转速分为0，1，2，3四个状态，根据采集到的实时温度，通过编程控制抽风机转速的自动调节。抽风机状态具体定义为状态0：散热器处于关闭状态，风口温度为室温时；状态1：散热器风扇慢速状态（风口温度高于室温且低于下限温度）；状态2：散热器风扇加速状态（温度高于下限温度和上限之间）；状态3：散热器风扇全速运转状态（温度高于上限温度）。散热器所处状态以及散热口实时温度值都会通过数码管显示，用户可根据笔记本散热情况通过按键自由设置抽风机工作状态的温度阈值。温度低于设置的室温时，系统自动关闭散热器；该散热器既保证散热效果，又能达到节能的目的，使用十分便捷。

图2　　STC89C52模块电路

2. 硬件电路设计

本设计主要分为电源模块，主控芯片模块，温度采集模块，LED显示模块，电机驱动模块，按键设置模块。主控芯片选用STC89C52，温度传感器选用DS18B20，以及4位LED数码管，12V直流涡轮风机和按键。

2.1电源模块

本文选用的是12V涡轮风机，由外部电源供电，功率大，散热性能比一般使用电脑USB供电的风扇更强，更能降低笔记本负担。单片机系统需要5V的供电，电源模块采用L7805CV集成稳压芯片，在输入输出端分别并联0.1uf和0.33uf电容，抑制电路中可能产生的自激振荡，

2.2主控芯片模块

本文采用STC89C52作为系统控制核心，该芯片能采集传感器侦测到的温度并驱动数码管实时显示。通过按键编程，用户可自由设置散热器工作状态温度阈值。该芯片温度采集精准度高，并且能够产生温度传感器控制信号、PWM信号等。STC89C52电路原理如图2所示。

2.3温度采集模块

温度采集模块主要使用温度传感器DS18B20，作为检测笔记本电脑散热口温度的核心元件。该传感器采用先进的单总线技术，集成度高，误差小，且温度值能在传感器内部转换成数字量供单片机处理，使系统程序设计更加简洁。温度传感器1号管脚接地，2号管脚接单片机I/O口与单片机通信，3号管脚接VCC供电。温度采集模块原理如图3所示。

图3温度采集模块原理图

2.4涡轮风机驱动模块

本文采用三极管驱动直流涡轮风机，风机正极接+12V电源，单片机P1.0作为PWM波形输出口，通过三极管的放大作用驱动直流涡轮风机转动，通过编程，根据不同温度输出不同的占空比PWM波。涡轮风机驱动模块原理如图4所示。

图4涡轮风机驱动模块原理图

3. 系统软件设计

本文描述的系统由软硬件两部分组成，软件部分采用C语言编程实现。软件部分包含初始化，数码管显示，温度读取，按键扫描以及PWM脉冲输出等。系统根据采集到的温度值，与用户设定的温度值范围进行对比，采用单片机内部定时器控制单片机I/O口输出不同的电平，从而控制输出的PWM脉冲，达到调节抽风机转速的目的。数码管同时显示读取到的温度值以及抽风机所处工作状态。

软件工作流程图如图5所示。