基于单片机的智能散热器的设计与实现毕业论文

基于单片机的智能散热器的设计与实现毕业论文内容摘要：

，并影响散热器的正常工作。 复位操作一般有两种 方式 ：开关复位和 非开关 自动复位 模式。 本 散热器 中采用开关复位形式 ，复位按键 并联在电容两端 ，当复位按键没有 关闭 时， 单片机正常工作 ； 当 它被操作人员 按下 时， RST 管脚 出现高电平 ，单片机 开始复位。 若果 单片机给 RST 脚通入长时间的 高电平 ， 将 导致 有效的 单片机复位。 单片机 复位 是 让 处理器 和 机器 中的其他功能 模块 都 重新 进入 一开始 的初始 形态 ，然后始于 这个 零状态。 无论是在单片机启动时连接到电源，或电源复位失败后，处理器 都 会 进行 复位 操作。 在 RST 为高电平期间就是复位期间 ， 高电平信号 P P P3，则 P0就变为 高组态； PSEN 外部 选通信号 程序 储 存 处读 失效。 被配置成石英晶振的片内振荡器的 时钟电路是 它 独立输入和输出 的 反 相放大器。 在XTAL XTAL2 的引脚上连接 晶体和电 容，内部振荡器就能 迸发 自激振荡。 在 散热器 中 采用 的石英晶振 和晶振并联的两电容 型号的 大小对 于 振荡频率 而言 ， 并 会有很大的影响 ， 足以 起到频率微调作用。 本 智能散热器的 控制 模块的 电路连接图 如图 31所示。 图 31 单片机最小系统 温度检测模块 我们就是运用温度传感器的 电阻会 因为 温度的变化而 立即发生 变化这一特性，设计了 机器里面的 温度测量 电路。 DS18B20 使用的是 Wire总线协议方式， 便是 由一根数据线完成 温度数据的双向传输， 在这次散热器设计过程中，我们使用单总线时序仿真对DS18B20 芯片的读取。 因为 DS18B20 是在 I/O线上读写数据，所以， 传输信号 时必须按照严格的时序 图进行读 和 写。 如果我们想要完成对温度读数， 这是必不可少的过程， 协定 所定义的信号 时基于单片机的智能散热器的设计与实现 9 序 为 ：初始化程 序、读 取温度传感器的 时序、写 入温度传感器的 时序。 全部 时序都是 以主机 为主设置 的 ， 而把单总线器件当作附属 设备。 只有当主机启动写时序，才可以发送命令和数据，如果需要单总线器件发送数据 到单片机，在写指令输入完成后， 系统 必须立即开始 读时序 以此来接收 ，因为无论是传输数据还是命令 都是低位在先 的。 因此，本散热器的 温度检测电路如图 32 所示。 图 32 温度检测电路 温度 测量 传感器 DS18B20 总共 有三个引脚，第一个是 GND 接地，第二个是 DQ 脚，我们用它来向单片机传输数据， VDD 是它的使能端，我们给它加到电源接口。 因为 温度传感器的硬件电路 非常 简单方便，便于和单片机进行数据交流，我们使用单片机 AT89C52的 引脚作为和温度 传感器交流的管脚。 在采集温度过程中，只需通过 采集温度传感器测量的数据即可。 温度显示模块 液晶显示器作为显示模块有很多电子产品， 在生活中都可以看到， 主要 显示的是数字、 公用图形 和 符号。 1602 型 LCD 显示模块 不仅体积小，它的功耗也不高，可以作为散热器温度的显示装置，它所 体现 的数据也是很丰富的。 为了提高温度显示的显示效果能力。 只要按下键盘上的开启按键，显示器就会 处于开启状态。 不然 显示器将 不停的 处于初始 化 状态，当需要对温度上线 调整重新设定时 ，只要 按下键盘上的设定温度键 ，然互 增加或降低限制散热温 度 即可，便于操作人员的使用。 如下图所示，驱动 LCD 需要二组 5V 电压，一是给液晶供电，另一部分需要给背光模块供电。 改变 LCD 的黑白对比度可以 通过改变 R3 的阻值 来实现 ， 从而达到 更好的显示效果。 若进行的是数据操作则 RS引脚电平变为高 ； 若是命令操作则 为低。 读写端引脚 是 RW， 液晶进行读操作只需使 该引脚电平为高 即可实现 ； 进行写操作要是它变成 为低信号。 散热器的温度显示使用 LCD 能更好的作为人机交换的界面，第一行显示操作人员所设定的最高上限温度值，第二行显示实时温度测量值，直观的显示了温度的变化情况。 菏泽学院本科生毕业设计（论文） 10 本 智能散热器温度显示 模块的 温度显示电路 连接 图如图 33 所示。 图 33 温度显示电路 电机驱动模块 考虑到散热器工作环境的恶劣，常常会面对持续的高温，因此，散热器最关键的抽风散热式散热的电机，我们选用高转速大功率的直流式电动机，此电动机转速高能更好的较快机器内部与外界的热传递，增加了散热的效率。 由于本设计选用的是高转速的大功率抽风式 直流 电机，而单片机最小控制系统为弱电 供电 ， 因此，对于电机的驱动，我们 采用 固态继电器 来控制驱动强电。 当实时温度高于设定上限值时， 处理器 发出散热信号， 继电器的常开开关 就会 闭合， 相当于强电 路中开关闭合从而使 电机上电工作 ，进行 快速 散热。 本散热器 继电器外围电路 图 如图 34所示。 图 34 继电器外围电路 基于单片机的智能散热器的设计与实现 11 温度设定模块 智能散热器可以人为设定散热的上限温度，这 样既可以减少持续散热所带来的资源浪费，并且降低了成本。 因此，温度设定模块是不可忽视的。 本设计中温度设定模块使用应用较广的 独立式 按键。 可是 矩阵式键盘 的按键数量很多 ， 它 是为了 降低 I/O 口的占用率， 所以才将 键盘排列成矩阵 的 形式。 在系统所 须要 的键 的 数 目很 多时， 才 可以采用矩阵键盘，但是本设计中只有四个按键，故采用独立式键盘设计。 本散热器 独立式键盘 的 电路如图 35 所示。 图 35 独立式键盘电路 报警模块 报警模块在整个智能散热器系统中是必不可少的，因为操作人员往往会忽视散热器的工作状况，但是一旦散热器 的散热出现状况，轻则导致生产效率下降、机器运行缓慢，重则烧毁元件，引发火灾对生命财产安全造成重大威胁。 所以必须要有一个稳定并且抗干扰能力强的报警模块来保障机器安全。 本设计中的报警模块，会提示散热器故障，危急情况下会自动切断机器电源，以此来保证人员的安全。 报警部分通电 后 却 不 会 发声，只有当散热器启动但 是实时的 温度 值 不下降甚至持续升高 的情况下 ， 它 才会 发声，提示操作人员应当关闭机器检查故障。 本散热器的 报警电路图如图 36 所示。 图 36 报警电路 菏泽学院本科生毕业设计（论文） 12 如上图所示，我们用单片机的 ， ， 首先设定一个临界值，当散热器正常工作时，温度持续下降，散热器为正常状态，绿色指示灯亮起。 当温 度持续升高不下降时，红色指示灯开始闪亮，绿色指示灯 随即 熄灭。 紧 接着 PWM脉冲被单片机发向端口 ， 如果 温度持续升高 不下降 ， PWM脉冲的占空比也 会变小 ， 以 使蜂鸣的频率加剧， 声音变大， 以此来提示操作人员散热系统出现故障，应立即断电保护机器元件不受损坏。 4 智能散热器的软件设计与实现 编写语言选择 在目前单片机系统的设计中 , C 语言 程序 和汇编语言 程序应用最广。 但是汇编语言使用 机器指令 ， 不是很符合人的思考习惯。 汇编具有程序执行效率高的优点，并且占用系统资源少。 可移植性差的 缺点， 对不同的 处理器 会有 差别。 但 C语言程序设计的结构，具备汇编语言的功能，并在同一时间 照顾到了 很 多种高级语言 的 长处 ，所以更具有 可读性 、 方便移植 ，可以直接控制硬件 ， 并 且 方便使用者增添和修正 ， 特别 符合人的思考习惯。 由于上述两种语言的差异明显 ， 因此，本散热器 选用 C语言的编写方法。 本智能散热器的 软件设计由主程序、 各个模块 初始化程序、 温度显示程序、温度键盘设定程序 和延时程序等组成。 主程序流程图 整个程序的命脉就是 主程序流程图， 结构性个阐述了程序的运行过程。 首先 接上电源，程序 会自动进入 初始化设置，然后 操作人员可以 在键盘上设定温度上线， 若 他们 不进行设定，系统 则会 默认最高温度 设定值， 处理器会 进行实时温度测量 传送给 LCD， 显示出来，若数值越线会开始 抽风式散热。 散热器系统主程序调用 5个子程序， 分别是 处理 按键扫描程序、 LCD 显示程序、 判断温度超限 程序 、 采集温度 子 程序 和驱动电路 的 程序。 其 液晶屏幕上 ， 显示操作人员所设定的温度上线值和实时温度；通过 按键扫描程序， 系统会及时发现温度上线值是否被改变，由此 实现 对 按键 的 识别、按键 的 输入； DS18B20所 收集到的 现场温度 数据会被 传送 到指定的数组中 ， 让控制中心 处理 ；判决程序 会决定是否应启用散热器对机器进行散热。 若启动散热器首先要对继电器输出闭合信号，之后继电器控制抽风式电机的转动。 报警模块程序会一直监测温度连续变化的情况，若温度 升高越线后抽风机未启动，报警器响起；若温度升高越线后抽风机启动，但此时温度却持续上升没有下降趋势，报警器报警。 整个 散热器 设计的关键是对温度进行测量的，然后通过单片机来处理测量数据。 单片机能及时的处理数据，并且能精确的实现温度的测量。 在温度测量中，各种信号对元基于单片机的智能散热器的设计与实现 13 开始 关中断、端口初始化 时钟和报警灯初始化 定时器看门狗初始化 液晶、温度传感器初始化 恢复原有温度设定值 开总中断 温度测量 温度是否越线 启动抽风机 是否有键盘输入 更新温度上线 显示温度值 温度是否下降 报警器报警 件的影响都将干扰到测温的准确性， 我们使用的 DS18B20能很好的克服各种干扰，准确的测得外部环境温度。 智能 散热 器 的主程序流程图如图 41所示 ， 初始化及显示程序见附录 A。 是 否 是 否 是 否 图 41 主程序流程图 当智能散热上电工作时，在完成各个模块初始化之后就进行温度的测量，与此同时单片机扫描独立式键盘是否被按下， 若有键盘输入则进入上限值温度设定程序，温度加菏泽学院本科生毕业设计（论文） 14 键每按一下温度上限自动加 1，温度减键每按一下温度上限自动减 1， LCD 显示屏可以显示上限温度的变化和实时温度的测量值，待操作人员修改上 限温度完毕后，最后按下温度确认键即可。 本设 计 主程序见 附录 B。 按键软件设计 智能散热器的温度上限值是能够进行调节的，能够更好地适应市场的要求。 本设计一共有 4 个按键， 在按键当中，有与设定、温 度增键、温度减键与确认键相对应的按键。 当 散热器的最高上限值需要变动时 ， 需要操作人员进行温度上限数值设置，按下温度调节设定键，则 上线温度进入设定状态，再按下温度增或温度减键 从而 进行温度上限值的修改，最后按下确认键完成上限温度设定。 本散热器的 按键软件设计流程图如 图 42所示，温度上限设定子程序见 附录 C。