溫度超標自動散熱系統的設計

王浩 王進霞 李胡勇

摘要：本設計裝置主要利用溫度傳感器、蜂鳴器、單片機以及散熱設備實現對精密儀器溫度的控制，隨時保障儀器的安全使用。測試表明，此溫度監控設備靈敏度高、穩定、功耗低、經濟實用，很好的完成了設計要求。

關鍵詞：STC89C52；溫度傳感器DS18B20；實時監控；散熱1設計背景

在科技不斷發展的條件下，人們也越來越重視安全與成本方面的問題，而且現在的電子儀器集成度高，價格昂貴，且易發熱，稍有不慎就會導致內部元件燒毀，修理費用高昂，程序繁雜。本文通過市場調查，分析了人們的實際需求，設計研發出一款能夠實時監測并及時為發熱超標的儀器設備進行降溫的溫度超標自動降溫設備，隨時保障精密儀器的安全使用。

2系統方案

整個溫度超標自動散熱系統有溫度監測模塊、報警器模塊、主控制模塊以及散熱設備這四大模塊組成，以實現對精密儀器的溫度控制。

溫度檢測模塊：選用美國DALLAS公司生產的數字溫度傳感器DS18B20，獨特的單線接口方式、測溫范圍-55℃～＋125℃，工作電源3~5V/DC。報警模塊：蜂鳴器5V（SOT塑封封裝）有源蜂鳴器，長聲。供電模塊：供電模塊采用220V50Hz經變壓器得到5V直流電給主控模塊供電，由主控模塊給其他功能模塊供電。主控模塊：整合處理控制各功能模塊，STC89C52是STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統可編程Flash存儲器它帶有32個IO口，三個16位定時器/計數器,4個外部中斷，一個7向量4級中斷結構（兼容傳統51的5向量二級中斷結構），全雙工串行口。DC5V供電。散熱設備：采用軸流式散熱方式，單片機通過三極管控制繼電器，繼電器的兩個端口接一個5v的直流小電機的正負級。通過溫度傳感器的測量數據讓單片機控制電機的啟停。如果檢測到溫度超過預定的溫度上限值，單片機就會立即控制電機運轉進行降溫。

3硬件電路設計

⑴溫度監測電路。數字溫度傳感器DS18B20是美國DALL AS公司推出的單總線數字測溫芯片。具有獨特的單總線接口方式，僅需使用1個端口就能實現與單片機的雙向通訊。采用數字信號輸出提高了信號抗干擾能力和溫度測量精度。它有負壓特性，電源極性接反時，DS18B20不會因接錯線而燒毀，但不能正常工作。可以通過編程實現9～12位的溫度轉換精度設置。設定的分辨率越高，所需要的溫度數據轉換時間就越長，在實際應用中要將分辨率和轉換時間權衡考慮。

=DS18B20因其可以采用寄生電源方式供電，因此,一條總線上可以同時掛接多個DS18B20，實現多點測溫系統。另外還可根據實際情況設定非易失性溫度報警上下限值，DS18B20檢測到溫度值經轉換為數字量后，自動存入存儲器中，并與設定值TH或TL進行比較，當測量溫度超出給定范圍時，就輸出報警信號，并自動識別是高溫超限還是低溫超限。

⑵溫度超標自動報警電路。如圖所示，蜂鳴器的正極接到VCC（＋5V）電源上面，蜂鳴器的負極接到三極管的發射極E，三極管的基級B經過限流電阻R1后由單片機的P3.7引腳控制，當P3.7輸出高電平時，三極管T1截止，沒有電流流過線圈，蜂鳴器不發聲；當P3.7輸出低電平時，三極管導通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發出聲音。因此，我們可以通過程序控制P3.7腳的電平來使蜂鳴器發出聲音和關閉。程序中改變單片機P3.7引腳輸出波形的頻率，就可以調整控制蜂鳴器音調，產生各種不同音色、音調的聲音。另外，改變P3.7輸出電平的高低電平占空比，則可以控制蜂鳴器的聲音大小，這些我們通過編程來實現。

⑶散熱器電路。有些精密儀器設備工作時會產生大量的熱量，而這些多余的熱量不能快速散去并聚積起來產生高溫，很可能會毀壞正在工作的設備，這時散熱器便能有效地解決這個問題。散熱器的工作原理是熱量從發熱設備產生傳至散熱器再傳到空氣等物質，通過熱力學中的熱量傳遞原則進行傳遞。在我們的溫度超標自動散熱系統整體設計中，散熱器設備風扇選用小功率的直流電機，單片機通過對溫度傳感器的數據進行處理分析來決定繼電器的通斷，進而控制散熱風扇的運行。當檢測到儀器設備溫度超過預定值時，散熱設備自動接通運行，通過扇葉的持續運轉，帶動周圍空氣的不斷流動,從而對其所保護的儀器進行降溫，使其溫度降到預定值以下，保護儀器,使其不被損壞。

4軟件設計

軟件部分重點在于溫度上限的調節以及繼電器的實時控制。本系統程序主要包括主程序、DS18B20初始化、寫DS18B20、讀DS18B20的程序、溫度轉化子程序，蜂鳴器報警、繼電器控制等等。由于DS18B20與微處理器間采用串行數據傳送，在對DS18B20進行讀寫編程時，必須嚴格保證初始化及讀寫時序，否則將無法讀取測溫結果。

本系統是以DS18B20型數字溫度傳感器作為溫度采集單元，單片機STC89C52為數據處理中心，蜂鳴器作為報警單元，加上散熱設備構成的，設計難點在于DS18B20工作時序的分析和溫度達到上限時及時報警并啟動散熱設備。系統硬件結構簡單易行，整機可靠性高，控制準確，性能良好，方便人們對精密儀器溫度的控制，保證了儀器的正常運行，其市場前景廣闊，具有可觀的經濟效益。

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