基于STC89C52的智能抽風式散熱器設計研究

李成華　李若豪　劉炎華（南通大學杏林學院，江蘇　南通　226019）

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基于STC89C52的智能抽風式散熱器設計研究

李成華李若豪劉炎華
（南通大學杏林學院，江蘇南通226019）

摘要：抽風式散熱器是一種從筆記本電腦散熱口向外抽出熱空氣，幫助筆記本降低內部溫度的設備。現有的抽風散熱器功能單一，風扇轉速固定或需手動調節風速，不利于靈活調節散熱效果。本文基于單片機STC89C52設計并實現了一款新型抽風式溫控散熱器，通過檢測筆記本散熱口實時溫度，采用PWM脈沖寬度調制方式，智能調節抽風式散熱器風機轉速，方便高效地保證筆記本電腦散熱的。

關鍵詞：STC89C52；單片機；抽風式散熱器；溫控風機；PWM

0. 引言

筆記本電腦在使用過程中，機體內部以及風扇等部位都很容易積灰，影響筆記本電腦正常散熱，溫度過高會使CPU、GPU自動降頻影響筆記本電腦性能，甚至啟動過熱保護關機，直接影響工作以及娛樂體驗。此外，筆記本電腦長期工作在高溫環境下，不僅影響電腦的使用質量，更是對電腦內部的芯片壽命有著重要的影響。傳統筆記本散熱器多采用恒定轉速的風扇底座進行散熱，這種散熱器不會關注電腦系統溫度，無法達到高溫提速加強散熱效果，低溫減速降低功耗的目的。抽風式散熱器放置在筆記本電腦散熱口，通過溫控調節轉速系統，能更直接、準確地偵測筆記本內部溫度情況，系統根據溫度情況能實時改變風速，以實現高溫提速加強散熱效果，低溫減速降低功耗的目的。

圖1電源模塊電路原理圖

1. 系統概述

本文以單片機STC89C52為控制核心，利用DS18B20數字溫度傳感器采集筆記本電腦散熱口實時溫度，并將抽風機轉速分為0，1，2，3四個狀態，根據采集到的實時溫度，通過編程控制抽風機轉速的自動調節。抽風機狀態具體定義為狀態0：散熱器處于關閉狀態，風口溫度為室溫時；狀態1：散熱器風扇慢速狀態（風口溫度高于室溫且低于下限溫度）；狀態2：散熱器風扇加速狀態（溫度高于下限溫度和上限之間）；狀態3：散熱器風扇全速運轉狀態（溫度高于上限溫度）。散熱器所處狀態以及散熱口實時溫度值都會通過數碼管顯示，用戶可根據筆記本散熱情況通過按鍵自由設置抽風機工作狀態的溫度閾值。溫度低于設置的室溫時，系統自動關閉散熱器；該散熱器既保證散熱效果，又能達到節能的目的，使用十分便捷。

圖2　　STC89C52模塊電路

2. 硬件電路設計

本設計主要分為電源模塊，主控芯片模塊，溫度采集模塊，LED顯示模塊，電機驅動模塊，按鍵設置模塊。主控芯片選用STC89C52，溫度傳感器選用DS18B20，以及4位LED數碼管，12V直流渦輪風機和按鍵。

2.1電源模塊

本文選用的是12V渦輪風機，由外部電源供電，功率大，散熱性能比一般使用電腦USB供電的風扇更強，更能降低筆記本負擔。單片機系統需要5V的供電，電源模塊采用L7805CV集成穩壓芯片，在輸入輸出端分別并聯0.1uf和0.33uf電容，抑制電路中可能產生的自激振蕩，

2.2主控芯片模塊

本文采用STC89C52作為系統控制核心，該芯片能采集傳感器偵測到的溫度并驅動數碼管實時顯示。通過按鍵編程，用戶可自由設置散熱器工作狀態溫度閾值。該芯片溫度采集精準度高，并且能夠產生溫度傳感器控制信號、PWM信號等。STC89C52電路原理如圖2所示。

2.3溫度采集模塊

溫度采集模塊主要使用溫度傳感器DS18B20，作為檢測筆記本電腦散熱口溫度的核心元件。該傳感器采用先進的單總線技術，集成度高，誤差小，且溫度值能在傳感器內部轉換成數字量供單片機處理，使系統程序設計更加簡潔。溫度傳感器1號管腳接地，2號管腳接單片機I/O口與單片機通信，3號管腳接VCC供電。溫度采集模塊原理如圖3所示。

圖3溫度采集模塊原理圖

2.4渦輪風機驅動模塊

本文采用三極管驅動直流渦輪風機，風機正極接+12V電源，單片機P1.0作為PWM波形輸出口，通過三極管的放大作用驅動直流渦輪風機轉動，通過編程，根據不同溫度輸出不同的占空比PWM波。渦輪風機驅動模塊原理如圖4所示。

圖4渦輪風機驅動模塊原理圖

3. 系統軟件設計

本文描述的系統由軟硬件兩部分組成，軟件部分采用C語言編程實現。軟件部分包含初始化，數碼管顯示，溫度讀取，按鍵掃描以及PWM脈沖輸出等。系統根據采集到的溫度值，與用戶設定的溫度值范圍進行對比，采用單片機內部定時器控制單片機I/O口輸出不同的電平，從而控制輸出的PWM脈沖，達到調節抽風機轉速的目的。數碼管同時顯示讀取到的溫度值以及抽風機所處工作狀態。

軟件工作流程圖如圖5所示。

圖5軟件工作流程圖

結語

溫控抽風式散熱器作為筆記本電腦輔助散熱工具，通過單片機智能完成抽風機轉速調節，無需人工調控，使用方法十分便捷。通過溫度情況智能調速，在保證筆記本電腦散熱的同時，一定程度上節省了抽風機的能耗。系統配備了按鍵設置功能，并通過數碼管顯示抽風機工作狀態以及當前溫度，提供了很好的人機交互體驗。

設置關閉溫度為室溫20℃，下限溫度為40℃，上限溫度為48℃。實驗結果見表1。

表1溫度與轉速對照圖

按上述設計結構，最終完成的實物系統照片如圖6所示。

圖6抽風式散熱器照片

參考文獻

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指導老師：劉炎華（1980－），男，博士，主研方向：高性能SoC/NoC體系結構設計及測試。

中圖分類號：TN46

文獻標識碼：A

基金項目：本論文受南通大學杏林學院大學生創新訓練計劃項目支助。對1號管腳輸入的+12V電源進行降壓，得到穩定的+5V電壓由3號管腳輸出，為單片系統供電。電源模塊電路原理如圖1所示。