基于STC89C52單片機(jī)的恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張承煜 陳巍 楊陽

【摘要】本文針對筆記本電腦的散熱問題，提出了一種主要是以散熱降溫為目的恒溫控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中采用了DS18B20作為溫度傳感器檢測溫度，以液晶顯示屏LCD1602實(shí)現(xiàn)溫度和時間日期的顯示，采用水冷循環(huán)法對筆記本電腦的溫度進(jìn)行恒溫控制，同時可以通過按鍵來設(shè)置水泵動作和蜂鳴器報警的溫度。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)冷系統(tǒng) STC89C52 溫度傳感器

1.概述

隨著電子產(chǎn)品的高速發(fā)展，其內(nèi)部組件功耗和發(fā)熱量也不斷提升。如何有效的給電子產(chǎn)品降溫成了一個亟待解決的問題。本系統(tǒng)是基于筆記本電腦在正常工作時對溫度的要求而設(shè)計(jì)的。

2.系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)的整體方案框圖如圖，所示。分別由單片機(jī)最小系統(tǒng)、溫度傳感器模塊、水冷系統(tǒng)模塊、人機(jī)接口模塊、蜂鳴器報警模塊和電源模塊等部分組成。

3.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)是以STC89C52單片機(jī)為核心，采用DS18B20來完成對被測物體的溫度檢測，通過液晶顯示屏LCD1602實(shí)現(xiàn)溫度、時間、日期及狀態(tài)的顯示，鍵盤控制電路實(shí)現(xiàn)對時間、日期、溫度報警閾值的設(shè)置，同時還有報警模塊蜂鳴器進(jìn)行溫度超閾值報警，同時水冷系統(tǒng)模塊動作進(jìn)行4蜂溫處理。系統(tǒng)督本硬件電路如圖2所示。

3.1 最小系統(tǒng)電路

最小系統(tǒng)由時鐘晶振電路和復(fù)位電路組成。系統(tǒng)時鐘采用11.0592MH石英晶體。STC89C52采用高電平復(fù)位，本電路采用上電和手動復(fù)位兩種方式進(jìn)行。

3.2 溫度傳感器模塊

溫度傳感器模塊采用DS1BB20，數(shù)據(jù)端口DQ接4.7k上拉電阻后連接在單片機(jī)的P1.3口，可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與溫度傳感器之間的通信，包括寫溫度測量指令和獲取溫度數(shù)據(jù)等。溫度數(shù)值經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部處理后與設(shè)定值比較，確定系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、顯示模塊和報警模塊的運(yùn)行狀態(tài)。

3.3 水冷系統(tǒng)模塊

水冷系統(tǒng)模塊采用水循環(huán)實(shí)現(xiàn)恒溫控制。通過小型繼電器對小型離心潛水泵驅(qū)動實(shí)現(xiàn)水循環(huán)控制。因?yàn)樗抿?qū)動電流較高，本系統(tǒng)用三極管驅(qū)動小型繼電器，用小型繼電器驅(qū)動小型離心潛水泵，通過單片機(jī)的P1.4端口對其進(jìn)行控制，當(dāng)單片機(jī)P1.4端口輸出低電平，三極管導(dǎo)通，繼電器動作，常開觸點(diǎn)吸合，水泵電路導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)控制水泵動作。

3.4 人機(jī)接口模塊

顯示模塊采用液晶顯示屏LCD1602，它是一款通用LCD顯示屏，可以顯示16^*2個字符，完全能夠達(dá)到本系統(tǒng)要求，本系統(tǒng)通過單片機(jī)的P2口與其數(shù)據(jù)數(shù)DO-D7相連，通過單片機(jī)的P1.0、P1.1、P1.2端口與其控制端口RS、RW和EN相連，實(shí)現(xiàn)在屏幕上顯示溫度、時間與日期、狀態(tài)等。

按鍵模塊實(shí)現(xiàn)溫度閾值即動作溫度的設(shè)定，本系統(tǒng)采用獨(dú)立式按鍵實(shí)現(xiàn)按鍵電路的設(shè)計(jì)，通過單片機(jī)的P3.0-P3.5端口，實(shí)現(xiàn)6個獨(dú)立按鍵的操作，實(shí)現(xiàn)溫度閾值的設(shè)定及對時間、日期等的調(diào)整設(shè)置。

3.5 報警模塊

報警模塊采用有源蜂鳴器，在溫度達(dá)到動作值時蜂鳴器會發(fā)出聲音，進(jìn)行報警。蜂鳴器采用三極管驅(qū)動，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值時，單片機(jī)P1.4口輸出低電平，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器動作，發(fā)出報警聲。

3.6 電源電路模塊

根據(jù)本系統(tǒng)的特點(diǎn)，直接采用USB接口從筆記本電腦取電，僅在電源部分增加了濾波電容，使電源電壓更穩(wěn)定，并通過電源指示燈指示電源狀態(tài)。

4.系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是使傳感器模塊、水冷模塊、顯示模塊人機(jī)接口模塊能夠正常工作。包括對相應(yīng)的模塊單元初始化設(shè)置，進(jìn)入預(yù)設(shè)的狀態(tài)，然后開始系統(tǒng)的正常運(yùn)行。一方面要對溫度進(jìn)行讀取，確定溫度的更新和處理，當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)設(shè)值時控制繼電器動作，驅(qū)動相應(yīng)器件;另一方面要對按鍵進(jìn)行掃描是否進(jìn)入溫度值設(shè)定。

5.結(jié)論

經(jīng)過設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對溫度的檢測和顯示，能夠根據(jù)自身需求通過按鍵設(shè)定動作溫度。在達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后，單片機(jī)能控制繼電器動作，繼而控制水泵工作，實(shí)現(xiàn)水冷循環(huán)進(jìn)行降溫，同時有蜂嗚器報警還能夠顯示時間和日期。

本次設(shè)計(jì)的不足之處，希望可以在基于單片機(jī)的對被測電子器件檢測溫度和時間日期的顯示功能之上，增加更多類型傳感器的應(yīng)用，比如能夠同時檢測在水冷時器件周邊環(huán)境的濕度問題，保證器件的正常工作環(huán)境，測量的濕度也實(shí)時送到顯示器上顯示。

參考文獻(xiàn)：

[1]余小平，奚大順等.電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2014.

[2]張建波，韓菘.淺談溫度測量的發(fā)展現(xiàn)狀[J].計(jì)測技術(shù).2001（2）：14-15.

[3]趙娜，于珍珠等.基于51單片機(jī)的溫度測量控制系統(tǒng)[J].微計(jì)算機(jī)信息.2017（2）：146-168.