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?，F(xiàn)有的抽風散熱器功能單一，風扇轉速固定或需手動調節(jié)風速，不利于靈活調節(jié)散熱效果。本文基于單片機STC89C52設計并實現(xiàn)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(jié)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(huán)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(tǒng)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(tǒng)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(jié)轉速系統(tǒng)，能更直接、準確地偵測筆記本內部溫度情況，系統(tǒng)根據(jù)溫度情況能實時改變風速，以實現(xiàn)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(tǒng)概述

本文以單片機STC89C52為控制核心，利用DS18B20數(shù)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(tài)，根據(jù)采集到的實時溫度，通過編程控制抽風機轉速的自動調節(jié)。抽風機狀態(tài)具體定義為狀態(tài)0：散熱器處于關閉狀態(tài)，風口溫度為室溫時；狀態(tài)1：散熱器風扇慢速狀態(tài)（風口溫度高于室溫且低于下限溫度）；狀態(tài)2：散熱器風扇加速狀態(tài)（溫度高于下限溫度和上限之間）；狀態(tài)3：散熱器風扇全速運轉狀態(tài)（溫度高于上限溫度）。散熱器所處狀態(tài)以及散熱口實時溫度值都會通過數(shù)碼管顯示，用戶可根據(jù)筆記本散熱情況通過按鍵自由設置抽風機工作狀態(tài)的溫度閾值。溫度低于設置的室溫時，系統(tǒng)自動關閉散熱器；該散熱器既保證散熱效果，又能達到節(jié)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(shù)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(tǒng)需要5V的供電，電源模塊采用L7805CV集成穩(wěn)壓芯片，在輸入輸出端分別并聯(lián)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(tǒng)控制核心，該芯片能采集傳感器偵測到的溫度并驅動數(shù)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(tài)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(shù)字量供單片機處理，使系統(tǒng)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(jù)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(tǒng)軟件設計

本文描述的系統(tǒng)由軟硬件兩部分組成，軟件部分采用C語言編程實現(xiàn)。軟件部分包含初始化，數(shù)碼管顯示，溫度讀取，按鍵掃描以及PWM脈沖輸出等。系統(tǒng)根據(jù)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(jié)抽風機轉速的目的。數(shù)碼管同時顯示讀取到的溫度值以及抽風機所處工作狀態(tài)。

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(jié)，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(jié)省了抽風機的能耗。系統(tǒng)配備了按鍵設置功能，并通過數(shù)碼管顯示抽風機工作狀態(tài)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(tǒng)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(chuàng)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(wěn)定的+5V電壓由3號管腳輸出，為單片系統(tǒng)供電。電源模塊電路原理如圖1所示。