溫度超標自動散熱系統(tǒng)的設(shè)計

王浩 王進霞 李胡勇

摘要：本設(shè)計裝置主要利用溫度傳感器、蜂鳴器、單片機以及散熱設(shè)備實現(xiàn)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(jiān)控設(shè)備靈敏度高、穩(wěn)定、功耗低、經(jīng)濟實用，很好的完成了設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：STC89C52；溫度傳感器DS18B20；實時監(jiān)控；散熱1設(shè)計背景

在科技不斷發(fā)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(xiàn)在的電子儀器集成度高，價格昂貴，且易發(fā)熱，稍有不慎就會導(dǎo)致內(nèi)部元件燒毀，修理費用高昂，程序繁雜。本文通過市場調(diào)查，分析了人們的實際需求，設(shè)計研發(fā)出一款能夠?qū)崟r監(jiān)測并及時為發(fā)熱超標的儀器設(shè)備進行降溫的溫度超標自動降溫設(shè)備，隨時保障精密儀器的安全使用。

2系統(tǒng)方案

整個溫度超標自動散熱系統(tǒng)有溫度監(jiān)測模塊、報警器模塊、主控制模塊以及散熱設(shè)備這四大模塊組成，以實現(xiàn)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(chǎn)的數(shù)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(jīng)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(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器它帶有32個IO口，三個16位定時器/計數(shù)器,4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量二級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。DC5V供電。散熱設(shè)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(shù)據(jù)讓單片機控制電機的啟停。如果檢測到溫度超過預(yù)定的溫度上限值，單片機就會立即控制電機運轉(zhuǎn)進行降溫。

3硬件電路設(shè)計

⑴溫度監(jiān)測電路。數(shù)字溫度傳感器DS18B20是美國DALL AS公司推出的單總線數(shù)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(xiàn)與單片機的雙向通訊。采用數(shù)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?？梢酝ㄟ^編程實現(xiàn)9～12位的溫度轉(zhuǎn)換精度設(shè)置。設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間就越長，在實際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)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(xiàn)多點測溫系統(tǒng)。另外還可根據(jù)實際情況設(shè)定非易失性溫度報警上下限值，DS18B20檢測到溫度值經(jīng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，自動存入存儲器中，并與設(shè)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(fā)射極E，三極管的基級B經(jīng)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(fā)聲；當P3.7輸出低電平時，三極管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)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(fā)出聲音和關(guān)閉。程序中改變單片機P3.7引腳輸出波形的頻率，就可以調(diào)整控制蜂鳴器音調(diào)，產(chǎn)生各種不同音色、音調(diào)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(xiàn)。

⑶散熱器電路。有些精密儀器設(shè)備工作時會產(chǎn)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(chǎn)生高溫，很可能會毀壞正在工作的設(shè)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(fā)熱設(shè)備產(chǎn)生傳至散熱器再傳到空氣等物質(zhì)，通過熱力學(xué)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(tǒng)整體設(shè)計中，散熱器設(shè)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(shù)據(jù)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(shè)備溫度超過預(yù)定值時，散熱設(shè)備自動接通運行，通過扇葉的持續(xù)運轉(zhuǎn)，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(yù)定值以下，保護儀器,使其不被損壞。

4軟件設(shè)計

軟件部分重點在于溫度上限的調(diào)節(jié)以及繼電器的實時控制。本系統(tǒng)程序主要包括主程序、DS18B20初始化、寫DS18B20、讀DS18B20的程序、溫度轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)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(jié)果。

本系統(tǒng)是以DS18B20型數(shù)字溫度傳感器作為溫度采集單元，單片機STC89C52為數(shù)據(jù)處理中心，蜂鳴器作為報警單元，加上散熱設(shè)備構(gòu)成的，設(shè)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(shè)備。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)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(jīng)濟效益。

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