智能化筆記本散熱裝置的設(shè)計(jì)

閆俊伢，元圓夢(mèng)

（山西大學(xué)商務(wù)學(xué)院 信息學(xué)院，山西 太原 030001）

1 設(shè)計(jì)技術(shù)

以溫度傳感器技術(shù)為核心的筆記本散熱裝置，主要采用單片機(jī)控制技術(shù)、溫度傳感技術(shù)、驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇電機(jī)技術(shù)、熱插拔技術(shù)和C4D技術(shù)。其中智能溫控散熱裝置中，單片機(jī)主要控制整個(gè)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到散熱效果；溫度傳感器與筆記本散熱裝置內(nèi)單片機(jī)通信連接，以便其讀取筆記本電腦溫度；驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇電機(jī)模塊與溫度傳感器通信連接，便于驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇電機(jī)模塊根據(jù)接收到的溫度信號(hào)產(chǎn)生PWM激勵(lì)信號(hào)（即探測(cè)傳感器信號(hào)），控制輸入端與信號(hào)輸出端相連接，根據(jù)傳遞的PWM激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)速；熱插拔技術(shù)即帶電插拔，用戶可以在不切斷電源的情況下關(guān)閉該裝置。最后運(yùn)用C4D技術(shù)，將模型效果圖設(shè)計(jì)出來。

2 設(shè)計(jì)原理

筆記本散熱裝置的設(shè)計(jì)原理是將散熱器的各個(gè)部分根據(jù)需要設(shè)置相應(yīng)需求,為防止風(fēng)扇震動(dòng)對(duì)硬盤的損壞，采用了石墨基復(fù)合材料；為防止長時(shí)間電腦高溫對(duì)通風(fēng)槽以及通風(fēng)孔的損壞，采用了較耐溫防靜電PMMA材料；為防止散熱器轉(zhuǎn)速過高對(duì)筆記本造成損壞，在散熱器底部設(shè)一個(gè)溫度傳感器DS18B20，隨時(shí)根據(jù)筆記本的溫度進(jìn)行風(fēng)速調(diào)控；為防止灰塵進(jìn)入筆記本，造成筆記本壽命減短，采用15PPI的聚氨酯空氣防塵過濾網(wǎng)綿。

3 設(shè)計(jì)過程

3.1 設(shè)計(jì)思想

首先，構(gòu)思整體設(shè)計(jì)模型，在其內(nèi)部設(shè)有多個(gè)風(fēng)扇、通孔、通風(fēng)槽，為防止灰塵進(jìn)入筆記本電腦，在其散熱裝置表面設(shè)有防塵過濾網(wǎng)棉；為減小風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)帶來的震動(dòng)對(duì)硬盤造成損害，采用石墨基復(fù)合材料為外殼和通風(fēng)槽，以減少震動(dòng)。結(jié)合實(shí)際情況精確計(jì)算各部件大小及在散熱裝置中的位置，先在紙上畫出簡(jiǎn)單效果圖，再利用C4D軟件構(gòu)造模型。

3.2 設(shè)計(jì)功能

筆記本散熱裝置的設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制模塊、溫度傳感器模塊、驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇電機(jī)模塊、USB接口模塊等。具體如下：

3.2.1 單片機(jī)控制模塊

該散熱裝置的主體部分是單片機(jī)控制模塊，內(nèi)置高速存儲(chǔ)器，增強(qiáng)輸入輸出端口和連接到兩條APB總線的外設(shè)。

3.2.2 溫度傳感器模塊

通過溫度傳感器DS18B20獲取筆記本環(huán)境溫度并送到單片機(jī)，并通過單片機(jī)與上位機(jī)筆記本通信，獲取計(jì)算機(jī)CPU工作溫度。當(dāng)溫度達(dá)到30攝氏度時(shí)，啟動(dòng)散熱裝置，30-50攝氏度時(shí)，均為慢風(fēng)，當(dāng)溫度大于50攝氏度時(shí)，啟動(dòng)強(qiáng)風(fēng)。

3.2.3 驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇電機(jī)模塊

可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的電機(jī)。在散熱裝置中使用12V電壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使其達(dá)到功率較大，散熱能力較強(qiáng)。

3.2.4 USB接口模塊

通過USB 3.1接口完成電源的連接。除此之外，USB支持熱插拔，即在散熱裝置運(yùn)行的情況下，可以安全斷開USB設(shè)備，達(dá)到真正的即插即用。

3.3 設(shè)計(jì)步驟

智能化筆記本散熱裝置模型設(shè)計(jì)主要分為三個(gè)步驟，首先對(duì)散熱器內(nèi)部進(jìn)行設(shè)計(jì)，將作品核心部分實(shí)現(xiàn)；其次是對(duì)散熱器的外部包裝進(jìn)行設(shè)計(jì)構(gòu)想；最后在對(duì)散熱器進(jìn)行細(xì)節(jié)上的處理以及最終渲染品質(zhì)。具體步驟如下：

第一步：對(duì)散熱裝置內(nèi)部進(jìn)行設(shè)計(jì)

（1）先擠壓出五個(gè)圓柱體，將圓柱內(nèi)部弄為空心，作為裝置的通孔。每個(gè)通孔上面有11個(gè)1cm的縫隙，用來連接出通風(fēng)槽。通風(fēng)槽示意圖，如圖1所示：

圖1 通風(fēng)槽示意圖

（2）連接出風(fēng)槽需要幾個(gè)插板，建立與出風(fēng)槽大小一致的插板，直接與通風(fēng)槽連接，插板示意圖如圖2所示：

圖2 插板示意圖

（3）做出五個(gè)小風(fēng)扇（先做出一個(gè)扇葉，然后旋轉(zhuǎn)復(fù)制出三個(gè)相同的扇葉。在做出風(fēng)扇的外殼于軸心），大小必須與通孔一致。風(fēng)扇示意圖如圖3所示：

圖3 風(fēng)扇示意圖

第二步：對(duì)散熱裝置外部包裝進(jìn)行設(shè)計(jì)

（1）首先建立一個(gè)空心長方體，八個(gè)角統(tǒng)一為圓角設(shè)計(jì)，大小將5個(gè)通孔合適的放入，將長方體寬面擋板去掉。并且在長方體盒子上方做出與通孔的通風(fēng)槽位置一樣的縫隙，用來出風(fēng)。右側(cè)黑色部分的擋板可以靈活拆除。散熱裝置外觀如圖4所示：

圖4 散熱裝置外觀圖

（2）在散熱器上方建立四個(gè)半圓型物體，這是硅脂膠墊，更好的隔離筆記本與散熱器，以達(dá)到更好的散熱效果。膠墊示意圖如圖5所示：

圖5 膠墊示意圖

（3）在模型后方，用擠壓工具加上兩個(gè)USB標(biāo)準(zhǔn)的接口，里面是用來連接風(fēng)扇的電源線。USB接口示意圖如圖6所示：

圖6 USB接口示意圖

（4）最后運(yùn)用細(xì)分曲面做出幾條連接線，設(shè)置連接線的位置于排放，將風(fēng)扇連接到USB接口。風(fēng)扇連接示意圖如圖7所示：

圖7 風(fēng)扇連接示意圖

第三步:對(duì)散熱裝置進(jìn)行最終的渲染

散熱裝置外殼采用石墨基復(fù)合材料，耐高溫。最終效果示意圖，如圖8所示：

3.4 設(shè)計(jì)效果

設(shè)計(jì)的智能化筆記本散熱裝置包括具有一定厚度的矩形底座，多個(gè)風(fēng)扇、通孔、出風(fēng)槽和膠墊以及溫度傳感器。其中所述多個(gè)通孔之間間隔一定距離并且設(shè)置于矩形底座的內(nèi)部，每個(gè)通孔的同一側(cè)都對(duì)應(yīng)設(shè)置有風(fēng)扇，每個(gè)通孔的另一側(cè)都對(duì)應(yīng)設(shè)置可拆卸的擋板，矩形底座的上表面設(shè)置具有相同間隔距離的多個(gè)出風(fēng)槽，所述多個(gè)膠墊設(shè)置于矩形底座的上表面，所述溫度傳感器置于風(fēng)扇下方。智能溫控散熱裝置的整體效果圖如圖9所示、模塊分解圖如圖10所示：

圖8 最終效果示意圖

圖9 整體效果示意圖

圖10 模塊分解示意圖

4 溫度傳感技術(shù)的應(yīng)用

溫度傳感器與單片機(jī)通信連接，是整個(gè)裝置的核心部分，監(jiān)測(cè)CPU溫度并將溫度信號(hào)傳遞。驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇電機(jī)模塊與溫度傳感器通信連接，其通過溫度傳感器傳遞信號(hào)（即CPU溫度）來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)速，當(dāng)CPU工作溫度達(dá)到30攝氏度時(shí)，啟動(dòng)散熱裝置，30-50攝氏度時(shí)，均為慢風(fēng)，當(dāng)CPU工作溫度大于50攝氏度時(shí)，啟動(dòng)強(qiáng)風(fēng)。實(shí)現(xiàn)一種智能化的散熱效果，使筆記本時(shí)刻處于最佳工作狀態(tài)。

5 結(jié)語

該智能溫控散熱裝置主要采用單片機(jī)、溫度傳感、驅(qū)動(dòng)電扇電機(jī)、熱插拔、C4D M A X等技術(shù)，在材質(zhì)上選擇耐高溫且輕量化的石墨基復(fù)合材料，在達(dá)到便攜式同時(shí),提高了裝置散熱效果和減震性能，具有多角度支架調(diào)節(jié)、可收納擋板、自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)速、防滑膠墊等技能，在很大程度上增加了用戶體驗(yàn)感，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，該產(chǎn)品在不久的將來會(huì)逐步應(yīng)用于其他各種領(lǐng)域。