电路基于单片机电脑机箱风扇温控系统设计

基于单片机的电脑机箱风扇温控系统的设计

2015届毕业设计说明书

基于单片机的电脑机箱风扇温控系统

院、 部:电气与信息工程学院

学生姓名:朱杭亮

指导教师:龙卓珉职称讲师

专业:自动化

班级:自本1103

完成时间:2015年6月

摘要

当今市面上所使用的电脑机箱散热方式基本是使用散热风扇但是存在的不足也是可见的刚开始一般不会看出什么问题但是用久了明显会感觉到风扇发出的噪音特别影响用户的体验还有高耗电量也有违绿色环保概念这成为了一个令人费解的问题。很多有创新头脑的人们经过研究比较发明了液冷散热和液氮散热它们都是利用元素的特性来降低机箱内部空气的温度这个方法虽然看似可行但毕竟不适用于全部人 因为资源的不足以及高成本是个大问题。如何解决散热问题已经成为当务之急。

该设计拟使用AT89S 52芯片作为主控芯片设计一个智能控制的电脑机箱风扇温控系统能够根据机箱内温度的改变控制风扇以不同速度运转并通过LCD液晶显示屏显示温度、转速和时间系统优化方面用到了复位电路看门狗电路以及报警电路系统还预留了很多可扩展口。通过Proteus仿真该系统能够实现各项功能。

关键词:单片机;风扇;看门狗

ABSTRACT

On the market today,the computer case cooling way we used is basically using coolingfan,but the deficiencies are also visible,generally do not see any problems at first,but astime goes we can feel the noise from fan particularly affect the user experience,and there arehigh power consumption also works against the green environmental protection concept, ithas become a puzzling problem.A lot of people who have innovative mind compered afterstudy, invented the liquid-cooled heat and liquid nitrogen cooling, they are all useing thecharacteristics of the element to reduce the case of internal air temperature, this methodlooks plausible,but after all is not applicable to all people,because of the lack of resourcesand high cost.How to solve the cooling problem has become a top priority.

The design intends to use AT89S52 chip as the main control chip to design a computercase fan temperature control system of intelligent control,according to the change oftemperature inside the case to control fan running at different speed,and shows thetemperature, speed,and time through the LCD display, in the aspect of systemoptimization,it used reset circuit,watchdog circuit and alarm circuit, system also set aside alot of extensible mouthes.The system can realize the function through the Proteuss i mul ati o n.

Key words single chip microcomputer;Fan;watchdog

目录

1绪论. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .错误未定义书签。

1.1设计背景. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1

1.2设计目的. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1

1.3设计要求. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .12硬件电路设

计. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .2

2.1工作框图. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2

2.2硬件总原理图. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2

2.3系统实现的功能. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..3

2.4系统电源. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..3

2.5芯片介绍. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . . .. .. .. .. ..3

.5.1主控芯片.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .32

2.5.2 MAX706 “看门狗”芯片.. .. .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..6

2.6时钟频率电路设计. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .7

2.7复位电路设计. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..8

2.81602显示电路设计. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .9

2.9 PWM调速电路设计.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..10

2.10报警电路设计.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .12

2.11看门狗电路设计.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .13

2.12测温电路设计.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .143软件设

计. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..17

3.1系统工作总流程. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .17

3.2 PWM调速程序.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..18

3.3 DS18B20测温程序.. .. .. .. .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .18

3.4计时程序. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .19

3.5看门狗程序. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .20

3.6 LCD1602显示程序.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . .. .19

3.7报警程序. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .22

3.8风扇测速程序. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .22

4系统仿真. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .错误未定义书签。

4.1仿真软件介绍. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22

4.2仿真结果. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .22

4.3仿真分析. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .22

结束语. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .错误未定义书签。

参考文献. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .28致谢. .. .. .. .. .. .. .. .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .

31附录.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .31

1绪论

1.1设计背景

科学的发展如此迅速人们对更高品质生活的追求已经日益强烈 PC的出现无疑开辟了一个新领域集如此多功能于一身使得人们已经离不开PC这个功能强大的伙伴。以前的PC并没有像现在一样需要运行如此多的程序 因而发热量和频率都很低不用担心散热的问题最多也只是采用普通的散热片进行散热。但是随着时代的发展人们对于PC的要求越来越高。 PC所承担的任务也越来越繁多芯片的散热问题已经影响了PC的生存发展。

散热问题的产生使得人们想出了各种各样的方法去解决它。大多数人使用的一般都是散热片加散热电扇的方法当然还有高手使用的是液冷散热和液氮散热等等。据我们所知 电脑机箱是近似于封闭状态把机箱里面的热量排出去是根本的解决办法那是不是多加几台散热电扇就可以解决这个问题呢但随之而来的问题也是一大堆比如噪音大更费电既影响了自己也影响着他人而且现在提倡绿色低碳环保这无疑不能成为一个有效的方法为了解决这一难题所以便有了今天这个课题的出现。

1.2设计目的

能够随时让用户知道现在机箱内到底多少度并且能在不用用户动手的情况下轻松调节散热风扇的运转速率更好的散热能让用户放心 同时噪音问题和污染问题也得到了更好的解决。

1.3设计要求

(1)机箱内的温度的改变会造成风扇运转速率的改变当测到温度如果小

于二十五度风扇不会转动如果里面温度比五十度还高为了散热

风扇就会以最快的速率转动可想而知如果温度处于二十五度和五

十度之间风扇速率就会依据温度变化做出调整。

(2)整个系统运行的时间可以让用户清楚看到。

(3)风扇的运转速率用户可以清楚看到。

(4)测到的温度情况用户能够清楚看到。

(5)当没有测到机箱内部温度时蜂鸣器会发出声音提醒用户液晶屏也

会一闪一闪说明出故障了。相反的还有一种情况就是里面温度过高了

超过了五十度用户也能通过声音和显示屏了解到。

1

2硬件电路设计

2.1工作框图

控制核心当然是由单片机来做其他各模块都需要通过控制核心来实现各自的功能并相互促进。具体的运行流程如下:通过温度测试电路测到的温度经过单片机响应把命令信号送至各个模块风扇控制电路会根据接收到的信号采取相应的动作:停转或变速看门狗电路作为监视电路它和报警电路担任着系统的稳定性保护的作用整个系统就能够安全地完成它的任务了。工作框图如图1所示。

时钟晶振复位电路温度测试看门狗

电路电路电路

AT89S52单片机

LCD 1602显示PWM风扇控制电路报警电路

电路

图1系统工作流程

2.2硬件总电路图

AT89S52作为硬件电路的核心再加上晶振和复位电路共同构成了单片机最小控制系统。显示电路上采用的是LCD 1602显示器在1602显示电路上采用的是可控背光设计今后如有所需可关闭背光。把两个8050的三极管并联构成风扇的控制电路这样做是能够把最大电流限度拉高以适应多电扇同时运作。

[1]使用单排插是为今后需求所保留的扩展口。

2

2.3系统实现的功能

基于单片机的电脑机箱风扇温控系统在控制核心上面选择了单片机在另外的模块中比如显示电路、调速方式等也做了测试比较最终完成的一个性能优秀的温控系统。其主要性能中较为突出的几个包括了LCD显示温度、时间风扇速率的实时监视和测量还有就是对于故障情况下的报警功能等这些都给了用户一个方便可靠的依托替用户分担了很多意料之外的故障情况。每一个事物都是需要追求完美的在完成这些功能的同时其还保存了相当多有用的可扩展口

[2]可依据以后的发展前景再另外设臵其他一些实用的功能。 2.4芯片介绍

2.4.1主控芯片

微控制器的核心地位体现在各类装臵设备上此次也不例外。众所周知AT89S 52作为市面上大多数人的不二选择其性价比毋庸臵疑而且不用担心货源不足其兼容性和耐用性也是人们选择它的原因之一。其由ATMAL公司制

[3]造已经是一个在单片机发展中比较成熟的型号了。

微控制器中的硬件与软件并没有严格的界限之分。硬件是指组成微机系统的全部物理装臵的总称软件系统是微控制器使用的全部程序的统称硬件相当于物质基础而要控制微机必须靠软件系统除了和微机交换讯息以外还能命令微机做其他各种工作。两者在一起才构成一个完整的单片机系统。

AT 89S 52单片机是ATMAL公司89系列单片机中的一种具有8位Flash存储器的单片机在单片机的进化过程中其最具代表性的地方是片内含有Flash存储器使它的应用范围变得更宽广用于解决各种复杂的控制问题特别是在生产手提式仪器便携式商品等方面且成本较低。如图2是它的引脚图。

图2引脚图

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AT89S 52是一个8位的耗功比较低性能优秀的CMOS微控制器里面含有8kBytes只读程序存储器它可以重新擦写1000多次 由ATMEL公司制造使用的是性价比高且不容易丢失的存储技术更重要的是它可以与工业中的80C51相互兼容里面还拥有8位中央处理器和ISP Flash存储单元 因此它成为了很

[4]多应用上以及许多工业中广泛采用的控制芯片。

它的特点比较多具体见下:它能够与MCS-51系列单片机相互兼容有四十个引脚 8kbFlash片内程序存储器,至少可以重复擦写一千多次工作电压范围宽为

4到5.5V拥有256B随机存取数据存储器(RAM) 三个十六位的可以进行程序编写的定时计数器三十二个外部双向输入/输出口五个中断优先

[5]级两层中断嵌套中断还有两个全双工串行通行口看门狗电路。

此外AT89S52的振荡频率可以为0HZ而且可以人为进行改写程序使他进入省电模式一般在空闲的时候 CPU会停止没用的活动而一些有用的程序还是会继续运行比如说定时器计数器 串行口中断服务程序等一般为了保护数据系统在掉电的时候回保存RAM的数据停止其他的作用直到中断开启或者说有人为的开启。外观上它又有三种不同的封装模式如LCC、 PDIP和

[6]TQFP可以根据客户的需要变换形式。

图3 AT89S52内部结构图

现在大多寄存器都具有了其特殊的功能功能的不同也成为不同寄存器的区分标准。AT89S52单片机就是其中之一。我们也叫它们专用寄存器(Special FunctionRegister) 。共含有二十二个不同寄存器。其地址单元是在RAM地址

4

[7]中的也就是我们常用到的80H,FFH中。详细名称及地址见表1 。

表1 AT89S51特殊功能寄存器列表

符号地址注视

*ACC 0E0H累加器

*B 0F0H乘法寄存器

*PSW 0D0H程序状态字

SP81H堆栈指针

DPL 82H数据存储器指针低8位

DPH 83H数据存储器指针高8位

*IE 0A8H中断允许控制器

*IP 0D8H中断优先控制器

*P080H端口0

*P1 90H端口1

*P20A0H端口2

*P30B0H端口3

PCON 87H电源控制及波特率选择

*SCON 98H串行口控制器

SBUF 99H串行数据缓冲器

*TCON 88H定时器控制

TMOD 89H定时器方式选择

TL08AH定时器0低8位

TL1 8BH定时器0高8位

TH08CH定时器1低8位

TH1 8DH定时器1高8位

在80H,FFH地址中包含了所有的特殊功能寄存器但除去这些寄存器还有很多未被用到的地址里面的内容我们是不知道的一般来说不会去操作这些单元如果去操作的话会得到一些随机的数值写入进去也是没用的。所以我们不能把数据写入这里当然这些单元的存在肯定是有意义的公司将来挖掘新的功能时就会使用到它们。