温度超标自动散热系统的设计

王浩 王进霞 李胡勇

摘要：本设计装置主要利用温度传感器、蜂鸣器、单片机以及散热设备实现对精密仪器温度的控制，随时保障仪器的安全使用。测试表明，此温度监控设备灵敏度高、稳定、功耗低、经济实用，很好的完成了设计要求。

关键词：STC89C52；温度传感器DS18B20；实时监控；散热1设计背景

在科技不断发展的条件下，人们也越来越重视安全与成本方面的问题，而且现在的电子仪器集成度高，价格昂贵，且易发热，稍有不慎就会导致内部元件烧毁，修理费用高昂，程序繁杂。本文通过市场调查，分析了人们的实际需求，设计研发出一款能够实时监测并及时为发热超标的仪器设备进行降温的温度超标自动降温设备，随时保障精密仪器的安全使用。

2系统方案

整个温度超标自动散热系统有温度监测模块、报警器模块、主控制模块以及散热设备这四大模块组成，以实现对精密仪器的温度控制。

温度检测模块：选用美国DALLAS公司生产的数字温度传感器DS18B20，独特的单线接口方式、测温范围-55℃～＋125℃，工作电源3~5V/DC。报警模块：蜂鸣器5V（SOT塑封封装）有源蜂鸣器，长声。供电模块：供电模块采用220V50Hz经变压器得到5V直流电给主控模块供电，由主控模块给其他功能模块供电。主控模块：整合处理控制各功能模块，STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器它带有32个IO口，三个16位定时器/计数器,4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量二级中断结构），全双工串行口。DC5V供电。散热设备：采用轴流式散热方式，单片机通过三极管控制继电器，继电器的两个端口接一个5v的直流小电机的正负级。通过温度传感器的测量数据让单片机控制电机的启停。如果检测到温度超过预定的温度上限值，单片机就会立即控制电机运转进行降温。

3硬件电路设计

⑴温度监测电路。数字温度传感器DS18B20是美国DALL AS公司推出的单总线数字测温芯片。具有独特的单总线接口方式，仅需使用1个端口就能实现与单片机的双向通讯。采用数字信号输出提高了信号抗干扰能力和温度测量精度。它有负压特性，电源极性接反时，DS18B20不会因接错线而烧毁，但不能正常工作。可以通过编程实现9～12位的温度转换精度设置。设定的分辨率越高，所需要的温度数据转换时间就越长，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。

=DS18B20因其可以采用寄生电源方式供电，因此,一条总线上可以同时挂接多个DS18B20，实现多点测温系统。另外还可根据实际情况设定非易失性温度报警上下限值，DS18B20检测到温度值经转换为数字量后，自动存入存储器中，并与设定值TH或TL进行比较，当测量温度超出给定范围时，就输出报警信号，并自动识别是高温超限还是低温超限。

⑵温度超标自动报警电路。如图所示，蜂鸣器的正极接到VCC（＋5V）电源上面，蜂鸣器的负极接到三极管的发射极E，三极管的基级B经过限流电阻R1后由单片机的P3.7引脚控制，当P3.7输出高电平时，三极管T1截止，没有电流流过线圈，蜂鸣器不发声；当P3.7输出低电平时，三极管导通，这样蜂鸣器的电流形成回路，发出声音。因此，我们可以通过程序控制P3.7脚的电平来使蜂鸣器发出声音和关闭。程序中改变单片机P3.7引脚输出波形的频率，就可以调整控制蜂鸣器音调，产生各种不同音色、音调的声音。另外，改变P3.7输出电平的高低电平占空比，则可以控制蜂鸣器的声音大小，这些我们通过编程来实现。

⑶散热器电路。有些精密仪器设备工作时会产生大量的热量，而这些多余的热量不能快速散去并聚积起来產生高温，很可能会毁坏正在工作的设备，这时散热器便能有效地解决这个问题。散热器的工作原理是热量从发热设备产生传至散热器再传到空气等物质，通过热力学中的热量传递原则进行传递。在我们的温度超标自动散热系统整体设计中，散热器设备风扇选用小功率的直流电机，单片机通过对温度传感器的数据进行处理分析来决定继电器的通断，进而控制散热风扇的运行。当检测到仪器设备温度超过预定值时，散热设备自动接通运行，通过扇叶的持续运转，带动周围空气的不断流动,从而对其所保护的仪器进行降温，使其温度降到预定值以下，保护仪器,使其不被损坏。

4软件设计

软件部分重点在于温度上限的调节以及继电器的实时控制。本系统程序主要包括主程序、DS18B20初始化、写DS18B20、读DS18B20的程序、温度转化子程序，蜂鸣器报警、继电器控制等等。由于DS18B20与微处理器间采用串行数据传送，在对DS18B20进行读写编程时，必须严格保证初始化及读写时序，否则将无法读取测温结果。

本系统是以DS18B20型数字温度传感器作为温度采集单元，单片机STC89C52为数据处理中心，蜂鸣器作为报警单元，加上散热设备构成的，设计难点在于DS18B20工作时序的分析和温度达到上限时及时报警并启动散热设备。系统硬件结构简单易行，整机可靠性高，控制准确，性能良好，方便人们对精密仪器温度的控制，保证了仪器的正常运行，其市场前景广阔，具有可观的经济效益。

[参考文献]

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[2]华成英．模拟电子技术基础.2011．

[3]周润景.基于DS18B20的温度测量模块设计.2010．