基于单片机系统控制的电脑机箱温控系统.docx

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基于单片机系统控制的电脑机箱温控系统

基于单片机系统控制的电脑机箱温控系统

基于单片机系统控制的电脑机箱温控系统2016届毕业设计说明书基于单片机的电脑机箱风扇温控系统系、部：

电气与信息工程系学生姓名：

凌昇指导教师：

黄海波职称讲师专业：

电气工程及其自动化班级：

1201完成时间：

2016年6月摘要随着电子技术的高速发展，信息时代的来临，计算机的应用已经融入我们的生活，计算机跟新换代速度之快，显卡，CPU性能的提升加快了计算机的运行和处理速度，但随之而来也产生了散热过高的问题。

电脑机箱散热是一个人们一直比较关注的问题，良好的散热可以延长硬件的使用寿命，人们在处理工作文件时也能更加高效。

电脑机箱温控系统基于51单片机所使用的的AT889S52最小系统。

电脑机箱风扇温控系统硬件电路包括DS18B20温度传感器，风扇驱动电路，看门狗电路，LCD显示电路。

软件系统包括各个硬件系统对应的模块驱动程序，由主函数调度。

通过硬件，软件系统的联调，测试。

电脑机箱风扇温控系统的功能和性能指标完全符合设计任务书的要求。

系统成本低廉、应用范围较广、操作简单等优点，具有一定推广价值。

电脑机箱风扇的温控系统对于人们日常生活使用电脑有着重要的意义和广泛的应用前景，使CPU得到充分散热，提高电脑运行速度，让人们得到一个高效愉悦的工作生活环境。

关键词：

单片机；温度传感器；看门狗电路；LCD显示电路ABSTRACTWiththerapiddevelopmentofelectronictechnology,theadventoftheinformationage,theapplicationofcomputerhasbeenintegratedintoourlives,computersandupdatingspeed,graphics,CPUperformanceimprovementacceleratedthecomputeroperationandprocessingspeed,butitalsoproducesahighheatdissipation.PCchassiscoolingisaproblemthatpeoplehavebeenmoreconcernedabout,goodheatcanextendthelifeofthehardware,peoplecanbemoreefficientinthetreatmentofworkingpapers.Thecomputercasetemperaturecontrolsystembasedon51singlechipmicrocomputerusedintheAT889S52minimumsystem.ThehardwarecircuitofthetemperaturecontrolsystemofthecomputercabinetfancomprisesaDS18B20temperaturesensor,afandrivingcircuit,awatchdogcircuit,andaLCDdisplaycircuit.Thesoftwaresystemincludesthecorrespondingmoduledriver,whichisthemainfunctionofthehardwaresystem.Throughhardware,softwaresystem,test.Thefunctionandperformanceindexofthefantemperaturecontrolsystemofthecomputercabinetfullymeettherequirementsofthedesigntask.Thesystemhastheadvantagesoflowcost,wideapplicationrange,simpleoperationandsoon.Temperaturecontrolsystemofcomputerchassisfantopeoplesdailylifeusingacomputerhasaimportantsignificanceandwideapplicationprospect,theCPUcanbefullycooling,improvetherunningspeedofthecomputer,letpeoplegetapleasantandefficientworkingandlivingenvironment.Keywords：

MCU;temperaturesensor;watchdogcircuit;LCDdisplaycircuit目录1绪论11.1课题的背景11.2课题的意义11.3课题的内容22设计思想与方案32.1设计思想32.2设计方案33硬件电路的设计53.1AT89S52单片机53.2MAX706“看门狗”芯片63.3时钟电路的设计73.4复位电路的设计73.5显示电路的设计93.6PWM电路的设计93.7报警电路的设计113.8DS18B20温度传感器电路123.9看门狗电路的设计123.10电源的设计134系统软件设计154.1应用软件简介154.1.1Keil软件简介154.1.2protues简介154.2单片机资源的描述164.3系统程序设计164.3.1系统运行程序设计164.3.2LCD1602液晶显示驱动程序设计174.3.3DS18B20温度传感器驱动程序设计185系统调试运行及结果分析205.1系统的使用说明205.2系统运行的结果205.3误差分析225.4设计结论22结束语23参考文献24致谢27附录281绪论1.1课题的背景时光飞逝，日新月异，人类已经进入21世纪，从1945年世界上第一台计算机的诞生，到现在超级计算机的技术成熟到应用，计算机已经进入到我们平常生活和工作之中。

信息时代的高速发展，人们的通讯，数据的交流都离不开计算机。

人们可以使用计算机，敲一敲键盘就可以完成手中的工作，甚至可以用计算机预定人们的衣食住行。

再加之现在电子竞技的加速发展，计算机已经与我们有着密不可分的联系。

计算机的跟新换代是基于更大功率的计算机CPU和显卡，CPU和显卡对于计算机运行速度的提升是不可全少的一环，英特尔公司最新一代的CPU第六代I76700K为四核八线程已经达到100W的功率。

英伟达公司的旗舰产品980TI的功率达到近400W。

功率提升随之也带来一个功耗的问题，最显著的问题还是散热的问题，在散热不良好的机箱内，显卡温度高达80摄氏度，CPU温度甚至达到90摄氏度，机箱内的平均温度也将近60摄氏度，在高温的情况下，显卡和CPU不能发挥自身的潜力，导致系统运行缓慢，程序停止，出现死机，甚至会伤害到硬件的本身，导致显卡，CPU，电源的烧毁。

1.2课题的意义大家都知道，高温是集成电路的杀手，电脑机箱内部到处充斥这集成电路，不光显卡，CPU需要散热，甚至连电源，硬盘，主板，光驱都需要一定的散热能力。

为了电脑机箱内部的散热，人们也津津乐道研究与此，在同一时期出现多种电脑机箱内部散热的方式，水冷散热，液氮散热，风扇散热。

水冷散热是通过高速流动的制冷液通过热传导的方式强行降低电脑机箱温度。

液氮在常温下会直接汽化吸收大量热量，追求极限的电脑发烧友在超频时会采用液氮散热，能将显卡降低到零下两XX的超低温。

但是水冷散热要求机箱内部空间及其广阔，液氮散热结束后会在主板上留下冰霜，并且两者的价格都极其昂贵，所以平常我们都会首选风扇散热。

在机箱内部加装风扇，让机箱内部形成顺畅的风道，将机箱内部的热气排出，降低机箱内部的温度，是计算机稳定的运行。

但是当机箱内部温度低于一定值时，风扇就没有必要一直高速旋转，第一会产生一定的噪声，对人们的生活和工作产生一定影响。

第二风扇运行也有一定的能耗，对于我们现在所倡导的绿色低碳生活相违背。

为了在一定程度上解决这样的问题，所以便产生了今天的这个研究课题。

1.3课题的内容在电脑机箱内部加装可以控制的风扇，当温度达到不同温度值时，风扇的转速也会不同。

同时还设有高温报警系统，显示风扇运行时间，机箱内部温度。

当机箱内部温度低于预设的温度值时，机箱风扇为0转速，当机箱内部温度在某个温度区间范围内，随着温度的升高，风扇的的转速也会增加，加快机箱内部的散热，当温度高于预设的临界值时，蜂鸣器报警，提醒机箱内部高温。

同时系统电路内加装一个“看门狗”电路来监测系统的运行，维持系统的正常初始化和工作，当系统出现问题时会自动初始化。

2设计思想与方案2.1设计思想当电脑机箱内部温度低于二十五摄氏度，风扇停止转动，转速显示为零，同时显示内部机箱温度，当机箱内部温度处于与二十五摄氏度到五十摄氏度这一区间时，随着区间内温度的升高，风扇运行速度逐渐加快，显示屏上不停刷新显示机箱内部的温度，显示风扇转动的转速，以及系统运行的时间，当温度高于五十摄氏度时，蜂鸣器会产生报警，并且显示系统运行时间，当温度传感器未检测到温度时，显示屏会不停闪烁并伴随着报警。

监测系统的看门狗电路会在系统运行不正常的时候重置系统。

基于单片机控制的电脑机箱风扇温控系统设计主要研究并且注意以下几点：

（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。

2.2设计方案基于单片机控制的电脑机箱温控系统采用AT89S52芯片作为主要的系统控制芯片，其中还包括时钟晶振电路，复位电路，测温点路，看门狗电路，显示电路，报警电路，PWM风扇控制电路。

大概工作流程是首先系统初始化，计时程序开始运行，温度传感器监测温度将测到的温度提交给AT89S52，根据温度分析控制PWM电路改变风扇转速，同事显示电路显示数据。

单片机控制各个电路之间协同工作，使系统稳定运行，达到设计的要求。

系统框图如图1所示。

图1风扇温控系统系统框图3硬件电路的设计3.1AT89S52单片机AT89S52是80C52单片机中的一种高速高性能的单片机，与之前的51和52单片机一样，也是40个引脚，双列直插式。

有4组每组8个共32根I/O口线（P0、P1、P2、P3、），两个定时器/计数器T0和T1。

AT89S52相对于AT89S51来说，它的可编程只读存储器ROM是8K，比AT89S51多了4K。

就可以存储更大的程序，运行更多的功能。

相对来说ATA89S52更适合于该设计。

P0和P2以及P1.2-P1.4都是单一功能，而其他的引脚都有第二功能。

定时器/计数器有定时和计数的功能，这一次设计就用到了两个定时器/计数器。

其中T1进行计时，T0对频率信号进行计数。

AT89S52是80C52单片机中的一种高速高性能的单片机，与之前的51和52单片机一样，也是40个引脚，双列直插式。

有4组每组8个共32根I/O口线（P0、P1、P2、P3、），两个定时器/计数器T0和T1[12]。

AT89S52相对于AT89S51来说，它的可编程只读存储器ROM是8K，比AT89S51多了4K。

就可以存储更大的程序，运行更多的功能。

相对来说ATA89S52更适合于该设计。

P0和P2以及P1.2-P1.4都是单一功能，而其他的引脚都有第二功能。

定时器/计数器有定时和计数的功能，这一次设计就用到了两个定时器/计数器。

其中T1进行计时，T0对频率信号进行计数。

一个集成芯片上有一个运算器和一个控制器，将之称为中央处理单元，简称CPU，是微型计算机的核心部分。

外部设备存、存储器、I/O接口电路和CPU就形成了单片机的硬件系统。

微型计算机系统使用的所有程序称为软件系统，它的任务就是按照人们的意愿对微型计算机的控制以及系统间信息的交流完成指定的要求和任务。

一个完整的单片机系统由软件系统和硬件系统共同组成，二者之间不可缺少，协同工作。

AT89S52是8位单片机，它的优点是具有低功耗和高性能的CMOS，片内含8KBISP，通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元集成在芯片之中，很多嵌入式控制应用系统都会使用到AT89S52芯片。

AT89S52可以通过软件设置为节电模式，最低振荡频率为0赫兹。

在无工作模式下，CPU停止运行，但是外中断系统，串行口，数据存储定时计数器仍然可以继续工作，掉电模式下数据存储器的数据因为振荡器被冻结而被保存，外中断激活或硬件复位才能够促使芯片的其他功能恢复工作。

AT89S52单片机的引脚图如图2所示。

图2AT89S52单片机引脚图3.2MAX706“看门狗”芯片CMOS监控电路是MAX706，可以监管和控制电源的电压，电池出现的故障以及微处理器和微控制器。

引脚如图3所示。

图3MAX706引脚引脚1具有复位功能，引脚2接地，引脚4是检测电压的输出，第6引脚是芯片的输入。

第7引脚是复位信号的输出，第8引脚是芯片的输出。

芯片的基本工作电压在一到五点五伏，输出电压为零点四伏，芯片运行的周期大约为一点六秒，复位脉冲的宽度大约在一百四到两百八十毫米，芯片储存温度范围在零下六十五摄氏度到一百六十摄氏度，工作温度范围大约在零下四十摄氏度到八十五摄氏度。

3.3时钟电路的设计单片机是一个复杂的高度集成的系统。

虽然它的体积很小，但是内部含有成千上万个元件和集成模块，里面每个元件和模块需要同时工作，因此需要相同的同步时序。

要实现这个，就需要一个时钟信号来组织协调它们工作。

这个时候我们设计一个电路可以产生这个时钟信号，我们把这个电路叫做晶振电路。

AT89S52芯片中的高增益反相放大器，其输入输出脚分别是19号与18号。

经过18号和19号脚在外部接上晶振和两个电容器C1和C2，再将两个电容的一端都接到电源地。

晶振是一种用石英制作成的晶体谐振器。

它可以起到产生特定频率的作用，它具有抗干扰性好，稳定性好，被广泛的应用于现代各种电子产品之中。

现在市场上经常使用的石英晶振的频率范围在1.00MHz—200MHz之间，有2.5MHz、5MHz、10MHz、12MHz、24MHz、48MHz、100MHz等。

该设计采用的晶振频率是12M，这样单片机的一个机器周期就是它的1/12即1us。

两个电容器的值都为30pF。

晶振电路原理图如图4所示。

图4晶振电路3.4复位电路的设计我们在生活学习中经常听说过初始化，特别是用过电脑的同学，大家在打开电脑或软件时经常出现“正在初始化”字样。

那初始化是什么意思呢？

其实它相当于一个开始按钮，只有初始化之后系统才能开始工作。

没有初始化相当于进入了睡眠模式。

而单片机也需要进行初始化，这样他才能正常工作。

AT89S52芯片拥有复位信号9号引脚RST，可以用于从外界引入复位信号。

它的复位只有两种方式，即上电和手动。

上电复位是指通过专用的单片机复位电路产生复位信号，它是单片机系统的最原始复位方式，它发生在开机上电时，是单片机系统自己自动完成的。

上电复位是最基础的、每一款单片机都必须具有的功能。

AT89S52的手动复位也是通过专用的复位电路。

在单片机系统中，手动复位也是必须具有的功能。

该设计中复位电路采用按键电平复位的方式，由一个按键和一个电容器并联再串联一个电阻器再接到正电源上，另一端接到电源地端，其中电容器是10uF，电阻器值是1K。

当按下复位按键时，会产生低电平复位信号。

复位电路图如图5所示，单片机复位后内部各单元的状态如表1所示.图5复位电路表1MCS-51系列单片机复位后内部各单元的初始状态寄存器初始状态值寄存器初始状态值PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP1、P2、P3、P40FFHSCON00HIPxxx00000BPCON0xxx0000BIE0xx00000BSBUF不定3.5显示电路的设计显示电路有多种方式方法，可以是液晶屏、点阵屏或者是数码管都可以。

液晶显示可以方便的显示设计所要求的数值，还可以显示一些数码管所不能显示的东西像比较复杂的字符、文字和符号等，这个是它的优点。

但是它也有一定的缺点，就是它的显示驱动程序比较复杂，驱动电路比较麻烦，价格成本相对较高。

1602液晶也叫1602字符型液晶，内部具有一百六十个点阵，可以用来显示数字，字母以及各种符号，显示的每一个数字，字母以及符号都有一个相应的代码，1602识别的是ASCII码，1602可以显示三十个字符，显示两行十六列它基于单片机控制的电脑机箱温控系统采用LCD1602液晶屏作为信息的显示。

通过显示屏可以对运行时间，风扇的转速，温度等信息进行显示。

1602一共有十六个引脚，GND脚为接地电源。

VCC脚用来连接电源5V的正极，VL脚是显示对比度的调整，RS脚位寄存器的选择，RW脚为读写信号线，EN脚为使能端，D0，D1，D2，D3，D4,D5，D6，D7为双向的数据端口，BL+脚为背光的正极，BL—为背光的负极。

液晶显示器引脚图如图3所示。

图6LCD1602引脚图3.6PWM电路的设计PWM是利用芯片对数字信号经过处理来控制模拟电路的一种方法，这种方法非常简单，而且反应迅速，在通讯，电子，制造诸多领域有着广泛的应用，科技的发展离不开技术的创新，技术创新之后得到应用更是一个关键。

因为PWM控制电路三个重要优点，使得它在电力电子技术得到人们广泛的研究以及应用，当今科学已没有国界，更没有学界的冲突，结合电力电子相信PWM控制技术会牢牢地占据控制领域的重要位置。

基于单片机控制的电脑机箱风扇温控系统中单片机输出产生的波形的占空比，可以通过控制三极管达到控制风扇转速的目的，本设计的PWM控制电路入图7所示。

图7PWM电路由图7可以看出本设计的PWM控制电路是由两个型号为8050的三极管并联而形成的电路，是因为考虑到电极电流输出可能到不到要求的原因。

8050三极管是一个采用硅制造的开关类型的三极管，它的功耗只有六百二十五毫瓦，频率达到一百五十兆赫兹，寄存电流的最大值为零点五安培。

本系统设计所使用的风扇是先马游戏风暴12厘米LED机箱风扇，风扇如图8所示，风扇规格如下尺寸：

120MM*120MM*25MM转速：

1200RPM±10%电压：

12VDC启动：

5VDC电流：

0.1A轴承：

sleevebearing风量：

43.2CFM噪音：

23.4DBA寿命：

30000H接口：

3PIN用途：

机箱散热图8风扇风扇采用黑色排线设计，电源设计有主板的3PIN风扇接口，和电源的大4PIN接口。

因为本次基于单片机控制的风扇温控系统是基于PWM控制电路的设计，由此在此电路几处修改之后方可融入本系统。

3.7报警电路的设计任何完美的系统设计都会有一个报警电路的设计，一是保证电路安全运行，二是在电路发生故障时提醒人们第一时间解除故障，同事报警电路还可以时刻了解到系统是否为正常运行，当数据达到人们预设值也会得到警告。

由于本温控系统的需要，当没有测量到温度时和温度高于五十摄氏度时系统会产生报警，蜂鸣器发出蜂鸣声。

报警电路入图9所示。

图9报警电路本次设计的报警电路由三个元器件组成：

一个1K的电阻，一个型号为9012的三极管，还有一个蜂鸣器。

P20口一直有一个高电平，当温度达到50摄氏度时或者未检测到温度是会产生一个低电平，这时激活了9012三极管，蜂鸣器产生报警，发出“滴”的长鸣报警声。

3.8DS18B20温度传感器电路在单片机的应用中，一个很重要的应用就是对温度进行检测。

温度的检测是万年历系统的扩展功能，采用DS18B20温度传感器完成了对实时温度数据的采集，为实现温度报警的实现打下基础。

DS18B20温度传感器是通过1-Wire总线和单片机进行通讯，最终将温度读出。

只需要把传感器的数据引脚与单片机相连即可。

由于传感器为单总线通讯，即发送和接收都是一个引脚进行。

发送时是开漏输出，即输出0时通过三极管下拉为低电平，而输出1时，则为高阻，需要外接上拉电阻将其拉为高电平。

因此，需要外接上拉电阻，否则无法输出1。

根据数据手册选择4.7K的电阻即可。

温度传感器电路图如图10所示。

图10DS18B20温度传感器电路3.9看门狗电路的设计由于现在科技的发展，我们的生活处在各种电磁信号之中，电器，电路会产生各种电磁场，单片机在运行时，也会受到这些电磁的干扰，导致程序不能正常运行，电路出现混乱等一系列问题，AT89S52本身也有一个监测电路，但考虑到系统的稳定性，本次设计采用了看门狗电路进行电路的监测，因为它对系统资源的要求不高，并且线路简单，易于控制。

看门狗电路入图11所示。

图11看门狗电路看门狗电路有一个型号为MAX706的芯片，一个电阻，和一个9012的三极管组成。

主控芯片AT89S52是高电平复位，三极管9012在此的作用就是转换电平。

看门狗电路在此设计中实质上可以看成是一个定时计数器，当温控系统的程序在AT89S52中运行一遍之后，看门狗电路会清0一次，并且没有最大计数限制。

如果温控系统的程序运行不正常那么看门狗就会将AT89S52重新复位。

3.10电源的设计由于电脑机箱的风扇温控系统是内置于机箱之中，我们可以使用机箱内部的电源，主板和电源上提供有3PIN，4PIN，6PIN，8PIN还有SATA接口，所以不需要制作额外的电源。

但是为了前期方便测试电路可以设计一个USB电路，该设计中使用的电源都是+5V电源，如果重新设计一个独立的电源电路，就会使得原理图非常复杂，如果使用普通的220V/50Hz交流电转换而来，还需要降压变压器等电气设备，这些电气设备体积大、成本价格高。

使用时危险系数高，不宜采用。

如果使用干电池，一般一节5号干电池是1.5V电压，要达到5V电源则需要3至4节干电池串联供电，这