51单片机课设——温控手机散热器

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概述

本设计是基于51单片机设计的温控的手机散热器。所采用的原件主要有51单片机、半导体制冷片、风扇、L298N直流电机控制模块、DS18B20,LM75A两款温度传感器。

主要原理是当手机温度高于25℃的时候，散热器启动，应利用PID控制算法将温度控制在25℃以下，同时也设计了手动模式，通过按键可以实现散热器的启动和关闭，手动与自动控温的切换，制冷功率的切换。通过LCD和与数码管将实时温度显示出来。

本次温控散热器的设计部分分为四部分，分别是51单片机主控制部分、传感器部分、显示部分、制冷部分。51单片机主控制部分是基于STC89C52单片机口袋板，传感器模块运用了DS18B20用来测冷热面的温度，LM75A用来测手机的温度。显示部分采用了LCD和数码管，LCD显示冷热面的温度以及制冷片的功率，数码管用来显示手机的温度。制冷部分采用了散热风扇及半导体制冷片用来制冷，电源则使用了快充诱骗器诱骗的9v 2A电流。

程序使用时间轮询片作为运行框架，将主程序分为获取温度，处理数据，显示温度三个部分，将控制、按键检测、数码管函数置于中断函数中。

不足
不过PID部分由于不太熟悉，还需要进一步调整，但其余部分功能基本完整。
LCD和数码管共用P0口，导致数码管和LCD显示有时会出现异常

框架

以下为自动模式下的程序简易框架

电源启动

单片机初始化

DS18B20

测量制冷片温度

判断温差是否过高

过高

关闭制冷片

正常

LM75A

测量手机温度

数码管

PID计算

控制半导体制冷片

LCD1602

显示温度

实物图

下图为搭建好后的实物图
LCD的详细显示

LCD的详细显示

各部分简略说明
*

传感器部分

		硬件电路中使用了两款温度传感器，分别为DS18B20和LM75A。

LM75A：
LM75A 是一个高速I2C 接口的温度传感器，可以在-55℃～+125℃的温度范围内将温度直接转换为数字信号，并可实现 0.125℃的精度。MCU 可以通过 I2C总线直接读取其内部寄存器中的数据，并可通过对4个数据寄存器进行操作，以设置成不同的工作模式。LM75A有 3 个可选的逻辑地址管脚，使得同一总线上可同时连接 8 个器件而不发生地址冲突。本课设中，A0~A2均接地，地址为0x90。
DS18B20：
DS18B20是常用的数字温度传感器，其输出的是数字信号，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。 DS18B20数字温度传感器接线方便，可以在一条总线上挂载多个DS18B20，并且通过配置DS18B20的寄存器可以使其工作在不同的分辨率，利用DS18B20的64位ROM通过访问指定的DS18B20。本课设中，DS18B20被设置为11位分辨率，并且公用一个I/O口。

电路中我们使用1个LM75A来测量手机温度，使用2个DS18B20测量半导体片的冷、热面温度，避免半导体制冷片因为温差过高而烧毁。之所以使用两种传感器，是因为之前对DS18B20和I2C有过一定的了解，这次想尝试一下其他传感器，于是使用了LM75A测量手机温度。

显示部分：

使用数码管与LCD1602显示温度和制冷功率。

**LCD1602：**1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形。
课设中LCD1602用于显示半导体制冷片冷面与热面的温度，以及制冷片的制冷情况，数码管用于显示手机的温度。

制冷部分：

使用了半导体制冷片与对应的散热风扇：

半导体制冷片是一个热传递的工具。当一块N型半导体材料和一块P型半体材料联结成的热电偶对中有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端。但是半导体自身存在电阻当电流经过半导体时就会产生热量，从而会影响热传递。而且两个极板之间的热量也会通过空气和半导体材料自身进行逆向热传递。当冷热端达到一定温差，这两种热传递的量相等时，就会达到一个平衡点，正逆向热传递相互抵消。此时冷热端的温度就不会继续发生变化。并且当半导体制冷片的热面与冷面的温差较高时很容易烧毁，为了达到更低的温度，可以采取散热等方式降低热端的温度来实现。
本课设使用的半导体制冷片为TEC1-1203，并使用5v的风扇为半导体制冷片进行散热。

L298N

L298N，是一款接受高电压的电机驱动器，直流电机和步进电机都可以驱动。一片驱动芯片可同时控制两个直流减速电机做不同动作，在6V到46V的电压范围内，提供2安培的电流，并且具有过热自断和反馈检测功能。L298N可对电机进行直接控制，通过主控芯片的I/O输入对其控制电平进行设定，就可为电机进行正转反转驱动，操作简单、稳定性好，可以满足直流电机的大电流驱动条件。
在本课设中用来控制风扇与制冷片运行。
快充诱骗器：
使用者对手上的快充设备（充电头）进行测试所需要用到一个电子设备。用来模拟对应快充协议负载端（手机）。诱骗器插入快充设备后可以诱导其输出对应的电压，作用就是配合USB电流、电压、功率测试仪来测试该快充设备的输出相关参数。
本课设中的诱骗器快充ＱＣ协议，诱骗出９Ｖ　2Ａ电源。