車(chē)載太陽(yáng)能散熱風(fēng)扇的設(shè)計(jì)

劉 彬，安建成

（太原理工大學(xué)計(jì)算機(jī)與軟件學(xué)院，山西 太原 030024）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，汽車(chē)作為一種便捷的交通工具已進(jìn)入尋常百姓家。伴隨著車(chē)輛的普及，車(chē)輛對(duì)環(huán)境的影響也越來(lái)越大。除了尾氣污染，還有車(chē)用空調(diào)造成的影響。夏天，天氣炎熱，車(chē)被長(zhǎng)時(shí)間停放，尤其是露天停放時(shí)，車(chē)內(nèi)溫度會(huì)迅速升高。當(dāng)需要移動(dòng)時(shí)，一般需要打開(kāi)車(chē)門(mén)等待通風(fēng)降溫或者迅速將空調(diào)開(kāi)到冷風(fēng)高檔降溫。空調(diào)大量的使用，既浪費(fèi)資源，又有污染，所以，開(kāi)發(fā)一款經(jīng)濟(jì)實(shí)用的車(chē)載太陽(yáng)能風(fēng)扇就成為一種需求。

1 主要功能指標(biāo)

太陽(yáng)能風(fēng)扇散熱系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，見(jiàn)圖1。

圖1 太陽(yáng)能風(fēng)扇散熱系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

太陽(yáng)能蓄電；預(yù)設(shè)風(fēng)扇工作溫度區(qū)間；控制開(kāi)關(guān)；拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控芯片簡(jiǎn)介

ATMEGA16單片機(jī)具有先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)，131條指令，大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期。32個(gè)8位通用工作寄存器，非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash擦寫(xiě)壽命10 000次。具有獨(dú)立鎖定位的可選Boot代碼區(qū)通過(guò)片上Boot程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程真正的同時(shí)讀寫(xiě)操作。512字節(jié)的EEPROM擦寫(xiě)壽命100 000次。1K字節(jié)的片內(nèi)SRAM，可以對(duì)鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶程序的加密。JTAG接口（與IEEE 1 149.1標(biāo)準(zhǔn)兼容）。支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試功能。

外設(shè)特點(diǎn)：兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。1個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。具有獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器RTC，4通道PWM，8路10位ADC8個(gè)單端通道TQFP封裝的7個(gè)差分通道，2個(gè)具有可編程增益（1x，10x，或200x）的差分通道。面向字節(jié)的兩線接口。2個(gè)可編程的串行USART。可工作于主機(jī)/從機(jī)模式的SPI串行接口-具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器。片內(nèi)模擬比較器。

2.2 主控芯片部分設(shè)計(jì)

見(jiàn)圖2。

圖2 主控單片機(jī)電路

圖3 芯片工作電壓轉(zhuǎn)換電路

2.3 芯片工作電壓部分

見(jiàn)圖3。

由于太陽(yáng)能作為電源供電，存在電壓電流不穩(wěn)定的問(wèn)題。所以需要采用蓄電池，先進(jìn)行能量的存儲(chǔ)，然后再使用。供電部分采用太陽(yáng)能板加電池，電源管理采用單片機(jī)PWM開(kāi)關(guān)完成電池的充放電管理，單片機(jī)的供電采用LM2 596開(kāi)關(guān)電源芯片完成+5V電源的供給，風(fēng)扇的供電采用場(chǎng)管開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。

2.4 風(fēng)扇供電控制電路部分

見(jiàn)圖4。

圖4 風(fēng)扇供電控制電路

由電機(jī)帶動(dòng)風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)，所以電機(jī)可靠工作是風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)的根本。電機(jī)的可靠工作主要依賴蓄電池穩(wěn)定輸出能量。

2.5 太陽(yáng)能充電控制部分

見(jiàn)圖5。

圖5 太陽(yáng)能充電控制電路

解決太陽(yáng)能充電的關(guān)鍵是對(duì)充電器需要有過(guò)流保護(hù)。

2.6 溫度檢測(cè)部分

見(jiàn)圖6。

圖6 溫度檢測(cè)電路

溫度采集，采用DS18B20芯片完成。該芯片的主要優(yōu)點(diǎn)是耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。溫度傳感器可編程的分辨率為9位～12位，溫度轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字格式，最大值為750 ms。用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置。

2.7 溫度顯示部分

采用8段發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件分為芯片初始化和溫度參數(shù)設(shè)定。部分程序代碼如下：

4 結(jié)束語(yǔ)

本控制器采用Atmega16單片機(jī)控制，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、功能強(qiáng)、可靠性高、成本較低。第一代產(chǎn)品僅設(shè)計(jì)集成1只溫度傳感器和1臺(tái)散熱風(fēng)扇，以后的升級(jí)產(chǎn)品中，視具體散熱效果，可以增加多路傳感器監(jiān)測(cè)和多個(gè)散熱風(fēng)扇。