基于MSP430F149的溫控風扇系統

陜西省西安市西北大學附屬中學 孫逸霏

基于MSP430F149的溫控風扇系統

陜西省西安市西北大學附屬中學 孫逸霏

本文設計并實現了一個基于MSP430F149單片機的溫度控制風扇轉速系統，其具有自動感知環境溫度，進而調整風扇轉速，有效降低環境溫度的特點,可用于解決自發熱元器件的散熱問題。測試結果表明，該系統具有實時溫度調節、低功耗、性能穩定等優勢。

MSP430F149；溫控風扇；TP100；PWM

1 引言

許多元器件在工作過程中具有自發熱特性，而其工作可靠性和穩定性又對溫度變化敏感，即受溫度變化影響較大，如計算機系統中的微處理器芯片等。因此，有必要研究有效的散熱措施，解決元器件工作環境的溫度調節問題。目前，通常采用恒定轉速的風扇吹風散熱，以帶走器件運行時產生的熱量，達到降溫目的。然而，恒定高速旋轉的風扇持續工作，主要存在兩個方面的弊病：一是浪費設備功耗；二是持續的噪聲污染。為了克服上述兩方面的弊病，本文設計并實現了一個基于MSP430F149單片機的溫控風扇系統，該系統中風扇的轉速能夠自動的隨著環境溫度的變化而調整，當溫度較高時，風扇轉速加快；當溫度較低時，風扇轉速變慢；當溫度不影響器件工作時，風扇停止工作。該系統能有效散熱、低功耗工作、減少噪聲污染。

2 溫控風扇系統結構及工作原理

結合電子器件散熱的實際需求，本文設計了如圖1所示的基于MSP430F149的溫控風扇轉速系統。

圖1 溫控風扇系統原理框圖

該系統主要由單片機控制模塊（MSP430F149）、測溫傳感模塊（PT100）、電機驅動模塊（L298N）和溫度顯示模塊（LCD1602）等四個部分組成。其工作原理是：首先，定時測溫電路間隔固定時間測量電子器件工作環境的溫度，并將該測量值輸出給MSP430F149主控板；其次，輸入的測量值送MSP430- -F149內置的模數轉換器（A/D），根據控制算法轉換為溫度數字量，并將其送往溫度顯示模塊顯示。同時，該數字量與設定的溫度閾值相比較，并將比較結果送MSP430F149內置定時器，用于產生不同占空比的PWM（脈沖寬度調制）波；最后，通過MSP430- -F149的I/O口，將不同占空比的PWM波送電機驅動模塊，進而控制風扇的轉速，實現溫度控制風速目的。

圖2 系統電路圖

3 溫控風扇系統硬件軟件設計實現

3.1 硬件設計

（1）單片機控制器

TI公司設計生產的MSP430F149是一款具有精簡指令集、超低功耗、低電壓、快速蘇醒、內置模數轉換器、定時器和比較器等特點的單片機，其是本方案控制器的理想選擇方案。

圖3 系統程序流程圖

（2）測溫電路

由于鉑熱電阻PT100測溫靈敏度高、穩定性好，且阻值隨溫度的變化有良好的線性關系，因此鉑熱電阻PT100是測溫模塊的理想選擇。

測溫原理：PT100 熱電阻與R0,R1,R2 組成電橋電路，當環境溫度改變時，PT100 的阻值改變，電橋輸出電壓差，該電壓差送給LM358放大器，經放大器放大后送單片機內部的A/D 模數轉換器，被轉換為對應的數字量。

（3）電機驅動模塊和液晶顯示模塊

本系統采用L298N雙H橋直流電機驅動風扇。采用LCD1602液晶顯示屏顯示溫度。

圖2所示是系統實現電路圖。

3.2 軟件設計

軟件設計主要包括溫度采樣和風扇轉速控制等部分。圖3是系統程序流程圖。

4 溫控風扇系統功能和性能測試及結果分析

4.1 功能測試方法

將溫度傳感電路中的PT100電阻放入水箱，并加熱使水溫升高，相應的風扇轉速加快。

4.2 性能測試及結果分析

將溫度計放入水箱，抽樣比較溫度計實測溫度與系統LCD1602顯示溫度的差異，可得表1。由表1可見，系統的溫度精度可達10-1量級，因此系統能夠比較好的基于溫度變化控制風扇的轉速。

表1 溫度誤差

5 結語

本文設計并實現了一個實時溫度控制風扇轉速，并顯示溫度的系統，可用于電子設備的散熱。系統硬件的選擇保證了系統低功耗、性能穩定和兼容性強。

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