智能风机控制器

第一章绪论

1.1课题背景

目前对于电器产品中冷却风扇的要求越来越高，电机作为冷却风扇的驱动源既要高效节能，又要静音。传统上广泛使用的是交流电机（如：罩极式电机、电容式启动电机等），虽然其结构简单，成本低。但其所固有的体积大，效率低等缺点，已越来越不适应家电产品小型化和高效化的要求。因此，效率高、体积小的直流无刷电机在冷却风扇系统中得到了应用。但是，目前在使用无刷风扇电机作为冷却风扇驱动源的系统中，电动机的转速是恒定的，而不是根据热负荷的大小相应的调整电机转速，因而造成了电能的无用消耗[1]。投影仪、大功率电源、数据通讯交换机和路由器等设备的散热是一个值得考虑的问题。这些应用功耗极大，使设计人员在设计时要用风扇来冷却电子元件。如果吹向元器件的气流等于或小于每分钟六到七立方英尺即可满足冷却要求。那么直流无刷风扇是一个不错的选择目前已有很多微处理机将控制电机必需的功能做在芯片中，而且体积越来越小，像模拟/数字转换器（ADC）、脉冲宽度调制（PWM）等。单片机在检测和控制系统中得到了广泛的应用。温度检测、电机转速控制等方面，都有单片机的应用。温度控制集成电路的迅速发展，也使温度检测技术越来越智能化了，这促使了冷却散热电子产品技术有了长足的发展。

1.2 研究的目的和意义

随着电子技术的飞速发展，当今的电子设备如不考虑热设计，通常会产生过热现象。强迫空气冷却作为比较经济方便的冷却手段在电子设备热设计中得到了普遍应用。而运用强迫空气冷却电子设备的首要任务是选择合适的风扇来提供足够的冷却空气。大多数风扇的使用寿命都在几千小时左右，多数功率设备都存在负荷变化的特点，在停止工作或负荷较轻时可能并不需要风扇，而仅靠散热片的被动散热就能满足散热需求；是否满足散热需求的标准就是温度，在工作温度高于一定程度时，风机开始工作，提供主动散

热效果；而工作温度低于一定程度时，风扇停止工作或减速进行，仅靠被动散热。这样可以有效的延长风机的使用寿命。

1.3 国内外现状

近年来，国际上的新型电风扇层出不穷，在向节能型、多功能、多品种发展的过程中，又采用了电子定时、遥控、微机控制和传感技术等新技术。我国的电风扇制造厂也在向前发展。

节能技术在电风扇制造和使用中的应用，包括优化风叶设计。合理匹配高效的扇头电动机及优化调速方案等。如日本三洋公司生产的EF-F31MZ型电风扇，采用外转子式无刷直流电动机，节电30％，体积减少1/3。日本土屋制造所的无刷直流电机风扇，采用集成电路控制，节电50％，噪声可降低20％至30％左右[2]。

目前，温度传感器正向着单片集成化，智能化，网络化和单片系统化的方向发展。值得重视的是目前配置有温度传感器的新型专用集成电路也已问世了。例如美国MAXIM 公司最新研制的MAX1299型5通道12位ADC芯片，片内集成了精密温度传感器，在-40~+85度范围内的温度精度可达正负一度[3]。集风扇控制，温度检测于一体的传感器集成电路MAX6650。能够自动检测大功率芯片温度，自动控制风扇转速，以降低冷却风扇的噪声污染[4]。集成电路有很多种类，广泛应用于无刷直流电机控制电路中。TC651是带有温度传感器，用于无刷直流风扇速度控制的集成电路[5]。主要应用于个人计算机过热保护机顶盒，笔记本电脑中电源系统的散热风扇控制系统特点是根据检测的温度来控制风扇转速，达到合理的散热功能即减小风扇噪音，延长风扇寿命，又节约电能，具有非常重要的意义。

1.4 本课题的主要工作

基于单片机的智能风机控制系统，机箱温度为测量对象，利用风扇对其进行降温，而风扇转速为控制对象。课题目标是设计出具有温度传感的智能风机控制。

控制原理：NTC热敏电阻和LM339比较器组成的温度测量电路，把测得的温度信号转变成电压信号，经过单片机的处理，输出一个控制信号，通过驱动电路，驱动风扇转动。

本课题的主要工作：

1）系统硬件设计

本系统包括温度采集和温度比较电路，驱动风扇电路，测速电路，LED显示电路。

2）系统软件设计

编写温度采集、PWM输出、定时等子程序、测速子程序。

3）风机控制系统仿真

进行控制系统的仿真试验，可对软件的可行性进行检验，加快了实际系统设计和调试的过程。

4）风机控制系统硬件的调试

经过调试，使风机控制系统正常工作，能够达到课题要求。

第二章智能风机控制系统的组成及器件选择

2.1智能风机控制系统的组成

智能风机控制系统包括温度传感器、电压比较器、单片机、风扇、霍尔传感器及

LED显示驱动芯片。

2.2 器件选择

2.2.1温度传感器的选型

一个风机的设计，要达到智能控制，即风机转速由环境温度因素控制，这时温度传感器的选取也十分关键。在众多风机设计中，温度传感器的选择可以有很多种。大致分为模拟传感器和数字传感器两大类。这里介绍几种广泛应用的温度传感器。

2.2.1.1 AD590的性能特点与工作原理

AD590是由美国哈里斯（Harris）公司、模拟器件公司（ADI）等生产的恒流源式模拟集成温度传感器。它兼有集成恒流源和集成温度传感器的特点，具有测温误差小、动态阻抗高、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等优点，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准。

（1）性能特点

AD590属于采用激光修正的精密集成温度传感器。该产品有三种封装形式：TO-52封装、陶瓷封装（测温范围是-55~+150℃）、TO-92封装（测温范围是0~70℃）。AD590系列产品的外形及符号如图2-1所示，由Harris公司生产的AD590产品，其主要技术指标见表2-1。需要指出，不同公司的产品的分档情及技术指标可能会有差异。例如，由ADI公司生产的AD590，就有AD590J/K/L/M四档。这类器件的外形与小功率晶体管相仿，共有3个管脚：1脚为正极，2脚是负极，3脚接管壳。使用时将3脚接地，可起到屏蔽作用。该系列产品以AD590M的性能最佳，其测温范围是-55~+150℃,最大非线性误差为±0.3℃，响应时间仅20微妙，重复性误差为±0.05℃，功耗约2mW。