温度传感器在笔记本电脑散热系统中的应用

　　梧州学院学报bookmark0温度传感器在笔记本电脑散热系统中的应用程蓉蓉（山西体育职业学院，山西太原030000）文章在对温度传感器的主要类型进行论述的基础上，结合笔记本电脑的基本工作原理，探讨了温度传感器在笔记本电脑散热系统中的主要应用范围。后，基于笔记本电脑散热的实际需要，进行了基于温度传感器的笔记本电脑散热系统设计。设计结果表明，所设计的散热系统散热效果良好，通过应用温度传感器能够在不同的环境温度下进行不同程度的散热，有效地保证了笔记本电脑的正常运行。

　　当前，不论是普通pc机还是笔记本电脑，其追求的重点都趋向于更快的运行速度以及更加丰富的功能。而更快的运行速度表示在单一芯片中，其工作频率将更高，其运行过程中消耗的功率也就越大。当笔记本所集成的功能越多时，其需要用到更多的芯片，自然会消耗更多的功率。而这些芯片都被集成到主板上，从而造成了计算机运行对电脑电源功率的增加。当前，计算机的电源功耗从100W开始发展到250W/350W，使得计算机运行产生的热量不断增加。但是，因为计算机的空间有限，尤其是笔记本电脑的空间受到明显的限制。因此，在计算机的散热方案构建过程中，根据不同芯片的温度采取对应的温度控制策略就显得尤为重要，否则会出现散热系统在低温运行过程中启动，而在高温运行时关闭的问题，不但不能达到散热的效果，而且还会导致计算机系统的整体运行受损。因此，合理选择温度传感器的类型，在结合笔记本电脑实际特点的基础上，使用温度传感器进行散热系统的设计，对提高笔记本电脑工作性能的稳定性具有十分重要的作用。

　　1温度传感器的主要类型当前，温度传感器主要包括热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器（BTD）以及IC温度传感器4种基本的类型。而IC温度传感器又可以分为模拟输出、数字输出这两种基本的形式。其中，热电偶的应用范围为广泛，这主要是因为其适应环境广泛，而且价格相对便宜。当前，热电偶的类型较大，能够应用于200C-2000C的温度测试范围。在应用过程中，热电偶还存在灵敏度较低、稳定性和精度适中、响应速度较慢以及在高温下容易出现漂移和老化的问题。另外，热电偶通常需要特定的端，而且表现出较为明显的非线性。

　　RTD温度传感器则具有中等的线性度，具有稳定性强、应用范围较广的特点。但是，通常其工作温度范围高限制为400C左右，而且其价格昂贵，般达到了热电偶价格的4-10倍，在使用过程中同样需要外部电源。

　　模拟输出的IC温度传感器则具有极高的线性度，在使用过程中若配合使用一个模数转换器，则能够实现数字输出。其具有成本低、精度高、分辨率高的特点。但是，其使用范围受到限制，能够覆盖的温度范围在55C-150C之间，使用过程中同样需要外部源。而数字式IC温度传感器则在内部有源，但是其响应速度较慢，通常在100ms的数量级范围。虽然其能够自身发热，但是可以使用自动关闭以及单次转换模式的方式保证测量前使得IC设置处于低的功耗状态，实现自身发热量的低。与般的热敏电阻、RTD以及热电偶相比，IC温度传感器具有低成本、高线性的特点，能够实现数字输出11，成为了当前笔记本电脑使用的主流温度传感器。

　　2温度传感器在笔记本电脑散热系统中的主要应用范围温度传感器主要应用于笔记本电脑的主要放热部件中，用以实现对这些部件温度变化的实时动态监控，为散热系统的工作提供温度，实现整个计算机系统的稳定运行。

　　CPU是笔记本电脑的主要放热源之1，当前大多数的笔记本计算机运行功耗已经达到了上，若使用过程中不能采取良好的散热解决方案，则在很短的时间内就会使得CPU的温度提高到一个很高的水平，造成计算机不能正常工作。因此，CPU是温度传感器的主要监控对象之1. 2.2绘图芯片以及3D加速芯片随着计算机视觉效果的提升，当前相当一部分的笔记本电脑都安装了绘图芯片以及3D加速芯片，且其功能不断增强、设计日益复杂，执行频率更高，因此绘图芯片以及3D加速芯片成为了笔记本电脑产生热量的第二个来源，也是温度传感器需要重点监测的对象之一。

　　2.3电源设备随着笔记本电脑的电源设备普遍使用交换式电源供应器之后，变压器不再是电源的主要热量产生来源，主要是进行大电流切换动作的PowerMosFET，温度传感器的主要监测对象就是该部件。

　　2.4笔记本电脑内部的热流因为笔记本电脑自身空间的限制，导致其内部的热流成为了另外一个热量的重要来源。虽然一般的半导体组件都可以在0-70C的范围内正常工作，当系统内部散热状况不佳，或者设置的散热设备位置不准确时，会导致计算机系统运行不稳定。因此，电脑内部热流的监控也是温度传感器需要重点监控的部位。

　　2.5PC存储设备PC存储设备的控制芯片因为功耗并不大，因此并不会产生太多的热量，但是在工作过程中，存储设备自身会产生大量的热量。虽然外围设置了铁壳的薄卡片相对容易散热，但是由于存储设备是完全密实地插入笔记本的计算机中，不能与空气直接基础散热，从而成为了温度传感器所重点监测的对象之。

　　2.6导热管设置导热管的目的就是要将计算机内部的热量从PU带离至计算机外部，但是导热管自身工作过程中也会消耗能量而产生热量，尤其是在风口位置风扇没有启动时，导热管将会产生大量的热量，从而使得该计算机区域范围内的温度迅速上升，造成更大的危害，因此需要使用温度传感器进行实时监测。

　　3基于温度传感器的笔记本电脑散热系统设计实践本文在上述分析的基础上，选择使用DS18B20作为温度传感器，对CPU出风口的温度进行检测，为散热系统的散热提供数据。

　　3.1基于温度传感器的笔记本电脑散热系统的基本工作原理设计过程中，通过将温度传感器设置于CPU风口处，进行该处温度的测量，之后与预设的温度梯度进行对比，单片机获得两者比较的结果之后，将出风口的温度与散热风扇电机的档位显示于显示屏，之后再使用PWM调制技术对散热器的风扇转速进行调整，从而达到实时智能控制的目的。

　　3.2散热系统的硬件构成控制器设计过程中使用了STC89C52RC单片机作为散热系统信号控制的核心，并使用编程的方式获得温度检测及温度判断的算法，在丨/0口将控制信号输出。因为该型号单片机具有电压低、性能优良、单片机内包括8k字节的只读程序存储器以及随机存储器RAM，能够兼容标准的MCS-51控制系统，提高了系统的兼容性。另外，采用的单片机系统的复位方式包括积分型、微分型、比较器型以及看门狗型4种。其中，前3种能够用于芯片外围分立单元或者集成式电路芯片的构建，后一种则内置于芯片的内部，是芯片的构成部分。在本次设计过程中，使用了单片机系统复位电路的上电复位电路。

　　3.2.2温度采集器件度达到了0.5C.整个温度采集系统的内部结构包括4个主要部分，其中，主要是64位光刻ROM、温度传感器、温度出发设备TH与TL2.在工作过程中，通过获取温度传感器的地址序列码，实现对不同温度传感器的识别和控制，从而完成对系统现场温度的多点测量。

　　3.2.3电机与驱动设备本设计选择使用额定电压为5V的直流电机作为驱动电机，并选择反向驱动设备进行驱动。由于ULN2803驱动设备具有接口简单、操作方便，而且能够为电机提供较大的直流驱动电流。在使用脉宽调制（PWM）方式进行控制时，能够实现有效的调速，终达到充分利用能量，实现高电路效率的目的。

　　3.3系统软件的设计单片机程序初始化单片机控制程序流程图调节风扇速度谀扇停止在对程序进行初始化操作之后，将温度及档位预先设置后调用单片机的初始化函数，进行温度转换、函数处理、PWM调制函数和显示函数的调用3，并使用循环设计的方式实现性能输出，其具体的流程如所示。

　　3.3.2温度采集与处理该模块的主要功能是实现从温度传感器处进行信号采集、信息处理。在设置温度安全标志位之后，将初始位置设置成为安全状态，并设置超出温度安全值的温度，基于对应的等差规律设置不同的电机转速档位。所设计的主程序根据设定的标志位，确定温度是否超出了具体的范围值，并利用查询温度传感器的方式反复获得温度值。若温度超出安全范围，则进行持续监控，若超出了安全标志位置，则根据预设的单位将控制信息传递至调制电路模块中。

　　3.3.3PWM调制模块与驱动电路该部分的工作主要是基于脉宽调制（PWM）的基本原理，完成马达调速器、驱动直流马达和温度档位显示的制作。因为脉冲宽度调制波一般是包括一列占空比不同的矩形脉冲构成的，其占空比与对应的被调制信号瞬时采样值成一定的比例，使用个比较和一个周期为N的锯齿波发生器构成。当被调制信号超出了锯齿波信号时，比较器将输出正电平，否则输出0.从而使得负载发生功率变化，改变负载，达到检测温度、调速的目的。

　　在设计过程中所使用的PWM典型电路4如所示。

　　3.4应用效果在完成基于温度传感器的笔记本电脑散热系统的设计之后，将该系统应用于某型笔记本电脑的散热控制中。测试时，室内温度为27C，当温度达到30C之后，计算机的散热风扇开启，并显示为0档，转数为慢；当温度达到33C之后，散热风扇的转速增加，显示屏显示为1档；当温度达到36C之后，散热风扇转速继续增加，显示屏显示为2档；当温度达到40C之后，散热风扇转速持续增加，显示屏显示转速为3档。测试结果表明所设计的笔记本电脑散热系统能够达到降低温度的目的，辅助笔记本电脑进行散热。使用该控制系统与没有采用温控系统的样本进行定时长的对比试验，其具体结果如表1所示。

　　表1试验效果对比试验运行时间样本加装传感器未加装传感器温度传感器是保证笔记本电脑散热系统能够在不同的环境温度下持续正常工作的根本5，在散热系统设计的过程中要根据散热系统的特性合理选择温度传感器。在此基础上，合理编制对应的温度监测及控制算法，保证散热系统对外界环境温度的正常响应，提高散热系统的整体散热性能满足笔记本电脑的运行需要。