基于MSP430F149的温控风扇系统

陕西省西安市西北大学附属中学 孙逸霏

基于MSP430F149的温控风扇系统

陕西省西安市西北大学附属中学 孙逸霏

本文设计并实现了一个基于MSP430F149单片机的温度控制风扇转速系统，其具有自动感知环境温度，进而调整风扇转速，有效降低环境温度的特点,可用于解决自发热元器件的散热问题。测试结果表明，该系统具有实时温度调节、低功耗、性能稳定等优势。

MSP430F149；温控风扇；TP100；PWM

1 引言

许多元器件在工作过程中具有自发热特性，而其工作可靠性和稳定性又对温度变化敏感，即受温度变化影响较大，如计算机系统中的微处理器芯片等。因此，有必要研究有效的散热措施，解决元器件工作环境的温度调节问题。目前，通常采用恒定转速的风扇吹风散热，以带走器件运行时产生的热量，达到降温目的。然而，恒定高速旋转的风扇持续工作，主要存在两个方面的弊病：一是浪费设备功耗；二是持续的噪声污染。为了克服上述两方面的弊病，本文设计并实现了一个基于MSP430F149单片机的温控风扇系统，该系统中风扇的转速能够自动的随着环境温度的变化而调整，当温度较高时，风扇转速加快；当温度较低时，风扇转速变慢；当温度不影响器件工作时，风扇停止工作。该系统能有效散热、低功耗工作、减少噪声污染。

2 温控风扇系统结构及工作原理

结合电子器件散热的实际需求，本文设计了如图1所示的基于MSP430F149的温控风扇转速系统。

图1 温控风扇系统原理框图

该系统主要由单片机控制模块（MSP430F149）、测温传感模块（PT100）、电机驱动模块（L298N）和温度显示模块（LCD1602）等四个部分组成。其工作原理是：首先，定时测温电路间隔固定时间测量电子器件工作环境的温度，并将该测量值输出给MSP430F149主控板；其次，输入的测量值送MSP430- -F149内置的模数转换器（A/D），根据控制算法转换为温度数字量，并将其送往温度显示模块显示。同时，该数字量与设定的温度阈值相比较，并将比较结果送MSP430F149内置定时器，用于产生不同占空比的PWM（脉冲宽度调制）波；最后，通过MSP430- -F149的I/O口，将不同占空比的PWM波送电机驱动模块，进而控制风扇的转速，实现温度控制风速目的。

图2 系统电路图

3 温控风扇系统硬件软件设计实现

3.1 硬件设计

（1）单片机控制器

TI公司设计生产的MSP430F149是一款具有精简指令集、超低功耗、低电压、快速苏醒、内置模数转换器、定时器和比较器等特点的单片机，其是本方案控制器的理想选择方案。

图3 系统程序流程图

（2）测温电路

由于铂热电阻PT100测温灵敏度高、稳定性好，且阻值随温度的变化有良好的线性关系，因此铂热电阻PT100是测温模块的理想选择。

测温原理：PT100 热电阻与R0,R1,R2 组成电桥电路，当环境温度改变时，PT100 的阻值改变，电桥输出电压差，该电压差送给LM358放大器，经放大器放大后送单片机内部的A/D 模数转换器，被转换为对应的数字量。

（3）电机驱动模块和液晶显示模块

本系统采用L298N双H桥直流电机驱动风扇。采用LCD1602液晶显示屏显示温度。

图2所示是系统实现电路图。

3.2 软件设计

软件设计主要包括温度采样和风扇转速控制等部分。图3是系统程序流程图。

4 温控风扇系统功能和性能测试及结果分析

4.1 功能测试方法

将温度传感电路中的PT100电阻放入水箱，并加热使水温升高，相应的风扇转速加快。

4.2 性能测试及结果分析

将温度计放入水箱，抽样比较温度计实测温度与系统LCD1602显示温度的差异，可得表1。由表1可见，系统的温度精度可达10-1量级，因此系统能够比较好的基于温度变化控制风扇的转速。

表1 温度误差

5 结语

本文设计并实现了一个实时温度控制风扇转速，并显示温度的系统，可用于电子设备的散热。系统硬件的选择保证了系统低功耗、性能稳定和兼容性强。

[1]王兆斌,马义德,孙文恒,马永杰．MSP430系列单片机原理与工程设计实践[M]．北京：清华大学出版社,2014：182-269．

[2]谭浩强．C程序设计[M]．北京：清华大学出版社,2010,6：85-218．

[3]郑昌瑜．温度控制实验对象装置的设计[D]．合肥：合肥工业大学,2008：1-61

[4]姬建伟,李平,宋家友．铂电阻高精度测量和非线性校正的研究[J]．微计算机信息,2007(13)．