高溫是電子器件的大敵。CPU和電源盒是電腦的主要熱源,因此,近年來新上市的電腦主板都添加了一個很重要的功能,即溫度監控功能,用以完成對CPU和系統的溫度檢測和報警等。具體地說,電腦主板一般采用LM75和LM78兩種芯片來完成溫控功能。LM75固定在CPU下方,緊貼著CPU,可測定CPU的工作溫度,完成過熱報警,實現自動降頻,還可以與電腦通訊,在BIOS中實現有關參數的顯示和設定。LM78的作用是監視系統溫度,監視各組電源的電壓,控制并顯示電源風扇和CPU風扇的轉動與否,實現轉速調整,達到節能降噪目的。
本設計總的看來,是一種監測溫度、控制風扇、超高溫報警的電路。它可用在CPU上,又可用在電源盒上進行溫度監控,只要把溫度傳感器(R
)粘貼在CPU或電源開關管的表面即可。電腦溫控器以40℃和80℃作為兩個溫度界限。40℃是啟動風扇的閾值點,低于40℃時風扇不轉,既節能又降噪,特別是在冬季,效果甚佳。80℃是為保險起見而設置的超高溫報警點,超過此溫度,喇叭鳴響報警,這是電腦愛好者“超頻”使用CPU所必不可少的。

PTC元件的構造與特點
熱敏電阻的形狀多種多樣,有圓片型、圓柱形、球形等,圖3-5示出了熱敏電阻的形狀機器探頭結構。將兩根平行的鉑導線和陶瓷燒結在一起構成球形;由在圓片或方片燒結體的兩面安置電極構成片型或盤型;模型是用蒸發或濺射工藝制作的薄膜元件和熱敏電阻湖在氧化鋁襯底上,印刷燒結而成的厚膜元件。上述元件連接引線后,用樹脂或玻璃封裝成各種形狀傳感器。
PTC熱敏電阻具有在工作溫度范圍內電阻值隨溫度升高而顯著減小的特性,通常由Mn、Co、Ni、Cu等過渡金屬氧化物經燒結而成,其電阻值與溫度的關系可近似表示為

近年來,熱敏電阻開發了不少新產品,隨著生產工藝的不斷改進,其線性度、穩定性、一致性都達到了一定水平。MF512是國內生的高精度集成電路溫度傳感器,價格低廉,已得到廣泛應用。MF512電阻的技術參數:
標稱電阻值(KΩ):1.5~5, 電阻熱度系數(%℃):-(0.6~0.9),常數B(K):3450~4400,工作溫度(℃):-20~+100
半導體集成電路溫度傳感器
集成溫度傳感器按輸入形式可分為電壓輸出型和電流輸出型兩種,電壓輸出型的靈敏度一般為10mV/℃,電流型的靈敏度為1μA/℃,他們還具有絕對零度輸出電量為零的特性。
LM35D 由美國國家半導體公司開發的高精度集成電路溫度傳感器,價格低廉,已得到廣泛應用。其主要原理是:當溫度在-50℃~+150℃變化時,它能以10mV/℃的線性變化率輸出與攝氏溫度成正比的電壓量,實現溫度到電壓的轉換。按圖2的單電源接法,它可以實現0~+150℃的測溫,對應的輸出電壓是0~1.5V,實際能被后級電路使用的輸出電壓范圍約為0.2~0.99V。該集成電路的檢測精度可達±0.4℃,而且不需要對它自身作任何校準。它的電源適應性強,能在4~30V范圍內工作,所需的電流僅僅60μA,這使得它因電流熱效應而產生的自身溫升可以忽略不計。它的輸出電阻一般低達0.1Ω,有很好的帶負載能力。
溫度控制器的工作原理
溫度控制器的工作原理,集成溫度傳感器R
將0~100℃的溫度量按10mV/度,線性地轉換為0~1V的電壓量。0~1V的電壓量又經IC1的壓-頻轉換成0~100Hz的頻率量送給后續的2位十進制計數電路IC4。IC4的計數操作受它的R和EN兩個控制端子的控制,而這兩個端子有受ICB3的Q和
的控制。和
這兩個端子在2秒的周期內交替輸出各1秒的高電平,這使得計數器也是以2秒為一個循環工作的,其中
=EN=1,在完整的1秒內進行計數并同時顯示不斷更新的數據,這個1秒結束,
=EN=0,計數結束,跳變的數據停止跳變,保留為1秒終了時的最終值。而隨著Q變為低電平,
端立即跳變為高電平,但是






由于R8·C9和D構成的“單向延時積分環節”(取τ=R8C9≈0.8秒)的存在,R端仍要保持約0.5秒的低電平時段才能升為高電平。在這個時段內,IC4輸出的8421碼仍保留剛才那個1秒終了時的值,因而數碼管仍為原數據。這個0.5秒延時時段就用于讀取數據,讀完數據,R升為高電平,計數器IC4被清零。等這個1秒結束時,Q端重新跳變為低電平,由于二極管D1對C9電荷的泄放作用,導致R端電平迅速跟隨Q端的跌落而變為低電平,使得下一個計數周期的1秒時段長度不受影響。這一過程的時序表達見圖3,這是整個電路的關鍵環節,它以最簡潔的方式實現了一般頻率計上必備的計數閘門控制、封鎖雙穩、顯示單穩、復原單穩和輔助單穩的功能。
由以上分析可見,這里的1秒脈沖的寬度是測量和控制精度的根本保證。因
此,我們采用鐘表內的32768Hz的晶振,經過IC2的14級2分頻,然后再經過IC3的2級2分頻,總計216分頻,獲得頻率為0.5Hz、周期為2秒的矩形波。這樣,電路的測控精度將能得到充分保證。當然,因電路進行了數字化處理,對應的“量化誤差”還是存在的。
電腦溫控器電路的另一個重要環節是兩個溫度控制點的取出。由于計數電路IC4輸出的8421碼每2秒刷新一次,這給我們帶來了很大方便。對于40℃閾值點,在0~99℃的計數范圍內,只要取出IC4B的Q2位開始跳變為高電平的時刻即可,此時的十位上的8421碼是“0100”,對應的十進制數是“4”。實際電路是用IC7A來檢測此跳變,并把它反相為負跳變后,送給后續的可重復單穩態觸發器IC8。IC8接到這一跳變后 , 3腳將能輸出一個寬度略大于 2 秒的高電平 , 接近+12V的直流電壓被加給風扇M1,驅動風扇運轉降溫。這里必須注意,利用三極管T等元件把IC8接成為“輸出脈寬大于2秒的可重復式單穩態”是大有用意的。由于IC4的輸出每秒刷新一次,若下一個2秒到來時溫度仍超過40℃,該單穩態電路仍能被觸發,保持風扇的運轉,直到某個時候,溫度確實低于40℃了,風扇才會停轉。至于危險溫度點80℃的取出原理,與40℃的相同,不再贅述。但取出80℃跳變后的高電平信號被用作閘門控制信號加到IC7B的一個端子(5腳),控制其另一個端子(6腳)上所接收到的1kHz信號能否通過IC7B到達BZ。由圖2可見,IC7B的3腳與是與IC2的Q5端子相接,得到的將是32768/25=1024≈1kHz的音頻信號。這樣一來,一旦溫度超過80℃,1kHz音頻信號到達蜂鳴器BZ,使其發出被2Hz低頻所調制的高頻(1kHz)振蕩聲,表明監控對象已處于高溫危險狀態。
電腦溫控器電路的另一個重要環節是兩個溫度控制點的取出。由于計數電路IC4輸出的8421碼每2秒刷新一次,這給我們帶來了很大方便。對于40℃閾值點,在0~99℃的計數范圍內,只要取出IC4B的Q2位開始跳變為高電平的時刻即可,此時的十位上的8421碼是“0100”,對應的十進制數是“4”。實際電路是用IC7A來檢測此跳變,并把它反相為負跳變后,送給后續的可重復單穩態觸發器IC8。IC8接到這一跳變后 , 3腳將能輸出一個寬度略大于 2 秒的高電平 , 接近+12V的直流電壓被加給風扇M1,驅動風扇運轉降溫。這里必須注意,利用三極管T等元件把IC8接成為“輸出脈寬大于2秒的可重復式單穩態”是大有用意的。由于IC4的輸出每秒刷新一次,若下一個2秒到來時溫度仍超過40℃,該單穩態電路仍能被觸發,保持風扇的運轉,直到某個時候,溫度確實低于40℃了,風扇才會停轉。至于危險溫度點80℃的取出原理,與40℃的相同,不再贅述。但取出80℃跳變后的高電平信號被用作閘門控制信號加到IC7B的一個端子(5腳),控制其另一個端子(6腳)上所接收到的1kHz信號能否通過IC7B到達BZ。由圖2可見,IC7B的3腳與是與IC2的Q5端子相接,得到的將是32768/25=1024≈1kHz的音頻信號。這樣一來,一旦溫度超過80℃,1kHz音頻信號到達蜂鳴器BZ,使其發出被2Hz低頻所調制的高頻(1kHz)振蕩聲,表明監控對象已處于高溫危險狀態。
溫度-電壓(T-V)轉換器件與電壓-頻率(V-F)轉換器件
電腦溫控器電路中絕大部分元件采用的是各類資料上常見的廉價數字集成電路,本文不再贅述。經過對比本設計選用半導體集成電路溫度傳感器,現在對進行T-V、V-F變換時所用到的LM35D和LM331這兩個器件作一介紹。
LM35D常見的封裝形式為TO-92塑料封裝,與三極管9013類似。引腳向下,從字符面看自左至右各引腳依次為正電源端、輸出端和接地端(測零下溫度時,接地端要加上負電源),這種封裝的LM35D可以很方便地裝在發熱體上,只要將它的字符所在的平面緊貼發熱體上,用膠粘或彈簧鋼片壓緊即可。
LM331 是一個在電腦顯示器上廣泛應用的廉價精密型電壓-頻率轉換電路。相似的工控用芯片有AD650等,后者價格要高得多。LM331的主要特點有:V-F的非線性誤差?。?.01%),電源適應能力強,允許單5V使用,V-F轉換范圍寬(1Hz~100kHz),溫度穩定性好,輸出負載能力強,能同時兼容CMOS和TTL邏輯電平。
LM35D常見的封裝形式為TO-92塑料封裝,與三極管9013類似。引腳向下,從字符面看自左至右各引腳依次為正電源端、輸出端和接地端(測零下溫度時,接地端要加上負電源),這種封裝的LM35D可以很方便地裝在發熱體上,只要將它的字符所在的平面緊貼發熱體上,用膠粘或彈簧鋼片壓緊即可。
LM331 是一個在電腦顯示器上廣泛應用的廉價精密型電壓-頻率轉換電路。相似的工控用芯片有AD650等,后者價格要高得多。LM331的主要特點有:V-F的非線性誤差?。?.01%),電源適應能力強,允許單5V使用,V-F轉換范圍寬(1Hz~100kHz),溫度穩定性好,輸出負載能力強,能同時兼容CMOS和TTL邏輯電平。
當輸入電壓為0.2~0.99V時,輸出頻率為20~99Hz,可見整個電路在溫度為20~99℃變化時,數碼管示數是與之一一對應的20~99,使用和讀數都非常方便。
考慮到風扇的工作需要較大電流,其驅動用555電路要選用雙極型的。電路中IC2是帶振蕩器的多級二進制分頻器,C8和R7擔負得電復位任務。由于4066的分頻級數仍嫌不夠,因而用雙D觸發器4013來接續分頻,達到216分頻的目的。計數部分采用了雙十進制計數器4518,它輸出的個位和十位8421碼由IC5和IC6譯成為七段字符碼,最終由簡化接法的數碼管顯示出溫度數值。
安裝調試
本電路可安裝在電腦原有的顯示主頻值(或高低速HI、LO)的位置上。由于這一功能對現今的高主頻電腦已經毫無意義了,所以現在的機箱上已不再配套這一電路。因此,我們正好可以直接從原電腦上此處拆下這一對數碼管,用于本電路。原電腦的主頻跳線可固定接成為高速狀態。
電路大量采用了數字集成電路,需調試的地方很少。調試時,先取較多的熱水(至少1升),把LM35D密封后置于水中,加熱到50多度后自然冷卻,用精度較高的溫度計監視水溫的降落,到50℃瞬間,調整VR1,使IC1的3腳電位為0.50V即可。然后,接通其他電路,用該遙控器的數碼顯示進一步驗證。如果出現數碼跳動頻繁,保持穩定讀數的時間太短,則可以適當加大R8或C9的數值,但不可加大太多,否則會出現低溫下示數卻為99的現象。最后調整VR2,把水溫降到40℃附近,在40℃稍偏低時,風扇應及時停轉,反之,稍高于40℃時應啟動,而且不得有轉轉停停的間歇現象。
最后,把電腦內多出的供硬盤使用的那種電源插頭插到本電路的供電端XS處,把溫度傳感器LM35D布置妥當,把風扇的供電線接在本電路板上后,通電試機,您會驚訝地發現,開機后風扇不轉了,可能要等老半天才有反應,而在冬天,短時的開機根本就不再有那討厭的風扇“嗡嗡”聲,一個低噪、節能、安全的“新電腦”出現了。