【关键词】健康管理系统；传感器检测；串口通信

引言

随着时代的发展，计算机的种类逐渐增多，应用于复杂工业环境中的工业计算机逐渐在市场上占有一席之地，但如何在高温、高压或密闭空间内实时监测计算机的健康状态一直是一个难题。随着芯片行业的快速发展，片上系统的概念逐渐清晰，将计算机主板与单片机融合的片上系统，可以实现计算机在复杂环境中的信息采样。本文基于国产CS32系列单片机提出一种健康管理系统的设计方案，结合多组传感器实现计算机在复杂环境下的温度、电压电流、风扇转速检测[1]。

一、系统总体设计

CS32单片机为一种依托进阶精简指令集机器架构的32位全国产微控制器，具备高度集成、高可靠性、高精度及低功耗等特性。目前大量应用于国产化片上系统中，高精度与低功耗的特性让CS32单片机增色颇多，高精度令其在数据处理及运算中更为精确，满足了现代电子产品在精确度方面的苛刻要求。而低功耗体现它在长时间运转过程里，能高效做到能源节省，减少运用费用，同时也贴合了环保节能的社会趋势。国产化片上系统中已普遍采用CS32单片机，使其成为大量电子产品的核心控制组件，在众多应用场景中，其与DS18B20数字温度传感器的搭配运用尤其令人瞩目。DS18B20作为成熟的数字温度传感器，凭借高精度和稳定性能，在温度监测领域占据关键地位。基于串口通讯协议与CS32单片机实现实时通讯，DS18B20可实时将温度数据传输至单片机进行处理。借助这种结合应用方式，可实现计算机主板温度的实时监测，为计算机的稳定运行提供有力保障。值得一提的是，通过CS32单片机实现的脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）控制效果，可进一步提升系统智能化水平。PWM控制是一种对脉冲宽度做调制的技术，采用改变脉冲宽度的方式控制模拟电路，属于CS32单片机的应用范畴。电机控制、灯光亮度调节等领域普遍应用了PWM控制，不仅可实现对目标设备的精准控制，还能够提升系统的效率与稳定性[2]。

CS32单片机与DS18B20数字温度传感器的结合应用，以及通过单片机实现的PWM控制功能，共同构建了一个高效、稳定、精准的控制系统。这一系统不仅为计算机主板温度的实时监测提供了有力支持，也为其他领域的智能化控制提供了有益的参考和借鉴[3]。

系统总体设计框图如图1所示。微控制单元（Microcontroller Unit，MCU）软件在主板加电后，进行初始化设置，然后在主循环中采集电压及温度参数，并周期性地将数据通过串口发送出去，实现健康管理系统的周期上报和运行[4]。

二、主要设计

（一）MCU外围电路设计

为了使MCU可以周期性上报串口信息，搭配相应时钟并做滤波处理，本文采用了CS32单片机外围电路。在实际检测电路中，为了提高串口信息采集的稳定性，采用多组滤波电容进行信号滤波，并在MCU中编写滑动窗口算法平滑采集数据[5]。

（二）采集电路初始化设计

采集电路是保证信号采集的关键。在电路设计上，当系统开始采集对应信息时，需首先完成整个模块的初始化设计。采集电路的初始化设计框图如图2所示。

在现代电子设备运行过程中，初始化任务是保障设备稳定与高效运行的关键。系统接通电力的瞬间，设备依照预先安排的流程启动，然后进行一系列初始化操作。此类初始化工作为设备搭建起完整的运行框架，使其在后续工作中能够有序地开展任务[6]。

设备要开展时钟初始化工作，时钟作为设备运行的核心，掌管着所有操作的时间节律，保证各个模块于恰当时间节点开展操作，进而让整个设备协同有序地运转，初始化时钟不只是为了保证其精准、稳定地运转，还为后续其他模块的初始化工作搭建基准。