CN100337116C

CN100337116C - 一种风扇状态检测方法及装置

Info

Publication number: CN100337116C
Application number: CNB031479022A
Authority: CN
Inventors: 杨帅杰; 孔凡君; 吕书江; 谢勇明
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2023-06-25
Also published as: CN1566960A

Abstract

本发明公开一种风扇状态检测方法及装置，所述方法包括以下步骤：a)从风扇电源电路提取风扇转速脉冲信号；b)对所述提取出来的风扇转速脉冲信号整形；c)检测所述整形得到的信号的波形，并根据所述信号的波形确定风扇的相应状态。所述装置包括提取装置、整形装置和检测装置。本发明中由于采用在风扇电源电路中提取风扇转速脉冲信号，不受风扇选型和转速控制方式的影响，可以普遍适用于风扇检测的环境，其实现电路简单，经济，可扩展性较好。

Description

一种风扇状态检测方法及装置

技术领域

本发明涉及电子技术中的状态检测技术，尤指一种风扇状态检测方法及装置。

背景技术

现在的各种电子产品，尤其是一些集成度高、功率大的电子设备，往往运行过程中会产生大量的热量，大量的热量如果不及时排出，则会或多或少地影响电子设备运行的稳定，甚至降低电子设备的性能。为此各种风扇便被广泛地应用在电子设备中。

但是，风扇的使用也给电子设备带来如：噪音增加、增加防尘难度、功耗增加、可靠性降低等问题，为及时有效地解决上述问题，对风扇工作状态进行及时有效的检测便成为关键。

目前，风扇通常分为有检测信号的风扇和无检测信号的风扇两种。为了检测风扇的状态，对于无检测信号的风扇，需要采用带有专门芯片的风扇检测设备。其缺点在于：由于在所述检测设备中需要采用成本较高的专用风扇控制芯片，因此增加了风扇检测设备的成本。

对于有检测信号的风扇，风扇检测信号一般通过设置在风扇内部的电路提取，如在风扇内部设置风扇传感器，感测风扇状态并通过专门的反馈检测信号线输出。当检测到风扇出现故障时，通过检测信号线输出堵转检测信号并发出故障报警，所述的堵转检测信号如图1所示，即通常所示的故障报警信号，当风扇完全停转时，输出高电平；否则，为低电平。

但是在实际中，对有检测信号的风扇的状态进行检测时还要受到一定限制，比如被检测风扇的个数可能受到设备中CPU的通用I/O个数的限制。另外，风扇状态检测时还受被检测风扇转速控制方式的限制，例如，对采用脉宽调制(PWM)方式控制转速的风扇，不能使用反馈检测信号线对其进行检测。这是由于在通过CPU或硬件电路产生PWM波形控制风扇调整管的转速时，在调整管截止期间，风扇内部的电路会短时间断电，造成监视信号异常。

发明内容

本发明提供一种风扇状态检测方法及装置，以解决现有技术对无检测信号输出的风扇，检测设备成本高的问题。

为解决上述问题，本发明提供如下的解决方案：

一种风扇状态检测方法，该方法包括以下步骤：

a)将风扇电源电路中的交变信号耦合输出，所述交变信号叠加有风扇转速脉冲信号和风扇转速控制信号的反相信号，并将风扇转速控制信号耦合输出至上述交变信号的输出端，以抵消所述交变信号中叠加的风扇转速控制信号的反相信号经耦合输出产生的噪声信号，进而得到所述风扇转速脉冲信号；

b)对所述得到的风扇转速脉冲信号进行整形；

c)检测所述整形得到的信号的波形，并根据所述的信号的波形确定风扇的相应状态。

一种风扇状态检测装置，包括：

提取装置，输入端与风扇电源电路相连，用于从风扇电源电路中提取出风扇转速脉冲信号并输出，其中，所述提取装置包括：

第一耦合电路，用于将风扇电源电路中的交变信号耦合输出，所述交变信号叠加有风扇转速脉冲信号和风扇转速控制信号的反相信号；

第二耦合电路，其输出端与第一耦合电路信号输出端相连，用于将风扇转速控制信号耦合输出，产生风扇转速控制信号的噪声信号，抵消所述第一耦合电路输出的由风扇转速控制信号的反相信号产生的噪声信号；

整形装置，输入端与提取装置相连，用于对提取出的风扇转速脉冲信号进行整形并输出；

检测装置，输入端与整形装置相连，用于检测整形装置输出的信号的波形，并根据所述信号的波形确定风扇的相应状态。

与现有技术相比，本发明有下面的优点：

1、本发明通过在风扇电源端提取风扇转速脉冲信号，并利用反相叠加的原理将风扇转速控制信号消除最终提取到风扇转速脉冲信号，不受风扇选型和转速控制方式的影响，可以普遍适用于风扇状态检测的环境；

2、本发明实现风扇转速脉冲信号提取的装置，没有采用逻辑器件、CPU或风扇控制芯片，只用分立元器件，通过简单的模拟电路实现，经济且实现简单。

3、本发明中提取风扇转速脉冲的装置，对设备中CPU的通用I/O个数没有要求，扩展性好，可以方便扩展检测风扇的数量。

附图说明

图1是现有风扇反馈检测信号线输出的故障报警信号波形；

图2是本发明风扇状态检测方法的流程图；

图3是图2中提取风扇转速脉冲信号的流程图；

图4a-图4f是本发明中提取风扇转速脉冲的信号波形示意图；

图5是本发明风扇状态检测装置的组成结构图；

图6a-图6b是本发明通过耦合输出风扇转速脉冲信号的原理图及输出波形示意图；

图7a-图7e是本发明通过反相叠加消除风扇转速控制信号的干扰脉冲的原理图及波形示意图；

图8a-图8b是本发明将输出风扇转速脉冲信号整形的原理图及整形波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

本发明是通过提取风扇转速脉冲信号进而检测风扇状态的。所述的风扇转速脉冲信号是风扇的固有特性之一，即风扇转动必然产生转速脉冲信号，有转速脉冲信号，风扇必然在转，换言之，转速脉冲信号的有无显示了风扇的转与不转，频率的高低则显示了风扇转速的快慢。

对于转速脉冲信号，一般是每转输出2～3个脉冲。通过对转速脉冲进行计数，可以计算风扇的转速，也可以获知风扇的状态，当风扇停转时转速脉冲信号为常低或常高。

另外，在风扇电路中，为了控制风扇的转速，在风扇电路中有一个开关管，所述开关管由风扇转速控制信号控制打开或是关闭，所述的开关管可以是MOS管，也可以是三极管，以对电源PWM调制控制风扇转速为例，PWM信号通过调节信号占空比控制开关管打开或关断，从而实现对风扇转速的控制。所述风扇转速控制信号存在于风扇电源电路中，在提取风扇转速脉冲时，通过耦合输出电源电路的交变信号时，所述的风扇转速控制信号也被耦合输出形成干扰风扇转速脉冲信号提取的噪音信号，本发明的方法正是通过消除风扇电源电路中风扇转速控制信号的噪音信号最终提取到风扇转速脉冲信号，下面进行详细的说明。

图2是本发明风扇状态检测方法的流程图，主要包括以下步骤：

步骤21)从风扇电源电路提取风扇转速脉冲信号。如上述的，通过所述的风扇转速脉冲信号可以检测风扇的状态，因此，必须首先提取出风扇转速脉冲信号，另外，为了提取方便，并不受风扇转速控制方式的影响，所述风扇转速脉冲信号从风扇电源电路中提取；

步骤22)对所述提取出来的风扇转速脉冲信号进行整形。由于提取出来的风扇转速脉冲信号还不是标准的逻辑电平信号，因此还需要进一步整形；

步骤23)检测所述整形得到的信号的波形，并根据所述信号的波形确定风扇的相应状态。如所述信号的波形为常低或常高，则确定风扇出现故障，否则风扇为正常，可根据所述信号的波形中脉冲的个数确定风扇的转速状态。

下面请参看图3所描述的本发明提取风扇转速脉冲信号的流程图，步骤21)提取风扇转速脉冲信号进一步包括以下步骤：S1)将风扇电源电路中的交变信号耦合输出，所述交变信号叠加有风扇转速脉冲信号和风扇转速控制信号的反相信号；S2)将风扇转速控制信号耦合输出至上述交变信号的输出端，以抵消所述交变信号中叠加的风扇转速控制信号的反相信号经耦合输出产生的噪声信号。

上述步骤S1)的目的是为了将风扇电源电路中的转速脉冲信号引出以便提取，为了将风扇转速脉冲引出，具体实施时可通过一个耦合电路实现，但从上述分析可知，风扇电源电路中的交变信号(如图4c所示)，不但包含风扇转速脉冲信号(如图4f所示)，还包含风扇转速控制信号的反相信号(如图4b所示，风扇转速控制信号见图4a所示)，所述交变信号经耦合输出后，请参看图4d所示的耦合输出信号的波形示意图，伴随风扇转速脉冲a，还产生了两个干扰脉冲b，所述干扰脉冲b是风扇转速控制信号的反相信号经耦合后产生的噪声信号，因此，要想提取出风扇转速脉冲a，必须消除所述的干扰脉冲b。本实施例中，采用一种简单的方法，即通过提供该干扰脉冲b的反相信号，然后再与所述干扰脉冲b叠加即可消除所述的干扰脉冲b，因此，在步骤S2)中，在风扇转速控制信号输入端，进一步将所述风扇转速信号耦合输出至上述交变信号的输出端，风扇转速控制信号耦合输出后的信号波形见图4e，在与交变信号的输出端相连后，所述风扇转速控制信号的产生的噪声信号与干扰脉冲b(即交变信号耦合输出的噪声信号)正反抵消，最终输出的信号波形如图4f，只剩下干扰脉冲a了。

上述本发明的方法应用了正反相信号叠加的原理以消除风扇转速控制信号对提取风扇转速脉冲信号的干扰，所述的风扇转速控制信号可能是PWM信号(通过占空比控制调速)，或者是高低电平，控制晶体管开关，实现对风扇启停或转速的控制，由于在风扇电源端耦合输出风扇转速脉冲信号时，所述风扇转速控制信号也被耦合成脉冲信号输出，因此，消除这个干扰脉冲信号是本发明的关键，通过反相叠加的原理，其实现电路是比较简单的，相比现有技术通过传感器感测输出风扇转速脉冲信号，本发明显然更经济，而且不受风扇转速控制方式的影响，另外，由于是在风扇电源电路中而不是在风扇内部提取，因此，可克服现有技术在PWM调制时无法提取出风扇转速脉冲信号的问题。

进一步的，上述提取出的风扇转速脉冲信号还需经过步骤22)整形以便得到标准的逻辑信号，整形的方法较多，这里不再赘述。

上述整形得到的风扇转速脉冲信号是标准的逻辑电平，因此，在步骤23)进一步检测整形得到的所述信号的波形，并根据所述信号的波形确定风扇状态，如所述信号的波形为常低或常高，则确定风扇出现故障，否则风扇为正常，可根据所述信号的波形中脉冲的个数确定的转速状态。

下面说明本发明风扇状态检测装置，请参看图5所示，本发明的风扇状态检测装置，包括以下装置：

提取装置51，输入端与风扇电源电路相连，用于从风扇电源电路中提取出风扇转速脉冲信号并输出；

整形装置52，输入端与提取装置51相连，用于对提取出的风扇转速脉冲信号进行整形并输出；

检测装置53，输入端与整形装置52相连，用于检测整形装置52输出的信号的波形，并根据所述信号的波形确定风扇的相应状态。

请参看图6a所示，如要提取风扇转速脉冲信号，只需一个耦合电路将风扇转速脉冲信号耦合输出即可，与现有技术不同，本发明的风扇转速脉冲信号并不在风扇电路内部提取。而是在风扇电源电路提取，例如将所述耦合电路接在风扇电源端，风扇电源电路中的交变信号通过所述耦合电路耦合成电压信号并输出，本实施例中，所述耦合电路为由第一电阻R1和第一电容C1组成的微分电路，其中该第一电阻R1和第一电容C1连接在风扇电源端和电压参考点之间，该第一电阻C1接电压参考点，风扇电源电路中的交变信号通过所述的第一电容耦合后输出，不难理解基于耦合获取风扇转速脉冲信号还有多种变化，这里不再一一列举，如图6a所示，风扇电源电路中的交变信号通过上述耦合电路耦合输出，输出波形见图6b所示，输出的信号中不但有风扇转速脉冲信号a，还有两个干扰脉冲信号b(即风扇控制信号的反相信号形成的噪声信号)耦合到了B点输出端。

如上述的，通过上述微分电路组成的耦合电路，在输出风扇转速脉冲信号a同时还叠加有两个干扰信号b，图6b中B点输出端的这个干扰信号b是Qb端信号反相信号的微分信号，为了与后面涉及的微分信号区别，我们称这个信号为第一微分信号，所述Qb端为风扇转速控制信号输入端，所述Qb信号是风扇转速控制信号，可以是PWM信号(通过占空比控制调速)，或者是高低电平，控制晶体管开关，实现对风扇启停或转速的控制。为了消除所述的干扰脉冲b，只要提取一个Qb信号的微分信号，然后将二者相叠加就可以消除这个第一微分信号了。因此，我们可在电路中加入另一个耦合电路，请参看图7a所示，该耦合电路为第二电阻R2和第二电容C2组成的微分电路，连接在风扇控制信号输入端和电压参考点之间，其中第二电阻R2接电压参考点，所述耦合电路的输出端与交变信号输出端相连，这样风扇控制信号通过第二电容C2微分后输出到第一电容C1输出端与所述的第一微分信号也就是所述的干扰信号b叠加就可以消除所述的干扰信号b，上述本实施例耦合电路只以最简单的微分电路进行描述，事实上所述的耦合电路还有多种变化形式，在此不再赘述。请参考图7a，C2、R2组成一个耦合电路，风扇控制信号也就是Qb信号(见图7b所示)经过第二电容C2得到Qb信号的微分，我们称这个微分信号为第二微分信号，输出的波形如图7d所示，将C点输出的所述第二微分信号输出至B点输出端也即第一耦合电路电压信号输出端(即图7a中B点)，B点输出波形中的第一微分信号(见图7c中b所示)和C点输出的第二微分信号叠加后则为D点输出波形信号，此时只留下风扇转速脉冲信号(图7e所示)。

风扇转速脉冲信号提取出来，还要将它整形为标准的逻辑信号。整形是通信中比较常用的方式，用于波形变化，实际实现的电路很多，下面提出了一种简单的电路。

请参考图8a，本实施例的整形装置包括一运算放大器、一第三电阻R3、一第四电阻R4及第五电阻R5，参考图7a，当D端输出的信号的平均电压为0，如果后面的整形用运算放大器的话，则必需要用双电源(单电源的供电的运放输入端是不建议为0的)，如果要用单电源的运算放大器，则必需使运算放大器反相输入端(V-)输入约为中点的VCC电源电压。所以，图7a中的第一电阻R1、第二电阻R2接电压参考点的一端改接到1/2的VCC风扇电源电压。此外，由于第一电阻R1、第二电阻R2是并联，所以可以用一个第三电阻R3取而代之。简化的电路如图8a，R3、R4、R5为分压网络，在V+端得到约1/2的VCC电源电压，并且R3//(R4+R5)＝R1//R2，这样才能保证图7a中RC常数不变，图8a的电路交流特性也就等效于图7a，但输出的直流电平却抬高到1/2VCC。

波形整形部分，V+的静态电压约为1/2VCC，V-的静态电压比V+略高(所述V-电压即标准比较电压)。这样当无风扇转速脉冲信号时运算放大器输出的就是低电平，当风扇转速脉冲信号到来时，V+电压会高于V-，参考图8b右边的输出波形。这样，运算放大器输出的波形就是整形后的风扇转速脉冲信号，通过一个检测装置，检测整形部分整形输出的信号的波形，并根据所述信号的波形确定风扇的相应状态，它的有无显示风扇的转与不转，频率的高低则显示风扇转速的快慢。本发明使用上述的方法及装置检测风扇状态时，相比现有技术，风扇状态检测更容易，而实现电路则更简单，其成本也较低。

另外，本发明提取风扇转速脉冲信号的出发点是消除风扇转速控制信号形成的干扰信号以直接从风扇电源电路中提取风扇转速脉冲信号，在信号提取和整形的实现上，上述的原理图只是一种典型和相对简单的实现方法，并不唯一。

以上所述，仅为本发明的可行实施例而已，非因此即局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所为的等效变化，均理同包含于本发明的权利要求范围内。

Claims

1、一种风扇状态检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

b)对所述得到的风扇转速脉冲信号进行整形；

c)检测所述整形得到的信号的波形，并根据所述信号的波形确定风扇的相应状态。

2、根据权利要求1所述的风扇状态检测方法，其特征在于，所述风扇转速控制信号是脉宽调制信号或高低电平信号。

3、一种风扇状态检测装置，其特征在于，包括：

整形装置，输入端与提取装置相连，用于对提取出的风扇转速脉冲信号整形并输出；

4、根据权利要求3所述的风扇状态检测装置，其特征在于，所述第一耦合电路为第一电容(C1)和第一电阻(R1)组成的微分电路，连接在风扇电源端和电压参考点之间。

5、根据权利要求3所述的风扇状态检测装置，其特征在于，所述第二耦合电路为第二电容(C2)和第二电阻(R2)组成的微分电路，连接在风扇转速控制信号输入端和电压参考点之间。

6、根据权利要求3所述的风扇状态检测装置，其特征在于，所述整形装置为运算放大器，所述运算放大器一输入端接风扇转速脉冲信号输出端，另一输入端接标准比较电压，用于将所述的风扇转速脉冲信号整形成标准逻辑信号。