CN100389401C - 风扇转速自动控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种风扇转速自动控制方法，首先由基本输入/输出系统调用存储于一风扇控制斜率参数存储器内且事先设定的若干斜率不同的功率-温度斜率参数；再确定系统管理中断程序的低限制门槛温度值和高限制门槛温度值；根据所述两门槛温度值决定是否需要调节风扇转速；如需要，则由系统管理中断程序及一计时器共同确定计时间隔前后该中央处理器的温度差；接着根据所述中央处理器的温度差，由所述系统管理中断程序来动态调用相应的功率-温度斜率参数以设定该风扇运行于相应的转速；最后由所述系统管理中断程序动态调整风扇控制回路的暂存器参数，以使所述系统管理中断程序再次触发。通过该动态调节风扇转速，可以减少所述风扇的输出功率，有效降低风扇噪音。

Description

风扇转速自动控制方法
【技术领域】
本发明涉及一种风扇控制方法，特别涉及一种能调节CPU(CentralProcessing Unit：中央处理器)风扇转速的自动控制方法。
【背景技术】
随着CPU工作频率越来越高，其耗电量和自身的发热温度也不断升高，从而造成机箱温度也越来越高。机箱温度过高轻则死机重启，重则“机毁芯亡”。一般情况下，当CPU表面温度达到60℃时，就必须随时注意CPU温度的变化，以避免温度上升过快。故及时监控并调节CPU温度以降低机箱的温度到一安全标准非常重要。为了更好的降低CPU温度，业界往往采用强劲的、转速比较高的散热风扇，风扇转速的提高相应的带来了更大的噪声污染。一般来说，计算机风扇在设计时为达散热安全性，会为系统做严苛环境(WorstCase)考验，并以此类极限值情况来设计CPU风扇的运行模式。所述严苛环境考验是指考虑在不同的条件(如海拔高度、风扇的放置位置等)下，可能会造成的不同风扇散热效果。由于存在这些比较特殊的条件，系统会满足最差的环境要求，来设计选择所要使用的风扇以随时随地符合散热要求。虽然这样设计的结果，能够确保系统在较高温度下也能稳定运作，但是实际中计算机很少在严苛环境下运行，因此采用经过这些考验的风扇的转速，也往往较实际需求高，故耗费电量，造成浪费。同时，随着散热风扇转速的提高，风扇在转动中产生的噪音也越来越大，CPU散热风扇也因此成为机箱内最大的噪声污染源，严重危害使用者的健康。因此，面对不断提升的CPU频率和高功耗，如何以最低的成本来达到散热和噪声的最佳平衡一直是业界研究的重要课题。
过去CPU设计厂商是以BIOS(基本输入/输出系统)来控制风扇转速，让使用者可以在BIOS里选择风扇的转速。然而，BIOS的速度控制是分段式变速设计，在程序转换时，CPU温度升高后会听到更大的风扇加速声，所以很不理想。目前应用于风扇转速自动控制的方法如图1所示，该图中横坐标是CPU的温度，纵坐标是CPU风扇的输出功率。图中CPU风扇最小输出功率(Min)是由启动CPU风扇所需的最小电压决定，最大输出功率(Max)为CPU风扇以工作电压全速运转时的功率；Tambient为CPU风扇开始运转时的温度值，Tcontrol为需要CPU风扇全速运转时的温度值，TcaseMAX为实际测量时允许CPU可以达到的最大温度值；所述三个温度值均由CPU热能设计规范规定。数据Tambient、Min和Tcontrol、Max决定了该CPU风扇的功率-温度曲线1’的斜率K1’。该风扇转速自动控制方法的主要原理为：随着CPU温度升高与下降，风扇的输出功率和转速也自动随之作出相应的改变。当CPU温度不很高的时候，则控制风扇以较低的输出功率和低转速运转，以降低所述风扇的噪音并减少电能损耗，只有在CPU温度达到CPU温度设计规范限定的温度值Tcontrol(一般为60℃)时，风扇才会以最大功率(Max)输出。
然而，上述风扇转速自动控制方法在CPU温度达到Tcontrol值之后，恒以最大转速运行，当CPU温度在Tcontrol值和TcaseMAX值之间有所下降时，不可以动态调节所述风扇转速，致使噪音较大，且浪费能源。如图2所示，TDP(Thermal Design Power)为热能设计功率，用于CPU热能解决方案，CPU输出功率不应超过该TDP值。CPU实际温度曲线2’与CPU热能数据规范规定的同类曲线2”相比，功率一定时，在Tcontrol以下，曲线2’略高于曲线2”；但在CPU的温度超过Tcontrol以后，由于CPU风扇一直以全速运转，所以曲线2’远低于曲线2”，造成了多余的功率输出和噪音的增加。
总之，所述风扇转速自动控制方法容易造成能源的浪费且风扇运行时噪音较大；再者，要精确设定该风扇转速，除了参考CPU热能及功率数据规范外，还要透过更精密的实验数据并考虑所述严苛环境考验，所以事先设定非常困难。
【发明内容】
鉴于上述内容，有必要提供一种风扇转速自动控制方法，用来动态调节CPU风扇的转速。
本发明提供一种风扇转速自动控制方法，用以动态控制CPU风扇的转速。首先由基本输入/输出系统调用存储于一风扇控制斜率参数存储器内且事先设定的若干斜率不同的功率-温度斜率参数，所述斜率参数为所述中央处理器的温度值处于为需要动态调节所述中央处理器风扇转速时的温度值和为中央处理器实际测量时可以允许的最大温度值之间时风扇的功率-温度曲线上对应的若干曲线的斜率值；监控风扇程序开始后，由基本输入/输出系统确定系统管理中断程序的低限制门槛温度值和高限制门槛温度值，并储存于风扇控制回路中的暂存器中作为暂存器参数；接着根据所述低限制门槛温度值和高限制门槛温度值决定是否需要动态调节风扇的转速；如需要，则由系统管理中断程序及一计时器共同确定该计时器间隔时间内该CPU的温度差；根据所述CPU的温度差，由所述系统管理中断程序来动态调用相应的功率-温度斜率参数以设定该风扇运行于相应的转速；最后由所述系统管理中断程序动态调整风扇控制回路中的暂存器参数，以使所述系统管理中断程序再次触发。
相较现有技术，本发明风扇转速自动控制方法可以通过由限制门槛温度值触发SMI程序的方式来动态调节CPU风扇的转速，故在设计阶段不需很多实验仿真验证过程，节省了设计时间；通过该动态调节，减少了CPU风扇运行时的噪音；同时由于及时准确的调节，也减小了CPU风扇的功率输出。
【附图说明】
下面参照附图结合具体实施方式对本发明作进一步的描述。
图1为现有技术风扇转速自动控制方法的功率-温度曲线图。
图2为现有技术热能规范要求的CPU温度曲线与实际运行时的CPU温度曲线对比图。
图3为本发明较佳实施方式的风扇转速自动控制方法的功率-温度曲线图。
图4为本发明较佳实施方式的热能规范要求CPU温度曲线与实际运行时的CPU温度曲线对比图。
图5为本发明较佳实施方式的风扇转速自动控制方法的系统结构图。
图6为本发明较佳实施方式的风扇转速自动控制方法的系统流程图。
【具体实施方式】
请参阅图3，Tambient为CPU风扇开始运行时CPU的温度值；Tcontrol为需要动态调节CPU风扇转速时CPU的温度值；TcaseMAX为CPU实际测量时可以允许的最大温度值，这些数值都是由CPU热能设计规范所定义的固定值。该类值由各CPU制造商所定义，不同型号的CPU有不同的规定温度值。风扇最小输出功率(Min)由启动该CPU风扇时的最小电压决定，风扇最大输出功率(Max)为当该CPU风扇以其工作电压全速运转时的功率。本发明中CPU风扇的功率-温度曲线图被经横坐标上的Tcontrol值并垂直于横坐标的直线分为如图示第一部分及第二部分，如图所示在CPU温度达Tcontrol前的曲线1为所述第一部分，该曲线1的斜率为K1。CPU温度在Tcontrol和TcaseMAX之间时，由事先设定的功率-温度斜率参数所决定的三条曲线为所述第二部分。由图知，当CPU温度达Tcontrol时，该风扇输出功率低于所述最大输出功率，即低于全速运转时的功率。CPU温度值处于Tcontrol和TcaseMAX之间时，所述三条曲线：曲线2、曲线3和曲线4，对应的斜率分别为K2、K3和K4。显然可知，此处在所述第二部分，还可以根据实际需要设定多条该类曲线以达更精确控制CPU风扇转速的目的。由于在CPU温度达到Tcontrol值时，风扇的输出功率小于最大输出功率，所以在本发明情况下，风扇在整个转动过程中的输出功率较低，相对噪音也较低。同时本发明可以通过动态调节自动变换转速，设计试验阶段也不需要特别考虑严苛环境的考验。
请继续参阅图4，本发明中CPU实际温度曲线42、43和44与规定的热能数据曲线4’相比，CPU功率一定时，由于当CPU的温度达到Tcontrol值以前，并不需要符合热能数据曲线4’，此时只需要将CPU的温度维持在Tcontrol值以下就可以了；当CPU的温度超过Tcontrol值时，也只要符合热能数据规范即可，风扇不必全速运转。由图知，本发明方法完全满足要求，该动态控制转速的方法可以让系统的散热情况符合CPU热能数据规范的设计规格，而不需要有多余的功率输出。
请接着参阅图5，系统温度监控晶片11上的温度感应器110可探测知CPU的温度，该CPU温度值一方面可作为风扇控制器160的相关参数值；另一方面，该CPU温度值也可在达到规定门槛温度值时来使SMI(SystemManagement Interrupt)程序120运行。所述门槛温度值分为低限制门槛(Lowlimit，简称LL)温度值和高限制门槛(High limit，简称HL)温度值，其中HL温度值有两个，即所述Tcontrol和TcaseMAX。LL温度值为Tcontrol减去4℃。所述SMI程序120中的程式会将所读取的CPU温度值储存在CPU温度数据缓冲器130中，打开SMI程序120中的计时器，一段时间间隔后，所述SMI程序120中的程式会读取下一时刻该CPU的温度值并关闭该计时器。所述SMI程序120调用前一时刻存储于CPU温度数据缓冲器130中的温度值并与该计时器间隔后所读取的温度值做比较得到前后时刻CPU的温度差，所述SMI程序120根据所述温度差决定CPU风扇170运行所要采用的功率-温度斜率参数。所述风扇控制功率-温度斜率参数是以表格的形式事先存储在风扇控制斜率参数存储器140里，当SMI程序120决定了所要采用的功率-温度斜率参数后，该SMI程序120便将要运行的斜率参数写入风扇控制回路150中监控器晶片上的暂存器中，所述风扇控制回路150中监控器晶片上的暂存器还可存储所述SMI程序120的触发值，即所述门槛温度值。所述CPU风扇170的运行模式由风扇控制器160根据其所探知的暂存器触发值状态参数和所述CPU温度值参数来共同决定。
请继续参阅图6，风扇开始运行后，监控风扇程序同时开始；当系统温度监控晶片11上的温度感应器110探测到CPU温度超出所述HL温度值或者低于所述LL温度值时，系统会由监控晶片上的中断引脚触发BIOS的SMI程序120。所述SMI程序120即开始运行，此时BIOS会检测并确定是由CPU的所述哪一门槛温度值所触发的中断(步骤210)。如果是由LL所触发，则表明CPU温度原来是超过了Tcontrol值，但是后来又降到Tcontrol之下，所以需要由SMI程序120调用所述风扇控制功率-温度斜率参数并设定风扇功率-温度斜率为K1(步骤220)；接着所述SMI程序120更改所述风扇控制回路设定150中暂存器的HL及LL温度值(步骤225)后即结束程序。所述SMI程序120更改HL及LL温度值(步骤225)是为了下一次CPU温度上升时到Tcontrol值时所述中断引脚可以再次被触发来再一次调整风扇功率-温度斜率；更改的方法是LL温度值不再需要设定，即LL温度值不会再触发SMI程序120，设置HL温度值为Tcontrol。如果是由HL所触发，则BIOS必须先监测确定该HL为何值(步骤230)；如果该HL温度值为TcaseMAX，则表明系统温度已经过高，此时便由BIOS的SMI程序120对系统发出关机命令(步骤235)；而如果该HL温度值为Tcontrol，则需要动态调节CPU风扇的转速，以使实际CPU温度曲线符合CPU热能数据曲线规范的要求。在本发明中，风扇的功率-温度斜率只有在CPU温度值达到Tcontrol值时才会改变，故当CPU温度值达到Tcontrol值时，经由下列动态调节的过程：首先SMI程序120中的程式会将所读取的该时刻的温度值T(n-1)储存在CPU温度数据缓冲器130中(步骤240)以便与下一次SMI程序120中再次读取的温度值T(n)作比较；接着所述SMI程序120开启计时器，并设定计时器的时间间隔以采样下一时刻CPU的温度T(n)(步骤250)；接下来所述SMI程序120被所述计时器在时间间隔后触发时，读取此时CPU的温度T(n)并关闭所述计时器(步骤260)；SMI程序120对所述两个温度值T(n-1)和T(n)进行比较并得到温度差Tσ(步骤270)；当所述温度差Tσ＜1℃时，所述SMI程序120调用相应的功率-温度控制参数并设定风扇控制的功率-温度斜率为K1(步骤275)；当所述温度差1℃＝＜Tσ＜2℃时，所述SMI程序120调用相应的功率-温度控制参数并设定风扇控制的功率-温度斜率为K2(步骤280)；当所述温度差Tσ＞＝2℃时，所述SMI程序120调用相应的功率-温度控制参数并设定风扇控制的功率-温度斜率为K3(步骤285)；最后由所述SMI程序120来动态调整所述风扇控制回路150中的暂存器参数，即重新设定所述HL及LL的温度值(步骤290)并结束该监控程序。此处重新设置HL及LL温度值是为了使所述SMI程序120再次触发，且为了避免CPU温度在Tcontrol值上下浮动，从而造成不断的误触发SMI程序120，故令LL＝Tcontrol-4℃；HL＝TcaseMAX。所述4℃为一磁滞值，该数值为经过试验仿真所确定的最佳滞后值。应当了解的是，当完成上述调节后，此后风扇就固定在所选定的功率-温度斜率下运行不会再作改变，只有在CPU温度值再降低到Tcontrol值以下才会再一次做所述调节。
所述风扇转速自动控制方法具有以下特点：能够根据CPU温度变化幅度的大小，来动态调节CPU风扇的转速，并可通过该动态调节使得该CPU温度处于安全温度值。
本发明所述风扇转速自动控制方法相较现有技术，在CPU温度较低时，可以在满足要求的情况下使得CPU风扇的斜率较小，降低了该风扇产生的噪音，同时也减少了该风扇的功率输出；在CPU温度处于T control和TcaseMAX之间时，可以根据CPU温度变化幅度来动态调节CPU风扇的转速，满足了严苛环境的考验要求，减少了实验验证时间，减少了CPU风扇的设计时间；在CPU温度过高时，可以自动完成关机动作，以防止烧坏CPU。

Claims (5)

1.一种风扇转速自动控制方法，用以动态控制中央处理器风扇的转速，该方法包括以下步骤：
由基本输入/输出系统调用存储于一风扇控制斜率参数存储器内且事先设定的若干斜率不同的功率-温度斜率参数，所述斜率参数为所述中央处理器的温度值处于为需要动态调节所述中央处理器风扇转速时的温度值和为中央处理器实际测量时可以允许的最大温度值之间时风扇的功率-温度曲线上对应的若干曲线的斜率值；
由基本输入/输出系统确定系统管理中断程序的低限制门槛温度值和高限制门槛温度值，并储存于风扇控制回路中的暂存器中作为暂存器参数；
根据所述低限制门槛温度值和高限制门槛温度值确定是否需要对所述风扇的功率-温度斜率进行动态调节，如需要，则利用所述系统管理中断程序及一计时器共同确定计时器间隔时间前后该中央处理器的温度差；
根据所述中央处理器的温度差，由所述系统管理中断程序来动态调用相应的功率-温度斜率参数以设定该风扇运行于相应的转速；
由所述系统管理中断程序动态调整风扇控制回路中的暂存器参数，以使所述系统管理中断程序再次触发。
2.如权利要求1所述的风扇转速自动控制方法，其特征在于：所述中央处理器的温度由系统温度监控晶片上的温度感应器探测。
3.如权利要求1所述的风扇转速自动控制方法，其特征在于：所述暂存器参数的动态调整即为重新设定所述系统管理中断程序的低限制门槛温度值和高限制门槛温度值。
4.如权利要求1所述的风扇转速自动控制方法，其特征在于：所述高限制门槛温度值由中央处理器热能规范规定。
5.如权利要求4所述的风扇转速自动控制方法，其特征在于：所述中央处理器风扇的输出功率符合中央处理器热能数据规范。
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