CN101303021B - 一种温度自适应控制风扇的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度自适应控制风扇的装置和方法，包括，定时采集设备中多个网元的工作温度，并过滤出设备最高温度，判断当前设备最高温度值如果在系统温度上限和系统温度下限之间，则将当前设备最高温度值与上一次记录的设备最高温度值进行比较后得到差值；判断所述差值的绝对值大于设定的阈值门限，则对风扇系统中风扇进行转速的调整控制。应用本发明，通过定时采集设备中的最高温度，作为温度自适应的输入，得到每个风扇在当前温度下最适合的风扇转速，实现对风扇转速的最佳控制，从而达到降低功耗，提高系统稳定性的目的。

Description

一种温度自适应控制风扇的装置和方法

技术领域

本发明涉及温度控制技术，具体涉及一种温度自适应控制风扇的装置和方法。

背景技术

目前通讯机房中的设备都朝着小型化方向发展，单板的密集度也越来越高。由于单板在运行过程会产生一定的热量，尤其是功耗较大的业务板，如果散热没有得到及时处理，导致温度过高，使得单板上的芯片温度超出其正常温度范围，影响单板性能。为了保证单板的正常运行，需要对设备进行温度控制。

目前设备风扇主要通过采用脉宽调制(PWM，Pulse-Width Modulation)调速控制风扇转速。具体的工作原理：通常情况下风扇的4个状态，分别对应了4个不同的转速。按风扇转速从小到大的顺序，不同转速相对应的4个状态分别为S1，S2，S3和S4，其中S1状态对应转速为0，表示风扇为关状态，S4状态对应转速为风扇的最大转速，S2和S3状态对应的转速分别为风扇最大转速的30％和70％。因此通过改变风扇状态来调节PWM风扇的散热强度。

PWM风扇主要通过温度反馈控制来实现：软件根据设备温度来调节风扇转速，即在设备温度和风扇转速之间建立某种关系：某一温度范围对应风扇的某一个转速。如果设备温度很低，通过关闭风扇或是将风扇调节到最小转速达到目的；如果设备温度达到一定温度，此时启动设备散热处理系统，打开风扇，根据设备温度来控制风扇转速，实现对设备的散热处理功能。如果温度进一步升高，调高风扇转速，加快设备的散热，使设备温度保持在一个范围；当设备温度下降，调低风扇转速，甚至关闭风扇来控制设备温度。

当前的技术方案中主要存在以下缺陷：

1、设备温度只是设备的环境温度或是某一网元的工作温度，该温度不一定是设备所有单板中的最高温度，可能导致风扇输出转速低于目标转速；

2、各个风扇不能独立控制，控制方式很不灵活；

3、设备温度与风扇状态之间映射关系缺少实验数据的支持。风扇的状态决定了风扇的转速，也就决定了风扇的散热强度。理论上，在设备单板数量相同的条件下，风扇的状态值越高，风扇的散热强度越大，一段时间后，设备温度应该越低；反之则反。但是，设备具体的某一个温度范围与风扇状态的映射关系没有实验数据支持，不具备可操作性；

综上所述，基于现有的温度反馈控制风扇系统，温度未必是设备系统的最高温度，短时间内可能无法达到最佳的散热效果；多个风扇不能独立控制；设备温度和风扇散热强度的对应关系只具备理论依据，不具备可操作性，因此需要一种新的温度自适应控制风扇的技术方案来解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种温度自适应控制风扇的装置和方法，通过定时采集设备中的最高温度，作为温度自适应的输入，得到每个风扇在当前温度下最适合的风扇转速，实现对风扇转速的最佳控制，从而达到降低功耗，提高系统稳定性的目的。

为了解决上述问题，本发明提供了一种温度自适应控制风扇的方法，包括，

定时采集设备中多个网元的工作温度，并过滤出当前设备最高温度值，判断当前设备最高温度值如果在系统温度上限和系统温度下限之间，则将当前设备最高温度值与上一次记录的设备最高温度值进行比较后得到差值；

在判断所述差值的绝对值大于设定的阈值门限时，则对给所述设备散热的风扇系统中组成该风扇系统的风扇进行转速的调整控制。

进一步地，上述方法还可包括，所述过滤出当前设备最高温度值后，还包括，

判断所述当前设备最高温度值，如果所述当前设备最高温度值大于所述 系统温度上限，则设置风扇系统中所有风扇处于全速工作状态；

如果所述当前设备最高温度值小于所述系统温度下限，则设置所述风扇系统中所有风扇处于关闭状态。

进一步地，上述方法还可包括，所述对风扇系统中风扇进行转速的调整控制，包括以下步骤，

获取风扇系统中每个风扇的状态值，过滤出风扇系统中状态值最大和最小的两个风扇；

判断所述差值如果大于设定的阈值门限，则将风扇系统中状态值最小的风扇的转速增加，否则将风扇系统中状态值最大的风扇的转速减小。

进一步地，上述方法还可包括，所述过滤出设备最高温度后，还包括，记录并更新当前设备最高温度值和上一次记录的设备最高温度值。

进一步地，上述方法还可包括，如果所述风扇系统进行上电复位，则根据保存的控制模式设置风扇状态，所述控制模式包括：自动控制和手动控制，如果为自动控制，则将所有风扇设置为全速工作状态；如果为手动控制，则根据存储单元各个风扇的状态值相应设置每个风扇的工作状态。

本发明还提供了一种温度自适应控制风扇的装置，

包括，控制单元、通信接口单元，其中，

所述控制单元，用于接收所述通信接口单元采集的设备上多个网元的工作温度的数据信息，并过滤出当前设备最高温度值，判断当前设备最高温度值如果在系统温度上限和系统温度下限之间，则将当前设备最高温度值与上一次记录的设备最高温度值进行比较后得到差值，判断该差值的绝对值如果大于设定的阈值门限，则对给所述设备散热的风扇系统中组成该风扇系统的风扇进行转速的调整控制；

所述通信接口单元：用于定时采集设备上多个网元的工作温度的数据信息，并发送给控制单元。

进一步地，上述装置还可包括，所述控制单元，包括设备温度处理单元、温度自适应控制单元、风扇驱动电路，其中，

所述设备温度处理单元，用于接收通信接口单元采集的设备上多个网元 的工作温度的数据信息，并过滤出当前设备最高温度值，记录并更新当前设备最高温度值和上一次记录的设备最高温度值，并传送给温度自适应控制单元；

所述温度自适应控制单元，用于将接收的所述设备温度处理单元发送的当前设备最高温度值与上一次记录的设备最高温度值进行比较后得到差值，判断该差值的绝对值如果大于设定的阈值门限，则发送驱动命令信息给风扇驱动电路对风扇系统中风扇进行转速的调整控制；

所述风扇驱动电路，用于接收温度自适应控制单元的驱动命令信息，对风扇系统中风扇进行控制处理，通过写风扇状态寄存器设置风扇的状态值，改变风扇转速。

进一步地，上述装置还可包括，风扇告警检测单元、辅助存储单元，其中，

所述风扇告警检测单元，用于定时读取风扇状态寄存器，获取当前风扇的工作状态，如果检测到风扇故障，则上报告警；

所述辅助存储单元，用于保存所述风扇系统掉电前的外部控制器的配置命令，并且在风扇系统上电复位时按照所述掉电前的外部控制器的配置命令对风扇进行配置；所述外部控制器的配置命令包括：风扇控制模式、温度定时采集周期。

进一步地，上述装置还可包括，所述控制单元，还用于过滤出当前设备最高温度值后，判断所述当前设备最高温度值，如果所述当前设备最高温度值大于所述系统温度上限，则设置风扇系统中所有风扇处于全速工作状态；

如果所述当前设备最高温度值小于所述系统温度下限，则设置所述风扇系统中所有风扇处于关闭状态。

进一步地，上述装置还可包括，所述控制单元对风扇系统中风扇进行转速的调整控制是指，

获取风扇系统中每个风扇的状态值，过滤出风扇系统中状态值最大和最小的两个风扇；

判断所述差值如果大于设定的阈值门限，则将风扇系统中状态值最小的 风扇的转速增加，否则将风扇系统中状态值最大的风扇的转速减小。

与现有技术相比，应用本发明，在温度自适应控制中的输入温度始终是设备的最高温度，保证了风扇系统及时对设备进行散热控制处理，在短时间内到达最佳的散热效果；温度自适应控制方法的风扇控制中，实现了对每个风扇的独立控制，从而达到降低功耗，提高系统稳定性的目的，满足设备的散热要求；在最高温度越限状态和正常状态之间引入了一段迟滞，加速了风扇系统正常温度的恢复；同时该系统还向外提供了控制接口，可以改变风扇的控制模式和阈值门限等系统参数，方便了系统的控制。

附图说明

图1是本发明的一种温度自适应控制风扇的装置的结构示意图；

图2是本发明的温度自适应控制风扇的方法的流程图；

图3是本发明的风扇系统进入设备最高温度正常状态的风扇处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

本发明的主要构思是：通过定时采集设备上各个网元的工作温度，并过滤出最高温度，作为温度自适应控制的输入，保证了风扇系统及时对设备进行散热处理；通过温度自适应控制方法，实现了对每个风扇的独立控制，从而达到降低功耗，满足设备的散热要求；同时外部控制器通过通信接口，改变风扇的控制模式和阈值门限等系统参数。

如图1所示，一种温度自适应控制风扇的装置，包括，控制单元、通信接口单元、风扇告警检测单元、辅助存储单元，其中，

控制单元，用于接收通信接口单元采集的设备上多个网元的工作温度的数据信息，并从中过滤出最高温度值，记录并更新当前最高温度值和上一次记录的设备最高温度值，判断当前设备最高温度值如果在系统温度上限和系统温度下限之间，则将当前设备最高温度值与上一次记录的设备最高温度值 进行比较，得到差值作为风扇自适应控制的依据，判断该差值的绝对值如果大于设定的阈值门限(Th，单位是：℃)时，则通过风扇驱动电路对风扇系统中风扇进行转速的调整控制，否则，不对风扇进行风扇控制处理；

所述控制单元，还用于过滤出当前设备最高温度值后，判断所述当前设备最高温度值，如果所述当前设备最高温度值大于所述系统温度上限，则设置所述风扇系统中所有风扇处于全速工作状态；如果所述当前设备最高温度值小于所述系统温度下限，则设置所述风扇系统中所有风扇处于关闭状态。

所述控制单元对风扇系统中风扇进行转速的调整控制是指，获取所述风扇系统中每个风扇的状态值，过滤出风扇系统中状态值最大和最小的两个风扇；判断所述差值如果大于设定的阈值门限，则将风扇系统中状态值最小的风扇的转速增加，否则将风扇系统中状态值最大的风扇的转速减小。

控制单元，可以通过CPU实现，包括设备温度处理单元、温度自适应控制单元、风扇驱动电路，其中，

设备温度处理单元，用于接收通信接口单元采集的设备上多个网元的工作温度的数据信息，并从中过滤出当前设备最高温度值，记录并更新当前设备最高温度值和上一次记录的设备最高温度值，并传送给温度自适应控制单元；

温度自适应控制单元，用于将接收的当前设备最高温度值与上一次记录的设备最高温度值进行比较，得到差值作为风扇自适应控制的依据，判断该差值的绝对值如果大于设定的阈值门限(Th，单位是：℃)时，则发送驱动命令信息给风扇驱动电路对风扇系统中风扇进行转速的调整控制，否则，不对风扇进行风扇控制处理；

所述差值的绝对值大于设定的阈值门限，包括两种情况，一种差值为正数大于设定的阈值门限；另外一种差值为负值，其绝对值大于设定的阈值门限。

风扇驱动电路，用于接收温度自适应控制单元的驱动命令信息，对风扇进行控制处理，通过写风扇状态寄存器设置风扇的状态值，改变风扇转速，从而改变风扇的散热强度，实现风扇状态设置的驱动。

通信接口单元：用于定时采集的设备上其他网元的工作温度的数据信息，并发送给控制单元；接收外部控制器的各种设置和查询命令，并发送给控制单元；

所述外部控制器的各种设置和查询命令包括风扇的控制模式：手动控制模式/自动控制模式。

风扇告警检测单元，用于定时读取风扇状态寄存器，获取当前风扇的工作状态，如果检测到风扇故障，则上报告警，实现风扇的告警检测；

辅助存储单元，用于保存风扇系统掉电前的外部控制器的配置命令，包括：风扇控制模式、温度定时采集周期等，在风扇系统上电复位时按照掉电前的外部控制器的配置命令对风扇进行配置。

在对风扇进行控制处理中，将风扇的每一个状态转化为一个状态值处理，即：S1(1)，S2(2)，S3(3)和S4(4)，其中括号内的数值就是风扇每个状态对应的状态值。对于一个风扇，其状态值的大小决定了散热强度的大小，即：状态值越大，则风扇的散热强度越大；反之则反。同样，对于由m个风扇组成的风扇系统，其散热强度由m个风扇的状态值总和决定。

基于上面的分析，多个风扇组成的风扇系统的温度自适应控制方法主要包含了以下几个过程：

1.设备上电复位处理过程：根据保存的控制模式设置风扇状态。如果为自动控制，所有风扇设置为全速工作状态，即m×S4。该状态也是当前设备最高温度值越上限状态；如果为手动控制，根据存储单元各个风扇的状态值相应设置每个风扇。

2.当前设备最高温度值越上限处理过程：在当前设备最高温度值高于系统温度上限——TEM_UP_LIM℃，使所有风扇处于全速工作状态，进入当前设备最高温度值越限状态。这样处理确保了风扇系统在一段时间内处于最大散热强度状态，加速散热处理，实现快速降低设备温度的目的。

3.当前设备最高温度值越下限处理过程：在当前设备最高温度值低于系统温度下限——TEM_DOWN_LIM℃，关闭所有风扇，进入当前设备最高温度值越限状态。这样处理使得风扇系统在一段时间内停止进行散热处 理，有利于设备温度的恢复。

4.当前设备最高温度值在正常范围处理过程：在当前设备最高温度值在正常温度范围(TEM_UP_LIM～TEM_DOWN_LIM℃)，系统经过当前设备最高温度值越限状态(包括越上限和越下限状态)处理时间后，进入当前设备最高温度值正常状态。在该处理过程，瞬时控制和周期控制同步进行。在相邻两个周期控制的之间，进行瞬时控制，即将当前的最高温度值与上一次记录的最高温度值作比较，该差值(Timely_Diff)如果超出设定的阈值门限(±Th，单位是：℃)时，则进行风扇控制处理，否则退出该次处理。在周期控制在中，将当前的最高温度与上一周期最高温度做比较，该差值(Period_Diff)超出设定的阈值门限(±Th，单位是：℃)时，则进行风扇控制处理，否则退出该次处理。周期控制中，控制周期可以通过外部控制设备进行设置，其最小值应该大于10分钟。在风扇控制过程中，尽量使每个风扇的工作状态相同。

如图2所示，本发明的温度自适应控制风扇的方法，包括以下步骤，

步骤110：判断当前风扇系统的控制模式是否是自动控制模式，如果是，则执行步骤120；否则执行步骤160；

步骤120：判断是否是上电复位状态，如果是，则执行步骤130，否则执行步骤150；

步骤130：设置所有风扇为全速工作状态，同时风扇系统进入当前设备最高温度值越限状态；

步骤140：定时采集设备中多个网元的工作温度，并过滤出当前设备最高温度值；

步骤150：检测风扇的工作状态是否正常，如果是，则执行步骤170，否则上报风扇告警，结束；

步骤160：从存储单元中读取掉电前外部控制器的配置命令中风扇控制模式；接收、更新并保存外部控制器下发的新的风扇控制模式，根据外部控制器下发的每个风扇的状态值设置每个风扇，执行步骤200；

步骤170：判断风扇系统是否进入当前设备最高温度值正常状态，如果 是，则执行步骤180，否则执行步骤200；

步骤180：判断当前设备最高温度值，如果大于系统温度上限(TEM_UP_LIM℃)，则设置所有风扇处于全速工作状态，并执行步骤190；如果小于系统温度下限(TEM_DOWN_LIM℃)，则设置所有风扇处于关闭状态，并执行步骤190；如果大于TEM_DOWN_LIM℃且小于TEM_UP_LIM℃，则风扇系统进入当前设备最高温度值正常状态的风扇处理流程，并执行步骤200；

步骤190：风扇系统进入设置当前设备最高温度值越限状态，同时定时系统开始计时，经过系统设置的迟滞时间，风扇系统进入当前设备最高温度值正常状态；

步骤200：保存每个风扇的状态值，并更新上一次记录的设备最高温度值；执行步骤140，开始下一次风扇控制处理。

在风扇控制中首先要考虑风扇控制应尽量及时，当温度升高时，立即增大转速，温度降低则减小转速；这就要求温度检测周期不能太长，如果太长则无法达到及时温控的效果。另外，由于温度是一个累加效应，即在一个周期温度变化(ΔT)可能较小，没有超出TH，但是ΔT却发生了变化，如果经过连续几个周期后，在温度的累加效应下，多个ΔT累加后，很可能会超过TH，这种情况下也是需要进行温度控制的，因此需要定时周期来更好地实现风扇控制，如图3所示，风扇系统进入当前设备最高温度值正常状态的风扇处理流程，其具体的执行步骤如下：

步骤310：风扇系统每次从当前设备最高温度值越限状态进入当前设备最高温度值正常状态时，记录当前设备最高温度值，该温度值在当前设备最高温度值变化时进行更新；

步骤320：判断定时周期是否到时，如果是，则执行步骤330，否则执行步骤340；

步骤330：将当前当前设备最高温度值同上一周期当前设备最高温度值做比较，差值为Period_Diff，判断|Period_Diff|如果大于Th，则执行步骤 350；否则，执行步骤410；

步骤340：将当前设备最高温度值同上一次记录的设备最高温度做比较，差值为Timely_Diff，判断|Timely_Diff|如果大于Th，则执行步骤350；否则，执行步骤410；

步骤350：更新周期当前设备最高温度值，重新开始一个定时周期；获取风扇系统中每个风扇的状态值，过滤出风扇系统中状态值最大和最小的两个风扇：FAN_min和FAN_max；

步骤360：判断Period_Diff或Timely_Diff是否大于Th，如果是，则执行步骤370，否则执行步骤380；

步骤370：将风扇系统中状态值最小的风扇的转速增加，执行步骤390；

将风扇系统中状态值最小的风扇的转速增加，可以是FAN_min风扇的状态值进行加1操作。

步骤380：将风扇系统中状态值最大的风扇的转速减小；

将风扇系统中状态值最大的风扇的转速减小，可以是FAN_max风扇的状态值进行减1操作。

步骤390：设置相应的风扇状态寄存器；

步骤400：检测相应风扇状态值设置是否成功，如果设置成功则执行步骤410；否则重新执行步骤390；

步骤410：风扇系统进入最高温度正常状态的风扇处理流程结束。

从图2和图3中可以看出，在整个温度自适应控制风扇系统中，将风扇控制分为最高温度越限状态和最高温度正常状态进行处理，两个状态之间还引入了一段迟滞，加速风扇系统的温度恢复。同时在整个风扇系统处理过程中，都尽量保证了每个风扇的工作状态相同，实现了对风扇转速的最佳控制，从而达到降低功耗，提高系统稳定性的目的，满足设备的散热要求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种温度自适应控制风扇的方法，其特征在于，包括，

定时采集设备中多个网元的工作温度，并过滤出当前设备最高温度值，判断当前设备最高温度值如果在系统温度上限和系统温度下限之间，则将当前设备最高温度值与上一次记录的设备最高温度值进行比较后得到差值；

在判断所述差值的绝对值大于设定的阈值门限时，则对给所述设备散热的风扇系统中组成该风扇系统的风扇进行转速的调整控制。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述过滤出当前设备最高温度值后，还包括，

判断所述当前设备最高温度值，如果所述当前设备最高温度值大于所述系统温度上限，则设置风扇系统中所有风扇处于全速工作状态；

如果所述当前设备最高温度值小于所述系统温度下限，则设置所述风扇系统中所有风扇处于关闭状态。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述对风扇系统中风扇进行转速的调整控制，包括以下步骤，

获取风扇系统中每个风扇的状态值，过滤出风扇系统中状态值最大和最小的两个风扇；

判断所述差值如果大于设定的阈值门限，则将风扇系统中状态值最小的风扇的转速增加，否则将风扇系统中状态值最大的风扇的转速减小。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述过滤出设备最高温度后，还包括，记录并更新当前设备最高温度值和上一次记录的设备最高温度值。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

进一步包括，

如果所述风扇系统进行上电复位，则根据保存的控制模式设置风扇状态，所述控制模式包括：自动控制和手动控制，如果为自动控制，则将所有风扇设置为全速工作状态；如果为手动控制，则根据存储单元各个风扇的状态值相应设置每个风扇的工作状态。

6.一种温度自适应控制风扇的装置，其特征在于，

包括，控制单元、通信接口单元，其中，

所述控制单元，用于接收所述通信接口单元采集的设备上多个网元的工作温度的数据信息，并过滤出当前设备最高温度值，判断当前设备最高温度值如果在系统温度上限和系统温度下限之间，则将当前设备最高温度值与上一次记录的设备最高温度值进行比较后得到差值，判断该差值的绝对值如果大于设定的阈值门限，则对给所述设备散热的风扇系统中组成该风扇系统的风扇进行转速的调整控制；

所述通信接口单元：用于定时采集设备上多个网元的工作温度的数据信息，并发送给控制单元。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述控制单元，包括设备温度处理单元、温度自适应控制单元、风扇驱动电路，其中，

所述设备温度处理单元，用于接收通信接口单元采集的设备上多个网元的工作温度的数据信息，并过滤出当前设备最高温度值，记录并更新当前设备最高温度值和上一次记录的设备最高温度值，并传送给温度自适应控制单元；

所述温度自适应控制单元，用于将接收的所述设备温度处理单元发送的当前设备最高温度值与上一次记录的设备最高温度值进行比较后得到差值，判断该差值的绝对值如果大于设定的阈值门限，则发送驱动命令信息给风扇驱动电路对风扇系统中风扇进行转速的调整控制；

所述风扇驱动电路，用于接收温度自适应控制单元的驱动命令信息，对风扇系统中风扇进行控制处理，通过写风扇状态寄存器设置风扇的状态值，改变风扇转速。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，

还包括风扇告警检测单元、辅助存储单元，其中，

所述风扇告警检测单元，用于定时读取风扇状态寄存器，获取当前风扇的工作状态，如果检测到风扇故障，则上报告警；

所述辅助存储单元，用于保存所述风扇系统掉电前的外部控制器的配置命令，并且在风扇系统上电复位时按照所述掉电前的外部控制器的配置命令对风扇进行配置；所述外部控制器的配置命令包括：风扇控制模式、温度定时采集周期。

9.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，

所述控制单元，还用于过滤出当前设备最高温度值后，判断所述当前设备最高温度值，如果所述当前设备最高温度值大于所述系统温度上限，则设置风扇系统中所有风扇处于全速工作状态；

如果所述当前设备最高温度值小于所述系统温度下限，则设置所述风扇系统中所有风扇处于关闭状态。

10.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，

所述控制单元对风扇系统中风扇进行转速的调整控制是指，

获取风扇系统中每个风扇的状态值，过滤出风扇系统中状态值最大和最小的两个风扇；

判断所述差值如果大于设定的阈值门限，则将风扇系统中状态值最小的风扇的转速增加，否则将风扇系统中状态值最大的风扇的转速减小。

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