CN101303662A - 一种实现风机转速采集的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现风机转速采集的方法，包括：单路的风机送来的转速信号，经过隔离处理，送到可编程逻辑器件；可编程逻辑器件在单位时间窗对送入的转速信号计数并保存计数值。CPU访问可编程逻辑器件读取计数值，根据不同型号风机的风机转速比计算出对应风机的具体转速。本发明还公开了一种实现风机转速采集的装置，包括外围电路，可编程逻辑器件，和CPU。采用本发明对风机转速进行采集，具有采集响应速度快，采集准确度高，不依赖于软件程序的运行，可以根据实际需要无限扩展采集路数的优点。

Description

一种实现风机转速采集的方法及装置

技术领域

本发明涉及计算机领域，尤其涉及一种实现风机转速采集的方法及装置。

背景技术

在各类移动通信设备以及对环境温度要求较高的设备中，通常都会使用风机对整个设备的环境温度进行相应的控制，而为了得到理想的系统环境温度的稳定状态，就要得到关于风机更准确的状态信息以便于更有效地控制风机达到系统的热平衡，得到风机准确的状态信息主要就涉及到对风机转速的采集。

通常，关于风机转速采集的设计方法是：以计算机CPU、一般使用单片机作为控制核心CPU，风机送来的转速信号直接送到单片机的相关管脚上，用软件方法通过单片机的内部定时对接收到的转速信号进行相应计数，从而得到风机的转速信息。

但是采用软件的方法实现有以下不足：

1)使用软件的方法，其采集的响应时间依赖于对单片机内部寄存器的设置以及相关语句的执行时间，一条语句的执行时间一般都是微秒数量级的，相对于采用可编程逻辑器件采集时纳秒级的响应时间，采用软件方法的响应时间还是比较慢；另外，一旦软件程序跑飞，则必须在软件重新启动后，对转速信息重新计数。

2)使用软件的方法，计数准确度不够高。单片机进行计数采集，首先要自己产生一个定时信号，如果单片机资源紧张的话，这个定时信号可能会受到软件程序中其它因素、比如中断的影响而不会很准确，或近似准确。如果在计数过程中，意外出现更高级别的中断，将很难保证本单位时间内计数值的准确度。

3)使用软件的方法，用单片机进行转速采集，将占用单片机的硬件管脚资源，但单片机P1口管脚资源是有限的，有时占用单片机管脚资源，将会影响到系统中其它功能模块的使用需求。如果要对多路风机同时进行转速采集，由于单片机的硬件资源是一定的，这样就限制了风机转速的采集数量。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种实现风机转速采集的方法及装置，与传统方法相比，本发明方法采集响应速度快，采集准确度高，不依赖于软件程序的运行，可以根据实际需要无限扩展采集路数。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种实现风机转速采集的方法，该方法包括：

A.单路的风机送来的转速信号，经过隔离处理，送到可编程逻辑器件；

B.可编程逻辑器件在单位时间窗对送入的转速信号计数并保存计数值。

进一步的，步骤B包括：

a.利用采样时钟和单位时间窗产生清零信号和置数信号；

b.在单位时间窗内，用计数器对送入可编程逻辑器件的转速信号计数，并将计数器的结果保存到中转寄存器中；

c.置数信号到来时，将中转寄存器最近一次保存值送到风机转速寄存器。

上述方法中，步骤a所述的单位时间窗指要进行计数采集的一段时间，且每次采集所用的单位时间窗的间隔时间要至少大于5倍的采样时钟周期；

步骤a所述置数信号要先于清零信号至少一个以上的采样时钟周期；

步骤b中，当清零信号到来时计数器清零；

步骤B保存计数值之后进一步包括：CPU访问可编程逻辑器件读取计数值，根据不同型号风机的风机转速比计算出对应风机的具体转速；所述CPU访问可编程逻辑器件读取计数值，为通过总线方式访问。

该方法进一步包括：利用转速超范围告警判断电路，将风机转速计数值分别和转速最大值及转速最小值进行比较，并在风机转速计数值大于转速最大值或小于转速最小值时产生转速超范围告警信号。

本发明还提供了一种实现风机转速采集的装置，该装置包括：外围电路和可编程逻辑器件，其中，

外围电路用于对送入的转速信号进行隔离处理，产生可编程逻辑器件可以识别的转速信号；

可编程逻辑器件用于在单位时间窗对送入的转速信号计数并保存计数值。

该装置还包括：

CPU，用于访问可编程逻辑器件，读取计数值，并根据不同型号风机的风机转速比计算出对应风机的具体转速。

该装置中的可编程逻辑器件进一步包括：

触发电路，用于产生置数信号和清零信号，并将置数信号送入中转寄存器，将清零信号送入计数器；

计数器，用于对送入的经过隔离处理的转速信号进行计数，并将计数结果保存到中转寄存器中，当计数器的清零信号到来时计数器清零；

中转寄存器，用于保存计数器的计数结果，并在置数信号到来时，将中转寄存器最近一次保存值送到风机转速寄存器；

风机转速寄存器，用于保存中转寄存器送入的计数值以备CPU通过总线方式访问读取，并将该计数值送入转速超范围告警判断电路；

转速超范围告警判断电路，用于将风机转速寄存器送来的计数值分别和转速最大值以及转速最小值进行比较，并在所述计数值大于转速最大值或小于转速最小值时产生转速超范围告警信号。

上述装置中，转速超范围告警判断电路的转速最大值及转速最小值由设备系统或CPU总线接口提供。

与现有技术相比，本发明所提供的通过硬件的方法用可编程逻辑器件实现风机转速采集的方法及装置，具有以下优点和特点：

1)使用硬件的方法，不会受到软件程序的影响，其采集响应时间仅依赖于器件的响应时间和采样时钟的频率，其响应时间的数量级一般是在纳秒级。即使软件跑飞，只要不掉电，其采集计数值也是存在硬件的相关寄存器中，不会丢失，待软件重启后就可以直接将采集值报给CPU，不用浪费时间重新采集计数。

2)使用硬件的方法，因为不受软件程序的影响，将准确地产生一个单位时间，并在这个单位时间内，可以不受其它功能模块和程序因素的影响而对转速信息进行实时采样，准确上报。

3)使用可编程逻辑器件做硬件设计，CPU通过总线方式访问可编程逻辑器件中保存转速计数值的风机转速寄存器，不占用单片机管脚资源，因而转速采集的操作可以和系统其它功能模块的操作并行完成，不用考虑管脚资源的限制，只要可编程逻辑器件资源够用，就可以实现任意多路风机转速的并行采集，可编程逻辑器件的资源不是一定的，它的资源可以随着设计需要而扩展。

另外，使用硬件的方法来实现转速超范围的判断和告警，可以降低CPU的开销，并且有利于提高测量系统的完整性和可靠性。

附图说明

图1为本发明风机转速采集系统的总体结构示意图；

图2为本发明用可编程逻辑器件实现风机转速采集的装置结构及原理图；

图3为本发明中各个关键信号的波形及其时序关系图；

图4为本发明中产生转速超范围告警信号的示意图；

图5为本发明用可编程逻辑器件实现风机转速采集的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

图1为本发明风机转速采集系统的总体结构示意图，首先风机将待采集的单路的转速信号以及风机电源信号送到外围电路。对于风机及由单片机和可编程逻辑器件等构成的单板控制系统而言，由于风机侧和单板控制系统侧通常采用的是两套电源系统，各自的参考电平会不一样，风机的供电电压可能是48V供电(或其它)，而单板控制系统通常采用的是3.3V(或者5V)供电，风机侧和单板控制系统侧电源的对地参考也有可能不一致。因此，转速信号送入外围电路时的参考电平和单板控制系统上需要的参考电平有可能不一致，为了将转速信号统一到单板控制系统可以识别的电平，需要做隔离处理；通过隔离也可以帮助抑制风机接口处引入的部分干扰。这个外围电路是根据风机侧和单板控制系统侧的具体情况而设计的，通常是采用光耦隔离的办法；在外围电路设计中，需要将风机电源信号和单板控制系统电源信号分别送入作为参考电平信号。

外围电路通过隔离等措施对送入的转速信号进行处理，产生可编程逻辑器件可以识别的转速信号，可编程逻辑器件通过对该隔离处理后的转速信号进行采集，将转速采集结果保存在CPU通过总线方式可以访问到的寄存器中，一般是保存在设置在可编程逻辑器件中的寄存器中；最后，CPU通过读取外部寄存器、即在可编程逻辑器件中的寄存器的方式将转速采集结果读回，并根据不同型号的风机进行相应的运算从而得到风机的转速值。

图2是本发明用可编程逻辑器件实现风机转速采集的装置结构及原理图，该装置包括：

触发电路，用于利用采样时钟和单位时间窗产生置数信号(LD)和清零信号(R)，并将置数信号送入中转寄存器，将清零信号送入计数器。

单位时间窗泛指要进行计数采集的一段时间，采样时钟可以由外部的晶振等时钟源提供。采样时钟的频率也决定了该装置的采集响应速度，采样时钟频率越高，响应速度也就越快；一般而言，采用可编程逻辑器件的采集响应时间在纳秒级。同时为了准确采样，每次测试所用的单位时间窗的间隔时间，也就是两次采集的间隔时间，要至少大于5倍的采样时钟周期。

利用采样时钟和单位时间窗产生置数信号时，要让置数信号先于清零信号至少一个以上的采样时钟周期。

计数器，用于对送入的经过隔离处理后的转速信号进行计数，并将计数结果保存到中转寄存器中；一般在单位时间窗中对转速信号进行计数，单位时间窗结束时计数亦停止，清零信号到来时则将计数器的值清零，以便于下个单位时间窗到来时重新计数。计数器在每个采样周期到来时均会把计数器的值送到中转寄存器中保存。

中转寄存器，用于保存计数器的计数结果。中转寄存器中保存的计数结果在每个采样周期到来时都会更新，并在置数信号到来时，将中转寄存器最近一次保存的计数结果送到风机转速寄存器。

风机转速寄存器，用于保存中转寄存器送入的计数值，并将该计数值送入转速超范围告警判断电路。

CPU通过总线访问方式，可以读取风机转速寄存器的值，并且根据不同的风机型号进行相应的运算从而得到对应风机的转速值。风机的型号等这些信息预先保存在CPU操作系统软件或自编的应用软件中。如果实际应用中，使用到多种型号的风机，可以通过外部跳线或拨码开关的方式选择当前具体使用的是哪种型号的风机。

转速超范围告警判断电路，用于将风机转速寄存器送来的计数值分别和设备系统或者CPU总线接口通过可编程逻辑器件的I/O口为转速超范围告警判断电路提供的相应风机所能承受的转速最大值HIGH和最小值LOW进行比较；当风机转速寄存器的值小于转速最小值时则产生转速过低告警信号，当风机转速寄存器的值大于转速最大值时则产生转速过高告警信号，将产生的告警信号提供给设备系统以方便对风机进行告警。

图3给出了本发明中各个关键信号的波形和它们之间的时序关系。

FanPT1是单位时间窗为1S(CK1S)的采样时钟(CLK)的同步采样信号，FanPT2相对于FanPT1向后延时一个CLK采样时钟周期，FanPT3相对于FanPT2也向后延时一个CLK采样时钟周期。利用FanPT1和FanPT2信号可以产生寄存器的置数信号LD，利用FanPT2和FanPT3信号可以产生计数器的清零信号R。上述FanPT1、FanPT2、FanPT3信号都是在触发电路模块中产生的中间信号。FanPwmT是用来存储CK1S单位时间窗内对输入转速信号FanP进行计数的一个中转寄存器的计数值表示，当CK1S时间窗失效时，计数器亦停止计数，中转寄存器也随之更新为最近一个采样时钟采到的计数值，当置数信号来临时，则将中转寄存器的值送到风机转速寄存器中以供后续CPU读取，在此用FanPwm表示风机转速寄存器中的计数值，下一个周期的置数信号到来前，风机转速寄存器的值将始终保持不变。当清零信号到来时，计数器值清零，中转寄存器也随之更新为0，并等待下一个CK1S时间窗有效时重新进行计数值的更新。

图4给出了转速超范围告警信号的产生过程。假设设备系统或CPU提供给可编程逻辑器件I/O接口的转速最小值LOW值为20，转速最大值HIGH值为700，并定义转速过低告警信号ALM_LOW和转速过高告警信号ALM_HIGH分别为输出高电平时告警。则将风机转速寄存器中的值FanPwm分别与LOW值和HIGH值比较，当FanPwm值小于LOW的取值时，ALM_LOW输出高电平告警，当FanPwm测量值大于等于LOW的取值时，ALM_LOW则输出低电平；同理，当FanPwm值小于等于HIGH的取值时，ALM_HIGH输出低电平，当FanPwm测量值大于HIGH的取值时，ALM_HIGH输出高电平告警。

对于本发明，由于CPU通过总线方式访问可编程逻辑器件中的风机转速寄存器，不占用单片机管脚资源，因而转速采集的操作可以和系统其它功能模块的操作并行完成，不用考虑管脚资源的限制，只要可编程逻辑器件资源够用，就可以实现任意多路风机转速的并行采集。如果要对多路风机进行转速采集，则可以使用多个本发明的装置模块来实现。

基于本发明的装置，如图5所示，本发明所采用的用可编程逻辑器件实现风机转速采集的方法包括以下步骤：

步骤501：单路的风机送来的转速信号，经过隔离处理，送到可编程逻辑器件；

步骤502：利用采样时钟和单位时间窗产生清零信号和置数信号；

步骤503：在单位时间窗，利用计数器对送入的转速信号计数，并把计数结果保存在中转寄存器中，中转寄存器中保存的计数结果在每个采样周期到来时都会更新；

步骤504：置数信号到来时，将中转寄存器最近一次保存的计数结果送到风机转速寄存器；

步骤505：CPU访问风机转速寄存器，读取其计数值，并根据不同型号风机的风机转速比计算出对应风机的转速；

步骤506：转速超范围告警判断电路将风机转速寄存器保存的转速计数值分别与转速最大值和转速最小值进行比较，并在所述转速计数值大于转速最大值或小于转速最小值时产生转速超范围告警信号。

在实际应用中，步骤505和步骤506是并列的，前后顺序不限。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (12)

1、一种实现风机转速采集的方法，其特征在于，该方法包括：

A.单路的风机送来的转速信号，经过隔离处理，送到可编程逻辑器件；

B.可编程逻辑器件在单位时间窗对送入的转速信号计数并保存计数值。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B包括：

a.利用采样时钟和单位时间窗产生清零信号和置数信号；

b.在单位时间窗内，用计数器对送入可编程逻辑器件的转速信号计数，并将计数器的结果保存到中转寄存器中；

c.置数信号到来时，将中转寄存器最近一次保存值送到风机转速寄存器。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤a所述的单位时间窗指要进行计数采集的一段时间，且每次采集所用的单位时间窗的间隔时间要至少大于5倍的采样时钟周期。

4、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤a所述置数信号要先于清零信号至少一个以上的采样时钟周期。

5、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤b中，当清零信号到来时计数器清零。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，保存计数值之后进一步包括：CPU访问可编程逻辑器件读取计数值，根据不同型号风机的风机转速比计算出对应风机的具体转速。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述CPU访问可编程逻辑器件读取计数值，为通过总线方式访问。

8、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：利用转速超范围告警判断电路，将风机转速计数值分别和转速最大值及转速最小值进行比较，并在风机转速计数值大于转速最大值或小于转速最小值时产生转速超范围告警信号。

9、一种实现风机转速采集的装置，其特征在于，该装置包括：外围电路和可编程逻辑器件，其中，

外围电路用于对送入的转速信号进行隔离处理，产生可编程逻辑器件可以识别的转速信号；

可编程逻辑器件用于在单位时间窗对送入的转速信号计数并保存计数值。

10、根据权利要求9所述的装置，其特征在于，该装置还包括：

CPU，用于访问可编程逻辑器件，读取计数值，并根据不同型号风机的风机转速比计算出对应风机的具体转速。

11、根据权利要求9所述的装置，其特征在于，可编程逻辑器件进一步包括：

触发电路，用于产生置数信号和清零信号，并将置数信号送入中转寄存器，将清零信号送入计数器；

计数器，用于对送入的经过隔离处理的转速信号进行计数，并将计数结果保存到中转寄存器中，当计数器的清零信号到来时计数器清零；

中转寄存器，用于保存计数器的计数结果，并在置数信号到来时，将中转寄存器最近一次保存值送到风机转速寄存器；

风机转速寄存器，用于保存中转寄存器送入的计数值以备CPU通过总线方式访问读取，并将该计数值送入转速超范围告警判断电路；

转速超范围告警判断电路，用于将风机转速寄存器送来的计数值分别和转速最大值以及转速最小值进行比较，并在所述计数值大于转速最大值或小于转速最小值时产生转速超范围告警信号。

12、根据权利要求11所述的装置，其特征在于，转速超范围告警判断电路的转速最大值及转速最小值由设备系统或CPU总线接口提供。

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