CN101451539A - 使用环境噪声的测量来控制风扇速度的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对风扇的速度进行控制的方法，其中是风扇是为电子设备配备的并且用于冷却所述电子设备。根据在电子设备内测量的温度计算速度控制值。该命令值被限制在最大确定值，使得风扇是听不见的。该方法包括测量环境声级的步骤。如果环境声级超过确定值，则增大风扇的速度，这是因为环境声音掩盖了风扇的声音，即使在更高的速度下。改进包括，在引入声音减小命令期间，风扇的速度立即返回至最大值以下。本发明还涉及实现该方法的一种设备。

Description

使用环境噪声的测量来控制风扇速度的方法和设备

技术领域

本发明涉及使用环境噪声的测量来控制风扇速度的方法。本发明还涉及配备有麦克风和风扇的设备。

背景技术

电子设备在正常工作期间消耗很多能量。该能量被转换成热量，所述热量集中在通常是密封的设备中。如果不能够排出该热量，则该热量将引起电子部件的加速老化，这导致不可逆的退化。为了防止该情况，制造商在设备的外壳中开辟(cut)空气入口(inlet)，以便能够排出热空气。将风扇布置在入口附近以加速与外界的交换以及使得能够冷却内部部件。然而全速使用风扇是嘈杂的。例如，如果设备是电视解码器，其会被放在卧室中。这样，设备必须不打扰用户的睡眠；一般允许的最大阈值是25分贝。

为了减小声级(sound level)，风扇的控制系统根据要达到的设定值有规律地检查速度以及模块。将温度探头放在设备中通常是温暖的位置。一旦达到或超过了温度阈值，则风扇的速度按照温度阈值与由探头测量的值之间的差成比例地增大。典型地，在将设备上电时，以低速度将风扇接通，一旦设备内温度超过50℃，则增大风扇的速度。通常，使用若干温度阈值；控制系统根据这些阈值计算控制值。为了控制其操作，风扇具有视距(tachymetric)探头，所述视距探头根据叶片的实际速度发送信号。风扇的控制单元分析来自视距探头的信号，并且有规律地控制风扇的速度。由PID(P表示成比例，I表示积分，以及D表示微分)的自动化系统实施控制。通过根据设定值来调整给风扇的命令，该自动化系统能够精确地控制速度，其中设定值是根据由视距探头测量的值计算出的。

因为发现电子部件很难承受过多的热量，所以设计者面临以下困难：要么特许不出现噪声并且冒着使部件过热的风险，要么尽可能地给设备内部通风然而可能使设备变得嘈杂。本发明使得能够至少在某些情况下解决这个难题。

发明内容

本发明的目的之一是一种通过命令值对配备在电子设备中的风扇的速度进行控制的方法，该设备包括用于发送声音信号的装置，该方法包括通过施加第一命令值的风扇命令步骤，

其中，该方法包括：

-测量步骤，测量环境声级；

-增大步骤，当环境声级超过确定值时，通过将第二命令值施加到风扇以增大风扇的速度；

-检测步骤，对由所述设备发送的声音信号的幅度减小进行检测，所述声音信号的幅度减小触发将第一命令值施加到风扇。

这样，当环境声级掩盖风扇的噪声时，所述风扇以高速度运行以便对设备的内部进行恰当的通风，从而保护电子部件。当设备检测到由设备发送的声音信号的幅度减小时，设备能够假设该声音信号是造成声音环境的信号。可以预期，该设备能够对风扇处的控制速度实行立即减小。

根据第一变体，对所述设备发送的声音信号的幅度减小进行检测的检测步骤包括：检测由所述设备控制的声级减小命令的引入。从而，对减小命令的手动引入使得立即返回最初计算的命令值。根据第二变体，对所述设备发送的声音信号的幅度减小进行检测的检测步骤包括：对所述设备的输入连接器的位置处的声音信号的幅度减小进行检测。这样，在设备的输入处施加的声音信号的幅度的分析使得能够对由设备发送的声音信号的减小进行检测。这样，可以预测的是，麦克风在即将到来的时刻可能检测到环境音量的减小，从而风扇速度的减小是听不到的。

根据一个改进，增大包括将命令值施加到风扇，其中该命令值是所测量的环境声级的函数。这样，风扇产生的声音恰好被环境声音掩盖。根据变体，增大包括在环境声级超过确定值时将固定值施加到风扇。这样，一旦超过该声级，风扇就以大速度工作，这能够获得最佳可能的冷却。

根据改进，设备包括用于产生音量可调节的声音信号的装置。当用户输入命令以减小声级时，施加到风扇的命令值是根据温度计算的命令值，也就是说不增大。这样，可以预料的是，当设备是环境噪声的来源时，音量减小。根据改进，该方法包括超时步骤，当引入命令时触发该超时步骤，在超时结束时触发执行声级减小命令。这样，可以掩盖风扇速度的减小。

根据另一改进，施加到风扇的第一命令值是在设备中测量的温度的函数。这样，如果环境无声，则根据设备的内部温度来计算风扇的转速。

本发明的目的还在于一种电子设备，包括风扇、用于通过施加第一命令值对所述风扇的速度进行控制的装置、以及用于发送声音信号的装置，

其中，该设备还包括：用于测量环境声级的装置；在声级超过确定阈值时通过施加第二命令值来增大风扇的速度的控制装置；以及用于对设备发送的声音信号的幅度减小进行检测的装置，其中所述声音信号的幅度减小触发将第一命令值施加到风扇。

根据改进，该声级测量装置位于遥控器上。该遥控器向设备发送表示环境声级的幅度的信号。

附图说明

通过结合附图对作为非限制性示例的以下实施例的描述，本发明的其它特征和优点将显现，附图中：

图1示出了根据本发明实施例的电子设备的截面；

图2示出了根据优选实施例的控制系统；

图3示出了根据本发明实施例的方法的主要步骤的流程图。

具体实施方式

图1描述了电子设备(例如电视解码器)的截面。该设备包括印刷电路1，在所述印刷电路1上布置有电子电路2。硬盘3使得能够记录数据，特别是较长的视听工作数据。电路2和硬盘3消耗许多能量并且产生热量，例如，解码器的中央单元产生约6瓦特的能量。因此，解码器的某些区域(图1中以灰色标记的)比其它区域更热。布置在这些温暖区域之一内(优选地接近消耗最多能量的电路)的温度探头4提供与温度成比例的电压。风扇5从解码器腔(cavity)抽取热空气。插入(cutinto)解码器外壳的两个通风空气入口6形成两个冷空气入口。曲线箭头示出了空气流动的路径。空气入口的个数、位置、以及尺寸是良好通风的重要元素，这些参数对于本领域技术人员而言是公知的。将麦克风8布置在前面板(front panel)上，使得麦克风8能够捕获解码器的环境噪声。

图2示出了根据优选实施例的控制系统。该图能够用于接收测量值并且根据设定值确定命令值的任何控制系统。将温度探头4、风扇5以及麦克风8与控制单元7连接。控制单元可以是专用于调整温度的微控制器。控制单元7还可以是中央单元的一部分。与其性质无关，控制单元具有：至少两个模拟输入，所述模拟输入用于接收来自温度探头4以及麦克风8的信号；一个数字输入，所述数字输入用于接收表示风扇速度的信号(这些信号通常称作“Tachy”)；以及一个命令输出，所述命令输出用于控制风扇5。根据探头4执行的测量、Tachy信号、以及由麦克风8捕获的音量，微处理器7确定风扇的速度，以引起足够将解码器内部维持在正常温度以下的新鲜空气的流动。

在实施例中，由直接控制风扇转动速度的模拟信号来控制风扇。有利地，控制单元7提供PWM(脉宽调制)信号。它是周期性数字信号，通过使用低通滤波器将该信号转换成模拟信号，使得能够控制电机。占空比的变化使得能够改变电机控制模拟信号的幅度。在实施例中，以8比特将PWM的占空比编码，典型地，施加到风扇的DC电压从0至5V变化。Tachy信号是脉冲信号，每单位时间的脉冲个数确定了风扇的实际速度。来自麦克风的音频信号是模拟信号，由低通滤波器进行滤波。

测量示出了分贝数与给定速度之间的关系，从而示出了与施加到风扇的控制值Vfan的关系。对于某些速度，噪声看似被控制得很好；如果速度突然改变，则噪声变成可听见的。根据温度直接控制电机的调节能够确保恒定的温度，然而速度的巨大改变将是听觉上可察觉的，在一些情况下，命令必须最大，这触发了连续的嘈杂操作。因此，由PID型控制系统执行对风扇的控制。根据在设备中测量的温度，由控制系统确定转速的命令值Vcom。风扇的性能随时间改变。因此，调节系统使用视距探头来测量风扇的速度，以确定风扇的速度与设定速度之差，该差称作补偿误差(error to compensate)。控制系统控制施加到电机的电压，使得风扇的速度尽可能接近设定速度。必须将速度的变化减小，使得用户听不见这些变化。然而，有必要确保设备的良好通风，使得电子部件2不过热。本发明使得能够至少在设备操作的特定时期中提供最佳可能的通风。

在描述了组成设备和系统的元件之后，现在将示出这些元件是如何协同操作的。

图3示出了根据优选实施例的不同步骤的流程图。在步骤3.1中，将设备接通。将图2所示的控制系统7上电。系统通过探头4测量温度(步骤3.2)，并计算风扇的命令参数的值Vcom(步骤3.3)，其中所述命令参数Vcom的值是测量的温度值的函数。如此计算出Vcom的最大值，使得风扇产生的噪声不超过所有情况下允许的级别：25分贝。因此，通过仅考虑温度而计算出的速度被限制在特定的值。在步骤3.4中，值Vcom是将要施加到风扇的值Vfan。然后，系统对麦克风8捕获的环境声级进行测量(步骤3.5)。

取回(recall)若干声测量值。在安静环境中测量的声功率在25至30dBA左右。一旦人在房间内谈话，或接通了扩音器，则级别上升到大于45dBA，并且能够达到60dBA(年轻人的甚至更高)。通常，风扇具有20dBA至45dBA的动态范围。在我们的实施示例中，风扇在最大速度产生39dBA的声功率。在步骤3.5中，将测量值与阈值Pthresh相比较。如果按分贝来实施测量并且已知设备必须不产生大于25分贝的噪声，则在设备所在的房间的声级大于Pthresh的情况下，风扇能够在允许的最大速度以上进行操作，这是因为风扇的声音已经被环境声音掩盖。因此，能够将风扇的速度增大到根据温度计算的设定以上，在保持总的可听见噪声处于环境声级的限度内实施所述增大。通过计算每个噪声的音量的平方和(quadratic sum)，计算出由于若干噪声的添加引起的音量。参看以下示例：

 

环境声级：	31dBA	35dBA	45dBA	45dBA
					风扇的声级	25dBA	25dBA	35dBA	39dBA
总噪声级	32dBA	35.3dBA	45.04dBA	46dBA

对于环境声音与风扇产生的噪声之间6dBA的差，总噪声增大了1dBA。如果差是10dBA，则总噪声仅增大0.3dBA。经验表明，1dBA的增大是听不见的，并且可以忍受风扇产生的噪声与环境噪声之间的6dBA的差。因此，环境声级越高，就能够将风扇的速度增加得越多，其中按照规则采用6dBA的最小差。

根据简单的实施例，如果测量的声功率大于Pthresh＝25dBA+6dBA＝31dBA，则控制系统将风扇的命令值Vfan增大(步骤3.7)，增大包括将值ΔV与先前计算的Vcom相加。值ΔV是根据测量的声功率计算出来的，使得将6dB的规则应用于所有情况。施加到风扇的命令值是这样的值：如果该值比根据测量的温度计算出的Vcom大，则风扇针对该值发出比测量的环境声音之一小6dBA的声音。

根据实施例的变体，控制系统测试声功率是否大于45dBA(Pthresh＝45dBA)，这样所述增大包括施加高值Vhigh而不考虑由控制系统先前计算的值Vcom。通过施加高值，风扇产生39分贝的新的声级，这个新的声级在任何情况下都被环境噪声所掩盖。

根据简单的实施例，控制系统能够将值Vfan施加到风扇。在设备配备有发声(sound production)装置的情况下，例如解码器、音频放大器、家庭影院等，测量的环境声音可能实际上是由设备产生的声音。根据改进，在步骤3.8中，系统测试是否将减小声音命令施加到设备。如果用户决定手动减小声音、或甚至关闭声音，则风扇会变得在短时间内可听见。该命令是音量减小、或将声音完全关闭(静音按钮)。由于风扇的惯性，在刚刚执行声音减小命令之后用户能够听见风扇速度的减小。根据改进，声音减小命令的引入立即触发将系统先前计算的命令值Vcom施加到风扇(步骤3.8)。经验表明，在500毫秒的最大限度内，执行从最大速度Vmax到速度Vcom的转变(passage)。根据改进，控制系统触发超时(timeout)以及速度减小命令的发送，所述超时是在接收到声音减小命令时开始的。在该超时结束时执行声音减小命令(步骤3.10)。典型地，该超时是500毫秒，这样，在执行减小声级之后，由设备产生的声音必然能够掩盖风扇的声音。

在一些情况下，设备不具有引起音量减小的装置，而是发送声音信号，该声音信号在放大之后能够产生房间的声音环境。这样，足够对被发送以用于检测减小的声音信号的幅度进行分析。该检测是在设备的输入连接器的位置处执行的，或是在设备中发送音频信号的任何电路的位置处执行的。特别地，该解决方案的变体(其中用户手动引入命令)可用于这样的任何设备：该设备放大声音信号，并且不配备有音量的手动设定，而是发送用于在扩音器上再现的声音信号。采用与以上相同的方式，在步骤3.8中，检测到所发送的声音信号的减小立即触发将由系统先前计算的命令值Vcom施加到风扇。采用相同的方式，可以提供时间以应用设备输出处信号的减小，从而掩盖风扇减速的至少一部分。

在步骤3.11中，将值Vfan施加到风扇，过程返回步骤3.2以再次分析环境声级。

根据另一改进，不将麦克风安装在设备中，而是安装在遥控器的位置处。实际上，假设将遥控器放在接近用户或用户容易获取的地方。从而优选地在用户位置处输入环境声级。遥控其配备有麦克风、模数转换器，使得能够提供表示环境声级的数据项。如果环境声级大于阈值，则遥控器发送信号，该信号指示风扇能够以更高速度工作。如果专用于该遥控器的设备接收到信号，则它能够应用速度增大。如果遥控器与设备之间不能通信(例如，由于IR束方向性差所导致)，则设备将不执行增大。

根据步骤次序的变体，控制系统首先测量环境噪声，以及环境噪声是否超过了将处于最大速度的风扇的噪声控制在该风扇的最大速度处的声级。在实施例中，由处于最大速度的风扇产生的噪声是35dBA，如果环境噪声的测量比它大6dBA，即41dBA，则能够将风扇控制在其最大速度处。

根据改进，控制系统与光指示器(例如，放在解码器对面的、通知温度错误的LED二极管)连接。如果超过了55℃的温度，则LED二极管是红色，并且将风扇控制在其最大速度。然而，如果发现控制系统处于步骤3.7所描述的状态(即，如果环境音量高并且风扇被控制在其最大速度处)，则LED二极管是绿色。这样，由于绿色的出现，使得察觉风扇正在以最大速度工作的用户不会担心。

在不脱离如权利要求所述的本发明的应用范围的前提下，本领域技术人员能够将本发明调整为许多其它具体形式。因此，必须将本实施例看作是示例，然而在所附权利要求所限定的范围内能够对这些实施例进行修改。

Claims (13)

1、一种通过命令值(Vcom)对配备在电子设备中的风扇(5)的速度进行控制的方法，所述设备包括用于发送声音信号的装置，所述方法包括通过施加(3.3)第一命令值(Vcom)的风扇命令步骤，

其特征在于，所述方法包括：

-测量步骤(3.5)，测量环境声级；

-增大步骤(3.7)，当环境声级超过确定值时，通过将第二命令值施加到风扇以增大风扇的速度；

-检测步骤，对由所述设备发送的声音信号的幅度减小进行检测，所述声音信号的幅度减小触发(3.9)将第一命令值(Vcom)施加到风扇。

2、根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，对所述设备发送的声音信号的幅度减小进行检测的检测步骤包括：检测由所述设备控制的声级减小命令的引入。

3、根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，对所述设备发送的声音信号的幅度减小进行检测的检测步骤包括：对所述设备的输入连接器的位置处的声音信号的幅度减小进行检测。

4、根据前述任一权利要求所述的控制方法，其特征在于，所述风扇处命令值的增大(3.7)是所测量的环境声级的幅度的函数。

5、根据前述任一权利要求所述的控制方法，其特征在于，所述方法包括超时步骤(3.10)，当检测到所述设备发送的声音信号的幅度减小时，触发所述超时步骤(3.10)，在所述超时结束时，触发执行所述设备发出的声级的有效减小。

6、根据前述任一权利要求所述的控制方法，其特征在于，施加到风扇的第一命令值(Vcom)是在所述设备中测量的温度的函数。

7、一种电子设备，包括：风扇(5)、用于通过施加第一命令值(Vcom)对所述风扇的速度进行控制的装置、以及用于发送声音信号的装置，

其特征在于，所述设备还包括：用于测量环境声级的装置(8)；

当声级超过确定阈值时通过施加第二命令值来增大风扇的速度的控制装置(2)；以及用于对所述设备发送的声音信号的幅度减小进行检测的装置，其中所述声音信号的幅度减小触发将第一命令值(Vcom)施加到风扇。

8、根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，对声音信号的幅度减小进行检测的装置包括：检测由所述设备控制的声级减小命令的引入。

9、根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，对声音信号的幅度减小进行检测的装置包括：对所述设备的输入连接器的位置处的声音信号的幅度减小进行检测。

10、根据权利要求7至9中任一项所述的电子设备，其特征在于，所述风扇处由命令值控制装置引起的增大是所测量的环境声级的幅度的函数。

11、根据权利要求7至10中任一项所述的电子设备，其特征在于，所述设备包括超时装置，当检测到由所述设备发送的声音信号的幅度减小时，触发所述超时装置，在所述超时结束时，触发执行所述设备发出的声级的有效减小。

12、根据权利要求7至11中任一项所述的电子设备，其特征在于，由速度控制装置得到的、施加到所述风扇的第一命令值(Vcom)是在所述设备中测量的温度的函数。

13、根据权利要求7至12中任一项所述的电子设备，从专用遥控器接收命令信号，其特征在于，环境声级的测量装置(8)位于所述遥控器上，所述遥控器向所述设备发送表示环境声级的幅度的信号。

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