CN104533822B - 一种 ac 设备智能热管理技术的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种AC设备智能热管理技术的实现方法，增加板卡在线检测机制，及增加多点温度探测机制，MCU控制及通信技术，根据AC设备的板卡是否在线，以确定相应的风机组是否启动，之后根据各板卡的运行温度智能控制相应散热风机组的转速，从而实现设备的智能热管理。本发明是针对AC设备的热管理设计，对AC设备的散热性能进行了优化和改善，依据板卡在线状态及温度进行智能管理和控制，以实现对整个设备系统散热风机的智能控制，在保证设备系统正常散热的前提下，最合理的管控风机，降低风机的能耗，延长风机的使用寿命，使风机的工作更加高效，从而进一步降低了系统设备的故障率，减少运营商的设备维护工作量，同时起到了节能减排的作用。

Description

一种AC设备智能热管理技术的实现方法

技术领域

本发明属于通信领域，具体涉及WLAN接入控制器(简称AC)设备的智能热管理，特别涉及一种AC设备智能热管理技术的实现方法。

背景技术

随着国民经济快速增长以及通信技术的飞速发展，人民生活水平持续提高，智能手机、笔记本电脑等具有WIFI功能的终端大量使用，对于无线接入网的需求持续增加；伴随着WLAN网络的大规模发展，对AC设备的需求也越来越大。

AC设备是一种WLAN智能接入控制器，为电信级无线控制设备，是WLAN网络的核心控制部分，具有强大灵活的无线用户接入及Fit AP管理能力，具备完善的智能射频管理、故障自动恢复、负载均衡、用户流量控制、漫游管理等功能。AC设备为大容量架式设备，采用标准的19英寸物理结构，可插14块板卡，且每个板卡的最大峰值功耗可达到200W，如果在满配置下，整个设备的功耗为2800W，对AC设备的热管理要求较高。

现有的AC设备，功能越来越强大，相应的功耗越来越高，而AC设备中的散热风机承担了整个AC设备的散热工作；由于AC设备对散热的要求比较高，AC设备内使用了10～20个散热风机，导致带来较高的风机功耗，又抬高了系统的整机功耗，风机噪音污染也比较大，设备的噪音污染严重。

对于功耗和噪音这两个问题，现有的AC设备存在缺陷。AC设备内风机转速不能智能调整，只能将风机转速分为等级，对应设备采集的不同温度设置不同的风机转速；无法根据环境温度及设备板卡的温度变化进行智能调整；另外，插箱的不同板卡区域，不论该区域是否安装板卡，该区域散热风机组与其他区域的风机组转速相同，不能做到根据板卡是否在线控制对应的风机组。现在采用的技术，仍有可改善的区间，现在风机转速的调整，是一种整体的调整，不能实现对单个区域的风机转速的调整，风机转速调高或降低，是所有风机统一调高或降低，而不能依据设备内部不同区域(不同槽位的板卡)进行相应调整。有的区域温度低，要求对应该区域的风机转速低，有的区域温度高，要求对应该区域的风机转速高，不能实现风机功耗的最优配置，仍会有无效的功耗被浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种AC设备智能热管理技术的实现方法，以克服现有技术存在的AC设备内风机转速不能智能调整、有无效的功耗被浪费的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种AC设备智能热管理技术的实现方法，包括作为整个AC设备硬件系统载体的机箱，机箱内设有系统背板、板卡、上风机盘、下风机盘；系统背板、板卡、上风机盘、下风机盘之间通过系统管理总线I2C连接；

所述板卡设有主控板，主控板上的管理模块负责采集所有板卡的在线信息及所有板卡的温度信息；

所述上风机盘、下风机盘上均设有风机盘监测控制板，上风机盘、下风机盘上的板卡和风机盘监测控制板上均设有内置温度传感器，风机盘监测控制板用于对上、下风机盘中的各个风机的状态监测、风机管理和转速控制；

根据AC设备的板卡是否在线，以确定相应的风机组是否启动，之后根据各板卡的运行温度智能控制相应散热风机组的转速，从而实现设备的智能热管理。

进一步的，主控板的管理模块根据所采集的信息确定哪些风机需要运转，哪些风机不需要运转，运转的风机需要运行的转速级别，并将这些信息通过系统管理总线I2C下发给上、下风机盘的风机盘监测控制板并完成对各个风机的智能控制。

进一步的，所述风机盘监测控制板包括微处理器模块、风机驱动模块和电源模块；

电源模块从系统背板输入两路-48V直流电源，通过交叉连接，保证任意一路断电时，不影响风机盘工作，电源模块输出两路-48V直流电源，供给风机驱动模块，同时通过开关电源变换，给微处理器模块提供所需的-3.3V直流电源；

风机驱动模块完成对风机驱动PWM信号的输出，10～20路转速信号采集的功能，并通过系统管理总线I2C与微处理器模块通讯，对外提供10～20路四线风机接口；

微处理器模块完成对风机驱动模块的配置管理功能，并通过系统背板上的2路系统管理总线I2C与机箱管理模块通讯，并实现告警信息上报与配置信息下发等功能；对外提供一个UART到风机盘面板，用于风机盘监测控制板的管理维护。

进一步的，所述风机盘风机转速可调，风机盘风机转速设计为0～19级，0级为风机盘风机停转，1级为最低转速级别，19级为最高转速级别；风机盘监测控制板完成对风机盘中的各个风机的状态监测、风机管理和转速控制功能。

进一步的，风机盘风机转速自动控制算法如下：

风机盘自动控制算法的控制周期为5分钟；设入风口温度Tr为环境温度；设板内温度为T；设目标温度值为t；设出风口温度Tc；最大转速对应的板内温度值Tmin；控制允许的最小误差ξ；

1)a为初始转速，b为试调转速，x为经过1次试调后计算得到的下一次试调转速；

2)T1为初始转速下达到的板内温度值，T2为转速试调后的板内温度值，t’为经过1次试调后的板内温度值，当|t’-t|小于一定误差时停止试调；

3)当t<Tmin时，直接以最大转速控制输出；

4)当t>Tmin时，使用如下算法经过多次试调(通常2-3次)即可达到最终控制要求：

(b-x)/(b-a)＝(t’-T2)/(T1-T2) 【1】

计算得：x＝b-(t’-T2)(b-a)/(T1-T2) 【2】

然后输出转速x试调，测量获得t’,当|t’-t|<ξ，停止试调；否则将x，t’分别作为下一次试调的a，T1，根据【2】重新计算x，测量获得新的t’,依次循环计算，直到|t’-t|<ξ再停止试调。

进一步的，所述下风机盘配置有防尘过滤网。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明AC设备智能热管理技术的实现方法，对AC设备的散热性能进行了优化和改善，依据主控板的管理模块负责采集所有板卡的在线信息及所有板卡的温度信息，根据这些信息确定哪些风机需要运转，哪些风机不需要运转，运转的风机需要运行的转速级别，并将这些信息通过系统管理总线I2C下发给上、下风机盘的风机盘监测控制板，风机盘监测控制板完成对上、下风机盘中的各个风机的状态监测、风机管理和转速控制，以实现对整个设备系统散热风机的智能控制，在保证设备系统正常散热的前提下，最合理的管控风机，降低风机的能耗，延长风机的使用寿命，使风机的工作更加高效，从而进一步降低了系统设备的故障率，减少运营商的设备维护工作量，同时起到了节能减排的作用。

附图说明

图1为本发明的风机智能控制示意图；

图2为本发明风机盘自动控制图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明AC设备智能热管理技术的实现方法为，包括作为整个AC设备硬件系统载体的机箱，机箱内设有系统背板、板卡、上风机盘、下风机盘；系统背板、板卡、上风机盘、下风机盘之间通过系统管理总线连接；

所述板卡设有主控板，主控板上的管理模块负责采集所有板卡的在线信息及所有板卡的温度信息；

所述上风机盘、下风机盘上均设有风机盘监测控制板，上风机盘、下风机盘上的板卡和风机盘监测控制板上均设有内置温度传感器，内置温度传感器用于测量所处区域的温度值，提供给风机盘监控板或板卡上的管理控制器，风机盘监测控制板用于对上、下风机盘中的各个风机的状态监测、风机管理和转速控制。根据AC设备的板卡是否在线，以确定相应的风机组是否启动，之后根据各板卡的运行温度智能控制相应散热风机组的转速，从而实现设备的智能热管理。

主控板的管理模块负责采集所有板卡的在线信息及所有板卡的温度信息，根据这些信息确定哪些风机需要运转，哪些风机不需要运转，运转的风机需要运行的转速级别，并将这些信息通过系统管理总线I2C下发给上、下风机盘的风机盘监测控制板并完成对各个风机的智能控制。

AC设备的散热主要由两个支持热插拔的上风机盘、下风机盘组成，其中下风机盘配置有防尘过滤网，每个风机盘都配有一块风机盘监测控制板；下部风机盘吸入外部风流，上部风机盘抽出内部风流，上下风机盘采用推拉方式在插箱内部形成自下向上的风道，实现对AC设备及各板卡的冷却散热；风机监控板通过通讯总线与板卡上的管理控制器进行通讯，查询板卡上板载温度传感器的温度值；每个风机对应一个温控区域，每个温控区域包括2～3块板卡。

机箱的风机盘风机转速可调，风机盘风机转速设计为0～19级，0级为风机盘风机停转，1级为最低转速级别，19级为最高转速级别；风机盘监测控制板完成对风机盘中的各个风机的状态监测、风机管理和转速控制功能。用风机控制器芯片驱动和监视风机。

风机盘与系统背板的接口为：两路系统管理总线I²C，输入电源为：两路-48V直流电源；

MCU采用32位基于ARM内核的微处理器，其应支持两路系统管理总线I²C接口、支持至少10～20路PWM输出；

AC设备的风机采用-48V直流电源供电，转速可调，需要PWM信号驱动，风机的转速输出信号也是PWM信号，AC设备中采用专用风机控制器芯片驱动和监视风机，采用双路-48V直流电源供电，采用微处理器完成配置管理与系统管理总线I²C通讯。

如图1所示为风机盘监测控制板模块框图，包括微处理器模块、风机驱动模块和电源模块；

电源模块从系统背板输入两路-48V直流电源，通过交叉连接，保证任意一路断电时，不影响风机盘工作。电源模块输出2路-48V直流电源，供给风机驱动模块，同时通过开关电源变换，给微处理器模块提供所需的-3.3V直流电源。

风机驱动模块完成5对风机驱动PWM信号的输出，10～20路转速信号采集的功能，并通过系统管理总线I²C与微处理器模块通讯，对外提供10～20路四线风机接口。

微处理器模块完成对风机驱动模块的配置管理功能，并通过系统背板上的2路系统管理总线I²C与机箱管理模块通讯，并实现告警信息上报与配置信息下发等功能。对外提供一个UART到风机盘面板，用于风机盘监测控制板的管理维护。

上、下风机盘定时在系统管理总线I2C空闲时互发心跳来获知对方是否在线，当只有一个风机盘工作时，应全速运行。

风机盘控制模式分为自动模式、手动模式和总线模式，优先级从高至低依次为总线模式→手动模式→自动模式。

自动模式，风机盘根据采集到的温度数据通过自动控制算法才控制风扇的转速。

手动模式，风机盘通过UART串口命令手动设置风扇转速，并将当前的控制模式转为手动模式。

总线模式，风机盘的控制权交给系统管理总线I2C，无条件执行系统管理总线I2C的控制命令，并将当前的控制模式转为总线模式。

参见图2，本发明的自动控制算法如下：

由于温度传感器的测量滞后性，并且板内温度与风力的对应关系也需要一定的时间才能建立(经过实验测定5分钟以上即可)，因此，风机盘自动控制算法的控制周期为5分钟；

设入风口温度Tr为环境温度；设板内温度为T；设目标温度值为t；设出风口温度Tc；最大转速对应的板内温度值Tmin；控制允许的最小误差ξ；

1)a为初始转速，b为试调转速，x为经过1次试调后计算得到的下一次试调转速；

2)T1为初始转速下达到的板内温度值，T2为转速试调后的板内温度值,t’为经过1次试调后的板内温度值，当|t’-t|小于一定误差时停止试调；

3)当t<Tmin时，直接以最大转速控制输出；

4)当t>Tmin时，使用如下算法经过多次试调(通常2-3次)即可达到最终控制要求：

根据图2中所示几何关系：(b-x)/(b-a)＝(t’-T2)/(T1-T2) 【式1】

计算得：x＝b-(t’-T2)(b-a)/(T1-T2) 【式2】

然后输出转速x试调，测量获得t’,当|t’-t|<ξ，停止试调。

否则将x，t’分别作为下一次试调的a，T1，根据【式2】重新计算x，测量获得新的t’,依次循环计算，直到|t’-t|<ξ再停止试调。

Wi-Fi的英文全称为Wireless fidelity,原先是无线保真的缩写，在无线局域网的范畴是指“无线相容性认证”，实质上是一种商业认证，同时也是一种无线联网的技术。

WLAN(Wireless Local Area Network)无线局域网，使用Wi-Fi技术组建的无线网络。

AC(Access Controller)接入控制器，实现对AP的接入控制。

I2C(Inter-Integrated Circuit)是内部整合电路的称呼，是一种串行通讯总线，使用多主从架构，由飞利浦公司在1980年代为了让主板、嵌入式系统或手机用以连接低速周边装置而发展。I2C的正确读法为"I-squared-C"，而"I-two-C"则是另一种错误但被广泛使用的读法，在中国则多以"I方C"称之。

ARM(Advanced RISC Machines),一般指arm(ARM处理器)，耗电少功能强、16位/32位双指令集和合作伙伴众多。

PWM是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。

UART通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常称作UART，是一种通用串行数据总线，用于异步通信。该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收。在嵌入式设计中，UART用来主机与辅助设备通信。

MCU(Micro Control Unit)中文名称为微控制单元，又称单片微型计算机(SingleChip Microcomputer)或者单片机。

Claims (5)

1.一种AC设备智能热管理技术的实现方法，其特征在于，包括作为整个AC设备硬件系统载体的机箱，机箱内设有系统背板、板卡、上风机盘、下风机盘；系统背板、板卡、上风机盘、下风机盘之间通过系统管理总线I2C连接；

所述板卡设有主控板，主控板上的管理模块负责采集所有板卡的在线信息及所有板卡的温度信息；

所述上风机盘、下风机盘上均设有风机盘监测控制板，上风机盘、下风机盘上的板卡和风机盘监测控制板上均设有内置温度传感器，风机盘监测控制板用于对上、下风机盘中的各个风机的状态监测、风机管理和转速控制；所述风机盘监测控制板包括微处理器模块、风机驱动模块和电源模块；

电源模块从系统背板输入两路-48V直流电源，通过交叉连接，保证任意一路断电时，不影响风机盘工作，电源模块输出两路-48V直流电源，供给风机驱动模块，同时通过开关电源变换，给微处理器模块提供所需的-3.3V直流电源；

风机驱动模块完成对风机驱动PWM信号的输出，10～20路转速信号采集的功能，并通过系统管理总线I2C与微处理器模块通讯，对外提供10～20路四线风机接口；

微处理器模块完成对风机驱动模块的配置管理功能，并通过系统背板上的2路系统管理总线I2C与机箱管理模块通讯，并实现告警信息上报与配置信息下发功能；对外提供一个UART到风机盘面板，用于风机盘监测控制板的管理维护；

根据AC设备的板卡是否在线，以确定相应的风机组是否启动，之后根据各板卡的运行温度智能控制相应散热风机组的转速，从而实现设备的智能热管理。

2.根据权利要求1所述的AC设备智能热管理技术的实现方法，其特征在于，主控板的管理模块根据所采集的信息确定哪些风机需要运转，哪些风机不需要运转，运转的风机需要运行的转速级别，并将这些信息通过系统管理总线I2C下发给上、下风机盘的风机盘监测控制板并完成对各个风机的智能控制。

3.根据权利要求1所述的AC设备智能热管理技术的实现方法，其特征在于，所述风机盘风机转速可调，风机盘风机转速设计为0～19级，0级为风机盘风机停转，1级为最低转速级别，19级为最高转速级别；风机盘监测控制板完成对风机盘中的各个风机的状态监测、风机管理和转速控制功能。

4.根据权利要求3所述的AC设备智能热管理技术的实现方法，其特征在于，风机盘风机转速自动控制算法如下：

风机盘风机转速自动控制算法的控制周期为5分钟；设入风口温度Tr为环境温度；设板内温度为T；设目标温度值为t；设出风口温度Tc；最大转速对应的板内温度值Tmin；控制允许的最小误差ξ；

1)a为初始转速，b为试调转速，x为经过1次试调后计算得到的下一次试调转速；

2)T1为初始转速下达到的板内温度值，T2为转速试调后的板内温度值，t’为经过1次试调后的板内温度值，当|t’-t|小于一定误差时停止试调；

3)当t<Tmin时，直接以最大转速控制输出；

4)当t>Tmin时，使用如下算法经过多次试调即可达到最终控制要求：

(b-x)/(b-a)＝(t’-T2)/(T1-T2) 【1】

计算得：x＝b-(t’-T2)(b-a)/(T1-T2) 【2】

然后输出转速x试调，测量获得t’,当|t’-t|<ξ，停止试调；否则将x，t’分别作为下一次试调的a，T1，根据【2】重新计算x，测量获得新的t’,依次循环计算，直到|t’-t|<ξ再停止试调。

5.根据权利要求1所述的AC设备智能热管理技术的实现方法，其特征在于，所述下风机盘配置有防尘过滤网。