CN109253099B - 一种基站风扇控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基站风扇控制方法及装置，涉及无线基站通讯技术领域，其方法包括：风扇主控单板利用采集的各单板上关键性器件温度，计算出用于基站风扇调速的第一PWM值；风扇主控单板利用采集的各单板进风口温度，计算出用于基站风扇调速的第二PWM值；风扇主控单板根据所述第一PWM值和所述第二PWM值，确定用于基站风扇调速的最终PWM值。

Description

一种基站风扇控制方法及装置

技术领域

本发明涉及无线基站通讯技术领域，特别涉及一种基站风扇控制方法及装置。

背景技术

无线基站是一种计算密集型设备，当基站的业务量多的时候，基站内单板的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)及一些核心芯片会产生大量的热量，如果不及时将热量散发出去，会导致单板温度升高乃至单板由于过温烧坏，严重影响基站的稳定性及可靠性。目前风扇调速一般采取单一的控制方法，如线性调速、PID(比例(proportion)、积分(integration)、微分(differentiation))调速。线性调速由于没有反馈，预测性比较差，容易造成风扇振荡，造成较大的噪音，PID调速应用在发动机等其他领域，暂时没有应用在无线基站领域。

发明内容

根据本发明实施例提供的方案解决的技术问题是基站噪音大以及烧坏单板器件的问题。

根据本发明实施例提供的一种基站风扇控制方法，包括：

风扇主控单板利用采集的各单板上关键性器件温度，计算出用于基站风扇调速的第一PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)值；

风扇主控单板利用采集的各单板进风口温度，计算出用于基站风扇调速的第二PWM值；

风扇主控单板根据所述第一PWM值和所述第二PWM值，确定用于基站风扇调速的最终PWM值。

优选地，所述风扇主控单板利用采集的各单板上关键性器件温度，计算出用于基站风扇调速的第一PWM值包括：

风扇主控单板根据当前周期采集的单板上关键性器件温度和上周期采集的单板上关键性器件温度，计算出本次风扇控制需要的增量△PWM；

风扇主控板根据所述关键性器件的△PWM与上周期用于风扇调速的最终PWM值，计算出所述关键性器件的PWM值；

风扇主控板通过将所有计算出的关键性器件PWM值进行比较，选取最大的PWM值作为用于基站风扇调速的第一PWM值。

优选地，所述风扇主控单板根据当前周期采集的单板上关键性器件温度和上周期采集的单板上关键性器件温度，计算出本次风扇控制需要的增量△PWM包括：

其中，所述K_P为比例系数；所述t为当前周期关键性器件温度；所述t_hope为关键性器件的PID定标温度；所述t₀为上周期关键性器件温度；所述T_I为积分时间常数；T为温度采样周期。

优选地，所述风扇主控单板利用采集的各单板进风口温度，计算出用于基站风扇调速的第二PWM值包括：

风扇主控单板根据采集的单板进风口温度，确定所述单板的线性算法；

风扇主控单板根据所确定的线性算法，计算出所述单板的PWM值；

风扇主控板通过将所有计算出的单板PWM值进行比较，选取最大的PWM值作为用于基站风扇调速的第二PWM值。

优选地，所述风扇主控单板根据采集的单板进风口温度，确定所述单板的线性算法包括：

若采集的单板进风口温度小于预置的第一拐点温度值，则风扇主控单板确定所述单板的线性算法为PWM＝PWM_min；

若采集的单板进风口温度大于预置的第一拐点温度值且小于预置的第二拐点温度值，则风扇主控单板确定所述单板的线性算法为PWM＝kt+b；

若采集的单板进风口温度大于预置的第二拐点温度值，则风扇主控单板确定所述单板的线性算法为PWM＝PWM_max；

其中，所述PWM_min是指基站需要的最小调速值；所述PWM_max是指基站风扇的全速值；k>0；-255<b<0；所述第一拐点温度值小于所述第二拐点温度值。

根据本发明实施例提供的一种基站风扇控制装置，包括：

第一计算模块，用于利用采集的各单板上关键性器件温度，计算出用于基站风扇调速的第一PWM值；

第二计算模块，用于利用采集的各单板进风口温度，计算出用于基站风扇调速的第二PWM值；

确定模块，用于根据所述第一PWM值和所述第二PWM值，确定用于基站风扇调速的最终PWM值。

优选地，所述第一计算模块包括：

计算单元，用于根据当前周期采集的单板上关键性器件温度和上周期采集的单板上关键性器件温度，计算出本次风扇控制需要的增量△PWM，以及根据所述关键性器件的△PWM与上周期用于风扇调速的最终PWM值，计算出所述关键性器件的PWM值；

选取单元，用于通过将所有计算出的关键性器件PWM值进行比较，选取最大的PWM值作为用于风扇调速的第一PWM值。

优选地，所述计算△PWM公式为：

其中，所述K_P为比例系数；所述t为当前周期关键性器件温度；所述t_hope为关键性器件的PID定标温度；所述t₀为上周期关键性器件温度；所述T_I为积分时间常数；T为温度采样周期。

优选地，所述第二计算模块包括：

确定单元，用于根据采集的单板进风口温度，确定所述单板的线性算法；

计算单元，用于根据所确定的线性算法，计算出所述单板的PWM值；

选取单元，用于通过将所有计算出的单板PWM值进行比较，选取最大的PWM值作为用于风扇调速的第二PWM值。

优选地，所述确定单元包括：

确定子单元，用于当采集的单板进风口温度小于预置的第一拐点温度值，则确定所述单板的线性算法为PWM＝PWM_min，当采集的单板进风口温度大于预置的第一拐点温度值且小于预置的第二拐点温度值，则确定所述单板的线性算法为PWM＝kt+b，以及当采集的单板进风口温度大于预置的第二拐点温度值，则确定所述单板的线性算法为PWM＝PWM_max；

其中，所述PWM_min是指基站需要的最小调速值；所述PWM_max是指基站风扇的全速值；k>0；-255<b<0；所述第一拐点温度值小于所述第二拐点温度值。

根据本发明实施例提供的方案，取得了降低基站噪声、降低了单板损坏率的进步，达到了稳定控制基站温度的效果，节省了维护成本，提高了基站的稳定性及可维护性等等。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基站风扇控制方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种基站风扇控制装置的示意图；

图3是本发明实施例提供的PID调速与线性调速相结合风扇控制流程图；

图4是本发明实施例提供的基站风扇控制PID方法流程图；

图5是本发明实施例提供的基站风扇控制线性调速方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本文中所述的关键性器件是指在单板上起到重要作用的器件，比如该器件的好坏直接影响到该单板的使用功能。

图1是本发明实施例提供的一种基站风扇控制方法的流程图，如图1所示，包括：

步骤S101：风扇主控单板利用采集的各单板上关键性器件温度，计算出用于基站风扇调速的第一PWM值；

步骤S102：风扇主控单板利用采集的各单板进风口温度，计算出用于基站风扇调速的第二PWM值；

步骤S103：风扇主控单板根据所述第一PWM值和所述第二PWM值，确定用于基站风扇调速的最终PWM值。

其中，所述风扇主控单板利用采集的各单板上关键性器件温度，计算出用于基站风扇调速的第一PWM值包括：风扇主控单板根据当前周期采集的单板上关键性器件温度和上周期采集的单板上关键性器件温度，计算出本次风扇控制需要的增量△PWM；风扇主控板根据所述关键性器件的△PWM与上周期用于风扇调速的最终PWM值，计算出所述关键性器件的PWM值；风扇主控板通过将所有计算出的关键性器件PWM值进行比较，选取最大的PWM值作为用于基站风扇调速的第一PWM值。

其中，所述风扇主控单板根据当前周期采集的单板上关键性器件温度和上周期采集的单板上关键性器件温度，计算出本次风扇控制需要的增量△PWM包括：

其中，所述K_P为比例系数；所述t为当前周期关键性器件温度；所述t_hope为关键性器件的PID定标温度；所述t₀为上周期关键性器件温度；所述T_I为积分时间常数；T为温度采样周期。

其中，所述风扇主控单板利用采集的各单板进风口温度，计算出用于基站风扇调速的第二PWM值包括：风扇主控单板根据采集的单板进风口温度，确定所述单板的线性算法；风扇主控单板根据所确定的线性算法，计算出所述单板的PWM值；风扇主控板通过将所有计算出的单板PWM值进行比较，选取最大的PWM值作为用于基站风扇调速的第二PWM值。

其中，所述风扇主控单板根据采集的单板进风口温度，确定所述单板的线性算法包括：若采集的单板进风口温度小于预置的第一拐点温度值，则风扇主控单板确定所述单板的线性算法为PWM＝PWM_min；若采集的单板进风口温度大于预置的第一拐点温度值且小于预置的第二拐点温度值，则风扇主控单板确定所述单板的线性算法为PWM＝kt+b；若采集的单板进风口温度大于预置的第二拐点温度值，则风扇主控单板确定所述单板的线性算法为PWM＝PWM_max；其中，所述PWM_min是指基站需要的最小调速值；所述PWM_max是指基站风扇的全速值；k>0；-255<b<0；所述第一拐点温度值小于所述第二拐点温度值。

图2是本发明实施例提供的一种基站风扇控制装置的示意图，如图2所示，包括：第一计算模块201，用于利用采集的各单板上关键性器件温度，计算出用于基站风扇调速的第一PWM值；第二计算模块202，用于利用采集的各单板进风口温度，计算出用于基站风扇调速的第二PWM值；确定模块203，用于根据所述第一PWM值和所述第二PWM值，确定用于基站风扇调速的最终PWM值。

其中，所述第一计算模块201包括：计算单元，用于根据当前周期采集的单板上关键性器件温度和上周期采集的单板上关键性器件温度，计算出本次风扇控制需要的增量△PWM，以及根据所述关键性器件的△PWM与上周期用于风扇调速的最终PWM值，计算出所述关键性器件的PWM值；选取单元，用于通过将所有计算出的关键性器件PWM值进行比较，选取最大的PWM值作为用于风扇调速的第一PWM值。

具体地说，所述计算△PWM公式为：

其中，所述K_P为比例系数；所述t为当前周期关键性器件温度；所述t_hope为关键性器件的PID定标温度；所述t₀为上周期关键性器件温度；所述T_I为积分时间常数；T为温度采样周期。

其中，所述第二计算模块202包括：确定单元，用于根据采集的单板进风口温度，确定所述单板的线性算法；计算单元，用于根据所确定的线性算法，计算出所述单板的PWM值；选取单元，用于通过将所有计算出的单板PWM值进行比较，选取最大的PWM值作为用于风扇调速的第二PWM值。

具体地说，所述确定单元包括：确定子单元，用于当采集的单板进风口温度小于预置的第一拐点温度值，则确定所述单板的线性算法为PWM＝PWM_min，当采集的单板进风口温度大于预置的第一拐点温度值且小于预置的第二拐点温度值，则确定所述单板的线性算法为PWM＝kt+b，以及当采集的单板进风口温度大于预置的第二拐点温度值，则确定所述单板的线性算法为PWM＝PWM_max；其中，所述PWM_min是指基站需要的最小调速值；所述PWM_max是指基站风扇的全速值；k>0；-255<b<0；所述第一拐点温度值小于所述第二拐点温度值。

图3是本发明实施例提供的PID调速与线性调速相结合风扇控制流程图，包括以下模块：

A、温度采集模块，采集基站内各单板的关键器件温度、进风口温度，为PID算法和线性调速算法提供输入。

B、PID调速模块，利用增量型PID模型，根据输入关键器件的温度，得到本次ΔPWM，将上次ΔPWM加上PWM作为本次PID方法的输出。

C、线性调速模块，利用风扇的线性调速曲线，根据各单板的进风口温度，计算每个单板的PWM值，取基站内各单板的最大PWM值作为线性调速模块的输出。

D、决策模块，决策当前时刻采用何种方法调速。取PID方法和线性调速的方法的PWM最大值。

下面结合图4和图5对本发明实施例的具体方案进行说明，具体包括以下步骤：

第一步，基站风扇主控单板采集基站内各单板的关键器件温度、进风口温度。

第二步，根据各单板的关键器件温度，用PID算法计算出ΔPWM，将上次PWM加上ΔPWM作为PID算法的输出的PWM。

参数选择如下：

1、目标函数。

PID控制方程为

其中，e(t)为误差，在通信设备的风机调速中，这一变量一般取器件t时刻温度值与目标温度值之差。K_p、T_I、T_D分别表示比例系数、积分时间常数、微分时间常数。输出值即为风机转速，对于PWM控速的风机，此值为占空比。基站采用增量型PID控制方法，

因此目标函数为：

调速算法中，微分项(包含T_D的项)依据当前温度与目标温度差值的变化率的大小，预判误差变动趋势，对风机转速进行调整，以达到快速稳定的目的。但当此参数不合理时，却会导致转速持续振荡。通讯系统的散热问题影响因素复杂，因此为了实现方便，舍弃微分项，目标函数简化为：

在基站风扇调速中，上式等价为：

其中，t_hope表示关键器件的PID定标温度。t表示当前读取到的器件温度传感器值，t₀表示上一次采样所得器件温感值，T为温度的采样周期。

2、参数的选取。

ΔPWM(n)三个参数的取值范围为：K_P∈[0.2,2],T_I∈[20,50],T∈[3,20]

当风扇需要增加转速时，ΔPWM为正值，风扇需要降速时，ΔPWM为负值，参数的确定需要通过不断的测试获得。

第三步，根据基站内各单板的进风口温度，应用线性调速方法，算出各单板的PWM值，取最高的PWM值为线性调速的PWM值。

基站可以插多种不同类型的单板，每种单板对应一条特定的调速曲线，每个单板的调速曲线根据单板的器件特性得到，单板调速曲线可以表示为：

根据进风口温度，每个单板可以算出一个对应的PWM值，线性调速方法在基站业务量低的时候单板器件不被烧坏。

第四步，根据第二步和第三步的PWM值，比较两种方法所得的PWM值，选出两种方法中最大的PWM值作为本次调速的PWM值。

下面给出两个具体的实施例：

实施例一：

基站内单板类型不同，关键器件的个数也不同，在单板上尽量选择多的关键器件的温度，作为PID方法的输入，这样参与调速的温度越多，调速越准确。

(1)基站内所有单板使用相同的PID参数。首先确定初始的PID参数值，然后在不同的温度下，不断优化PID的两参数，确保基站内单板工作在适宜的温度、基站噪音在可接受范围内、风扇振荡较小，最终选择一组均衡的参数作为PID的调速参数。

(2)基站内所有单板使用一条线性调速曲线。首先，确定一条初始的曲线，然后在不同的温度环境下，不断调曲线的拐点与斜率，最终确定一条均衡的适应基站多个单板的曲线。

(3)PID方法参数和线性调速曲线确定后，当业务量较大时，风扇调速使用的是PID调速，可以使基站保持适宜的温度，保证单板关键器件正常工作。当业务量较小时，风扇调速选择的是线性调速，保证了单板没有温感的器件不被烧坏。

实施例二：

基站内单板类型不同，关键器件的个数也不同，在单板上尽量选择多的关键器件的温度，作为PID方法的输入，这样参与调速的温度越多，调速越准确。

(1)不同的关键器件使用不同的PID参数。一个单板有多个关键器件参与调速，每个关键器件的PID定标温度不同，因此PID算法的参数也可以不同，给定一个关键芯片的PID参数初始值，在不同的温度下，不断优化PID参数，使芯片温度工作在适宜温度，最终得到一组适合该关键芯片的PID参数。其他的关键芯片的PID参数确定方法类似。

(2)不同的单板采用不同的调速曲线。对于一个特定的单板，准备一条初始的线性调速曲线，不断调整单板的温度，同时调整曲线的拐点与斜率，使单板工作在适宜的温度，保证单板无温感器件不被烧坏，最终确定一条适合该单板的线性调速曲线。

(3)PID方法参数和线性调速曲线确定后，当业务量较大时，风扇调速使用的是PID调速，可以使基站保持适宜的温度，保证单板关键器件正常工作。当业务量较小时，风扇调速选择的是线性调速，保证了单板没有温感的器件不被烧坏。

根据本发明实施例提供的方案，一方面在应对基站业务量大的时候能够保证基站单板关键器件能能够正常工作，另一方面当业务量少的时候，能够保证单板无温度传感器的器件正常工作，始终使基站温度保持在一个适宜的范围之内。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基站风扇控制方法，包括：

风扇主控单板利用PID调速算法和采集的基站各单板上关键性器件温度，计算出用于基站风扇调速的第一PWM值，其包括：

风扇主控单板根据当前周期采集的单板上关键性器件温度和上周期采集的单板上关键性器件温度，计算出本次风扇控制需要的增量△PWM；

风扇主控单板根据所述关键性器件的△PWM与上周期用于风扇调速的最终PWM值，计算出所述关键性器件的PWM值；

风扇主控单板通过将所有计算出的关键性器件PWM值进行比较，选取最大的PWM值作为用于基站风扇调速的第一PWM值；

风扇主控单板利用风扇的线性调速曲线和采集的基站各单板进风口温度，计算出用于基站风扇调速的第二PWM值；

风扇主控单板根据所述第一PWM值和所述第二PWM值，确定用于基站风扇调速的最终PWM值；

其中，所述计算出本次风扇控制需要的增量△PWM公式为：

其中，所述PWM是指脉冲宽度调制；所述K_P为比例系数；所述t为当前周期关键性器件温度；所述t_hope为关键性器件的比例积分微分PID定标温度；所述t₀为上周期关键性器件温度；所述T_I为积分时间常数；T为温度采样周期。

2.根据权利要求1所述的方法，所述风扇主控单板利用采集的各单板进风口温度，计算出用于基站风扇调速的第二PWM值包括：

风扇主控单板根据采集的单板进风口温度，确定所述单板的线性算法；

风扇主控单板根据所确定的线性算法，计算出所述单板的PWM 值；

风扇主控单板通过将所有计算出的单板PWM值进行比较，选取最大的PWM值作为用于基站风扇调速的第二PWM值。

3.根据权利要求2所述的方法，所述风扇主控单板根据采集的单板进风口温度，确定所述单板的线性算法包括：

若采集的单板进风口温度小于预置的第一拐点温度值，则风扇主控单板确定所述单板的线性算法为PWM＝PWM_min；

若采集的单板进风口温度大于预置的第一拐点温度值且小于预置的第二拐点温度值，则风扇主控单板确定所述单板的线性算法为PWM＝kt+b；

若采集的单板进风口温度大于预置的第二拐点温度值，则风扇主控单板确定所述单板的线性算法为PWM＝PWM_max；

其中，所述PWM_min是指基站需要的最小调速值；所述PWM_max是指基站风扇的全速值；k>0；-255<b<0；所述第一拐点温度值小于所述第二拐点温度值。

4.一种基站风扇控制装置，包括：

第一计算模块，用于利用PID调速算法和采集的基站各单板上关键性器件温度，计算出用于基站风扇调速的第一PWM值，其包括：

计算单元，用于根据当前周期采集的单板上关键性器件温度和上周期采集的单板上关键性器件温度，计算出本次风扇控制需要的增量△PWM，以及根据所述关键性器件的△PWM与上周期用于风扇调速的最终PWM值，计算出所述关键性器件的PWM值；

选取单元，用于通过将所有计算出的关键性器件PWM值进行比较，选取最大的PWM值作为用于风扇调速的第一PWM值；

第二计算模块，用于利用风扇的线性调速曲线和采集的基站各单板进风口温度，计算出用于基站风扇调速的第二PWM值；

确定模块，用于根据所述第一PWM值和所述第二PWM值，确定用于基站风扇调速的最终PWM值；

其中，所述计算出本次风扇控制需要的增量△ PWM 公式为 ：

其中，所述PWM是指脉冲宽度调制；所述K_P为比例系数；所述t为当前周期关键性器件温度；所述t_hope为关键性器件的比例积分微分PID定标温度；所述t₀为上周期关键性器件温度；所述T_I为积分时间常数；T为温度采样周期。

5.根据权利要求4所述的装置，所述第二计算模块包括：

确定单元，用于根据采集的单板进风口温度，确定所述单板的线性算法；

计算单元，用于根据所确定的线性算法，计算出所述单板的PWM值；

选取单元，用于通过将所有计算出的单板PWM值进行比较，选取最大的PWM值作为用于风扇调速的第二PWM值。

6.根据权利要求5所述的装置，所述确定单元包括：

确定子单元，用于当采集的单板进风口温度小于预置的第一拐点温度值，则确定所述单板的线性算法为PWM＝PWM_min，当采集的单板进风口温度大于预置的第一拐点温度值且小于预置的第二拐点温度值，则确定所述单板的线性算法为PWM＝kt+b，以及当采集的单板进风口温度大于预置的第二拐点温度值，则确定所述单板的线性算法为PWM＝PWM_max；

其中，所述PWM_min是指基站需要的最小调速值；所述PWM_max是指基站风扇的全速值；k>0；-255<b<0；所述第一拐点温度值小于所述第二拐点温度值。

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