CN115013342A - 一种冗余设计的风扇转速控制系统及方法 - Google Patents

一种冗余设计的风扇转速控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

一种冗余设计的风扇转速控制系统及方法，包括机箱，机箱内设置待冷却设备，机箱上设置风扇，该系统还包括控制装置及多个温度采集设备，多个温度采集设备分布在待冷却设备上并均与控制装置通信连接，控制装置与风扇通信连接，温度采集设备将温度数值传输至控制装置，控制装置根据温度数值控制风扇的运转；控制装置包括用于存储设定值的存储模块、用于将温度采集设备采集的温度数值与设定值对比运算并根据运算结果向风扇发送指令的处理模块。与现有技术相比，本发明的有益之处在于：设置多个温度采集设备，并通过控制装置控制风扇运转，提高了系统温度控制的可靠性，并且该系统能够适应不同温度的环境，应用范围广。

Description

一种冗余设计的风扇转速控制系统及方法
技术领域
本发明涉及温度控制技术领域，具体涉及一种冗余设计的风扇转速控制系统及方法。
背景技术
如图1所示的风冷机箱，包括板卡、背板组件、连接器、风扇。板卡正常工作时产生热耗，依靠风扇吸入的冷空气把热量带走。随着机箱的集成化程度的提高，板卡热耗越来越高，需要冷却的设备越来越多，需要增加风扇的数量及转速，因此，风扇噪声越来越大，严重影响使用体验。为此需要引入风扇转速控制系统。
目前风扇转速控制系统有2种控制策略：策略1是板卡和背板组件能建立通信协议，背板组件直接读出板卡芯片核心温度，在此基础上建立转速控制系统；策略2是板卡和背板组件不能建立通信协议，需要加装温度传感器，间接建立转速控制系统。策略2的控制逻辑如图2所示。
由图2可知，策略2的控制核心是温度传感器的测量值和控制系统温度预设值的对比判定。当传感器正常工作时，此控制系统可以正常工作，当传感器松脱或损坏时，此控制系统就不能正常工作。以传感器松脱为例，此时温度传感器测量的温度低于板卡的实际温度，控制系统判定板卡的温度降低，此时风扇会得到降低转速的指令，风扇转速降低，板卡的温度会升高，极端情况下导致板卡高温保护死机。
发明内容
为解决上述风扇转速控制系统可靠性不高的技术问题，本发明提供一种冗余设计的风扇转速控制系统及方法。
本发明的目的是采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种冗余设计的风扇转速控制系统，包括机箱，机箱内设置待冷却设备，机箱上设置风扇，该系统还包括控制装置及多个温度采集设备，多个温度采集设备分布在待冷却设备上并均与控制装置通信连接，控制装置与风扇通信连接，温度采集设备将温度数值传输至控制装置，控制装置根据温度数值控制风扇的运转；控制装置包括用于存储设定值的存储模块、用于将温度采集设备采集的温度数值与设定值对比运算并根据运算结果向风扇发送指令的处理模块。
进一步的，所述温度采集装置为温度传感器。
进一步的，所述温度采集装置安装在机箱的不同位置，测得的温度值具有差异。
进一步的，所述待冷却设备为板卡，板卡通过背板组件与连接器连接。
一种冗余设计的风扇转速控制方法，该方法基于一种冗余设计的风扇转速控制系统，包括以下步骤：
步骤1：将所有温度采集设备按照优先级进行排序，并将优先级顺序存入处理模块，处理模块以靠前的温度采集设备正常工作时的温度为准控制风扇转速，处理模块还存储有运行逻辑的算法及数据C的算法；
步骤2：在同一温度下，利用该系统仿真获取各个温度采集设备在不同工况下测得的温度值，并在处理模块中获取对应温度下不同工况的数据C，将上述温度值及数据C存入存储模块中；
步骤3：多次调整仿真测试环境所处的温度，并在每个温度下，重复步骤2；
步骤4：将本系统放置在实际工作环境中，温度采集设备采集温度数值，处理模块计算数据c1，将c1与数据C对比，得出本系统所处的环境对应的数据C，并将采集的温度数值与数据C对应的其他设定值对比，得出温度采集设备的优先级顺序，判断出本系统所处的工况，并发送信号给风扇以控制风扇的转速。
进一步的，所述温度采集设备测得的温度值大于对应的预设值时，两者的差值为s，s为正值；所述温度采集设备测得的温度值小于对应的预设值时，两者的差值为t，t为负值；温度采集设备测得的温度值减去对应的预设值后得出的差值大于s，控制装置发出指令增加风扇转速，差值低于t时，控制装置发出指令降低风扇转速，传感器II测得的温度值与控制系统预先设定的温度值接近且差值处于t与s之间时，控制装置维持当前转速。
进一步的，所述s、t通过多次仿真测试获得，机箱内的待冷却设备温度值与对应的预设值差值在t与s之间时，机箱内的待冷却设备正常工作。
进一步的，所述温度采集设备松脱时，设定此时测得的温度值为u，u小于或等于v，当温度采集设备测得的温度值为u时，控制装置接收到该温度值后，调整为以该温度采集设备优先顺序之后且正常工作的温度采集设备测得的温度为准控制风扇调速；当所有温度采集设备松脱时，控制风扇全速运转。
进一步的，所述v值根据试验仿真测得，在试验仿真时，将温度采集设备放置在松脱后多个可能处于的位置，测出各个位置的温度值，取最大值。
进一步的，所述温度采集设备损坏时，控制装置不能接收到对应的温度值，调整为以该温度采集设备优先顺序之后的温度采集设备测得的温度为准控制风扇调速；当所有温度采集设备损坏时，控制风扇全速运转。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：设置多个温度采集设备，并通过控制装置控制风扇运转，提高了系统温度控制的可靠性，并且该系统能够适应不同温度的环境，应用范围广。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为风冷机箱的结构图；
图2为现有技术中的风扇转速控制系统的逻辑图；
图3为本发明一种冗余设计的风扇转速系统及方法实施例的逻辑图。
【附图标记】
1-风扇，2-连接器，3-背板组件，4-板卡。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明一种冗余设计的风扇转速控制系统及方法的实施例，如图3所示，本发明基于背景技术中的策略2，提出了包含冗余设计的风扇转速控制系统及方法。该控制系统及方法可以改善以前控制方法的弊端，提高系统温度控制的稳定性。
改进后的控制系统控制原理如图3所示，控制系统包括温度采集设备和控制装置，在本实施例中，温度采集设备采用温度传感器，控制装置包括处理模块和存储模块，控制装置集成设置在芯片上，温度传感器通过导线与控制装置通信连接。温度传感器设置在机箱内待冷却设备所在位置处，在本实施例中，待冷却设备为板卡，板卡通过背板组件与连接器连接，机箱上设置风扇，控制装置与风扇通过导线通信连接，板卡可拆卸设置在机箱内。以两个温度传感器为例进行说明，本系统中处理模块的运行逻辑如下。
两个温度传感器分别为传感器I、传感器II，设定这两个温度传感器的优先级，在本实施例中，传感器I的优先级大于传感器II的优先级，当两个传感器均正常工作时，以传感器I测得的温度值为准。两传感器的优先级顺序已事先写入控制装置的处理模块。
当传感器I安装在测量位置并正常工作时，以传感器I的温度控制风扇转速。设定传感器I大于控制系统预先设定的温度值时，传感器I测得的温度值减去控制系统设定的温度值得出的差值为s1，s1为正值；传感器I测得的温度值小于控制系统设定的温度值时，传感器I测定的温度值减去控制系统设定的温度值得出的差值为t1，t1为负值。s1、t1为临界值，其数值根据待冷却设备的特性进行设定，具体的值需要根据试验仿真测得，只要保证当传感器I测得的温度值与控制系统设定的温度值之间的差值在t1与s1之间时，待冷却设备能够正常工作。仿真测得的s1、t1已事先写入控制装置的存储模块。
传感器I测得的温度值减去控制系统设定的温度值后得出的差值大于s1，控制装置发出指令增加风扇转速，差值低于t1时，控制装置发出指令降低风扇转速，传感器I测得的温度值与控制系统预先设定的温度值接近且差值处于t1与s1之间时，控制装置维持当前转速。
传感器II安装在另一测量位置并正常工作，同时传感器I松脱或损坏而不能正常工作，以传感器II的温度控制风扇转速。设定传感器II大于控制系统预先设定的温度值时，传感器II测得的温度值减去控制系统设定的温度值得出的差值为s2，s2为正值；传感器II测得的温度值小于控制系统设定的温度值时，传感器II测定的温度值减去控制系统设定的温度值得出的差值为t2，t2为负值。s2、t2为临界值，其数值根据待冷却设备的特性进行设定，具体的值需要根据试验仿真测得，只要保证当传感器II测得的温度值与控制系统设定的温度值之间的差值在t2与s2之间时，待冷却设备能够正常工作。将仿真测得的s2、t2写入控制装置的存储模块。
传感器II测得的温度值减去控制系统设定的温度值后得出的差值大于s2，控制装置发出指令增加风扇转速，差值低于t2时，控制装置发出指令降低风扇转速，传感器II测得的温度值与控制系统预先设定的温度值接近且差值处于t2与s2之间时，控制装置维持当前转速。
当传感器I松脱或损坏时，传感器I测得的温度值远低于控制系统预设的温度值或者传感器I不能测出温度值。当传感器I松脱时，设定此时传感器I测得的温度值为u1，u1为变量，u1小于或等于v1，其中v1具体的值需要根据试验仿真测得。在试验仿真时，根据具体情况，将传感器I放置在松脱后多个可能处于的位置，测出该位置的温度值，测量时，将待冷却设备放置在所工作的环境中。为保证测量的可靠性，在待冷却设备的一个工作周期内，使用传感器I多次测量取最大值，最终得出v1，将v1写入控制装置的存储模块。当传感器I损坏时，控制装置不能接收到传感器I的温度值。
当传感器I测得的温度值为u1时，控制装置接收到该温度值进行对比后，调整为以传感器II的温度控制风扇调速。当传感器I损坏，不能测出温度值，控制装置不能接收到温度值，同样调整为以传感器II的温度控制风扇调速。
当传感器II松脱或损坏时，传感器II测得的温度值远低于控制系统预设的温度值或者传感器II不能测出温度值。当传感器II松脱时，设定此时传感器II测得的温度值为u2，u2为变量，u2小于或等于v2，其中v2具体的值需要根据试验仿真测得。在试验仿真时，根据具体情况，将传感器II放置在松脱后多个可能处于的位置，测出该位置的温度值，测量时，将待冷却设备放置在所工作的环境中。为保证测量的可靠性，在待冷却设备的一个工作周期内，使用传感器II多次测量取最大值，最终得出v2，将v2写入控制装置的存储模块。当传感器II损坏时，控制装置不能接收到传感器II的温度值。
当两个传感器同时损坏或松脱时，即，传感器I测得的温度值为u1，传感器II测得的温度值为u2，或者，控制装置不能接收到温度值，控制装置控制风扇全速转动。上述为本系统处理模块的运行逻辑。以两个传感器为例说明该系统的工作过程。
选择机箱合适的传感器安装位置A、B，安装位置A、B具有一定的间距，以保证两个位置测得的实际温度具有一定的差异，保证控制装置能够识别两个传感器。分别在安装位置A、B安装传感器，并设置该系统，为了扩大本系统的使用范围，使本系统能够适应不同使用环境下的温度，针对机箱可能的使用环境分别进行仿真测试，即，对每一种机箱的使用环境，按照表1中的传感器实际工作状态的9种工况进行仿真测试。将机箱及传感器所处测试环境的温度按照实际情况进行调整，不同温度的测试环境下均进行9种工况下的仿真测试。在同一温度下的其中一种工况下，分别获取A、B两点对应的温度数据a和b，为了数据的准确性，多次测量取多组a、b数值，并将温度数据a和b按照算法进行计算，获得对应唯一的数据C，获得的数据C与该环境下的温度以及工况相关，因此，不同环境下不同工况对应的数据C均不相同，依次在同一温度下其他工况下测出对应的温度数据a和b，并获得对应的C值，如表1所示9种工况的数据C，分别为对应的C-1、C-2、C-3、C-4、C-5、C-6、C-7、C-8、C-9，将同一温度不同工况下的a、b、C作为设定值写入控制装置的存储模块，同时将传感器I对应的s1、t1以及传感器II对应的s2、t2作为设定值存入存储模块。接下来，调整环境温度，并将不同温度下中的a、b、C、s1、t1、s2、t2作为设定值存入控制装置的存储模块，在仿真前，已将上述运行逻辑的算法及数据C的算法作为计算机程序写入处理模块，并将传感器I、传感器II的优先级顺序存入处理模块。在仿真的同时，上述v1、v2已包含在对应工况的a、b数值中。为了保证数据的准确性，可多次测量取值。
表1数据C与工况对应汇总表
工况分析 数据C说明
工况1 A点传感器正常，B点传感器正常，写入数据C-1
工况2 A点传感器正常，B点传感器松脱，写入数据C-2
工况3 A点传感器正常，B点传感器损坏，写入数据C-3
工况4 A点传感器松脱，B点传感器正常，写入数据C-4
工况5 A点传感器松脱，B点传感器松脱，写入数据C-5
工况6 A点传感器松脱，B点传感器损坏，写入数据C-6
工况7 A点传感器损坏，B点传感器正常，写入数据C-7
工况8 A点传感器损坏，B点传感器松脱，写入数据C-8
工况9 A点传感器损坏，B点传感器损坏，写入数据C-9
将机箱设置实际工作环境下工作时，传感器I布置在机箱A点，获取的温度为a1；传感器II布置在机箱B点，获取温度为b1，按照预设计算程序，获取a1和b1的运算值c1。然后将c1值和预设值C进行对比，确定环境温度及工况，然后将a1、b1与该环境温度下对应的预设值进行比较，得出优先级顺序，具体的比较过程详见上述处理模块的运行逻辑，并根据比较情况判断工况。最终程序的执行情况如表2所示。
表2工况汇总
工况分析 执行程序
工况1 按照A点位置温度控制风扇转速
工况2 按照A点位置温度控制风扇转速
工况3 按照A点位置温度控制风扇转速
工况4 按照B点位置温度控制风扇转速
工况5 风扇全速转动
工况6 风扇全速转动
工况7 按照B点位置温度控制风扇转速
工况8 风扇全速转动
工况9 风扇全速转动
该系统的控制方法总结如下：
步骤1：将所有温度采集设备按照优先级进行排序，并将优先级顺序存入处理模块，处理模块以靠前的温度采集设备正常工作时的温度为准控制风扇转速，处理模块还存储有运行逻辑的算法及数据C的算法；
步骤2：在同一温度下，利用该系统仿真获取各个温度采集设备在不同工况下测得的温度值，并在处理模块中获取对应温度下不同工况的数据C，将上述温度值及数据C存入存储模块中；
步骤3：多次调整仿真测试环境所处的温度，并在每个温度下，重复步骤2；
步骤4：将本系统放置在实际工作环境中，温度采集设备采集温度数值，处理模块计算数据c1，将c1与数据C对比，得出本系统所处的环境对应的数据C，并将采集的温度数值与数据C对应的其他设定值对比，得出温度采集设备的优先级顺序，判断出本系统所处的工况，并发送信号给风扇以控制风扇的转速。
综上，带冗余设计的风扇转速控制系统可以有效提高电子设备散热的可靠性，有极强的扩展性，并适用于多个点(≥2)温度测量的情况。
尽管已经展示和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种冗余设计的风扇转速控制系统，包括机箱，机箱内设置待冷却设备，机箱上设置风扇，其特征在于：该系统还包括控制装置及多个温度采集设备，多个温度采集设备分布在待冷却设备上并均与控制装置通信连接，控制装置与风扇通信连接，温度采集设备将温度数值传输至控制装置，控制装置根据温度数值控制风扇的运转；控制装置包括用于存储设定值的存储模块、用于将温度采集设备采集的温度数值与设定值对比运算并根据运算结果向风扇发送指令的处理模块。
2.根据权利要求1所述的一种冗余设计的风扇转速控制系统，其特征在于：所述温度采集装置为温度传感器。
3.根据权利要求1所述的一种冗余设计的风扇转速控制系统，其特征在于：所述温度采集装置安装在机箱的不同位置，测得的温度值具有差异。
4.根据权利要求1所述的一种冗余设计的风扇转速控制系统，其特征在于：所述待冷却设备为板卡，板卡通过背板组件与连接器连接。
5.一种冗余设计的风扇转速控制方法，该方法基于权利要求1所述的一种冗余设计的风扇转速控制系统，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将所有温度采集设备按照优先级进行排序，并将优先级顺序存入处理模块，处理模块以靠前的温度采集设备正常工作时的温度为准控制风扇转速，处理模块还存储有运行逻辑的算法及数据C的算法；
步骤2：在同一温度下，利用该系统仿真获取各个温度采集设备在不同工况下测得的温度值，并在处理模块中获取对应温度下不同工况的数据C，将上述温度值及数据C存入存储模块中；
步骤3：多次调整仿真测试环境所处的温度，并在每个温度下，重复步骤2；
步骤4：将本系统放置在实际工作环境中，温度采集设备采集温度数值，处理模块计算数据c1，将c1与数据C对比，得出本系统所处的环境对应的数据C，并将采集的温度数值与数据C对应的其他设定值对比，得出温度采集设备的优先级顺序，判断出本系统所处的工况，并发送信号给风扇以控制风扇的转速。
6.根据权利要求5所述的一种冗余设计的风扇转速控制方法，其特征在于：所述温度采集设备测得的温度值大于对应的预设值时，两者的差值为s，s为正值；所述温度采集设备测得的温度值小于对应的预设值时，两者的差值为t，t为负值；温度采集设备测得的温度值减去对应的预设值后得出的差值大于s，控制装置发出指令增加风扇转速，差值低于t时，控制装置发出指令降低风扇转速，传感器II测得的温度值与控制系统预先设定的温度值接近且差值处于t与s之间时，控制装置维持当前转速。
7.根据权利要求6所述的一种冗余设计的风扇转速控制方法，其特征在于：所述s、t通过多次仿真测试获得，机箱内的待冷却设备温度值与对应的预设值差值在t与s之间时，机箱内的待冷却设备正常工作。
8.根据权利要求5所述的一种冗余设计的风扇转速控制方法，其特征在于：所述温度采集设备松脱时，设定此时测得的温度值为u，u小于或等于v，当温度采集设备测得的温度值为u时，控制装置接收到该温度值后，调整为以该温度采集设备优先顺序之后且正常工作的温度采集设备测得的温度为准控制风扇调速；当所有温度采集设备松脱时，控制风扇全速运转。
9.根据权利要求8所述的一种冗余设计的风扇转速控制方法，其特征在于：所述v值根据试验仿真测得，在试验仿真时，将温度采集设备放置在松脱后多个可能处于的位置，测出各个位置的温度值，取最大值。
10.根据权利要求5所述的一种冗余设计的风扇转速控制方法，其特征在于：所述温度采集设备损坏时，控制装置不能接收到对应的温度值，调整为以该温度采集设备优先顺序之后的温度采集设备测得的温度为准控制风扇调速；当所有温度采集设备损坏时，控制风扇全速运转。
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