CN1525073A - 一种监控风扇运行的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了监控风扇运行的方法，包括如下步骤：对风扇输出的脉冲频率进行检测；将所检测的脉冲频率与设定的阈值进行比较，判断风扇转速是否正常；如果上述比较的结果是风扇转速不正常，则进行故障报警和使出现故障的风扇的冷却对象上的其它风扇全速运行。本发明对风扇的状态可以进行更全面的监控，并可提高设备或系统运行的可靠性。

Description

一种监控风扇运行的方法

技术领域

本发明涉及在需要冷却以避免设备工作温度过高而不能正常工作的设备中使用的风扇，特别涉及对风扇运转状况的检测与控制方法。

背景技术

电子设备都有一定的工作温度范围，为了避免这些设备因为其中的电子元器件的工作温度或外界环境过高而造成设备的故障或停运，需要附加冷却装置。而采用风扇冷却的风冷装置是其中最为普遍的一种冷却方式。例如在通信设备中，就使用风扇进行风冷，以保证系统的可靠运行。在这种情况下，必须保证风扇自身的运行可靠性，从而需要对风扇的各种状态进行检测。在实际应用中，设备会存在各种环境中，室内的、室外的，高温的、低温的，干燥的、湿润的，无尘的和有尘的，等等。例如在粉尘比较严重的场合，风扇可能因为吸入杂质发生堵转，此时风扇并没有故障，但是风扇的停转使设备局部或者全部失去风冷而导致设备因升温过高最终损坏。再有，风扇也可能会因自身发生故障而停止转动，此时设备彻底失去风冷的功能，导致设备升温而损坏。再例如，设备在高温高湿的环境下长期运行使得设备的风扇老化，风扇转速下降，造成设备因过热而损坏。

在对设备风扇进行监控的现有技术中，一种方法是采用具有逻辑电平输出的风扇作为设备风冷的风扇，通过向监控装置的EPLD/CPLD(可擦写程序逻辑器件/复杂程序逻辑器件)反馈一个高电平或者低电平信号来表明风扇当前所处的状态。风扇正常工作时给出一个例如为1的逻辑电平值。风扇堵转或者停止转动时给出另一个不同的逻辑电平值，例如逻辑0。监控设备通过EPLD/CPLD器件检测风扇反馈的逻辑电平状态信号，然后将所检测到的信息送往监控装置的中央处理器，中央处理器根据EPLD/CPLD器件送来的信息判断当前的风扇是否正常运转。然后根据判断的结果作出相应的处理，例如提示用户风扇需要维修，或者启动备用风扇等。

该技术的问题在于，中央处理器无法识别风扇是否老化，当风扇因老化而转速过慢导致被冷却设备过热时，设备运行不稳定或者造成损坏。

另一种现有技术是，风扇通过直接向中央处理器反馈一个高电平或者低电平信号来告诉设备自己所处的状态。风扇正常工作时候给出一个逻辑电平值，例如逻辑1，风扇堵转或者停止转动的时候给出另一个不同的逻辑电平值，例如逻辑0。中央处理器直接对风扇反馈的逻辑电平信号进行检测，判断当前的风扇是否正常运转，并根据判断的结果作出相应的处理，例如提示用户风扇需要维修，或者启动备用风扇等。

该技术的缺陷在于，当风扇因老化而转速过慢导致被冷却设备过热时，设备运行将不稳定或者造成损坏。另一方面，监控装置的中央处理器的通用输入输出管脚有限，而且软件资源宝贵，无法同时对多个风扇同时进行监控。

发明内容

因此，为了克服上述现有技术不能检测出风扇因为老化等问题造成的转速减慢的问题，本发明提供了一种改进的用于监控风扇运行状况的方法。

根据本发明的监控风扇运行的方法包括如下步骤：1)对风扇输出的脉冲频率进行检测；2)将所检测的脉冲频率与设定的阈值进行比较，判断风扇转速是否正常；3)如果上述比较的结果是风扇转速不正常，则进行风扇运行的控制处理。

在本发明的上述方法中，通过如下方式检测脉冲频率：首先，在一预设的时间段内对风扇输出的脉冲信号进行计数。然后，运用如下公式计算脉冲频率：

风扇的脉冲频率值＝脉冲计数器值/定时器的阈值。

在本发明的上述方法中，风扇运行的控制处理包括：进行故障报警和/或使出现故障的风扇的冷却对象上的其它风扇全速运行。

此外，本发明的上述方法还可包括如下步骤：当所检测的脉冲频率小于设定的阈值时，判断该脉冲频率值是否为零。如果脉冲频率值为零，则确定风扇停转。如果脉冲频率值不为零，则确定风扇转速下降。

在本发明的上述方法中，还包括如下步骤：对风扇停转或风扇转速下降的故障进行连续计数；判断故障的连续计数是否超过规定的值；如果故障的连续计数超过规定的值，则进行相应的故障处理。

根据本发明的方法，对风扇的状态可以进行更全面的监控，可以知道风扇当前的转速值、风扇故障类型是堵转(停转)还是转速低于下限值(由于老化等原因)。另一方面，本发明的方法在发现有风扇故障之后强制其他没有故障的风扇全速转动，从而提高了设备或系统运行的可靠性。本发明的方法优选在EPLD/CPLD器件中实现，从而利用EPLD/CPLD器件有足够的通用输入输出管脚的特点，可以同时对四个以上的风扇进行状态监控，不占用设备中央处理器的资源，设计比较灵活。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是应用本发明的监控风扇的方法的风冷系统结构示意图；

图2是根据本发明一优选实施方案的监控风扇的方法流程图。

优选实施方式的说明

参考附图，以一个优选的实施方案来说明本发明的监控风扇运转的方法。图1是应用本发明的监控风扇的方法的风冷系统结构示意图。

首先，要说明的是，在图1所示的实施方案中，采用了EPLD/CPLD器件来同时对多个风扇的运行状况，包括转速是否正常、是否发生堵转和停转、是否因老化而导致转速减慢进行检测，并将检测的结果上报监控装置的中央处理器，从而提高被风冷设备的稳定性和可靠性。

在本发明的上述实施方案中，采用了脉冲信号反馈输出的风扇，这种风扇和前述的可输出逻辑电平的风扇不同之处在于，可输出逻辑电平的风扇只输出代表风扇正常和风扇堵转或者停转的逻辑高电平和逻辑低电平；而本发明所采用的脉冲信号反馈输出的风扇，具有风扇的转速和风扇输出的脉冲频率一一对应的特点。利用这个特点，本发明的构思是，在进行EPLD/CPLD器件设计的时候设计风扇输出的脉冲计数采样算法、脉冲频率采样算法和风扇状态监控方法，将系统中的多个风扇输出的脉冲信号分别进行处理，就可以得到每个风扇的转速值，根据转速值的大小来判断各个风扇是否正常运行，包括是否堵转、停转以及是否因老化等原因造成转速变慢等。

首先，参考图1所示的采用本发明的风扇监控方法的风冷系统。在该系统中包括：监控装置的中央处理器，其中监控装置可设置在要被冷却的设备中，也可以是专门的控制设备；EPLD/CPLD器件，其中设置有风扇状态寄存器，用于储存风扇的状态。需要说明的是，本发明中的监控装置可以控制多个风扇，如图1中所示的风扇FAN(1)～FAN(n)。在这种情况下，风扇状态寄存器中设置不同的存储区来储存不同风扇的运转状态，可供中央处理器查询。中央处理器通过例如本地总线查询风扇状态寄存器中的状态，并根据这些风扇的状态确定被风扇冷却的设备的操作。例如当确定某个设备或设备的某个需要风冷的部位的风扇发生故障(如停转)时，控制该设备停止运行或向系统报警。EPLD/CPLD器件还起到控制作用，即根据本发明的控制方法，当某个风扇所发出的脉冲频率持续低于预设的一个阈值时，就输出一个风扇全速运行信号给风扇控制电路，风扇控制电路在收到该信号之后将其它与该风扇冷却同一设备的其它正常工作的风扇强制运行在最大转速，以减轻风扇损坏对被冷却设备可能带来的危害。

下面参考图2，具体说明本发明方法的优选实施方案。

如图2所示，首先，在EPLD/CPLD器件中，通过软件或硬件方式使监控装置复位，并初始化脉冲频率采样检测电路。

然后，进入频率采样阶段。启动定时器，对各个风扇所输出的脉冲信号进行计数。在定时器中预先设置一阈值M。需要判断脉冲计数采样是否同步。换言之，需要确定对某个风扇输出的脉冲计数采样的时序。具体方法是，判断定时器计时是否到阈值M，如果未到阈值M，则对风扇输出的脉冲进行计数。具体计数方法例如可以是对风扇输出脉冲的上升沿进行计数，首先判断是否达到风扇输出脉冲的上升沿，在达到上升沿时就触发计数器进行脉冲计数。当定时器计时到阈值M时，进一步判断风扇输出脉冲是否为高电平，当风扇输出脉冲进行高电平时，进行计数器采样。由此得到脉冲信号的计数采样值。

在一个实施例中，关于某个风扇的脉冲频率可以采用如下的公式计算：

某风扇的脉冲频率值＝脉冲计数器值/定时器的阈值M

因此，脉冲信号的频率采样值实际上代表了风扇的频率输出，反映了风扇的转速。通过上述公式的计算，就可由脉冲信号计数值得到风扇的脉冲频率值，实际上也就得到了该风扇的转速情况。该计算得到的脉冲频率值随后将写入风扇频率输出寄存器。为此，CPU先要输入脉冲信号计数器的采样值，以脉冲频率采样的操作。为避免采样操作与CPU的的读写操作的时序冲突，先要进行CPU的读写同步检测。

具体地说，当计数器采样结束后，判断CPU是否处于读写时序中，只有在CPU不处于读写时序时，才进行脉冲频率的采样，即由上述脉冲计数值得到脉冲频率值。当脉冲频率采样完毕，CPU进入读写时序时，此时不再对上述的脉冲计数值进行采样。并将脉冲信号的频率值送入风扇频率输出寄存器中。

然后，将风扇频率输出寄存器值与风扇转速的阈值进行比较。该阈值例如可以是风扇转速的下限值。通过将风扇频率输出寄存器值与风扇转速下限值的比较来判断风扇状态是否正常。例如，如果风扇频率输出寄存器值大于等于预设的风扇转速的下限值，则表明风扇转速正常，当然也说明风扇的状态正常。可以将相应的故障计数器清零。而如果风扇频率输出寄存器值小于预设的风扇转速的下限值，则表明风扇的转速异常。这时需要进一步判断风扇转速异常的原因，是由于风扇老化还是由于风扇堵转。

在本发明的一个优选实施例中，可以通过检测风扇频率输出寄存器值是否为0的方法来判断。因为当在风扇堵转(停转)的情况下，风扇的脉冲频率输出必然为零。从而风扇频率输出寄存器值为零，而当由于风扇老化造成风扇转速减慢(但还未停转)时，风扇的脉冲频率输出值应为0到风扇转速阈值之间的值。

在实际操作中，风扇的转速会由于供电不稳定或其它突发的情况而经常发生短暂的变化，但这种变化会在较短的时间内消除。如果通过上面的检测，一旦判断出现了故障，就立刻对系统报警或立刻控制其它风扇的运行速度，那么就容易破坏相关设备或整个系统的运行稳定性。因此，在本发明的一个优选实施例中，是在风扇转速出现异常达到一定时间之后再进行报警和其它控制处理。这样就可以避免上述问题。

具体地说，由于风扇转速异常是通过检测风扇所发出的脉冲频率而判断出来的，对脉冲频率的采样间隔非常短，因此如果出现一个持续时间较长的故障，则会连续多次地检测到风扇转速异常即风扇故障。这样，在本发明的该实施例中，采用了这样一种方法，即对风扇转速异常即风扇故障进行计数，并判断计数结果是否等于一个阈值。该阈值与风扇故障的持续期间是相对应的。可以考虑对风扇输出的脉冲频率的采样周期、和在实际中需要加以控制的故障所持续的时间两方面的因素，以相应的连续检测到故障的次数来设置该阈值。假设在某种设备应用环境下，根据上述考虑将该阈值设为100。如果故障计数不到100，则EPLC/CPLD器件再次进入频率采样阶段，对风扇输出的脉冲信号进行频率采样。如果故障计数等于100，则进行故障报警和相应的控制处理，例如输出控制信号，使风扇控制电路控制其余的风扇全速运行，同时将故障计数器清零。为此目的，例如可以在EPLD/CPLD器件中设置一个中断程序，来实现故障报警和/或输出使风扇全速运行和/或启动备用风扇的信号的操作。

上述说明只是通过一个具体方案和一些实施例对本发明进行了解释，目的是为了使本领域技术人员更好地理解本发明的精神实质。因此上述说明并不是对本发明的具体限定。

例如，本发明也可以采用这样一种实施方案。即，在如上述实施方案中那样检测到风扇输出脉冲，并存入的频率风扇频率输出寄存器之后，先判断风扇频率输出寄存器的值是否为0，如为0，则表明风扇停转。如不为0，则再与风扇转速的下限值进行比较，进一步判断风扇转速是正常还是低于风扇转速的下限值。显然，该实施方案同样可以达到本发明的目的。

另外，本领域技术人员可以理解，本发明可以适用于一台设备上具有一个或多个风扇的情况，也可以适用于一个系统中多台设备上分别具有一个或多个风扇的情况。在后一种情况下，只需设置一个专用的监控装置，可以采用一个中央处理单元对整个系统的所有设备上的所有风扇进行脉冲采样，并根据采样结果判断各风扇的运行状态，和采取相应的控制措施。另一方面，也可以采用例如单片机等来代替EPLD/CPLD完成本发明的控制过程。重要的是，本发明的方法不仅可以监测多个风扇的运行状态，而且可以判断当前监测的风扇是否堵转或停转，以及判断风扇由于老化等因素造成转速不正常的情况。显然，在本发明的精神和实质的基础上，可以根据实际的应用对本发明的方法进行各种修改和等同方式的替换。

Claims (10)

1.一种监控风扇运行的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)对风扇输出的脉冲频率进行检测；

2)将所检测的脉冲频率与设定的阈值进行比较，判断风扇转速是否正常；和

3)如果上述比较的结果是风扇转速不正常，则控制风扇的运行。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1)中，通过如下方式检测脉冲频率：

1-1)在一预设的时间段内对风扇输出的脉冲信号进行计数；

1-2)运用如下公式计算脉冲频率：

风扇的脉冲频率值＝脉冲计数器值/定时器的阈值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对风扇运行的控制包括：

3-1)进行故障报警；和/或

3-2)使出现故障的风扇的冷却对象上的其它风扇全速运行。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括如下步骤：

2-1)当所检测的脉冲频率小于设定的阈值时，判断该脉冲频率值是否为零；

2-2)如果脉冲频率值为零，则判断为风扇停转；

2-3)如果脉冲频率值不为零，则判定为风扇转速下降。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

2-4)对风扇停转或风扇转速下降的故障进行连续计数；

2-5)判断故障的连续计数是否超过规定的值；

2-6)如果故障的连续计数超过规定的值，则进行相应的故障处理。

6.一种监控风扇运行的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1’)对风扇输出的脉冲频率进行检测；

2’)判断该脉冲频率值是否为零；

3’)如果脉冲频率值为零，则判断为风扇停转；

4’)如果脉冲频率值不为零，将所检测的脉冲频率与设定的阈值进行比较；

5’)如果上述比较的结果是风扇转速下降，则对风扇的运行进行控制。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括如下步骤：

5’-1)对风扇停转或风扇转速下降的故障进行连续计数；

5’-2)判断故障的连续计数是否超过规定的值；

5’-3)如果故障的连续计数超过规定的值，则进行相应的故障处理。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过如下方式检测脉冲频率：

1’-1)在一预设的时间段内对风扇输出的脉冲信号进行计数；

1’-2)运用如下公式计算脉冲频率：

风扇的脉冲频率值＝脉冲计数器值/定时器的阈值。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述对风扇的运行进行控制包括：

5’-4)进行故障报警；和/或

5’-5)使出现故障的风扇的冷却对象设备上的其它风扇全速运行。

10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述方法在EPLD/CPLD器件中执行。

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