CN1617105A

CN1617105A - 用系统管理总线芯片监控电脑机箱的方法及其装置

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Publication number: CN1617105A
Application number: CNA2004100607311A
Authority: CN
Inventors: 李谦
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-08-17
Filing date: 2004-08-17
Publication date: 2005-05-18

Abstract

本发明公开了一种用系统管理总线芯片监控电脑机箱的方法及其装置；涉及电脑中串行总线及其器件的扩展应用。本方法是使用扩展SMBus总线IC芯片内置的控制功能，用温度传感器测量机箱中设备和器件的温度，以温度作反馈信号输入IC芯片，由IC芯片运算输出，经放大驱动电路，控制风扇转速构成闭环控制系统。本装置由机箱监控IC芯片(1)、温度传感器(2)、放大驱动电路(3)、风扇(4)、电源(5)、转速测量匹配电路(6)、分压电路(7)和SMBus总线(8)组成。本发明的有益效果是：组成智能机箱系统，测量、控制风扇的转动，降低噪声，环保节能，并且通过SMBus总线(8)与电脑主机通信，管理机箱内设备。

Description

用系统管理总线芯片监控电脑机箱的方法及其装置

技术领域

本发明涉及电脑中串行总线及其器件的扩展应用，具体地说，涉及一种用系统管理总线(也称SMBus总线)集成电路(简称IC)芯片监控电脑机箱中设备和器件的方法及其装置。

背景技术

电脑机箱电脑机箱是电脑的家，常见形式有ATX、MicroATX，而电脑服务器机箱则较大，均可以在其中安置主板、CPU、内存、硬盘、光驱和机箱电源等设备，或者扩展SCSI、I/O采集板卡等。发热量较大的电脑，机箱可以有多个风扇通风冷却。机箱中的设备之一是机箱电源，机箱电源是电脑的能量来源，机箱电源安置在电脑机箱内，输入220V/110V交流电源，经整流滤波，PWM控制，稳压保护等电路最后输出直流供给电脑，电压有+5V、+12V、+3.3V、-5V、-12V和+5VSB等，因为机箱电源工作时热量较大，所以也有风扇通风冷却，风扇的运转状态直接关系电脑的工作状态。

电脑硬件监控电路现在电脑的结构和运行状况越来越复杂，因此大多数电脑都装有自动监测电路的芯片，可实时地监测电脑主机的运行状况如各种电压、温度、风扇转速等，主板监控IC芯片(例如W83L785、LM87、LM63)通常为可编程器件具有硬件A/D转换和I/O接口，并且器件具有SMBus总线。CPU和集成电路的主频和集成度在不断提高，因此会产生大量的热量，使器件和电脑机箱内部温度上升，通常使用风扇来通风散热，需要监控CPU温度，在这些监控电路中广泛应用了脉冲宽度调制(PWM)和自动控制技术，电脑运行过程中监控电路会根据被测元件的温度信号自动调节风扇转速，硬件监控电路会根据设定温度控制风扇转动，给CPU散热，温度下降时，风扇转速自动降低，温度上升时，风速转速自动上升，这样降低了风扇噪声，节约了电量使用，延长了风扇寿命，可保证电脑系统有效工作。

系统管理总线(SMBus总线)是Intel提出的芯片间串行通信总线，包含一根数据线SDA和一根时钟线SCL，工作时2根线必须用上拉电阻接至电源上。每个总线器件都有一个地址，总线长度可达8米以上，可以方便地构成多机系统和外围器件的扩展，并且能够以至少100Kbps的速率全双工同步数据传输。SMBus的一个优点是，它支持多主控，其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主控制器，而且总线接口都已集成在器件中，不需要另加总线接口电路，有即插即用(Plug andplay)的特点。所有带SMBus接口的外围器件都具有应答功能，在电脑中有广泛应用：Intel的南桥系列芯片ICH3、ICH4、ICH5、ICH6(I/O Controller HUB 6)，或与Intel之CPU兼容的南桥芯片VIA8233，AMD768等，均可以用串行SMBus的方式与其它设备进行通信。上面所述电脑硬件监控电路的IC芯片即是SMBus总线上的外部设备。在几乎每台Intel电脑和兼容电脑都具备SMBus总线功能，很多电脑主板上提供了SMBus总线扩展设备接头或具有SMBus接口的通信及网络插槽CNR(Communication and Networking Riser)，供用户连接外设。

I²C总线由Philips开发的I²C(I2C)总线具有标准的规范以及众多带I²C接口的外围器件，形成了完善的串行扩展总线，I²C的特点是结构的独立性和用户使用的简便性。I2C总线有严格的规范，如接口的电气特性、信号时序、总线管理规则等，而SMBus总线是I²C总线/协议的一个子集(subset)，电脑系统中很多I²C器件兼容SMBus总线，可直接在SMBus总线上使用，具体见各器件说明。

虽然现有技术已有了上述的种种发展，但是在对电脑机箱中设备的监控仅限于在电脑主板上的监控电路，没有解决机箱中其它设备的监控，如硬盘冷却风扇、机箱风扇和电源风扇均无转速调节，也无从知道它们的状态。机箱中设备温度的高低与风扇转速无关，不能根据温度高低自动调节风扇速度，风扇始终处于全速运行状态，有一定的噪音。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的上述缺陷，提供一种用系统管理总线芯片监控电脑机箱的方法及其装置；具体地说，就是解决电脑机箱中设备和器件的温度、风扇转速和电压测量等问题，进而根据其温度高低自动调节风扇转速，降低噪音，节约电量，并且通过总线通信读、写数据。

本发明的目的是这样实现的：

1、方法

由图1可知，本方法有下列步骤：

①将电脑主机板上的SMBus总线扩展，通过主机板上的SMBus接口连接到电脑机箱内具有SMBus总线IC芯片如图1中的ICH南桥芯片A和主板监控IC芯片B，该主板IC芯片1和图1中的机箱监控芯片1具有测量温度、电压、风扇转速及其控制风扇转速的功能，用该主板IC芯片1测量机箱中设备和器件的温度、电压、风扇转速等参数，同时控制风扇速度，通过SMBus总线8与电脑主机板上的SMBus设备通信；

②电路使用扩展SMBus总线8的IC芯片内置的控制功能，用温度传感器测量机箱中设备和器件的温度，以温度作反馈信号输入IC芯片，由IC芯片运算输出，经放大驱动电路，控制风扇转速构成闭环控制系统；

③在SMBus总线(8)上使用的IC芯片，可以为一种能与SMBus总线(8)兼容的I²C总线的IC芯片。

2、装置

由图2可知，本装置由机箱监控IC芯片1、温度传感器2、放大驱动电路3、风扇4、电源5、转速测量匹配电路6、分压电路7(可以省略)和SMBus总线8组成；

机箱监控IC芯片1分别与温度传感器2、放大驱动电路3、转速测量匹配电路6、分压电路7和SMBus8总线连接；

风扇4分别与放大驱动电路3、转速测量匹配电路6连接；

电源5分别与机箱监控IC芯片1、放大驱动电路3、风扇4连接；

其中，所述的机箱监控IC芯片1可以为一种能与SMBus总线(8)兼容的I²C总线的IC芯片。

本装置的工作原理是：

放大驱动电路3的输入端连接到机箱监控IC芯片1的PWM转速控制输出端口，放大驱动电路3的输出控制风扇4的工作电源；该电源使用电脑机箱的电源5内的直流电源，并且与电脑主机电源共地。

电脑机箱的SMBus总线至少有SCL、SDA线，连接到电脑主板的SMBus总线扩展插头或者CNR插槽。

电脑机箱的的发热器件上或附近安装有温度传感器2，温度传感器2的输出端连接到监控IC芯片1的温度测量端口，温度传感器2使用半导体传感器或热敏电阻。

风扇4转动产生的脉冲，通过转速测量匹配电路6连接到机箱监控IC芯片1的风扇转速测量端口。

电脑机箱的电源5的电压输出电路有连接线，通过分压电路7连线连到监控IC芯片1的电压测量端口。

SMBus总线8的IC芯片的单个风扇转速控制输出经放大驱动电路3，同步带动2个或多个风扇4，各个风扇4的转速分别测量。

3、本发明具有以下优点和积极效果。

①因为是用SMBus总线IC芯片监控电脑机箱中设备和器件，其方法和装置简单易行。

②组成智能机箱系统后，降低噪声，环保节能，并且通过SMBus总线8与电脑主机通信，管理机箱内设备。

③性能价格比高，有广阔的应用前景。

附图说明

图1-电脑机箱SMBus总线扩展组成示意图；

图2-本装置电路组成方框图；

图3-实施例1的电路原理图；

图4-实施例1的电脑主板SMBus总线扩展连接插头；

图5-实施例2的电路原理图；

图6-实施例2的电脑主板SMBus总线扩展连接插头。

其中：

A-ICH南桥芯片；

B-主板监控IC芯片；

1-机箱监控IC芯片；

2-温度传感器；

3-放大驱动电路；

4-风扇；

5-电源；

6-转速测量匹配电路；

7-分压电路；

8-SMBus总线。

具体实施方案

下面结合附图及实施例对本发明进一步说明。

通常Intel电脑及其兼容产品的主板上集成有南桥芯片，南桥芯片内部提供了SMBus主控器，以ICH5(82801EB)为例，ICH5内部提供了一个SMBus主控器，它包括一个SMBus主控接口，为处理器与SMBus总线外部设备(从设备)通讯提供了条件，只有主控制器才能对SMBus总线实现管理与检测，如起始、停止、发送时钟等，作为不带CPU的接口器件，在总线中只能作从器件使用，所有读、写操作都可归纳为SMBus总线的主方式，写操作为主发送方式，读操作为主接受方式。上述ICH5的SMBus操作方式兼容多数I²C总线器件。SMBus总线接口器件可以有一个7位地址，至少可以扩展多个个总线器件，本发明扩展使用SMBus总线IC芯片作为总线从设备。

下面实施例1和实施例2电路都使用了带SMBus的IC芯片，这些芯片原设计用于电脑主机板硬件监控电路，如CPU温度监测和CPU风扇的转速控制，其使用方法和电路在IC芯片洗明书中有详尽论述，这里可以移植到电脑机箱中设备的监控电路上来，主要不同是将温度监测对象改为电脑中的其它发热器件，被控风扇变为机箱中任意位置的风扇，而IC芯片的控制和通信作用不变。

实施例1

如图3，本例中电脑使用ASUS双CPU服务器主板，型号是PR-DLS533，在该主板上也有Intel南桥芯片CSB5(Champion South Bridge 5)和SMBus总线扩展设备插头，扩展设备插头如图4，从其上连接SCL和SDA到机箱设备监控电路，即连接LM63的7脚和8脚，电路中使用LM63芯片作监控IC芯片，这里LM63是SMBus总线上的一个从设备，LM63的器件地址是1001100，LM63的主要功能如下：

·使用2N3904晶体管或PN结测温，D1、D2输入

·自动修正自热效应

·支持P4或P4-m处理器的内置2极管测温方式

·集成PWM风扇转速控制功能，PWM输出

·可编程8级变速调节，减少噪声

·具有风扇转速计数，TACH输入

·寄存器补偿失调温度

·多功能反ALERT/转速计数选择输入

·10位数字计数，温度最小分辨0.125度

·SMBus2.0规格，支持超时溢出TIMEOUT

·兼容LM86系列器件

·精简的8脚设计

详见参考文献4

这里LM63是监控IC芯片，工作电源使用3.3V电压，电源地与电脑电源共地，在LM63的D+和D-端子上接入2N3904，将2N3904作传感器装设在机箱中设备或器件上，感受设备或器件的温度，在LM63中完成A/D转换，从LM63的4脚输出PWM信号，经R1、R2、Q1组成放大电路，驱动风扇，风扇的转速测量经R3、R4、R5组成的匹配电路，从LM63的6脚输入转速计数脉冲，这样根据机箱中设备或器件发热部件的温度变化，所述器件组成的温度自动调节系统会降低或升高风扇的转速，相关控制算法在LM63中进行，通过LM63的7脚和8脚，SMBus总线能够收发数据。电路中风扇使用+12电源。电路安装在电脑机箱的5英寸扩展槽位上或者机箱电源单元中。设备或器件可以是硬盘、I/O采集板卡或机箱电源单元中的散热器。

实施例2.

发明电路原理如图5，本例电脑主板使用Abit的IS7系列，主板上具有南桥ICH5(82801EB)芯片和SMBus总线扩展设备插头，总线扩展设备插头如图6，从电脑主机母板上的SMBus总线插头上引SMBDATA(SDA)和SMBCLK(SCL)到电脑机箱设备监控电路，连接IC芯片的SMBus总线，至电路W83L785的SCL和SDA。在机箱设备监控电路中，监控IC芯片选用W83L785，W83L785常用于笔记本电脑的硬件监控电路，W83L785的器件地址是0101101，可监测参数包括：电压、温度、风扇转速，内置8位ADC，提供2组PWM输出控制风扇转速，提供SMI#、OUT#信号和GPIO，带I2C/兼容SMBus总线接口，通过应用软件和BIOS，用户能够随时监控全部参数，并当参数越限时发出警告信息，用户可以自行设置参数的高、低限值。

W83L785的主要功能如下：

·2个温度测量通道，VTIN1、VTIN2，支持半导体和热敏电阻传感器

·4个电压测量通道，3.3V、2.5V、1.5V、Vcore

·2组PWM风扇转速控制输出，PWMOUT1、PWMOUT2

·2组风扇转速计数输入，FANIN1、FANIN2

·可编程设置参数越限区间

·支持应用软件管理

·I2C串行总线接口，SCL、SDA

·支持Intel应用程序LMCD

·有中断保护信号

·20脚封装

·工作电源2.7V～5.5V

详见参考文献3。

图5中用W83L785监测机箱设备和器件的工作情况，在2.5V测量的输入端接有电阻R13、R14构成分压电路，使之匹配IC芯片的输入电压量程，同样也可使用芯片其它电压测量端监测电压，分担主机上硬件监控电路的任务。图5中D1和D2用于温度测量，从VTIN1和VTIN2输入信号。W83L785有2个PWM控制输出，可分别驱动2个风扇，对于前置风扇的机箱和机箱电源风扇后置结构，从前方将冷空气吸入机箱，后方的电源风扇则将热空气排出机箱，这样经过一前一后风扇的作用，机箱内部构成了高效的空气流动通道，所以用1个PWM控制2个风扇同步转动能更好地协调工作，只要放大驱动电路的晶体管允许，可以同时控制多个风扇，而各个风扇的转速可以分别测量。用R3、R4、R5和R6、R7、R8组成转速信号测量匹配电路，R11、R12是上拉电阻。显然这里也容易移植电脑硬件监控电路的风扇温度自动控制系统，用D1温度传感器、PWM1输出驱动Q，应用IC芯片的控制功能构成闭环系统，相关控制算法在W83L785中进行。本电路使用电脑内+5V电源。IC芯片上的通用输入/输出(GPIO#)和中断信号本例中未使用。本电路可置于电脑主机板的PCI扩展槽上，方便电路安装和工作电源的获得。

参考文献

1、 http：//www.smbus.org/

2、何立民，《I2C总线应用系统设计》，北京航空航天大学出版社

3、W83L785.pdf， http：//www.winbond.com/

4、LM63.pdf， http：//www.national.com/

5、 http：//www.intel.com/

6、 http：//mbm.livewiredev.com/

Claims

1、一种用系统管理总线芯片监控电脑机箱的方法，其特征在于有下列步骤：

①将电脑主机板上的系统管理总线SMBus扩展，通过主机板上的SMBus接口连接到电脑机箱内具有SMBus总线IC芯片的电路，该IC芯片具有测量温度、电压、风扇转速及其控制风扇转速的功能，用该IC芯片测量机箱中设备和器件的温度、电压、风扇转速等参数，同时控制风扇速度，通过SMBus总线与电脑主机板上的SMBus设备通信；

②电路使用扩展SMBus总线IC芯片内置的控制功能，用温度传感器测量机箱中设备和器件的温度，以温度作反馈信号输入IC芯片，由IC芯片运算输出，经放大驱动电路，控制风扇转速构成闭环控制系统；

2、按权利要求1所述的一种用系统管理总线芯片监控电脑机箱的方法，其特征在于：在SMBus总线(8)上使用的IC芯片，为一种能与SMBus总线(8)兼容的I²C总线的IC芯片。

3、一种用系统管理总线芯片监控电脑机箱的装置，其特征在于：

本装置由机箱监控IC芯片(1)、温度传感器(2)、放大驱动电路(3)、风扇(4)、电源(5)和SMBus总线(8)组成；

机箱监控IC芯片(1)分别与温度传感器(2)、放大驱动电路(3)和SMBus总线(8)连接；

风扇(4)与放大驱动电路(3)连接；

电源(5)分别与机箱监控IC芯片(1)、放大驱动电路(3)、风扇(4)连接。

3、按权利要求3所述的一种用系统管理总线芯片监控电脑机箱的装置，其特征在于：

在机箱监控IC芯片(1)和风扇(4)之间连接有转速测量匹配电路(6)。

4、按权利要求3所述的一种用系统管理总线芯片监控电脑机箱的装置，其特征在于：

在机箱监控IC芯片(1)的电压测量输入端连接有分压电路(7)。

5、按权利要求3所述的一种用系统管理总线芯片监控电脑机箱的装置，其特征在于：

温度传感器(2)或为半导体传感器，或为热敏电阻。

6、按权利要求3所述的一种用系统管理总线芯片监控电脑机箱的装置，其特征在于：本装置或放置在电脑机箱内的PCI或CNR插槽上，或放置机箱电源单元中，或放置在机箱扩展槽位内。

7、按权利要求3所述的一种用系统管理总线芯片监控电脑机箱的装置，其特征在于：

所述的一种用系统管理总线芯片监控电脑机箱的装置，其特征在于：

在SMBus总线(8)上使用的IC芯片，为一种能与SMBus总线(8)兼容的I²C总线的IC芯片。

8、根据权利要求3所述的一种用系统管理总线芯片监控电脑机箱的装置，其特征是：SMBus总线的串行时钟SMBCLK、串行数据SMBDATA线从电脑主机板的SMBus总线连接插头或者CNR插槽上引出。