CN112835313A - 一种新型***监测功能的设备安装平台 - Google Patents

一种新型***监测功能的设备安装平台 Download PDF

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CN112835313A CN202011644658.8A CN202011644658A CN112835313A CN 112835313 A CN112835313 A CN 112835313A CN 202011644658 A CN202011644658 A CN 202011644658A CN 112835313 A CN112835313 A CN 112835313A
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杨成博
王旭
夏仁善
谢小健
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Abstract

一种新型***监测功能的设备安装平台，包括监测***、用于给设备降温的调速风扇，监测***包括用于接收、处理、存储、发送信号的单片机，还包括以下通过单片机***接口与单片机连接的电路：电源电路、接近开关状态监测电路、按键状态监测电路、温湿度状态监测电路、风扇转速控制电路、显示屏。本发明的有益效果在于：该监测***可实时动态监测环境指标的功能***，实现了温度、湿度实时测量并反向调节的目的；解决了风冷设备环控方式噪音大、功耗高、可靠性差的问题；通过新型监测***插拔到位指示和寿命统计的设计，解决了后插拔连接后部空间目视不可达、无法判断插合到位的问题，提升了设备使用状态的可靠性。

Description

一种新型***监测功能的设备安装平台
技术领域
本发明涉及一种设备安装平台，特别是涉及一种新型***监测功能的设备安装平台。
背景技术
现有的机载电子设备安装平台往往缺失***监测功能，没有对应的温度、湿度监控功能，没有环境温度反向调节风扇风速功能，没有后插拔连接器对插到位指示功能，没有插拔寿命累计功能，没有环控指标显示功能，没有插拔寿命超限报警功能。温度、湿度监控功能的缺失使平台无法掌握环境温度、湿度的动态，当出现异常现象时无法及时进行干预。风扇调速功能的缺失会造成风扇持续在高位工作，一方面造成环境噪音过大，另一方面无法做到耗电量的最优化，从而降低风扇的使用寿命。后插拔连接器对插到位指示功能的缺失会使维护人员无法掌握连接器插合的实际情况，从而产生误判进而影响产品的可靠性。插拔次数累计功能的缺失使设备连接器使用寿命的风险得不到释放，从而无法及时更换超出使用寿命的连接器。没有环控指标显示功能和插拔寿命超限报警功能使环境信息无法及时综合显示出来，不利于提前预判规划应对策略。
发明内容
为了解决上述设备安装平台实时监测温度、湿度指标，根据温度反向调配风扇转速，显示后插拔是否插合到位的问题，本发明提供一种新型***监测功能的设备安装平台。
本发明采用以下技术方案实现。依据本发明提出的一种新型***监测功能的设备安装平台，包括监测***、用于给设备降温的调速风扇，监测***包括用于接收、处理、存储、发送信号的单片机，还包括以下通过单片机***接口与单片机连接的电路：
电源电路，与外接的电源连接，用于将外接的电源电压降低以适用于监测***；
接近开关状态监测电路，与安装在设备安装平台的接近开关连接，用于将接近开关传递的信号传递至单片机以判断设备是否安装到位以及记录设备插拔次数；
按键状态监测电路，与设备安装平台上固定的按键连接，用于接收按键传来的信号并传递给单片机；
温湿度状态监测电路，与设备所处环境的温湿度传感器芯片连接，用于获取温湿度传感器芯片传来的温湿度信息并传递给单片机；
风扇转速控制电路，与调速风扇连接，用于接收单片机根据温湿度信息发送的指令，并将指令传递给调速风扇以控制其转速；
显示屏，用于展示状态信息。
进一步的，还包括以下集成设置的冷却层：
液冷冷却层，用于插装热功耗大于110W的LRM模块，包括用于通入液冷流体以带走该模块热量的流道；
自然冷却层，用于插装自然冷却的LRU设备，接近开关设置在该层，该层还设置指示LRU设备是否插装到位的LED到位指示灯；
风冷冷却层，用于插装热功耗小于110W的LRM模块，调速风扇、温湿度传感器芯片设置在该层。
进一步的，所述的单片机***的接口包括3路按键IO端口、1路接近开关IO端口、1路用于与LCD显示屏4通信的串口、2路模拟I2C且分别与EEPROM和温湿度传感器通信的端口、1路模拟I2C的预留端口、2路普通IO口且模拟PWM波形的输出端口。
进一步的，所述的电源电路分为两级，第一级将外部电源的电压AC220V转换为DC24V，第二级将DC24V转换为DC5.0V和DC3.3V。
进一步的，所述的接近开关采用三线制、常开、工作电压DC12-24V的规格。
进一步的，所述的按键采用薄膜按键，薄膜按键固定在设备安装平台上，采用共阴级处理，默认状态下，IO管脚为高电平，按键触发后，IO管脚为低电平。
进一步的，所述的风扇转速控制电路中的电平转换芯片将单片机输出的PWM信号由3.3V转换为5.0V，实现对调速风扇转速的控制。
进一步的，所述的显示屏选用LCD显示屏，单片机通过RS232串口与LCD显示屏连接并控制其显示的内容，分辨率为256*128px。
进一步的，所述的接近开关触发次数通过单片机记录在与单片机连接的EEPROM。
本发明的有益效果在于：
1、该监测***可实时动态监测环境指标的功能***，通过新型监测***风扇调速功能的设计，实现了温度、湿度实时测量并反向调节的目的；
2、解决了风冷设备环控方式噪音大、功耗高、可靠性差的问题；
3、通过新型监测***插拔到位指示和寿命统计的设计，解决了后插拔连接后部空间目视不可达、无法判断插合到位的问题，提升了设备使用状态的可靠性，使后插拔连接器使用寿命显性化，提高了设备的保障性。
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为本发明一种新型***监测功能的设备安装平台中监测***的功能框图；
图2为图1中所使用的单片机及接口；
图3为本发明安装设备后的立体图；
图4为本发明安装设备前的立体图；
图5为图4的结构分解图；
图6为图4中的一层液冷冷却层示意图；
图7为图4中的上液冷板示意图；
图8为图4中的下液冷版示意图；
图9为图4中的二层自然冷却层示意图；
图10为图4中调速风扇正视图；
图11为图4中调速风扇左视图；
图12为图4中的三层风冷冷却层示意图；
图13为液冷LRM模块中起拔器示意图；
图14为B类锁紧机构的LRU设备安装结构示意图；
图15为C类锁紧机构的LRU设备安装结构示意图。
【附图标记】
1-监测***，2-接近开关，3-LED到位指示灯，4-LCD显示屏，5-风扇转速控制电路，6-单片机，7-接近开关状态监测电路，8-按键状态监测电路，9-电源电路，10-温湿度状态监测电路，11-B类锁紧机构，12-液冷环控组件，13-液冷LRM模块，14-转接J599连接器，15-C类锁紧机构，16-LRU设备，17-风冷环控组件，18-转接EN4165连接器，19-风冷LRM模块，20-上风冷板，21-调速风扇，22-左安装侧板，23-下风冷板，24-下液冷板，25-上液冷板，26-液冷管路，27-右安装侧板，28-盲配母板，29-三通特氟龙输出管，30-三通特氟龙输入管，31-液冷PCB母板，32-上液冷板流道区域，33-下液冷板流道区域，34-转接线缆组件，35-B类锁紧器，36-C类锁紧器，37-后插拔连接器，38-温控电路，39-风冷PCB母板，40-起拔器，41-锁紧件，42-紧定钩，43-助拔轴。
具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例对本发明作进一步的详细说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1至图15所示为本发明一种新型***监测功能的设备安装平台的一个具体实施例，该设备安装平台内所安装的电子设备，包括LRM模块(现场可更换模块)、LRU(航线可更换单元)设备，根据以上电子设备的热功耗，该设备安装平台分为三层冷却层，所述的三层冷却层共同组成环控冷却***，该***从下到上依次为液冷冷却层、自然冷却层、风冷冷却层，液冷冷却层内安装的设备为热功耗大于110W且为VPX架构的LRM模块，即：图中所示的液冷LRM模块13；自然冷却层内安装的设备为LRU设备，即：图中所示的LRU设备16，风冷冷却层内安装的设备为热功耗小于110W且为VPX架构的LRM模块，即：图中所示的风冷LRM模块19；液冷LRM模块13的上方为上液冷板25、下方为下液冷板24，风冷LRM模块19的上方为上风冷板20、下方为下风冷板23，上液冷板25与下风冷板23之间为自然冷却层；该环控冷却***的左侧为左安装侧板22、右侧为右安装侧板27、后侧封闭、前方开口，该环控冷却***围成的三个空腔分别用于放置相对应的电子设备。
该设备安装平台上还设有监测***1，用于监测风冷冷却层的温湿度并控制调速风扇21进行调节、监测自然冷却层的LRU设备16是否插合到位、统计LRU设备16插拔次数、响应按键指令以及展示监测***状态信息。监测***1包括LCD显示屏(液晶显示屏)4、LED到位指示灯3、接近开关2以及该监测***主控板上设置的风扇转速控制电路5、单片机6、接近开关状态监测电路7、按键状态监测电路8、电源电路9、温湿度状态监测电路10。
单片机6作为主控单元，其上有编写的用于获取温湿度数值、插拔状态信息、按键状态信息并控制LCD显示屏4显示以及两个调速风扇21旋转的软件，为整个监控***的核心，主要实现以下功能：
①接收、处理外部接近开关2的插合状态信息，并记录插合次数；
②通过采集温湿度传感器芯片上报的信息，获取***工作环境下的温湿度状态；
③根据温湿度信息，输出可调的PWM控制信号控制调速风扇21的转速；
④监测外部按键状态，并对按键指令进行响应。
⑤状态信息整合后，通过RS232串口输出到外部LCD显示屏4。
单片机6***的接口包括3路按键IO端口、1路接近开关IO端口、1路用于与LCD显示屏4通信的串口、2路模拟I2C分别与EEPROM和温湿度传感器通信的端口、1路模拟I2C的预留端口、2路普通IO口模拟PWM波形的输出端口；电源电路9分为两级，第一级将外部电源的电压AC220V转换为DC24V，第二级将DC 24V转换为DC5.0V和DC 3.3V，第一级电路作为独立模块存在，选用一款50W单组输出开关电源，并在其输入前端设置EMI滤波器，保证产品的电磁兼容性和输出电源的纹波质量，第二级电路使用LM2678S-5、LT1764AEQ-3.3V型降压模块分别实现24V到5.0V、5.0到3.3V的转换；接近开关状态监测电路7选用三线制、常开、工作电压DC 12-24V的接近开关作为外部输入设备，采用光耦进行隔离后，将开关状态信号传递给单片机6；按键状态监测电路8选用1*4型薄膜按键作为外部输入设备，薄膜按键固定在设备安装平台上，采用共阴级处理，默认状态下，IO管脚为高电平，按键触发后，IO管脚为低电平，薄膜按键接口为5线制、2.54mm间距单排母，主控板上预留2.5mm间距单排针，安装便捷；温湿度状态监测电路10包括用于获取机柜内部的温湿度状态的温湿度传感器芯片，该芯片通过I2C接口将温湿度信息传递给单片机6，并可通过单片机6扩展的LCD显示屏4实时显示；风扇转速控制电路5采用电平幅度5V的PWM信号调节调速风扇21的转速，风扇转速控制电路5中的电平转换芯片将单片机6输出的PWM信号由3.3V转换为5.0V，实现对调速风扇21转速的控制；显示屏选用LCD显示屏4，用于对外显示状态信息，单片机6通过RS232串口与LCD显示屏4连接并控制其显示的内容，分辨率256*128px。
液冷冷却层的右侧安装有三通特氟龙输入管30、左侧安装有通过三通特氟龙软管29以实现液冷流体的输入和输出，液冷流体采用65#防冻液，该层的上、下液冷板均采用搅拌摩擦成形的方式制成，上液冷板25上布设上液冷板流道区域32，下液冷板24上布设下液冷板流道区域33，上、下液冷板流道区域的右侧通过液冷管路26与三通特氟龙输入管30接通、左侧与三通特氟龙输出管29接通；65#防冻液从三通特氟龙输入管30流入后，分成两路，一路流经上液冷板流道区域32，一路流经下液冷板流道区域33，最后汇入三通特氟龙输出管29后流出；液冷冷却层还设有液冷环控组件12，包括TSA插座，用于控制65#防冻液的输入，具体为：当需要为液冷LRM模块13提供液冷冷却时，将外部液冷管路中的TSA插头直接与该设备安装平台上的TSA插座旋合，使65#防冻液依次输入三通特氟龙输入管30、液冷管路26后分别给上、下液冷板上的对应的流道区域供液，65#防冻液流经所述的流道区域后汇聚于左侧的三通特氟龙软管29输出，在65#防冻液流经所述的流道区域过程中，将该层的设备模块发热的热量经与该设备模块贴合的结构引导至65#防冻液中，最终在三通特氟龙软管29输出后将热量带走。
液冷LRM模块13装入液冷冷却层时，先逆时针松开液冷冷却层上的锁紧条，将该模块的助拔器40抬起，按照机箱各模块的标识，分别***各个槽位，安装该模块时应匀速轻推入液冷冷却层，避免野蛮操作，待该模块中的导销对准液冷PCB母板31中的导套时，用力向内按压该模块，使该模块中的VPX插头与该层的液冷PCB母板31中的VPX插座进入插合状态，然后用手对向扣合该模块中的起拔器40，借助起拔器40的杠杆作用使所述的VPX插头与VPX插座完全插合到位，最后用六方螺丝刀逆时针旋合锁紧条，使锁紧条的锁紧面与液冷LRM模块13中的用于安装该模块的结构紧密配合以产生锁紧压力；当需要取出液冷LRM模块13时，拔起助拔器40，使所述的VPX插头与VPX插座分离，便于取出液冷LRM模块13；液冷LRM模块13通过转接EN4165连接器与外部电气信号实现互联。
LRU设备16在本实施例中共有两种，一种LRU设备上设有B类锁紧机构11，另一种LRU设备上设有C类锁紧机构，与之对应的，自然冷却层设置有用于将LRU设备16固定在设备安装平台上的B类锁紧器35、C类锁紧器36，并可以实现LRU设备16的快速拆装；B类锁紧机构11包括固定在LRU设备16上的把手，把手下端的销轴上铰接有锁紧件41，自然冷却层上设有与B类锁紧机构11对应的B类锁紧器35，B类锁紧器35上也设有销轴，销轴上铰接有助拔轴43；C类锁紧机构15包括设置在LRU设备上的紧定钩42，自然冷却层上设有与C类锁紧机构15对应的C类锁紧器36，C类锁紧器的一端滑动设置在自然冷却层的一个弯折长孔中；LRU设备插装前，将后插拔连接器37固定在自然冷却层后方的盲配母板28上，LRU设备16与后插拔连接器37插装后，通过与后插拔连接器37连接的转接线缆组件34、转接J599连接器14实现LRU设备16与外部电气信号的互联；LRU设备16插合到位后，自然冷却层中设置的接近开关2动作发出触发信号，LED到位指示灯3亮起，未插合到位则不会触发接近开关2，LED到位指示灯3处于熄灭状态，整个监测***首次上电LCD显示屏4显示的插拔数值为500，即初始记录次数为500，每插拔一次，接近开关2动作一次并将信号传递给单片机6，单片机6将记录次数核减一次，并记录在EEPROM，当剩余插拔次数小于10次时，单片机6控制LCD显示屏4屏幕下方显示“剩余插拔次数不足，请及时更换S6！”。
LRU设备16装入自然冷却层时，对于使用B类锁紧机构11的LRU设备，先使B类锁紧机构11上的锁紧件41弹开以勾住自然冷却层上的B类锁紧器35的销轴，然后向上旋合锁紧件41以推动LRU设备16插座与盲配母板28上的插头插合到位，当需要拆下LRU设备时，通过锁紧器35上的助拔轴43与锁紧件41之间的反作用力将LRU设备拔出；对使用C类锁紧机构15的LRU设备，先推动LRU设备16使其上的紧定钩42与自然冷却层上的C类锁紧器36相互压合，然后旋转C类锁紧器36使LRU设备16上的插座与盲配母板28上的插头插合到位，当需要拔出LRU设备16时，反向旋转滑动C类锁紧器36使LRU设备16脱离。
风冷冷却层通过风冷环控组件17中的调速风扇21实现对风冷LRM模块19的冷却，风冷LRM模块19装入方式与液冷LRM模块13相同，该模块的VPX插头***风冷PCB母板39上的VPX插座，并使用锁紧件将其固定于安装平台正常工作；风冷冷却层中设置的温湿度传感器芯片将温湿度信息传递给单片机6，并将其动态显示在LCD显示屏4屏幕上，当设置的温度上限值与读取实际温度差值小于2℃时，单片机6发出指令控制调速风扇21全速旋转，差值大于30℃时，调速风扇21停转，差值介于2℃与30℃之间时，调速风扇21转速按比例调速；其中设置温度上限值的方式如下：按下“选择”按键，默认选择“温度上限设置”，被选择选项的参数值在显示区域闪烁显示，闪烁频率2Hz，再次按下“选择”按键，可切换选择选项，切换顺序为“温度上限设置”-“湿度下限设置”-“插拔次数初始化”-“温度上限设置”，按“+/-”修改参数，最后按下“确认”按键保存并退出设置状态；其中温度上限值设置的有效范围为：0-85度，湿度下限值设置的有效范围为：0-90％；调速风扇21设置在风冷冷却层的左侧面，风冷冷却层的右侧面设有进风口，风冷冷却层的上、下风冷板均通过真空钎焊成型，上、下风冷板均设有贯通的风腔，在调速风扇21的作用下，风从右侧进风口进入，经过上、下风冷板的风腔，将风冷LRM模块19的热量带走并从调速风扇21处抽出，调速风扇21旋转越快，空气流动越快，带走的热量越多；风冷LRM模块19通过转接EN4165连接器18与外部电气信号实现互联。
符合ARINC404、ARINC600、VITA46、VITA48标准的后插拔电子设备机箱、模块均可采用本发明设备安装平台的安装结构以及监测***。本发明设备安装平台为液冷、风冷、自然冷却三种冷却方式混合的设备安装平台，可以根据实际需要选择不同的冷却方式进行搭配组合。本发明的监测***也可以用到其他需要调节温湿度、监测插拔是否到位和插拔次数的领域；通过该新型环控冷却***的设备安装平台的设计，实现了不同热功耗电子设备和模块集成安装的目的；解决了单一液冷环控形式重量代价大、结构冗余的问题；解决了不同架构电子设备集中安装的布局问题，提升了设备安装空间利用率，有利于促进设备安装平台的轻量化设计；该检测***可实时动态监测环境指标的功能***，通过新型监测***风扇调速功能的设计，实现了温度、湿度实时测量并反向调节的目的；解决了风冷设备环控方式噪音大、功耗高、可靠性差的问题；通过新型监测***插拔到位指示和寿命统计的设计，解决了后插拔连接后部空间目视不可达、无法判断插合到位的问题，提升了设备使用状态的可靠性，使后插拔连接器使用寿命显性化，提高了设备的保障性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种新型***监测功能的设备安装平台，其特征在于：包括监测***、用于给设备降温的调速风扇，监测***包括用于接收、处理、存储、发送信号的单片机，还包括以下通过单片机***接口与单片机连接的电路：
电源电路，与外接的电源连接，用于将外接的电源电压降低以适用于监测***；
接近开关状态监测电路，与安装在设备安装平台的接近开关连接，用于将接近开关传递的信号传递至单片机以判断设备是否安装到位以及记录设备插拔次数；
按键状态监测电路，与设备安装平台上固定的按键连接，用于接收按键传来的信号并传递给单片机；
温湿度状态监测电路，与设备所处环境的温湿度传感器芯片连接，用于获取温湿度传感器芯片传来的温湿度信息并传递给单片机；
风扇转速控制电路，与调速风扇连接，用于接收单片机根据温湿度信息发送的指令，并将指令传递给调速风扇以控制其转速；
显示屏，用于展示状态信息。
2.根据权利要求1所述的一种新型***监测功能的设备安装平台，其特征在于：还包括以下集成设置的冷却层：
液冷冷却层，用于插装热功耗大于110W的LRM模块，包括用于通入液冷流体以带走该模块热量的流道；
自然冷却层，用于插装自然冷却的LRU设备，接近开关设置在该层，该层还设置指示LRU设备是否插装到位的LED到位指示灯；
风冷冷却层，用于插装热功耗小于110W的LRM模块，调速风扇、温湿度传感器芯片设置在该层。
3.根据权利要求1所述的一种新型***监测功能的设备安装平台，其特征在于：所述的单片机***的接口包括3路按键IO端口、1路接近开关IO端口、1路用于与LCD显示屏4通信的串口、2路模拟I2C且分别与EEPROM和温湿度传感器通信的端口、1路模拟I2C的预留端口、2路普通IO口且模拟PWM波形的输出端口。
4.根据权利要求1所述的一种新型***监测功能的设备安装平台，其特征在于：所述的电源电路分为两级，第一级将外部电源的电压AC220V转换为DC24V，第二级将DC24V转换为DC5.0V和DC3.3V。
5.根据权利要求1或2所述的一种新型***监测功能的设备安装平台，其特征在于：所述的接近开关采用三线制、常开、工作电压DC12-24V的规格。
6.根据权利要求1所述的一种新型***监测功能的设备安装平台，其特征在于：所述的按键采用薄膜按键，薄膜按键固定在设备安装平台上，采用共阴级处理，默认状态下，IO管脚为高电平，按键触发后，IO管脚为低电平。
7.根据权利要求1所述的一种新型***监测功能的设备安装平台，其特征在于：所述的风扇转速控制电路中的电平转换芯片将单片机输出的PWM信号由3.3V转换为5.0V，实现对调速风扇转速的控制。
8.根据权利要求1所述的一种新型***监测功能的设备安装平台，其特征在于：所述的显示屏选用LCD显示屏，单片机通过RS232串口与LCD显示屏连接并控制其显示的内容，分辨率为256*128px。
9.根据权利要求5所述的一种新型***监测功能的设备安装平台，其特征在于：所述的接近开关触发次数通过单片机记录在与单片机连接的EEPROM。
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