CN113900503A - 一种电脑机箱温度控制*** - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种电脑机箱温度控制***，可对多路温度传感器、风扇及水泵进行温度、转速信息采集以及故障监测，并发生故障后进行故障提醒、存储，并控制风扇、水泵按故障模式进行工作，调整风扇及水泵转速以达到最佳的散热效果。

Description

一种电脑机箱温度控制***
技术领域
本发明实施例涉及电脑机箱散热技术领域，具体涉及一种电脑机箱温度控制***。
背景技术
目前电脑机箱的常用的散热方式主要有以下几种：
(1)传统散热方式，给散热风扇供电以全负荷运转；
(2)使用简单的模拟电路，根据热敏电阻阻值的变化调节电流或电压以达到风扇转速控制的目的。
(3)使用电脑主板上的风扇转速控制功能。但一般只提供CPU风扇转速控制引脚。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种电脑机箱温度控制装置，以解决现有的电脑机箱散热方式存在的控制逻辑单一、转速设置不合理、散热效果差、无法实现故障信息检测等问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种电脑机箱温度控制***，所述***包括多路温度传感器、多路风扇、水冷循环水泵、温度传感器***电路、转速测量***电路、PWM输出电路以及主控MCU，多路所述温度传感器通过温度传感器***电路连接至主控MCU，所述转速测量***电路连接所述主控MCU，所述主控MCU通过PWM输出电路连接所述风扇及水泵，多路所述温度传感器分别用于采集电脑机箱的CPU入水口温度、CPU出水口温度、GPU温度、主芯片温度、内存温度、硬盘温度、机箱内部温度以及环境温度信息，所述温度传感器***电路用于将热敏电阻值转换为电压信号输入至主控MCU，多路所述风扇包括水冷散热器风扇、机箱排气风扇、主芯片风扇、内存风扇以及硬盘风扇，所述转速测量***电路用于将所述风扇及水泵的转速信号通过光耦合器转换为主控MCU可处理的信号，所述主控MCU用于根据获取的所述电压信号对各温度传感器故障状态进行监测以及温度值计算，根据获取的转速信息对风扇及水泵故障状态进行监测，并根据采集的各温度信息、各温度传感器故障状态和各风扇及水泵的故障状态信息对风扇及水泵的转速进行调整和控制，输出PMW控制信号，所述PWM输出电路用于将主控MCU的PMW信号输出至风扇及水泵。
进一步地，所述***还包括故障状态指示模块，所述故障状态指示模块通过开关电路连接主控MCU，所述故障状态指示模块包括LED状态指示灯、蜂鸣器。
进一步地，所述***还包括与主控MCU连接的CAN通讯模块，所述CAN通讯模块用于外接CAN通讯设备读取、采集数据。
进一步地，所述***还包括与主控MCU连接的供电模块。
进一步地，所述***还包括液晶显示模块，所述液晶显示模块通过SPI协议与主控MCU通讯，用于显示温度、转速及故障状态信息。
进一步地，所述***还包括与主控MCU连接的串口通讯模块，用于发送温度、转速及故障状态数据信息，以及用于软件升级。
进一步地，所述***还包括EEPROM存储器，所述EEPROM存储器通过IIC协议与主控MCU之间进行通讯，用于存储、读取故障信息、防盗验证码。
进一步地，所述主控MCU的型号为STM32F103VCT6。
本发明实施例具有如下优点：
本发明实施例提出的一种电脑机箱温度控制***，可对多路温度传感器、风扇及水泵进行温度、转速信息采集以及故障监测，并发生故障后进行故障提醒、存储，并控制风扇、水泵按故障模式进行工作，调整风扇及水泵转速以达到最佳的散热效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
图1为本发明实施例1提供的一种电脑机箱温度控制***的结构示意图；
图2为本发明实施例1提供的一种电脑机箱温度控制***中CPU及GPU(显卡)的冷却风扇、水泵及温度传感器布置示意图；
图3为本发明实施例1提供的一种电脑机箱温度控制***中冷却风扇控制逻辑流程图；
图4为本发明实施例1提供的一种电脑机箱温度控制***中温度传感器电压诊断流程示意图；
图5为本发明实施例1提供的一种电脑机箱温度控制***中温度传感器合理性诊断流程示意图；
图6为本发明实施例1提供的一种电脑机箱温度控制***中温度传感器故障失效模式风扇转速请求流程示意图；
图7为本发明实施例1提供的一种电脑机箱温度控制***中风扇故障失效模式风扇转速请求流程示意图；
图8为本发明实施例1提供的一种电脑机箱温度控制***中风扇故障失效模式转速请求温度修正流程示意图；
图9为本发明实施例1提供的一种电脑机箱温度控制***中风扇信号诊断流程示意图；
图10为本发明实施例1提供的一种电脑机箱温度控制***中风扇转速合理性诊断流程示意图；
图11为本发明实施例1提供的一种电脑机箱温度控制***中风扇动态响应不合理诊断流程示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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。
实施例1
如图1所示，本实施例提出了一种电脑机箱温度控制***，该***包括多路温度传感器、多路风扇、水冷循环水泵、温度传感器***电路、转速测量***电路、PWM输出电路以及主控MCU。多路温度传感器通过温度传感器***电路连接至主控MCU，转速测量***电路连接主控MCU，主控MCU通过PWM输出电路连接风扇及水泵。
多路温度传感器分别用于采集电脑机箱的CPU入水口温度、CPU出水口温度、GPU温度、主芯片温度、内存温度、硬盘温度、机箱内部温度以及环境温度信息，温度传感器***电路用于将热敏电阻值转换为电压信号输入至主控MCU。本实施例中，对于CPU入水口温度、CPU出水口温度、GPU温度、主芯片温度、内存温度、硬盘温度、机箱内部温度以及环境温度信息的采集均采用NTC热敏电阻型温度传感器。本实施例中还设置有DS18B20型数字温度传感器用于采集***电路板温度信息，还用于使用DS18B20的唯一序列号和MCU序列号结合对软件进行加密。
多路风扇包括水冷散热器风扇、机箱排气风扇、主芯片风扇、内存风扇以及硬盘风扇，转速测量***电路用于将风扇及水泵的转速信号通过光耦合器转换为主控MCU可处理的信号。
主控MCU用于根据获取的电压信号对各温度传感器故障状态进行监测以及温度值计算，根据获取的转速信息对风扇及水泵故障状态进行监测，并根据采集的各温度信息、各温度传感器故障状态和各风扇及水泵的故障状态信息对风扇及水泵的转速进行调整和控制，输出PMW控制信号，PWM输出电路用于将主控MCU的PMW信号输出至风扇及水泵。本实施例中，主控MCU的型号为STM32F103VCT6。
本实施例中，根据各传感器温度、温度传感器故障状态、风扇、水泵的故障状态计算出对应风扇、水泵的转速请求(％)，最终输出PMW信号。按控制功能主要包括3路水冷散热器风扇转速控制、2路机箱排气风扇转速控制、1路主芯片风扇转速控制、1路内存风扇转速控制、1路硬盘风扇转速控制、1路水泵转速控制。
各模块主体结构相差不大，以CPU、GPU(显卡)温度控制为例进行说明。CPU及GPU(显卡)采用循环水冷散热方式，风扇、水泵及相关温度传感器的布置如图2所示，通过水冷循环水泵实现不同部件之间冷却液的循环。冷却风扇控制逻辑流程，如图3所示，具体的：
将热敏电阻型的CPU入水口温度传感器、CPU出水口温度传感器以及GPU温度传感器的代表温度的电压模拟信号通过AD转换为电压数字信号，然后进行电压诊断(判断是否出现短路、接触不良的故障问题)，将电压值进行计算转换为温度，进行温度合理性诊断。基于以上诊断结果，根据三个传感器获取的温度，取CPU入水口、CPU出水口及GPU出水口三者温度的最大值，与环境温度进行查表，获得风扇转速(％)初始值，并将GPU出水口与CPU入水口温度差值查表，获得风扇转速修正系数，并根据风扇转速(％)初始值和风扇转速修正系数获得最终获得风扇转速(％)(***软件中预先配置有多个温度-转速对照表(一维表或二维表)，可根据一个温度(一维表)或两个温度值(二维表)进行温度查表获取对应的风扇转速需求值，通过线性插值计算处理使温度值在表中可查，表中的具体数值可以根据实际进行设定)；
再根据水泵转速变化量，决定是否对风扇转速请求的变化率进行限制，并且由环境温度计算冷却液目标温度，满足闭环条件可对风扇转速进行PID闭环控制，基于以上条件获得风扇转速。结合温度传感器故障失效模式、风扇故障失效模式下的风扇转速请求，然后进行风扇转速(％)变化斜率平滑处理，以及结合风扇转速范围限制，获得风扇转速，主控MCU将风扇转速请求转换为PMW输出信号。
温度传感器的电压诊断如图4所示，主要包括电压范围诊断、接触不良诊断：判断电压值是否超过上限与下限，超过则进行故障状态计时，计时超过限值则报电压范围故障；对电压值进行高通滤波，计算电压变化梯度是否超过限值，超过进行故障状态计时，计时超过限值则报接触不良故障。
温度传感器的温度合理性诊断如图5所示，主要包含温度超范围故障、升温不合理故障：判断温度值是否超过上限与下限，超过则进行故障状态计时，计时超过限值则报温度范围故障；记录开机时的温度和过程中的最高温度，并使用计时器计时，当其他温度传感器温度变化明显，且计时器达到定义时间，则计算温度传感器过程中的最高温度与开机时温度的差值，若差值未超过限值，则报升温不合理故障。
温度传感器故障失效模式风扇转速请求，定义为：CPU入水口温度、CPU出水口温度、GPU出水口温度、机箱内部温度、环境温度出现故障时设定的风扇转速请求。控制逻辑如图6所示。具体为：根据CPU入水口温度、CPU出水口温度、GPU出水口温度、机箱内部温度、环境温度，统计有故障传感器的个数，若都无故障，则输出转速请求最小值，若都有故障，则按设定参数输出转速请求，然后根据每个传感器是否故障，若GPU出水口温度传感器无故障，则根据GPU出水口温度查表输出转速请求，若CPU出水口温度传感器无故障，则根据CPU出水口温度查表输出转速请求，若CPU入水口温度传感器无故障，则根据CPU入水口温度查表输出转速请求，若机箱内温度传感器无故障，则根据机箱内温度查表输出转速请求，若环境温度传感器无故障，则根据环境温度查表输出转速请求。
风扇故障失效模式风扇转速请求，定义为：水冷散热器风扇1、水冷散热器风扇2、水冷散热器风扇3，出现故障时设定的风扇转速请求，如图7所示，控制逻辑为：先进行风扇诊断，统计有故障风扇的个数，若都没有故障，则输出转速请求最小值；若存在故障(1个、2个或3个都故障)，则进行温度修正获取修正系数，按照设定参数输出转速请求，基础转速值乘以修正系数输出转速请求。
以上所说的温度修正，定义为不同CPU入水口、出水口、GPU出水口、机箱内部及环境温度，按修正系数对风扇转速请求进行修正，如图8所示，控制逻辑为：根据CPU入水口温度、出水口温度、GPU出水口温度、机箱内部温度及环境温度，统计有故障传感器的个数，若都有故障，则输出修正系数1.0，若并非是全部故障，根据每个传感器是否故障，若GPU出水口温度传感器无故障，则根据GPU出水口温度查表输出修正系数，若CPU出水口温度传感器无故障，则根据CPU出水口温度查表输出修正系数，若CPU入水口温度传感器无故障，则根据CPU入水口温度查表输出修正系数，若机箱内温度传感器无故障，则根据机箱内温度查表输出修正系数，若环境温度传感器无故障，则根据环境温度查表输出修正系数(***软件中预先配置有温度-修正系数对照表，可根据温度查表获取对应的修正系数值)。
以上所说的风扇诊断，主要包括信号诊断和合理性诊断，信号诊断逻辑如下：如图9所示，首先等待任务分配，得到分配任务后，判断当前转速请求是否满足诊断最小要求，满足则统计定义时间内获取的脉冲信号数量，若脉冲信号数量少于设定值，则报风扇信号故障。风扇诊断中的合理性诊断，包括实际转速信号不合理与动态响应不合理两种诊断方法，实际转速信号不合理诊断逻辑如下：如图10所示，首先等待任务分配，得到分配任务后，判断当前转速请求是否满足诊断最小要求，满足则根据转速请求经风扇特性计算理论转速，若理论转速与实际转速之差高于限值，则触发故障状态计时，当计时达到设定时间时则报实际转速不合理故障。动态响应不合理诊断逻辑如下：如图11所示，首先等待任务分配，得到分配任务后，判断转速请求变化速率是否超过限值，超过则记录此时刻的实际转速和理论转速，判断转速请求变化速率是否低于限值，低于则记录此时刻的实际转速和理论转速，根据两次记录的实际转速和理论转速，计算实际转速变化梯度与理论转速变化梯度比值，若梯度比值低于设定值则报动态响应慢故障。
进一步地，该***还包括故障状态指示模块，故障状态指示模块通过开关电路连接主控MCU，故障状态指示模块包括LED状态指示灯、蜂鸣器。
进一步地，该***还包括与主控MCU连接的CAN通讯模块，CAN通讯模块用于外接CAN通讯设备读取、采集数据。CAN通讯采用TJA1050芯片及***电路、120欧终端电阻。
进一步地，该***还包括与主控MCU连接的供电模块。供电电路使用RT7272、AMS1117及***电路，将12V输入电压转换为5V及3.3V电压。
进一步地，该***还包括液晶显示模块，液晶显示模块通过SPI协议与主控MCU通讯，用于显示温度、转速及故障状态信息。显示设备目前使用1.3寸7针的OLED显示模块。
进一步地，该***还包括与主控MCU连接的串口通讯模块。串口通讯采用CH340G芯片及***驱动电路、MicroUSB接口，可按指令发送温度、转速、故障信息、软件版本号、芯片ID等信息，可通过USB数据线升级软件。
进一步地，该***还包括EEPROM存储器，EEPROM存储器通过IIC协议与主控MCU之间进行通讯，用于存储、读取故障信息、防盗验证码。EEPROM存储器为带电可擦可编程存储器，是一种掉电后数据不丢失的存储芯片，采用AT24C02芯片。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种电脑机箱温度控制***，其特征在于，所述***包括多路温度传感器、多路风扇、水冷循环水泵、温度传感器***电路、转速测量***电路、PWM输出电路以及主控MCU，多路所述温度传感器通过温度传感器***电路连接至主控MCU，所述转速测量***电路连接所述主控MCU，所述主控MCU通过PWM输出电路连接所述风扇及水泵，多路所述温度传感器分别用于采集电脑机箱的CPU入水口温度、CPU出水口温度、GPU温度、主芯片温度、内存温度、硬盘温度、机箱内部温度以及环境温度信息，所述温度传感器***电路用于将热敏电阻值转换为电压信号输入至主控MCU，多路所述风扇包括水冷散热器风扇、机箱排气风扇、主芯片风扇、内存风扇以及硬盘风扇，所述转速测量***电路用于将所述风扇及水泵的转速信号通过光耦合器转换为主控MCU可处理的信号，所述主控MCU用于根据获取的所述电压信号对各温度传感器故障状态进行监测以及温度值计算，根据获取的转速信息对风扇及水泵故障状态进行监测，并根据采集的各温度信息、各温度传感器故障状态和各风扇及水泵的故障状态信息对风扇及水泵的转速进行调整和控制，输出PMW控制信号，所述PWM输出电路用于将主控MCU的PMW信号输出至风扇及水泵。
2.根据权利要求1所述的一种电脑机箱温度控制***，其特征在于，所述***还包括故障状态指示模块，所述故障状态指示模块通过开关电路连接主控MCU，所述故障状态指示模块包括LED状态指示灯、蜂鸣器。
3.根据权利要求1所述的一种电脑机箱温度控制***，其特征在于，所述***还包括与主控MCU连接的CAN通讯模块，所述CAN通讯模块用于外接CAN通讯设备读取、采集数据。
4.根据权利要求1所述的一种电脑机箱温度控制***，其特征在于，所述***还包括与主控MCU连接的供电模块。
5.根据权利要求1所述的一种电脑机箱温度控制***，其特征在于，所述***还包括液晶显示模块，所述液晶显示模块通过SPI协议与主控MCU通讯，用于显示温度、转速及故障状态信息。
6.根据权利要求1所述的一种电脑机箱温度控制***，其特征在于，所述***还包括与主控MCU连接的串口通讯模块，用于发送温度、转速及故障状态数据信息，以及用于软件升级。
7.根据权利要求1所述的一种电脑机箱温度控制***，其特征在于，所述***还包括EEPROM存储器，所述EEPROM存储器通过IIC协议与主控MCU之间进行通讯，用于存储、读取故障信息、防盗验证码。
8.根据权利要求1所述的一种电脑机箱温度控制***，其特征在于，所述主控MCU的型号为STM32F103VCT6。
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