專利名稱：熱交換系統(tǒng)智能化監(jiān)控的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱交換系統(tǒng)智能化監(jiān)控的方法和裝置，特別是指一種可根據(jù)實際的環(huán)境溫度及散熱情況控制散熱風扇的轉(zhuǎn)速，使其機箱內(nèi)排風量得到調(diào)整；同時，降低散熱風扇的噪音，節(jié)省能源；屬于控制或調(diào)節(jié)技術(shù)領(lǐng)域。
現(xiàn)有通信設(shè)備熱交換系統(tǒng)主要采用以下幾種方法進行散熱和監(jiān)控第一種方法簡單地利用直流風扇，通過風道，把設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去。該方法中風扇以滿負荷運轉(zhuǎn)，其排風量固定且不可調(diào)整；同時，風扇產(chǎn)生的噪音較大，浪費能源，其壽命也會受到一定的影響。如果熱設(shè)計的余量有限，則若有一風扇損壞，整個設(shè)備內(nèi)的熱量將無法有效散出，不利于通信設(shè)備的正常工作。
第二種方法利用現(xiàn)有的內(nèi)置溫控風扇，即用風扇自帶的溫度傳感器來控制風扇的轉(zhuǎn)速。但該方法要把相應(yīng)設(shè)備運送到生產(chǎn)溫控風扇的廠家，然后，再模擬設(shè)備工作的熱環(huán)境，進行測試，獲得溫度變化與風扇轉(zhuǎn)速的對應(yīng)關(guān)系，再由廠家對風扇的轉(zhuǎn)速進行標定。這樣就會人為地造成設(shè)備熱系統(tǒng)開發(fā)周期的延長，成本增加；若以后設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)或電路需要更改，則還需將更改后的設(shè)備熱系統(tǒng)再次去標定；因此，這種方法的靈活性差，需要大量的資金投入。另外，現(xiàn)有內(nèi)置溫控風扇沒有數(shù)據(jù)輸出的裝置，所以無法將溫度傳感器測到的溫度值傳送出去。
第三種方法在風扇及其控制電路之外，外接溫度傳感器，依靠該溫度傳感器監(jiān)測到設(shè)備環(huán)境溫度的變化，并根據(jù)監(jiān)測的結(jié)果調(diào)整相應(yīng)的外圍電路的參數(shù)，進而實現(xiàn)對調(diào)節(jié)風扇排風量的調(diào)節(jié)。但是，如果該溫度傳感器損壞，將會造成風扇轉(zhuǎn)速的失控，熱交換系統(tǒng)也就無法正常工作。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種熱交換系統(tǒng)智能化監(jiān)控的方法和裝置，其具有模糊控制的功能及數(shù)據(jù)輸入/輸出接口，可將溫度傳感器測到的溫度值傳送出去，并方便地設(shè)置在與各種具有散熱系統(tǒng)的設(shè)備中，設(shè)備熱系統(tǒng)開發(fā)的靈活性強，周期短，成本低。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種熱交換系統(tǒng)智能化監(jiān)控的方法和裝置，它在對散熱風扇進行控制和調(diào)節(jié)的同時，還對溫度傳感器的工作狀態(tài)進行監(jiān)視，無論溫度傳感器是否損壞，都能保證散熱風扇的轉(zhuǎn)速不會失控，熱交換系統(tǒng)仍能有效地工作。
本發(fā)明的目的是通過如下的技術(shù)方案實現(xiàn)的一種熱交換系統(tǒng)智能化監(jiān)控的方法，在機箱熱交換系統(tǒng)中的熱交換監(jiān)控單元采集熱交換系統(tǒng)的溫度值；然后對所采集的溫度進行計算，最后根據(jù)計算結(jié)果及模糊控制表控制散熱風扇的轉(zhuǎn)速。
上述的熱交換監(jiān)控單元還采集散熱風扇的轉(zhuǎn)速狀態(tài)，并根據(jù)該轉(zhuǎn)速狀態(tài)進行控制。
上述的熱交換監(jiān)控單元通過數(shù)據(jù)接口與外部控制裝置通信，并根據(jù)外部控制裝置的命令控制散熱風扇的轉(zhuǎn)速。
熱交換監(jiān)控單元通過與其連接的溫度傳感器測量熱交換系統(tǒng)的溫度值，并且通過循環(huán)冗余校驗(Cyclic Redundancy Check，簡稱CRC)信號確定該溫度值的真實性；當CRC檢驗出錯時，熱交換監(jiān)控單元控制散熱風扇以一恒定的轉(zhuǎn)速工作。
熱交換監(jiān)控單元接收風扇的轉(zhuǎn)速信號，然后將該轉(zhuǎn)速信號與控制輸出的期望值進行比較，再根據(jù)比較結(jié)果對散熱風扇的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)。
上面所述的計算包括計算實際溫度值與期望溫度值之間的偏差、該偏差的變化值以及對模糊控制規(guī)則進行形式數(shù)學處理，獲得用于確定控制變量PWM輸出百分比的熱交換監(jiān)控單元模糊控制器的模糊控制表。
所述的外部控制裝置為計算機。
所述的散熱風扇或溫度傳感器為一個或一個以上。
熱交換監(jiān)控單元輸出的控制信號為PWM信號。
一種熱交換系統(tǒng)智能化監(jiān)控的裝置，它至少包括熱交換監(jiān)控單元、散熱風扇、溫度傳感器；熱交換監(jiān)控單元的信號輸入端與溫度傳感器連接，其接收溫度傳感器的測溫信號；熱交換監(jiān)控單元的控制輸出端與散熱風扇連接，它輸出用于控制散熱風扇轉(zhuǎn)速的控制信號。
熱交換監(jiān)控單元還具有用于接收散熱風扇輸出的轉(zhuǎn)速信號的輸入端，它連接到散熱風扇的測速信號端。
熱交換系統(tǒng)智能化監(jiān)控的裝置還包括外部控制裝置，該裝置與熱交換監(jiān)控單元通過數(shù)據(jù)接口連接；熱交換監(jiān)控單元通過數(shù)據(jù)接口向外部控制裝置發(fā)送檢測數(shù)據(jù)，并接收外部控制裝置的控制命令。
所述的散熱風扇或溫度傳感器為一個或一個以上。
熱交換監(jiān)控單元輸出的控制信號為PWM信號。
上面所述的外部控制裝置為計算機，數(shù)據(jù)接口為RS232串口。
采用本發(fā)明所述方法和裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其克服了現(xiàn)有技術(shù)中溫度監(jiān)測和風扇運轉(zhuǎn)散熱各自獨立，不能有機結(jié)合的缺點，最大限度地減低噪音和功耗，增加產(chǎn)品可靠性和風扇壽命。本裝置風扇溫控采用模糊邏輯控制算法，具有高智能化，適應(yīng)性強，調(diào)測簡單。本發(fā)明的裝置實現(xiàn)了熱交換系統(tǒng)風扇轉(zhuǎn)速的智能化控制，并具有檢測功能，使通信設(shè)備的熱交換系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。
本發(fā)明可根據(jù)實際的環(huán)境溫度及散熱情況控制散熱風扇的轉(zhuǎn)速，使其排風量得到調(diào)整；同時，降低了散熱風扇的噪音，節(jié)省了能源，提高了散熱風扇的壽命，有利于設(shè)備的正常工作，使現(xiàn)有的通信設(shè)備對熱交換系統(tǒng)的監(jiān)控更完善、可靠，實現(xiàn)了熱交換系統(tǒng)的智能化監(jiān)控。
本發(fā)明具有的模糊控制的功能及數(shù)據(jù)輸入/輸出接口，可將溫度傳感器測到的溫度值傳送到外部控制裝置，并可方便地設(shè)置在與各種具有散熱系統(tǒng)的設(shè)備中；因此，設(shè)備熱系統(tǒng)開發(fā)的靈活性強，周期短，成本低。
本發(fā)明在對散熱風扇進行控制和調(diào)節(jié)的同時，還對溫度傳感器的工作狀態(tài)進行監(jiān)視，無論溫度傳感器是否損壞，都能保證散熱風扇的轉(zhuǎn)速不會失控，熱交換系統(tǒng)仍能有效地工作。
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明如下
圖2為本發(fā)明控制流程圖。
圖3為本發(fā)明一實施例的模糊邏輯控制器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明一實施例的熱交換監(jiān)控裝置模糊控制表。
本發(fā)明一實施例所述的熱交換監(jiān)控裝置由以下部分組成熱交換監(jiān)控單元、風扇、溫度傳感器、外部控制裝置。熱交換監(jiān)控單元接收溫度傳感器送來的溫度值，控制風扇轉(zhuǎn)速，接收風扇輸出的轉(zhuǎn)速信號。熱交換監(jiān)控單元和外部控制裝置通過串口連接。
本實施例的熱交換監(jiān)控方法的處理步驟如下第一步形成熱交換監(jiān)控裝置的模糊規(guī)則，即根據(jù)專家的控制知識和經(jīng)驗制定出模糊控制規(guī)則，并對它們進行形式數(shù)學處理，構(gòu)成監(jiān)控裝置模糊控制器的控制表。
第二步熱交換監(jiān)控單元接收溫度傳感器送來的溫度值，計算出實際溫度值與期望溫度值的偏差，同時還得出溫度偏差的變化，根據(jù)上面得出的模糊控制表輸出PWM信號來控制風扇的轉(zhuǎn)速。
第三步利用CRC校驗，監(jiān)視溫度傳感是否在正常工作。
第四步接收風扇的轉(zhuǎn)速信號，與輸出PWM信號所對應(yīng)的期望風扇的轉(zhuǎn)速進行比較，判斷風扇是否在正常工作。
第五步與外部控制裝置通訊，上報當前溫度值、風扇轉(zhuǎn)速值、溫度傳感器和風扇的工作狀態(tài)，隨時根據(jù)外部控制裝置的命令控制風扇的轉(zhuǎn)速。
參見

圖1，在熱交換系統(tǒng)監(jiān)控裝置中，數(shù)字式溫度傳感器通過數(shù)據(jù)口線與熱交換監(jiān)控單元上的CPU通訊；數(shù)字式溫度傳感器除了送出溫度值外，還給出CRC校驗信號；因此，利用該CRC校驗信號很容易就可以判斷出溫度傳感器的工作狀態(tài)是否正常。熱交換監(jiān)控單元輸出PWM信號控制散熱風扇的轉(zhuǎn)速，同時還接收散熱風扇輸出的轉(zhuǎn)速信號。由于散熱風扇的供電電壓較高，可以利用光電耦合器件進行電氣隔離。實際使用時，可以設(shè)置兩個散熱風扇，使其同時工作，當其中一散熱風扇發(fā)生故障時，可以靠提高正常工作的散熱風扇的轉(zhuǎn)速來維持熱交換系統(tǒng)的正常工作。
外部控制裝置可以是普通計算機，也可以是上級控制單元，其與熱交換監(jiān)控單元通過標準RS232串口連接并通訊；熱交換監(jiān)控單元把檢測到的溫度值，散熱風扇的轉(zhuǎn)速、各種告警狀態(tài)實時上傳給外部控制裝置，同時根據(jù)外部控制裝置的命令進入調(diào)測狀態(tài)，根據(jù)外部命令控制散熱風扇的轉(zhuǎn)速。
參見圖2，本實施例的監(jiān)控方法的步驟詳細描述如下
本發(fā)明的裝置開始工作時，首先，熱交換監(jiān)控單元的CPU初始化，硬件電路自檢，如果自檢有錯，熱交換監(jiān)控單元控制散熱風扇以一恒定轉(zhuǎn)速運行，同時上報外部控制裝置相應(yīng)硬件的出錯信息。
硬件電路自檢正常后，熱交換監(jiān)控單元開始檢測當前處于標準狀態(tài)還是調(diào)測狀態(tài)；該調(diào)測狀態(tài)由外部控制裝置設(shè)定，缺省時為標準狀態(tài)。在調(diào)測狀態(tài)時，監(jiān)控單元只將檢測到的溫度值和散熱風扇的轉(zhuǎn)速上報外部控制裝置，根據(jù)外部控制裝置的指令控制散熱風扇的轉(zhuǎn)速。由于實際使用數(shù)字式溫度傳感器，監(jiān)控單元在接收傳感器送來溫度值的同時，還通過CRC校驗信號確定溫度值的真實性，若CRC校驗出錯，則向外部控制裝置上報溫度傳感器的出錯信息。
若熱交換監(jiān)控單元處于標準狀態(tài)，則該熱交換監(jiān)控單元根據(jù)采集到的溫度值輸出PWM信號控制散熱風扇的轉(zhuǎn)速。為了提高熱交換監(jiān)控系統(tǒng)的智能化判別程度，在控制散熱風扇轉(zhuǎn)速時，使用一種模糊邏輯控制算法，根據(jù)得出的模糊控制器的控制表來控制散熱風扇的轉(zhuǎn)速。該算法先設(shè)定一期望溫度，然后根據(jù)檢測溫度值算出與期望溫度值的偏差，并且根據(jù)溫度變化的趨向和時間，算出該溫度值偏差的變化；將溫度的偏差和偏差的變化做為模糊控制器的輸入，而PWM信號做為輸出控制散熱風扇的轉(zhuǎn)速。如果溫度傳感器檢測到溫度值的CRC校驗出錯，熱交換監(jiān)控單元將控制散熱風扇以一恒定轉(zhuǎn)速運行，同時向外部控制裝置上報溫度傳感器的出錯信息。
熱交換監(jiān)控單元通過將輸出的PWM信號和檢測到的散熱風扇轉(zhuǎn)速值進行比較，判斷散熱風扇運行是否正常，如果散熱風扇的轉(zhuǎn)速與監(jiān)控單元輸出的PWM控制信號所對應(yīng)的期望轉(zhuǎn)速值之間存在的誤差超過一設(shè)定的閾值時，向外部控制裝置上報該散熱風扇的告警信息。
如圖3所示，為模糊邏輯控制器的結(jié)構(gòu)。在手動控制過程中，憑借人工的直覺所能獲取的信息基本上為兩個(1)溫度的偏差；(2)溫度偏差的變化；一般來說，人對溫度偏差最敏感，其次是溫度偏差的變化。由于模糊控制器的控制規(guī)則根據(jù)手動控制規(guī)則設(shè)計，所以模糊控制器的輸入變量也可以為兩個，即溫度偏差及溫度偏差的變化；輸出變量為輸出給散熱風扇的PWM信號的變化。
要對系統(tǒng)進行模糊控制，需要根據(jù)實際溫度與期望溫度之間的差值及其差值的變化率來決定如何對系統(tǒng)加以調(diào)整控制；由于，這些輸入值都比較精確，因此，要必須首先把它們轉(zhuǎn)換成模糊集合的隸屬函數(shù)。為便于工程實現(xiàn)，通常把輸入變量的范圍人為的定義為離散的若干級，所定義級數(shù)的多少取決于所需輸入量的分辨率。定義輸入量的隸屬函數(shù)為鐘形函數(shù)、梯形函數(shù)或三角形函數(shù)。本實施例中采用三角形函數(shù)。
參見圖3，根據(jù)上述的模糊控制規(guī)則，設(shè)期望的溫度值T為40℃，設(shè)備的熱交換系統(tǒng)可通過實驗確定實際溫度與期望值之間的差值E的論域為[-20，20]，溫度偏差的變化率EC的論域為[-100，100]，控制變量PWM輸出百分比U的論域為[20，100]，取三個語言變量的量化等級都為9級，即E，EC，U＝{-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4}其中E，EC，U各比例因子為k1＝4/20＝1/5；k2＝4/100＝1/25；k3＝8/80＝1/10；如圖4所示，其為模糊控制器的控制表，通過將有經(jīng)驗的操作者或?qū)＜业目刂浦R和經(jīng)驗制定出模糊控制規(guī)則進行形式數(shù)學處理構(gòu)成該控制表，該控制表作為本發(fā)明熱交換監(jiān)控裝置的模糊控制規(guī)則。考慮到特殊情況，當熱交換裝置檢測到的溫度值大于60℃時，控制變量PWM輸出百分比U為100，當熱交換裝置檢測到的溫度值小于20℃時，控制變量PWM輸出百分比U為0。由于模糊控制表的建立是離線進行的，因此不影響模糊控制器實時運行的速度。一旦模糊控制表建立起來，模糊邏輯推理器的算法就是簡單的查表法。
以上實施例僅用以說明本發(fā)明而非限制，盡管參照以上較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本發(fā)明進行修改、變形或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求
1.一種熱交換系統(tǒng)智能化監(jiān)控的方法，其特征在于在熱交換系統(tǒng)中的熱交換監(jiān)控單元采集熱交換系統(tǒng)的溫度值；然后對所采集的溫度進行計算，最后根據(jù)計算結(jié)果及控制規(guī)則控制散熱風扇的轉(zhuǎn)速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換系統(tǒng)智能化監(jiān)控的方法，其特征在于熱交換監(jiān)控單元還采集散熱風扇的轉(zhuǎn)速狀態(tài)，并根據(jù)該轉(zhuǎn)速狀態(tài)進行控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換系統(tǒng)智能化監(jiān)控的方法，其特征在于熱交換監(jiān)控單元通過數(shù)據(jù)接口與外部控制裝置通信，并根據(jù)外部控制裝置的命令控制散熱風扇的轉(zhuǎn)速。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換系統(tǒng)智能化監(jiān)控的方法，其特征在于熱交換監(jiān)控單元通過與其連接的溫度傳感器測量熱交換系統(tǒng)的溫度值，并且通過CRC檢驗信號確定該溫度值的真實性；當CRC檢驗出錯時，熱交換監(jiān)控單元控制散熱風扇以一恒定的轉(zhuǎn)速工作。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱交換系統(tǒng)智能化監(jiān)控的方法，其特征在于熱交換監(jiān)控單元接收風扇的轉(zhuǎn)速信號，然后將該轉(zhuǎn)速信號與控制輸出的期望值進行比較，再根據(jù)比較結(jié)果對散熱風扇的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換系統(tǒng)智能化監(jiān)控的方法，其特征在于所述的計算包括計算實際溫度值與期望溫度值之間的偏差、該偏差的變化值以及對模糊控制規(guī)則進行形式數(shù)學處理，獲得用于確定控制變量PWM輸出百分比的熱交換監(jiān)控單元模糊控制器的模糊控制表。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱交換系統(tǒng)智能化監(jiān)控的方法，其特征在于所述的外部控制裝置為計算機。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5所述的熱交換系統(tǒng)智能化監(jiān)控的方法，其特征在于所述的散熱風扇為一個或一個以上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5所述的熱交換系統(tǒng)智能化監(jiān)控的方法，其特征在于所述的溫度傳感器為一個或一個以上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5所述的熱交換系統(tǒng)智能化監(jiān)控的方法，其特征在于熱交換監(jiān)控單元輸出的控制信號為PWM信號。
11.一種熱交換系統(tǒng)智能化監(jiān)控的裝置，其特征在于它至少包括熱交換監(jiān)控單元、散熱風扇、溫度傳感器；熱交換監(jiān)控單元的信號輸入端與溫度傳感器連接，其接收溫度傳感器的測溫信號；熱交換監(jiān)控單元的控制輸出端與散熱風扇連接，它輸出用于控制散熱風扇轉(zhuǎn)速的控制信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的熱交換系統(tǒng)智能化監(jiān)控的裝置，其特征在于熱交換監(jiān)控單元還具有用于接收散熱風扇輸出的轉(zhuǎn)速信號的輸入端，它連接到散熱風扇的測速信號端。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的熱交換系統(tǒng)智能化監(jiān)控的裝置，其特征在于它還包括外部控制裝置，該裝置與熱交換監(jiān)控單元通過數(shù)據(jù)接口連接；熱交換監(jiān)控單元通過數(shù)據(jù)接口向外部控制裝置發(fā)送檢測數(shù)據(jù)，并接收外部控制裝置的控制命令。
14.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的熱交換系統(tǒng)智能化監(jiān)控的方法，其特征在于所述的散熱風扇為一個或一個以上。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的熱交換系統(tǒng)智能化監(jiān)控的方法，其特征在于所述的溫度傳感器為一個或一個以上。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的熱交換系統(tǒng)智能化監(jiān)控的裝置，其特征在于熱交換監(jiān)控單元輸出的控制信號為PWM信號。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的熱交換系統(tǒng)智能化監(jiān)控的裝置，其特征在于所述的外部控制裝置為計算機。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的熱交換系統(tǒng)智能化監(jiān)控的裝置，其特征在于所述的數(shù)據(jù)接口為RS232串口。
全文摘要
一種熱交換系統(tǒng)智能化監(jiān)控的方法和裝置，機箱熱交換系統(tǒng)中的熱交換監(jiān)控單元采集熱交換系統(tǒng)的溫度值；然后對所采集的溫度進行計算，最后根據(jù)計算結(jié)果及模糊控制表控制散熱風扇的轉(zhuǎn)速；該裝置包括熱交換監(jiān)控單元、散熱風扇、溫度傳感器；熱交換監(jiān)控單元的信號輸入端與溫度傳感器連接，其接收溫度傳感器的測溫信號；熱交換監(jiān)控單元的控制輸出端與散熱風扇連接，它輸出用于控制散熱風扇轉(zhuǎn)速的控制信號；本發(fā)明克服了溫度監(jiān)測和風扇運轉(zhuǎn)散熱各自獨立，不能有機結(jié)合的缺點，減低了噪音和功耗，增加了產(chǎn)品可靠性和風扇壽命；具有高智能化，適應(yīng)性強，調(diào)測簡單的特點。
文檔編號G05D23/19GK1427318SQ0113917
公開日2003年7月2日 申請日期2001年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月19日
發(fā)明者劉江, 肖紹原, 周維明 申請人:深圳市中興通訊股份有限公司上海第二研究所