CN111102220B - 风扇控制装置及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种风扇控制装置及系统，属于散热设备技术领域。所述风扇控制装置包括控制器、存储器、控制逻辑模块和开关控制电路；控制器分别与存储器、控制逻辑模块以及处理器电连接，控制逻辑模块与开关控制电路电连接，开关控制电路还与驱动器连接；存储器用于存储风扇的风扇标识，控制逻辑模块用于存储目标转速；控制器用于将风扇标识发送至处理器以检测风扇是否与正确的风扇插座相匹配，控制逻辑模块用于在风扇与正确的风扇插座相匹配时，基于目标转速输出控制脉冲至开关控制电路，开关控制电路用于基于控制脉冲控制所述驱动器驱动电机按照目标转速运行。通过存储器和控制器，能够基于风扇型号、序号实现风扇插接和装配正确性的高效检测。

Description

风扇控制装置及系统

技术领域

本申请涉及散热设备技术领域，具体而言，涉及一种风扇控制装置及系统。

背景技术

在服务器、数据通信领域，特别是中高端设备中，所使用的芯片功耗较大，一般通过直流风扇进行强制风冷，产生高速气流，冷风从入风口进，经过发热区域，带走芯片散发的热量，热风从出风口出，从而使芯片温度稳定在合适的区间。另外，由于厂商和设备的差异，设备所使用的风扇品牌、规格和数量会根据需要进行不同的选择。

现有直流风扇控制系统只能判断是否停转或转速，系统对风扇控制和监控功能单一，不能有效检查和记录风扇运行情况。具体地，风扇型号多样，不能获取风扇型号，不便于系统检测风扇与设备匹配度，检查效率和可靠性低。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例的目的在于提供一种风扇控制装置及系统，以改善现有技术中存在的不能获取风扇型号，不便于系统检测风扇与设备匹配度，检查效率和可靠性低的问题。

本申请实施例提供了一种风扇控制装置，所述装置包括控制器、存储器、控制逻辑模块和开关控制电路；所述控制器分别与所述存储器、所述控制逻辑模块以及处理器电连接，所述控制逻辑模块与所述开关控制电路电连接，所述开关控制电路还与驱动器电连接；所述存储器用于存储所述风扇的风扇标识，所述控制逻辑模块用于存储目标转速；所述控制器用于将所述风扇标识发送至所述处理器以检测所述风扇是否与正确的风扇插座相匹配，所述控制逻辑模块用于在所述风扇与正确的风扇插座相匹配时，基于所述目标转速输出控制脉冲至所述开关控制电路，所述开关控制电路用于基于所述控制脉冲控制所述驱动器驱动电机按照所述目标转速运行。

在上述实现方式中，可以基于存储器中的风扇标识进行当前连接的风扇型号的识别，从而检测对应接口的风扇是否连接正确，需核对风扇标签与装配工艺文件，提高了检测的可靠性和效率。

可选地，所述装置还包括霍尔传感器和温度传感器，所述霍尔传感器和所述温度传感器均与所述控制逻辑模块连接；所述霍尔传感器用于检测所述风扇的转速信息，所述温度传感器用于检测所述风扇的温度信息。

在上述实现方式中，通过温度传感器获取的温度信息查询各监控点的温度情况，并根据通过霍尔传感器获取的风扇转速，基于当前的风扇转速和既定的温度控制策略，调整风扇的目标转速，提高了风扇转速调控的准确性。

可选地，所述控制逻辑模块包括状态寄存器和控制寄存器；所述状态寄存器用于存储从所述霍尔传感器获得的所述转速信息，以及存储从所述温度传感器获得的所述温度信息；所述控制器用于从所述状态寄存器获取所述转速信息和所述温度信息，将所述转速信息和所述温度信息发送至所述处理器，以及接收所述处理器基于所述转速信息和所述温度信息生成的所述目标转速，并将所述目标转速写入所述控制寄存器；所述控制寄存器用于存储所述目标转速并基于所述目标转速输出所述控制脉冲至所述开关控制电路。

在上述实现方式中，通过控制寄存器中的目标转速对风扇转速进行控制，风扇运行的目标转速写入一次即锁存，需要修改再写入一次即可，无需持续输出PWM信号，减少资源的占用和浪费。

可选地，所述控制器为I2C控制器，所述I2C控制器通过SCL/SDA总线与所述处理器连接。

在上述实现方式中，通过I2C控制器与处理器进行数据传输，能够实现多种控制信号的传输，提高了风扇控制装置的集成性和通信效率，为系统高效管理提供有力支撑。

本申请实施例还提供了一种风扇控制系统，所述系统包括处理器、驱动器和风扇，所述风扇包括电机和上述任一项的风扇控制装置；所述处理器与所述风扇控制装置电连接，所述驱动器分别与所述风扇控制装置和所述电机电连接；所述处理器用于访问所述风扇控制装置的所述控制器，以读取所述风扇标识，基于所述风扇标识检测所述风扇与设备是否匹配。

在上述实现方式中，通过处理器和风扇控制装置对风扇的标识进行确认，从而能够检测风扇与设备是否匹配，无需核对风扇标签与装配工艺文件即可判断风扇是否安装在正确的机箱位置，提高产品检测的准确性以及效率。

可选地，所述处理器还用于按照预设周期定期轮询所述控制器，以周期性地从所述控制逻辑模块获取所述风扇的状态信息，并基于所述状态信息确定所述风扇的目标转速，将所述目标转速写入所述控制逻辑模块，所述状态信息包括所述风扇的转速信息。

在上述实现方式中，处理器通过控制寄存器中写入目标转速，从而基于目标转速对风扇转速进行控制，且风扇运行的目标转速写入一次即锁存，需要修改再写入一次即可，无需持续输出PWM信号，减少资源的占用和浪费。

可选地，所述风扇为多个，所述处理器通过I2C接口通过I2C集线器与多个所述风扇中的多个风扇控制装置连接，所述风扇标识包括所述风扇的风扇型号和序号。

在上述实现方式中，通过一个处理器能够对多个风扇进行控制，并且能够确定每个风扇是否处于正确的接口下正常运行，从而提高了风扇检测效率和准确性。

可选地，所述存储器还存储有所述风扇的默认转速；所述控制器用于在所述风扇控制系统上电时将所述默认转速写入所述控制逻辑模块，以使所述风扇按照所述默认转速运行。

在上述实现方式中，在设备初始通电时基于默认转速驱动风扇运行，避免需要散热时风扇不工作，从而保证了风扇可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种风扇控制系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种风扇控制装置的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种控制逻辑模块的结构示意图。

图标：10-风扇控制系统；11-风扇；111-风扇控制装置；1111-控制器；1112-存储器；1113-控制逻辑模块；11131-状态寄存器；11132-控制寄存器；1114-开关控制电路；112-电机；113-霍尔传感器；114-温度传感器；115-振荡器；12-处理器；13-驱动器。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

经本申请人研究发现，在需要风扇对设备进行散热的情况下，由于风扇旋转会消耗一定的能源，转速越高消耗的能源越多，且会随之产生较大的噪声。所以，设计者会采取一定的控温策略，一般会根据设备中芯片的温度，对风扇的转速进行适当的调整，使得风扇消耗的能源和噪声在合理的范围。现有技术中，在服务器、数据通信设备中，普遍采用具有四线直流风扇，即风扇引出四根电线到插头，四根线分别是：电源、PWM、RD、地，或者电源、PWM、FG、地四种信号，两类风扇的不同在于输出高/低状态电平，还是输出的是指示转速的脉冲。

为适应不同场景的需求，这两类风扇实际上还有多种规格，主要包括工作电压、物理尺寸、转速等等，且每种物理尺寸下，几乎都存在多种工作电压、转速的型号。一般情况下，一种设备选取一种类型的风扇满足设备散热的需求，另外，基于成本、结构等因素考虑，也有选择两种类型风扇的情况，以尽量降低成本或适配结构约束。

具体地，现有风扇的使用一般为以下几种情况：处理器模拟或直接输出PWM信号，以及检测RD或FG信号，风扇与系统完全紧耦合；或者可编程逻辑实现PWM的生成，以及检测RD或FG信号，减轻了处理器的负担，风扇的与系统耦合较为宽松，可编程逻辑需要根据风扇类型，采用不同的逻辑进行检测；或者由风扇控制器实现PWM的输出，以及检测RD或FG信号，处理器通过I2C访问和控制风扇控制器。

因此上述现有技术中的直流风扇控制信号为PWM，以此调节转速，反馈信号一种是RD，一种是FG，而通过RD或FG信号，系统只能判断是否停转或转速。控制系统对风扇控制和监控功能单一，不能有效检查和记录风扇运行情况，风扇型号多样，不能获取风扇型号，不便于系统检测风扇与设备匹配度，检查效率和可靠性低。

为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种风扇控制系统10。请参考图1，图1为本申请实施例提供的一种风扇控制系统的结构示意图。

风扇控制系统10包括风扇11、处理器12、驱动器13，其中，风扇11包括风扇控制装置111、电机112和扇叶。其中，处理器12与风扇控制装置111电连接，风扇控制装置111与驱动器13电连接，驱动器13与电机112电连接以驱动扇叶旋转。

请参考图1和图2，图2为本申请实施例提供的一种风扇控制装置的结构示意图。

风扇控制装置111包括控制器1111、存储器1112、控制逻辑模块1113和开关控制电路1114。其中，控制器1111分别与存储器1112、控制逻辑模块1113以及处理器12连接，控制逻辑模块1113与开关控制电路1114连接，开关控制电路1114通过驱动器13与电机112连接。

应当理解的是，作为另一种是实施方式，驱动器13可以作为风扇11的一个组件。

控制器1111用于支持处理器12与风扇控制装置111之间的数据传输，时处理器12的访问接口，负责存储器1112的读取和写入信息，同时负责风扇11的控制逻辑交互，以获取风扇11的状态信息以及写入目标转速。可选地，控制器1111可以为I2C控制器，也成为I2C总线控制器，I2C控制器为微控制器或微处理器提供控制I2C总线的接口，它控制所有I2C总线的特殊序列、协议、仲裁、时序。其中，I2C(Inter－Integrated Circuit)为简单、双向二线制同步串行总线，只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息，通常包含SDA(串行数据线)和SCL串行时钟线)，其均为双向I/O(输入/输出)线。

可选地，在风扇11的数量为多个时，一个处理器12与多个风扇11电连接，以通过一个处理器12对多个风扇11进行控制。此类情况下，处理器12可以通过I2C集线器(I2C HUB)分别与多个风扇11电连接，集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点(本实施例中节点为多个风扇11)集中在以它为中心的节点上。本实施例中的处理器12集成了I2C控制接口，处理器12通过该I2C控制接口与I2CHUB连接，则处理器12通过I2C集线器中的I2C HUB芯片扩展出多路I2C总线，每路I2C总线连接到一个风扇11的插座，为风扇11提供访问控制通道。

具体地，I2CHUB具备I2C控制寄存器，处理器12访问I2C控制寄存器，将I2C接口与对应风扇11的控制器1111连接时，实现处理器12与风扇11的管理通道的连接。可选地，该管理通道可以为SCL/SDA串行管理通道。

可选地，本实施例中的处理器12与I2C HUB的连接线缆、I2C HUB与控制器1111的连接线缆以及风扇控制系统10中的其他线缆可以采用屏蔽线缆，以保障传输距离和降低线缆辐射。

存储器1112中存储有风扇标识，风扇标识可以包括每个风扇11的型号及序列号，该序列号用于表示每个风扇11的出厂信息或装配时信息，以对风扇11进行识别。在每个风扇11的序列号不同时，还可以根据该序列号表示每个风扇11与插座的对应关系，例如风扇11的序列号为1时则对应插座1，风扇11的序列号为2时则对应插座2。

风扇11的型号和序列号用于所处插座是否正确的自检。例如型号不同的直流风扇Ⅰ型和直流风扇Ⅱ型的正确插座依次为插座1和插座2，则处理器12可以根据插座1和插座2分别检测到的直流风扇型号与插座号的对应情况确定两个直流风扇是否处于正确插座中。

进一步地，存储器1112中还可以存储有风扇11的运行时长和默认转速，其中，运行时长用于处理器12对风扇11的运行情况进行检测，默认转速用于风扇11上电时直接驱动风扇11进行正常工作。

具体地，上述风扇标识和默认转速可以是通过处理器12或其他录入设备进行预设并预先存储在存储器1112中，上述运行时长为处理器12基于风扇11在系统中的运行时间定期更新，可以按周或按月记录一次即可，以减少写入的工作量。

风扇11作为电子设备一般有一定的库存期，生产日期与使用时间并不对应。现有技术中对于风扇具体的运行时间，当前系统和风扇上均无记录，尤其是可插拔的模块化风扇，可随时更换，运行时间更是不可知，从而对风扇的管理不够全面，因此本实施例的存储器1112中进行风扇11的运行时间的存储和更新，以实现风扇11的精确控制。

请参考图3，图3为本申请实施例提供的一种控制逻辑模块的结构示意图。

控制逻辑模块1113可以包括状态寄存器11131和控制寄存器11132。

状态寄存器11131可以与风扇控制装置111包含的传感器连接，以获取基于传感器检测获得的风扇11的运行参数。

可选地，风扇控制装置111可以设置有霍尔传感器113和温度传感器114，霍尔传感器113和温度传感器114分别与状态寄存器11131连接，将获取的转速信息和温度信息输入状态寄存器11131，处理器12可以通过控制器1111从状态寄存器11131中读取转速信息和温度信息，基于转速信息和温度信息生成目标转速，并将该目标转速通过控制器1111写入至控制寄存器11132。

可选地，本实施例的风扇控制装置111可以设置有振荡器115，振荡器115与状态寄存器11131连接，其为风扇控制逻辑提供时钟信号，使得风扇控制逻辑不依赖于处理器12持续输出控制信号，降低处理器12的负担。

控制寄存器11132基于预设控制逻辑和目标转速输出控制脉冲给开关控制电路1114，经驱动器13带动电机112运行，以驱动风扇11按照目标转速运行。

开关控制电路1114通常是三极管、金属氧化物半导体场效应(MOS)晶体管组成的控制电源开闭的控制电路，其具体选择可以是常见的封装开关控制模块等，在此不再赘述。

处理器12可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器12可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。所述通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器。于本实施例中，可选地，该处理器12可以是STM32系列的处理器，例如STM32F103C8T6、STM32F103VET6等型号。

由于本实施例中风扇11为直流风扇，则驱动器13和电机112为相互匹配的直流型号即可。

应当理解的是，本实施例中的I2C HUB还可以包含电源线和地线，并分别通过插座与风扇11的电源线和地线连接。

可选地，本实施中的I2C HUB还可以与外接温度传感器通过SCLa/SDAa线路连接，外接温度传感器用于检测需要散热的设备的设备温度信息，并且处理器12可以基于该设备温度信进行目标转速的设定。

下面通过一个示例对风扇控制系统10的运行流程进行说明：风扇11接入插座上电，控制器1111先将存储器1112中的默认转速写入控制寄存器11132，控制寄存器11132基于预设控制逻辑和默认转速输出控制脉冲给开关控制电路1114，经驱动器13带动电机112运行，以驱动风扇11按照默认转速运行。处理器12启动后，按照既定访问顺序访问I2C HUB控制寄存器，将SCL/SDA通道与SCLa/SDAa连接，获取外接温度传感器数据，通过控制器1111从存储器1112获取风扇11的型号、序列号，基于该型号、序列号确定风扇11是否处于正确的插座上，再根据控制策略基于外接温度传感器数据生成目标转速，通过SCL/SDA写入风扇11的目标转速到风扇11的控制器1111，风扇11的控制寄存器11132基于预设控制逻辑和目标转速输出控制脉冲给开关控制电路1114，经驱动器13带动电机112运行，以驱动风扇11按照目标转速运行。此后，处理器12再基于上述流程访问下一个风扇11，重复上述操作。同时，霍尔传感器113和温度传感器114将检测获得的转速信息和温度信息传入状态寄存器11131，处理器12基于预设周期定期或不定期地对每个风扇11的控制器1111进行轮询访问，通过控制器1111获取状态寄存器11131中的风扇11的转速信息和温度信息，基于该转速信息和温度信息进行目标转速更新，不需要持续地输出控制信号到风扇11，减少资源的占用和浪费。进一步地，处理器12还可以通过控制器1111从存储器1112获取风扇11的运行时间，将运行时间作为生成目标转速的参考参数。

综上所述，本申请实施例提供了一种风扇控制装置及系统，所述装置包括控制器、存储器、控制逻辑模块和开关控制电路；所述控制器分别与所述存储器、所述控制逻辑模块以及处理器电连接，所述控制逻辑模块与所述开关控制电路电连接，所述开关控制电路还与驱动器电连接；所述存储器用于存储所述风扇的风扇标识，所述控制逻辑模块用于存储目标转速；所述控制器用于将所述风扇标识发送至所述处理器以检测所述风扇是否与正确的风扇插座相匹配，所述控制逻辑模块用于在所述风扇与正确的风扇插座相匹配时，基于所述目标转速输出控制脉冲至所述开关控制电路，所述开关控制电路用于基于所述控制脉冲控制所述驱动器驱动电机按照所述目标转速运行。

在上述实现方式中，可以基于存储器中的风扇标识进行风扇型号的识别，从而检测对应插座的风扇是否连接正确，需核对风扇标签与装配工艺文件，提高了检测的可靠性和效率。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的框图显示了根据本申请的多个实施例的设备的可能实现的体系架构、功能和操作。也要注意的是，框图中的每个方框、以及框图的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (9)

1.一种风扇控制装置，其特征在于，所述装置包括控制器、存储器、控制逻辑模块和开关控制电路；

所述控制器分别与所述存储器、所述控制逻辑模块以及处理器电连接，所述控制逻辑模块与所述开关控制电路电连接，所述开关控制电路还与驱动器电连接；

所述存储器用于存储所述风扇的风扇标识，所述控制逻辑模块用于存储目标转速；

所述控制器用于将所述风扇标识发送至所述处理器以检测所述风扇是否与正确的风扇插座相匹配，所述控制逻辑模块用于在所述风扇与正确的风扇插座相匹配时，基于所述目标转速输出控制脉冲至所述开关控制电路，所述开关控制电路用于基于所述控制脉冲控制所述驱动器驱动电机按照所述目标转速运行。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括霍尔传感器和温度传感器，所述霍尔传感器和所述温度传感器均与所述控制逻辑模块连接；

所述霍尔传感器用于检测所述风扇的转速信息，所述温度传感器用于检测所述风扇的温度信息。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制逻辑模块包括状态寄存器和控制寄存器；

所述状态寄存器用于存储从所述霍尔传感器获得的所述转速信息，以及存储从所述温度传感器获得的所述温度信息；

所述控制器用于从所述状态寄存器获取所述转速信息和所述温度信息，将所述转速信息和所述温度信息发送至所述处理器，以及接收所述处理器基于所述转速信息和所述温度信息生成的所述目标转速，并将所述目标转速写入所述控制寄存器；

所述控制寄存器用于存储所述目标转速并基于所述目标转速输出所述控制脉冲至所述开关控制电路。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制器为I2C控制器，所述I2C控制器通过SCL/SDA总线与所述处理器连接。

5.一种风扇控制系统，其特征在于，所述系统包括处理器、驱动器和风扇，所述风扇包括电机和如权利要求1-4中任一项所述的风扇控制装置；

所述处理器与所述风扇控制装置电连接，所述驱动器分别与所述风扇控制装置和所述电机电连接；

所述处理器用于访问所述风扇控制装置的所述控制器，以读取所述风扇标识，基于所述风扇标识检测所述风扇与设备是否匹配。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述处理器还用于按照预设周期定期轮询所述控制器，以周期性地从所述控制逻辑模块获取所述风扇的状态信息，并基于所述状态信息确定所述风扇的目标转速，将所述目标转速写入所述控制逻辑模块，所述状态信息包括所述风扇的转速信息。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述风扇为多个，所述处理器通过I2C接口通过I2C集线器与每个所述风扇中的风扇控制装置连接，所述风扇标识包括所述风扇的风扇型号和序号。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述存储器还存储有所述风扇的默认转速；

所述控制器用于在所述风扇控制系统上电时将所述默认转速写入所述控制逻辑模块，以使所述风扇按照所述默认转速运行。

9.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述存储器还存储有所述风扇的运行时间；

所述处理器用于基于所述风扇的正常运行时长，按照预设周期通过所述控制器更新所述运行时间。

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