专利名称：一种无线基站设备风机转速的无级调速方法及控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子或通信领域的散热技术，特别涉及一种无线通信基站设备风机的无级调速方法及控制系统。
背景技术：
在通信设备的不断升级与集成的背景下，电路板的热密度越来越高，在空间有限的通信设备里面，散热问题越来越棘手。通常的只靠散热片的方法很难满足散热要求，使用风机强制制冷是目前比较有效便捷的方法。然而，风机的使用同样面临一些如噪声、功耗和可靠转速等问题，而噪声、功耗和可靠转速往往存在着矛盾。如何平衡可靠转速与其他二者的矛盾，找到最佳工作点，是实现风机制冷的关键。图1为现有的风机转速调节方法的示意图。目前的风扇调节机制通常是有级调控，如图1所示，将风机的转速分为数量有限的若干等级，即若干个风机档位，根据当前温度，计算或者查找出相应所需的档位，然后直接进行风机转速控制，将风机转速调节到相应档位。但是，现有的风机转速的有级调速方法存在以下技术问题(1)在风机转速调节过程中，在档位有变动的情况下，往往伴随着大的调整，调节动作本身会产生较大噪声，同时对风机本身也存在伤害。(2)现有的分等级调节的方法，本身会有相应的非经济转速问题，即实际需求风量不大，但是由于风机等级的制约，只能调节至某个等级，从而带来功耗上的浪费。(3)依据图1中的对应关系，往往导致在出现某一需求时就立刻调节至对应档位， 而当档位的变化较大时，又会引起温度传感器的温度较大变化，继而又引发档位的较大调整，由此容易产生震荡现象。因此，现有的风机有级调节的方法存在着非经济转速问题和震荡的潜在风险，并可能降低风扇使用寿命。
发明内容
本发明提供了一种无线通信基站设备风机的无级调速方法及控制系统，其调节精度高，调节过程相对平缓，能够降低系统噪声和风机功耗。为了解决上述问题，本发明提供了一种无线通信基站设备风机的无级调速方法， 本发明的解决其技术问题所采用的技术方案是一种无线基站设备风机转速的无级调速方法，包括如下步骤步骤A 建立对应于各个功能单元的传感器温度-风机转速函数和加权滤波处理函数；步骤B 每个系统温度检测周期采集一次该无线基站设备中各个功能单元的传感器温度；
步骤C 将各个功能单元的传感器温度与对应的功能单元的传感器温度-风机转速函数比较，确定各个功能单元散热所需的风机转速；步骤D 以各个功能单元散热所需的风机转速的最大值作为无线基站设备的目的风机转速；步骤E 将目的风机转速与当前风机转速比较，判断风机转速的变化趋势，根据判断结果，根据加权滤波处理函数对风机转速进行加权滤波处理，得出实际输出风机转速，若风机转速不变化，则实际输出风机转速等于目的风机转速；步骤F 无线基站设备风机控制系统通过脉冲宽度调制(PWM)信号控制风机以所述无线基站设备的实际输出风机转速运转；步骤G 重复步骤B至步骤F ；其中，所述功能单元传感器温度-风机转速函数为满足预先设定的系统降额要求的功能单元的传感器温度与风机转速的分段线性函数；所述加权滤波处理函数包括风机转速上升加权滤波处理函数和风机转速下降加权滤波处理函数；所述PWM信号的占空比调节精度等于所述风机的固有调节分辨率。本发明还提供了一种无线基站设备风机转速的控制系统，包括多个功能单元，每个功能单元包括至少一个测试该功能单元温度的传感器；风机，其用于无线基站设备的散热；主控单元，其预先存储各个功能单元的传感器温度-风机转速函数和加权滤波处理函数，用于采集各个功能单元的传感器温度，根据所述传感器温度-风机转速函数和加权滤波处理函数确定无线基站设备的实际输出风机转速，并将该实际输出风机转速信号输出至风机控制单元；风机控制单元，其将主控单元输出的风机转速信号转化为PWM信号控制所述风机以所述实际输出风机转速运转；其中，所述传感器温度-风机转速函数为满足预先设定的系统降额要求的传感器温度与风机转速的分段线性函数；加权滤波处理函数包括风机转速上升加权滤波处理函数和风机转速下降加权滤波处理函数；所述PWM信号的占空比调节精度等于所述风机的固有调节分辨率。与现有的风机有级调速方法相比，本发明的风机转速的无级调速方法和控制系统，无论是风机转速的可调节分辨率还是风机调速函数都是无级别的，能够改善系统的调节精度，为系统降噪提供了调节空间。且根据风机转速变化趋势对风机实际转速进行加权滤波，能够在风机转速提高时快速跟随，风机转速下降时延缓跟随，不仅能够使系统满足散热要求，而且能够降低功耗。
图1为现有技术中一种风机有级调速方法的示意图。图2为本发明的无线基站设备风机转速的无级调速方法的流程图。图3为本发明的传感器温度-风机转速函数的示意图。
图4为本发明的无线基站设备风机转速的控制系统的结构示意图。图5为本发明的无线基站设备风机转速的无级调速方法的一个实施例的流程图。
具体实施例方式本发明提供了一种无线通信基站设备风机的无级调速方法及控制系统，其调节精度高，调节过程相对平缓，能够降低系统噪声和风机功耗。本发明的核心思想是通过将风机转速的可调节分辨率精确到风机固有调节分辨率，将风机调速无级化。通过试验数据建立风机调速函数来进行初步风机转速计算，并根据风机转速变化趋势使用不同的加权滤波方法来完成风机实际转速的计算。如图2所示，本发明的无线通信基站设备风机的无级调速方法主要包括如下步骤步骤A 建立对应于各个功能单元的传感器温度-风机转速函数和加权滤波处理函数；步骤B 每个系统温度检测周期采集一次该无线基站设备中各个功能单元的传感器温度；步骤C:将各个功能单元的传感器温度与对应的传感器温度-风机转速函数比较， 确定各个功能单元散热所需的风机转速；步骤D 以各个功能单元散热所需的风机转速的最大值作为无线基站设备的目的风机转速；步骤E 将目的风机转速与当前风机转速比较，判断风机转速的变化趋势，根据判断结果，根据加权滤波处理函数对风机转速进行加权滤波处理，得出实际输出风机转速，若风机转速不变化，则实际输出风机转速等于目的风机转速；步骤F 无线基站设备风机控制系统通过PWM信号控制风机以所述无线基站设备的实际输出风机转速运转；步骤G 重复步骤B至步骤F ；其中，所述功能单元的传感器温度-风机转速函数为满足预先设定的系统降额要求的功能单元的传感器温度与风机转速的分段线性函数；所述步骤E中的加权滤波处理函数包括风机转速上升加权滤波处理函数和风机转速下降加权滤波处理函数；所述PWM信号的占空比调节精度等于所述风机的固有调节分辨率。在本发明中，对风机转速的控制是通过向风机转速单元发送PWM信号来实现的， 通过将该风机转速控制PWM信号的占空比调节精度调整至与风机的固有调节分辨率相同， 则可以实现输入信号与输出信号的分辨率的一致性，从而实现风机转速控制的无级化。例如无线基站设备的风机固有调节分辨率为l/2k，则通过将该风机转速控制 PWM信号的占空比调整至l/2k，从而达到实际的无级调速能力。对应的，本发明提出了一种风机转速的无级调节函数。即，如步骤A中所述的功能单元的传感器温度-风机转速函数，其为在满足预先设定的系统降额要求下的功能单元的传感器温度与风机转速的分段线性函数。其建立方法包括步骤Al 将热电偶固定于各个功能单元的主工作部件的壳温参考点以测量主工
7作部件的温度，运行无线基站设备，在一环境温度下，手动调整风机转速，直至各个功能单元的主工作部件的壳温参考点的温度满足预先设定的系统降额要求，记录对应的传感器温度t和风机转速y ；其中，各个功能单元的主工作部件通常为该功能单元上的关键部件或是该功能单元上对环境温度要求较高的部件。在实验时，用温箱进行环境温度控制，对各个典型温度点进行风机转速手动调节， 找到相对最佳转速。环境温度，传感器温度和风机转速，三者在三维坐标上构成了一个三维的曲面，当引入了主工作部件的壳温降额值的限定条件时，所追求的目标壳温确定，则传感器温度和风机转速是一个二维的对应关系。此限定条件的引入，既能够使系统满足散热要求，同时能降低功耗。通过手动调节风机转速，使主工作部件的壳温达到目标壳温，即达到系统降额要求，则此时得到的传感器温度t和风机转速y是一对确定值。优选地，所述系统降额要求为10%。步骤A2 改变所述环境温度，记录该环境温度下对应的传感器温度、和风机转速 Yi ；步骤A3 重复步骤A2，记录所述无线基站设备的工作温度范围内的η组对应的传感器温度、和风机转速Ji ；优选地，无线基站设备的工作温度范围为_5°C至55°C。在该范围内确定多组板卡传感器温度、和风机转速yi。步骤A4 根据所述η组对应的传感器温度、和风机转速建立如图3所示的各个功能单元的传感器温度-风机转速函数。其中，y0 =风机最小转速(X≤t0)；Y1 = biXx+Ci (t0 ≤ χ ≤ ti)；......Yi = bjXx+Ci (t≤ χ ≤ tj)；......yn =风机最大转速(χ ≥tn)，i为小于等于η的正整数。根据所述η组对应的传感器温度、和风机转速yi;由两个相邻传感器温度tg和 、对应的风机转速y"和即可确定在tg彡χ彡、区间内的传感器温度-风机转速函数，其中，在、区间，风机转速=风机最小转速，在χ > &区间，风机转速yn=风机最大转速。将各个区间内的函数结合，即可得到该功能单元的传感器温度-风机转速函数。优选地,tn-tw =...... = ti-tg =...... = tft。。此温度间隔可根据系统所
需要的调节精度来确定，例如，可选择该温度间隔为5 °C。在本发明的传感器温度-风机转速函数中，由于根据各个典型温度点将风机转速调速函数分成了若干个小区间，又在该小区间内利用边界点做插值的方法将该区间内的风机转速调速函数进行了线性化处理，使得在无线基站设备的工作温度范围的任一温度都能够对应到最适合、且最节省功耗的风机转速，而不是像现有技术中的有级调速的相对较宽的温度范围内对应于一个风机转速，从而真正实现风机转速无级化调整。这种分段线性化的调速函数，能够使对风机转速的实时调整更接近于系统需求，相比现有的有级调速的粗线条控制，能够使风机转速的调节精度得到提高，并且降低了风机功耗。为了在无级化调整的基础上，解决风机转速调速中容易产生的振荡问题(乒乓效应)，本发明在执行步骤D 以各个功能单元散热所需的风机转速的最大值作为无线基站设备的目的风机转速以后，并不直接将该目的风机转速输出调整风机转速，而是根据风机转速的变化趋势对风机转速进行加权滤波处理，分为风机转速上升加权滤波处理和风机转速下降加权滤波处理两种。即，执行步骤E。步骤E 将目的风机转速与当前风机转速比较，判断风机转速的变化趋势，根据判断结果，根据加权滤波处理函数对风机转速进行加权滤波处理，得出实际输出风机转速，若风机转速不变化，则实际输出风机转速等于目的风机转速。其中，风机转速上升加权滤波处理函数为实际输出风机转速=B1X目的风机转速+ X当前风机转速；风机转速下降加权滤波处理函数为实际输出风机转速= X目的风机转速+Ei4X当前风机转速；a!+a2 = 1,且 Ei1 > ει2,a3+a4 = 1,且 a3 < a4。根据以上两种加权滤波处理函数可知，在风机转速上升调节时，风机转速能够快速跟随系统需求，而在风机转速下降调节时，则风机转速会较缓慢下降，以保护各个元器件的工作安全。通过使用本发明的加权滤波过程，对风机的调节过程相对平缓，能够防止风机进行较大幅度调整时所引发的振荡现象，且对风机的冲击较小，能够延长风机的使用寿命。由以上的方法可知，应用本发明的风机转速的无级调速方法，无论是风机转速的可调节分辨率还是风机调速函数都是无级别的，能够改善系统的精度，为系统降噪提供了调节空间。且根据风机转速变化趋势对风机实际转速进行加权滤波，能够在风机转速提高时快速跟随，风机转速下降时延缓跟随，不仅能够使系统满足散热要求，而且能够降低功耗。本发明还提供了一种无线基站设备风机转速的控制系统。图4示出了为该控制系统的结构示意图，如图4所示，该控制系统包括多个功能单元401、主控单元402、风机控制单元403和风机404。每个功能单元401均包括至少一个测试该功能单元温度的传感器。其中，主控单元402是整个控制系统的决策单元，主控单元402的控制分为初步决策和滤波两部分。主控单元402首先实时采集各个功能单元401的温度传感器温度，然后根据该功能单元的传感器温度-风机转速函数，决策产生相应的风机转速控制信息，此信息经过加权滤波处理后，发送给风机控制单元403对风机404的转速进行控制。其中，主控单元402包括初步决策模块405和滤波模块406。各个功能单元的传感器温度-风机转速函数预先存储于初步决策模块405之中，加权滤波处理函数预先存储于滤波模块406之中。其中，传感器温度-风机转速函数如图3所示，如前所述，是根据预先试验数据总结计算得出，该函数输出的风机转速是无等级划分的，因此能够实现对风机转速的无级调速。
初步决策模块405采集各个功能单元401的温度传感器温度，并根据该功能单元的传感器温度-风机转速函数决策产生目的风机转速控制信息，然后输出至滤波模块406。 滤波模块406将目的风机转速与当前风机转速比较，判断风机转速的变化趋势，根据判断结果，根据加权滤波处理函数对风机转速进行加权滤波处理，得出实际输出风机转速，若风机转速不变化，则实际输出风机转速等于目的风机转速。其中，该加权滤波处理分为风机转速上升加权滤波处理和风机转速下降加权滤波处理两种。风机转速上升加权滤波处理函数为实际输出风机转速=B1X目的风机转速+ X当前风机转速；风机转速下降加权滤波处理函数为实际输出风机转速= X目的风机转速+Ei4X当前风机转速；a!+a2 = 1,且 Ei1 > ει2,a3+a4 = 1,且 ει3 < ει4。根据以上两种加权滤波处理函数可知，在风机转速上升调节时，风机转速能够快速跟随系统需求，而在风机转速下降调节时，则风机转速会较缓慢下降，以保护各个元器件的工作安全。风机控制单元403可以嵌入到主控单元402中，也可以独立于主控单元402。风机控制单元403根据主控单元402输出的风机转速控制信息，转化为相应的PWM风机实际控制信号，并发送给风机404。本发明通过将该风机转速控制PWM信号的占空比调节精度调整至与风机的固有调节分辨率相同，则可以实现输入信号与输出信号的分辨率的一致性，从而实现风机转速控制的无级化。例如无线基站设备的风机固有调节分辨率为l/2k，则通过将该风机转速控制 PWM信号的占空比调整至l/2k，从而达到实际的无级调速能力。因此，在本发明无线基站设备的风机转速的控制系统中，无论是风机转速的可调节分辨率还是风机调速函数都是无级别的，能够改善系统的调节精度，为系统降噪提供了调节空间。且根据风机转速变化趋势对风机实际转速进行加权滤波处理，能够在风机转速提高时快速跟随，风机转速下降时延缓跟随，不仅能够使系统满足散热要求，而且能够降低功耗。图5是本发明的无线基站设备的风机转速的控制系统的工作流程图。如图5所示， 本发明的控制系统的工作过程包括步骤501 系统初始化及参数配置；在无线基站设备开始工作时，无线基站设备进行初始化，并将所述传感器温度-风机转速函数和加权滤波处理函数下发至主控单元402，以配置各个功能单元401的当前风机转速。步骤502 主控单元402实时采集各个工作单元的温度传感器温度；其中，各个工作单元包括各个功能单元401和主控单元402。步骤503 主控单元402根据传感器温度-风机转速函数进行初步决策，确定无线基站设备所需要的最大风速；
步骤504 主控单元402的滤波模块判断风机转速变化趋势，根据加权滤波处理函数对步骤503中的决策风速进行滤波处理；步骤505 主控单元将滤波处理后的风机转速控制信息输出至风机控制单元403， 风机控制单元403将其转化为PWM控制信号输出，从而控制风机输出相应的转速；步骤506 重复步骤502至505。与现有的有级风机调速方法相比，本发明的风机转速的无级调速方法和控制系统，无论是风机转速的可调节分辨率还是风机调速函数都是无级别的，能够改善系统的调节精度，为系统降噪提供了调节空间。且根据风机转速变化趋势对风机实际转速进行加权滤波，能够在风机转速提高时快速跟随，风机转速下降时延缓跟随，不仅能够使系统满足散热要求，而且能够降低功耗。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
1权利要求
1.一种无线基站设备风机转速的无级调速方法，其特征在于，包括如下步骤步骤A 建立对应于各个功能单元的传感器温度-风机转速函数和加权滤波处理函数；步骤B 每个系统温度检测周期采集一次该无线基站设备中各个功能单元的传感器温度；步骤C 将各个功能单元的传感器温度与对应的功能单元的传感器温度-风机转速函数比较，确定各个功能单元散热所需的风机转速；步骤D 以各个功能单元散热所需的风机转速的最大值作为无线基站设备的目的风机转速；步骤E 将目的风机转速与当前风机转速比较，判断风机转速的变化趋势，根据判断结果，根据加权滤波处理函数对风机转速进行加权滤波处理，得出实际输出风机转速，若风机转速不变化，则实际输出风机转速等于目的风机转速；步骤F 无线基站设备风机控制系统通过PWM信号控制风机以所述无线基站设备的实际输出风机转速运转；步骤G 重复步骤B至步骤F;其中，所述功能单元的传感器温度-风机转速函数为满足预先设定的系统降额要求的功能单元的传感器温度与风机转速的分段线性函数；所述加权滤波处理函数包括风机转速上升加权滤波处理函数和风机转速下降加权滤波处理函数；所述PWM信号的占空比调节精度等于所述风机的固有调节分辨率。
2.根据权利要求1所述的无线基站设备风机转速的无级调速方法，其特征在于，所述步骤E中的风机转速上升加权滤波处理函数为实际输出风机转速=^i1X目的风机转速+ X当前风机转速； 风机转速下降加权滤波处理函数为实际输出风机转速= X目的风机转速+ X当前风机转速； 其中，ai+a2 = 1, B1 > a2, 3^+3^ — 1，〈 <3-4 °
3.根据权利要求2所述的无线基站设备风机转速的无级调速方法，其特征在于，所述步骤A包括步骤Al 将热电偶固定于各个功能单元的主工作部件的壳温参考点以测量主工作部件的温度，运行无线基站设备，在一环境温度下，手动调整风机转速，直至各个功能单元的主工作部件的壳温参考点的温度满足预先设定的系统降额要求，记录对应的传感器温度t 和风机转速y ；步骤A2 改变所述环境温度，记录该环境温度下对应的传感器温度A和风机转速yi ； 步骤A3 重复步骤A2，记录所述无线基站设备的工作温度范围内的η组对应的传感器温度、和风机转速yi ；步骤A4 根据所述η组对应的传感器温度、和风机转速建立各个功能单元的传感器温度-风机转速函数，其中，yQ =风机最小转速(χ ( t0)；Ii = biXx+Ci (t0 ≤ χ≤ ti)；Ii = biXx+Ci (ti_!≤ χ≤ti )；Yn =风机最大转速(X≥tn)，i为小于等于η的正整数。
4.根据权利要求3所述的无线基站设备风机转速的无级调速方法，其特征在于， 所述无线基站设备的工作温度范围为_5°C至55°C ；所述系统降额要求为10%。
5.根据权利要求3或4所述的无线基站设备风机转速的无级调速方法，其特征在于，tn_tn—ι —...... — t 厂ι —...... — t「t0O
6.根据权利要求5所述的无线基站设备风机转速的无级调速方法，其特征在于，步骤A 和步骤B之间进一步包括步骤A5 无线基站设备风机控制系统初始化，根据所述传感器温度-风机转速函数和加权滤波处理函数配置各功能单元的当前风机转速。
7.一种无线基站设备风机转速的控制系统，其特征在于，包括多个功能单元，每个功能单元包括至少一个测试该功能单元温度的传感器； 风机，其用于无线基站设备的散热；主控单元，其预先存储各个功能单元的传感器温度-风机转速函数和加权滤波处理函数，用于采集各个功能单元的传感器温度，根据所述传感器温度-风机转速函数和加权滤波处理函数确定无线基站设备的实际输出风机转速，并将该实际输出风机转速信号输出至风机控制单元；风机控制单元，其将主控单元输出的风机转速信号转化为PWM信号控制所述风机以所述实际输出风机转速运转；其中，所述传感器温度-风机转速函数为满足预先设定的系统降额要求的传感器温度与风机转速的分段线性函数；加权滤波处理函数包括风机转速上升加权滤波处理函数和风机转速下降加权滤波处理函数；所述PWM信号的占空比调节精度等于所述风机的固有调节分辨率。
8.根据权利要求7所述的无线基站设备风机转速的控制系统，其特征在于，所述主控单元确定无线基站设备的实际输出风机转速包括每个系统温度检测周期采集一次该无线基站设备中各个功能单元的传感器温度； 将各个功能单元的传感器温度与对应的传感器温度-风机转速函数比较，确定各个功能单元散热所需的风机转速；以各个功能单元散热所需的风机转速的最大值作为无线基站设备的目的风机转速； 将目的风机转速与当前风机转速比较，判断风机转速的变化趋势，根据判断结果，根据加权滤波处理函数对风机转速进行加权滤波处理，得出实际输出风机转速，若风机转速不变化，则实际输出风机转速等于目的风机转速。
9.根据权利要求8所述的无线基站设备风机转速的控制系统，其特征在于，所述风机转速上升加权滤波处理函数为实际输出风机转速=^i1X目的风机转速+ x当前风机转速； 风机转速下降加权滤波处理函数为实际输出风机转速= χ目的风机转速+ x当前风机转速； 其中，ai+a2 = 1, B1 > a2, 3^+3^ — 1， <3-4 °
10.根据权利要求9所述的无线基站设备风机转速的控制系统，其特征在于，所述传感器温度-风机转速函数和加权滤波处理函数的建立方法包括步骤Al 将热电偶固定于各个功能单元的主工作部件的壳温参考点以测量主工作部件的温度，运行无线基站设备，在一环境温度下，手动调整风机转速，直至各个功能单元的主工作部件的壳温参考点的温度满足预先设定的系统降额要求，记录对应的传感器温度t 和风机转速y ；步骤A2 改变所述环境温度，记录该环境温度下对应的传感器温度A和风机转速yi ； 步骤A3 重复步骤A2，记录所述无线基站设备的工作温度范围内的η组对应的传感器温度、和风机转速yi ；步骤A4 根据所述η组对应的传感器温度、和风机转速建立各个功能单元的传感器温度-风机转速函数，其中，yQ =风机最小转速(χ ( t0)； Yi = biXx+Ci (t0 ≤ χ ≤ ti)；Ii = biXx+Ci (ti_!≤ χ ≤ti)；Yn =风机最大转速(X≥tn)，i为小于等于η的正整数。
11.根据权利要求10所述的无线基站设备风机转速的控制系统，其特征在于， 所述无线基站设备的工作温度范围为-5°C至55°C ；所述系统降额要求为10%。
12.根据权利要求10所述的无线基站设备风机转速的控制系统，其特征在于，tn-tn_i = =f -f = = f -f............Li Li-1 ............lI lO0
13.根据权利要求10所述的无线基站设备风机转速的控制系统，其特征在于，无线基站设备开始工作时，该设备进行初始化，并将所述传感器温度-风机转速函数和加权滤波处理函数下发至主控单元，以配置当前风机转速。
全文摘要
本发明提供了一种无线基站设备风机转速的无级调速方法和控制系统，通过将风机转速的可调节分辨率精确到风机固有调节分辨率，将风机调速无级化。通过试验数据建立风机调速函数来进行初步风机转速计算，并根据风机转速变化趋势使用不同的加权滤波方法来完成风机实际转速的计算。应用本发明的风机转速的无级调速方法和控制系统，无论是风机转速的可调节分辨率还是风机调速函数都是无级别的，能够改善系统的调节精度，为系统降噪提供了调节空间。且根据风机转速变化趋势对风机实际转速进行加权滤波，能够在风机转速提高时快速跟随，风机转速下降时延缓跟随，不仅能够使系统满足散热要求，而且能够降低功耗。
文档编号F04D27/00GK102562636SQ201010608159
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月16日 优先权日2010年12月16日
发明者吕英中, 谢云 申请人:普天信息技术研究院有限公司