一种散热监控系统的预警方法、装置和散热监控系统与流程

1.本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种散热监控系统的预警方法、装置和散热监控系统。


背景技术：

2.在伺服电机控制领域，伺服驱动器的散热性能始终是被关注的一项内容，其关乎到设备的性能与使用寿命。
3.而为了保证散热性能，现有的伺服驱动器产品的设计中通常加入散热监控功能，以便及时发现散热性能下降或失效，及早做出应对。但是，现有技术通常是通过单一温度探头或者通过内部温度检测电路来实现温度监控，但是此种方法只能在伺服驱动器内部的温度达到过温上限后才能发出报警，灵活性较差，容易导致散热失效、伺服驱动器因过温而损坏，从而造成不可挽回的损失。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种散热监控系统的预警方法、装置和散热监控系统，以提高散热性能监控效果，延长待散热装置的使用寿命。
5.根据本发明的一方面，提供了一种散热监控系统的预警方法，用于控制所述散热监控系统为待散热装置提供预警信息，所述散热监控系统包括采样模块；所述散热监控系统的预警方法包括：
6.获取通过所述采样模块实时采集到的与所述待散热装置相关联的温度数据；
7.对所述温度数据进行处理，得到所述待散热装置的温升数据；
8.将所述温升数据输入至预先建立好的温升稳态模型中，并根据所述温升数据与所述温升稳态模型中的温升阈值之间的大小关系输出相应的预警信息。
9.可选地，所述温度数据包括所述待散热装置内部的第一温度数据和外部的第二温度数据。
10.可选地，将所述温升数据输入至预先建立好的温升稳态模型中，并根据所述温升数据与所述温升稳态模型中的温升阈值之间的大小关系输出相应的预警信息的步骤包括：
11.将所述温升数据输入至预先建立好的温升稳态模型中，确定所述温升数据与所述温升稳态模型中的温升阈值之间的大小关系；
12.若所述温升数据大于或等于第一温升阈值，则输出过温报警信息；
13.若所述温升数据小于或等于第二温升阈值，则输出正常工作信息或散热优化信息；
14.若所述温升数据介于所述第一温升阈值和所述第二温升阈值之间，则输出正常工作信息；
15.其中，所述第一温升阈值大于所述第二温升阈值。
16.可选地，所述温升稳态模型根据如下步骤建立得到：
17.在所述待散热装置首次启动运行的第一预设时间之后，获取通过所述采样模块在第二预设时间内的不同时刻采集到的与所述待散热装置相关联的温度数据；
18.对所述温度数据进行处理，得到多组所述待散热装置的温升数据，并获取所述多组温升数据中的最大温升数据和最小温升数据；
19.根据所述最大温升数据确定所述第一温升阈值，以及根据所述最小温升数据确定所述第二温升阈值。
20.可选地，在所述第二预设时间内，获取通过所述采样模块每间隔第三预设时间采集一次的所述温度数据；
21.其中，所述第三预设时间小于所述第二预设时间。
22.可选地，所述第一温升阈值满足：
△
ta＝
△
t
max
·
(1+c)；所述第二温升阈值满足：
△
tb＝
△
t
min
·
(1-c)；其中，
△
ta为所述第一温升阈值，
△
tb为所述第二温升阈值，
△
t
max
为所述最大温升数据，
△
t
min
为所述最小温升数据，c为浮动系数，0≤c≤1。
23.可选地，所述温度数据为与所述待散热装置内部环境温度和/或所述待散热装置外部环境温度相对应的电压信号。
24.根据本发明的另一方面，提供了一种散热监控系统的预警装置，用于执行本发明任意实施例所提供的散热监控系统的预警方法，所述散热监控系统的预警装置包括：
25.数据获取单元，用于获取通过所述采样模块实时采集到的与所述待散热装置相关联的温度数据；
26.数据处理单元，用于对所述温度数据进行处理，得到所述待散热装置的温升数据；
27.预警信息生成单元，用于将所述温升数据输入至预先建立好的温升稳态模型中，并根据所述温升数据与所述温升稳态模型中的温升阈值之间的大小关系输出相应的预警信息。
28.根据本发明的另一方面，提供了一种散热监控系统，包括采样模块、控制模块和上位机，所述控制模块包括本发明任意实施例所提供的散热监控系统的预警装置，所述采样模块的输出端与所述控制模块的输入端连接，所述控制模块的输出端与所述上位机连接；
29.所述采样模块包括分压电路和跟随放大电路，所述分压电路包括第一电阻、第二电阻和第三电阻；
30.所述第一电阻的第一端接入第一电源电压，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端接入第二电源电压，所述第三电阻的第一端与所述第一电阻的第二端连接，所述第三电阻的第二端作为所述分压电路的输出端与所述跟随放大电路的输入端连接，所述跟随放大电路的输出端输出所述温度数据；
31.其中，所述第二电阻为负温度系数热敏电阻。
32.可选地，所述采样模块还包括保护电路，所述保护电路与所述跟随放大电路的输出端连接。
33.本方案通过获取与待散热装置相关联的温度数据，对温度数据进行处理，得到待散热装置的温升数据，然后将温升数据输入至预先建立好的温升稳态模型中，并根据温升数据与温升稳态模型中的温升阈值之间的大小关系输出相应的预警信息。相对于现有技术，本发明实施例提供的技术方案通过建立正常工作时待散热装置的温升的稳态模型，对比待散热装置实际工作时的温升，以判断待散热装置散热性能的变化，可通过增加的温升
发出相应的预警信息，从而实现对散热性能的有效监控，能够规避待散热装置的散热完全失效的局面，有利于延长待散热装置的使用寿命。
34.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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本发明的一些实施例，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的附图。
36.图1为本发明实施例提供的一种散热监控系统的预警方法的流程图；
37.图2为本发明实施例提供的另一种散热监控系统的预警方法的流程图；
38.图3为本发明实施例提供的一种建立温升稳态模型的方法流程图；
39.图4为本发明实施例提供的一种散热监控系统的预警装置的结构示意图；
40.图5为本发明实施例提供的一种散热监控系统的结构示意图；
41.图6为本发明实施例提供的一种采样模块的结构示意图。
具体实施方式
42.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
43.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
44.图1为本发明实施例提供的一种散热监控系统的预警方法的流程图，该散热监控系统的预警方法可用来控制散热监控系统为待散热装置提供预警信息，该方法可以由散热监控系统的预警装置来执行，散热监控系统的预警装置可以为mcu芯片。在本实施例中，待散热装置可以为伺服驱动器。参考图1，本发明实施例提供的散热监控系统的预警方法包括：
45.s110、获取通过采样模块实时采集到的与待散热装置相关联的温度数据。
46.具体地，散热监控系统包括采样模块和散热监控系统的预警装置。散热监控系统的预警装置可获取与待散热装置相关联的温度数据，该温度数据可以为待散热装置的实时温度，亦或是与该实时温度相对应的电压信号。
47.其中，待散热装置相关联的温度数据由采样模块进行采样得到。
48.s120、对温度数据进行处理，得到待散热装置的温升数据。
49.具体地，对获取到的与待散热装置相关联的温度数据进行数据处理，以得到待散热装置的温升数据。这里，可以设置一个参考温度数据，对得到的温度数据和该参考温度数据进行处理，并做差比较，从而得到温升数据。其中，温升数据为温度差值。
50.s130、将温升数据输入至预先建立好的温升稳态模型中，并根据温升数据与温升稳态模型中的温升阈值之间的大小关系输出相应的预警信息。
51.具体地，预先建立好的温升稳态模型是在待散热装置正常工作且稳定运行时的温升模型。换句话说，该温升稳态模型是在待散热装置额定工况下建立的具有多阶段温升的稳态模型，从该稳态模型中能够预测出温升的变化趋势。将上述步骤s120得到的温升数据输入至该温升稳态模型中，通过与温升稳态模型中多阶段温升中的温升阈值进行比较，以确定获取到的温升数据是否在温升稳态模型的稳定温升范围内，从而输出相应的预警信息。示例性地，若获取到的温升数据在温升稳态模型的稳定温升范围内，则可确定待散热装置的散热功能正常，无需发出报警信息；若获取到的温升数据超过温升稳态模型的稳定温升范围，则发出过温报警信息。
52.本方案通过获取与待散热装置相关联的温度数据，对温度数据进行处理，得到待散热装置的温升数据，然后将温升数据输入至预先建立好的温升稳态模型中，并根据温升数据与温升稳态模型中的温升阈值之间的大小关系输出相应的预警信息。相对于现有技术，本发明实施例提供的技术方案通过建立正常工作时待散热装置的温升的稳态模型，对比待散热装置实际工作时的温升，以判断待散热装置散热性能的变化，可通过增加的温升发出相应的预警信息，从而实现对散热性能的有效监控，能够规避待散热装置的散热完全失效的局面，有利于延长待散热装置的使用寿命。
53.在本实施例中，温度数据包括待散热装置内部的第一温度数据和外部的第二温度数据。以待散热装置为伺服驱动器为例，伺服驱动器内部设置有散热风扇。通过一路采集模块采集伺服驱动器内部的环境温度，得到第一温度数据；通过另一路采集模块采集伺服驱动器外部的环境温度，得到第二温度数据。以第二温度数据作为参考温度数据，对第一温度数据和第二温度数据进行处理，以得到伺服驱动器的当前温升数据。
54.可选地，在两路采集模块中，其中一路采集模块可以设置于伺服驱动器内部靠近放热源的位置，用于采集第一温度数据；另一路采集模块可以设置于伺服驱动器内部靠近散热窗(散热窗用于散热风扇的运行)的位置，用于采集第二温度数据。因此，第二温度数据是动态变化的数据，第一温度数据越高，第二温度数据也越高(但增幅较小)，由此可以保证得到的温升数据的准确性。
55.图2为本发明实施例提供的另一种散热监控系统的预警方法的流程图，参考图2，在上述技术方案的基础上，可选地，本发明实施例提供的散热监控系统的预警方法包括：
56.s110、获取通过采样模块实时采集到的与待散热装置相关联的温度数据。
57.s120、对温度数据进行处理，得到待散热装置的温升数据。
58.s1301、将温升数据输入至预先建立好的温升稳态模型中，确定温升数据与温升稳态模型中的温升阈值之间的大小关系。
59.s1302、若温升数据大于或等于第一温升阈值，则输出过温报警信息。
60.s1303、若温升数据小于或等于第二温升阈值，则输出正常工作信息或散热优化信息。
61.s1304、若温升数据介于第一温升阈值和第二温升阈值之间，则输出正常工作信息。
62.具体地，温升稳态模型中的温升阈值包括第一温升阈值和第二温升阈值，且第一温升阈值大于第二温升阈值，因此，第一温升阈值和第二温升阈值组成一个温升阈值区间。在将某一时刻获取到的温升数据输入到温升稳态模型中时，先判定该温升数据是否在温升稳态模型中的温升阈值区间之内，然后再根据判定结果输出相应的预警信息。
63.其中，当获取到的温升数据大于或等于第一温升阈值时，即待散热装置当前的温升超过温升稳态模型中的温升阈值的上限，则表明待散热装置当前的温升变化较大，对应的温度较高。此时输出过温报警信息，以提醒相关工作人员待散热装置当前的温升变化异常，需检查散热设备是否工作异常，以及时排障。相对于现有技术中达到过温上限才能发现散热性能失效的方案，本方案能够及时发现待散热装置的散热性能是否下降或失效，以便提前应对可能出现的状况，从而规避了散热设备完全失效的局面，有利于提高待散热装置的使用寿命。
64.当获取到的温升数据小于或等于第二温升阈值时，即待散热装置当前的温升低于温升稳态模型中的温升阈值的下限，则表明待散热装置当前的温升变化幅度较小，对应的温度较低。此时可以输出正常工作信息，散热设备可以维持常态运行；或者，也可以输出散热优化信息，以提醒相关工作人员待散热装置当前的温升较低，可以适当降低散热设备的功率，如可以降低风扇转速，以降低散热功耗，延长风扇的使用寿命。
65.当获取到的温升数据介于第一温升阈值和第二温升阈值之间时，即待散热装置当前的温升处于温升稳态模型中的温升阈值上限和下限之间，则表明待散热装置当前的温升变化幅度比较平稳，则输出正常工作信息，散热设备可以维持常态运行。
66.可选地，图3为本发明实施例提供的一种建立温升稳态模型的方法流程图，参考图3，温升稳态模型根据如下步骤建立得到：
67.s210、在待散热装置首次启动运行的第一预设时间之后，获取通过采样模块在第二预设时间内的不同时刻采集到的与待散热装置相关联的温度数据。
68.具体地，获取待散热装置首次启动运行的第一预设时间之后温度数据，是为了保证能够获取到待散热装置在稳定运行后额定工况下的温度数据，有利于提高后续得到温升结果的准确性。这里，采样模块所采集的温度数据为在连续第二预设时间内不同时刻下与待散热装置相关联的温度数据，其中，第一预设时间可以为1h，第二预设时间可以为1h。
69.s220、对温度数据进行处理，得到多组待散热装置的温升数据，并获取多组温升数据中的最大温升数据和最小温升数据。
70.具体地，上述获取到的温度数据包括多组温度数据，每一时刻下均包括第一温度数据和第二温度数据，对多组温度数据进行处理得到对应的多组温升数据，其中，某一时刻的温升等于这一时刻第一温度数据对应的温度与第二温度数据对应的温度之差。之后，获取该多组温升数据中的最大温升数据和最小温升数据。
71.在本实施例中，为了提高温升稳态模型的准确性，可以仅获取第一温度数据对应的温度与第二温度数据对应的温度在允许误差范围内的温度数据。例如，获取第二预设时
间内同一时刻下第一温度数据对应的温度与第二温度数据对应的温度变化在
±
2℃以内的相关温度数据。
72.s230、根据最大温升数据确定第一温升阈值，以及根据最小温升数据确定第二温升阈值。
73.其中，通过待确定第一温升阈值和第二温升阈值，能够确定温升变化的温度区间，从而完成温升稳态模型的建立。
74.以下对温升稳态模型的建立进行具体说明：
75.在待散热装置启动且稳定运行第一预设时间(如，1h)后，获取采集模块在持续第二预设时间(如，1h)内每间隔第三预设时间(如，0.5min)采集到的温度数据，则可以得到120组温度数据，每一组温度数据均包括第一温度数据和第二温度数据。对获取到的120个温度数据进行数据处理，以得到对应的120个温升数据样本，并获取该样本中的最大温升数据
△
t
max
和最下温升数据
△
t
min
。
76.其中，最大温升数据
△
t
max
＝max(
△
t1，
△
t2，
△
t3，
···
，
△
t
120
)，最小温升数据
△
t
min
＝min(
△
t1，
△
t2，
△
t3，
···
，
△
t
120
)。
77.根据最大温升数据
△
t
max
和最小温升数据
△
t
min
分别确定第一温升阈值和第二温升阈值，以确定稳态温度区间的上限和下限。
78.其中，第一温升阈值
△
ta＝
△
t
max
·
(1+c)，第二温升阈值
△
tb＝
△
t
min
·
(1-c)，0≤c≤1。例如，当c＝0.1时，第一温升阈值
△
ta＝1.1
△
t
max
，第二温升阈值
△
tb＝
△
t
min
＝0.9
△
t
min
。也即，稳态温度区间的上限为最大温升数据
△
t
max
的1.1倍，稳态温度区间的下限为最小温升数据
△
t
min
的0.9倍。至此，温升稳态模型建立完毕。
79.可选地，本发明实施例还提供了一种散热监控系统的预警装置，用于执行上述任意实施例所提供的散热监控系统的预警方法，在本实施例中，散热监控系统的预警装置可以为mcu。图4为本发明实施例提供的一种散热监控系统的预警装置的结构示意图，参考图4，该散热监控系统的预警装置包括：
80.数据获取单元11，用于获取通过采样模块实时采集到的与待散热装置相关联的温度数据；
81.数据处理单元12，用于对温度数据进行处理，得到待散热装置的温升数据；
82.预警信息生成单元13，用于将温升数据输入至预先建立好的温升稳态模型中，并根据温升数据与温升稳态模型中的温升阈值之间的大小关系输出相应的预警信息。
83.由于本实施例提供的散热监控系统的预警装置能够执行上述任意实施例所提供的散热监控系统的预警方法，因此，该散热监控系统的预警装置也具备上述任意实施例所描述的有益效果。
84.可选地，本发明实施例还提供了一种散热监控系统，图5为本发明实施例提供的一种散热监控系统的结构示意图，参考图5，该散热监控系统包括采样模块41、控制模块42和上位机43，采样模块41的输出端与控制模块42的输入端连接，控制模块42的输出端与上位机43连接。其中，控制模块42包括本发明任意实施例所提供的散热监控系统的预警装置，因此，该系统也具备执行上述任意实施例所提供的散热监控系统的预警方法的能力。
85.结合图4和图5，在本实施例中，采样模块41用于采集与待散热装置相关联的温度数据，控制模块42中的数据获取单元11用于获取该温度数据，数据处理单元12用于对获取
到的温度数据进行处理，得到对应的温升数据，控制模块42中存储有温升稳态模型，控制模块42中的预警信息生成单元13用于根据温升数据与温升稳态模型中的温升阈值之间的大小关系输出相应的预警信息。上位机用于将预警信息进行显示发布。
86.图6为本发明实施例提供的一种采样模块的结构示意图，参考图6，在上述各技术方案的基础上，可选地，采样模块41包括分压电路401和跟随放大电路402，分压电路401包括第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3；第一电阻r1的第一端接入第一电源电压vcc1，第一电阻r1的第二端与第二电阻r2的第一端连接，第二电阻r2的第二端接入第二电源电压vss，第三电阻r3的第一端与第一电阻r1的第二端连接，第三电阻r3的第二端作为分压电路401的输出端与跟随放大电路402的输入端连接，跟随放大电路402的输出端输出温度数据；其中，第二电阻r2为负温度系数热敏电阻。
87.具体地，由于第二电阻r2为负温度系数热敏电阻，当采集温度变化时分压电路401的输出信号会依据第二电阻r2的特性产生变化，即输入到跟随放大电路402的输入端的电压信号产生变化，从而控制模块42接收到的电压信号也会随温度的变化而变化，控制模块42对接收到的电压信号进行解析处理得到对应的温度。因此，在本实施例中，采样模块41所采集到的温度数据为与待散热装置内部环境温度和/或待散热装置外部环境温度相对应的电压信号，这里的内部环境温度即为第一温度数据对应的温度，外部环境温度即为第二温度数据对应的温度。
88.示例性地，第二电阻r2选取热敏系数为3950k、阻值为10kω的负温度系数热敏电阻，第一电阻r1的阻值为10kω，第三电阻r3的阻值为100ω。依据热敏电阻阻值计算公式可以得到第二电阻r2阻值与温度的对应关系。进一步地，根据分压电路401产生的分压电压可以得到第二电阻r2的阻值，从而能够计算出对应的温度。其中，第一电感l1为限流电感。第一电源电压vcc1为5v直流电压，第二电源电压vss为地电压，采样温度范围为-20℃～120℃。则根据上述阻值公式可以得到在-20℃下，第二电阻r2的阻值为105.38kω，分压电压为4.57v；在120℃下，第二电阻r2的阻值为0.41kω，分压电压为0.19v。
89.其中，分压电路401产生的分压电压经过跟随放大电路402的缓冲放大再输出至控制模块42，以匹配控制模块42的需求电压。在本实施例中，第一运放op1、第二电感l2、第一电容c1、第三电感l3和第二电容c2形成跟随电路，第二运放op2、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6和第七电阻r7共同形成放大电路，放大系数为第四电阻r4与第五电阻r5的比值，约为0.647，从而输出对应的电压。控制模块42中的散热监控系统的预警装置对接收到的电压进行解析处理，得到对应的温度。
90.本实施例提供的技术方案并非直接采集温度，而是通过热敏电阻获取对应的分压电压，并将分压电压进行跟随放大，得到输出电压，散热监控系统的预警装置对接收到的输出电压进行解析处理，以得到对应的温度，有利于提高获取温度的准确性，从而增加散热监控系统的预警装置的可靠性。
91.继续参考图6，采样模块41还包括保护电路403，保护电路403的与跟随放大电路402的输出端连接，保护电路403包括第八电阻r8和并联二极管d1，第八电阻r8用于减小采样电路41输出端的电流，并联二极管d1为稳压二极管，起到电压钳位的作用，避免过压过流
冲击造控制模块42损坏。
92.本发明实施例提供的散热监控系统能够实现对待散热装置的实时监控，通过增加的温升及时发出预警信息，以及时发现待散热装置的散热性能是否下降或失效，以便提前应对可能出现的状况，从而规避了散热设备完全失效的局面，有利于提高待散热装置的使用寿命。
93.应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
94.上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。