支持电源热插拔的智能控制装置的制作方法

本实用新型涉及机电控制领域，具体涉及一种支持电源热插拔的智能控制装置。

背景技术：

在当今工业控制、通讯领域里，随着需处理的数据量越来越大，使用的环境越来越广，功能需求也越来越多，相应的外部设备的接入也越来越多。在自动生产领域、野外等自然环境恶劣的地方，一旦出现外部设备的损坏往往需要对整个硬件工作系统进行停机检修，如此一来就会造成降低工作效率，维修成本高等问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了克服现有技术中存在的不足，提供一种支持电源热插拔的智能控制装置，以解决现有技术中外部设备一旦损坏不易检修的问题。

为了达到上述目的，本实用新型提出了一种支持电源热插拔的智能控制装置，包括：热插拔模块、温度传感器、存储器以及处理器；所述处理器连接所述热插拔模块、温度传感器、存储器以及所述外部设备；所述热插拔模块连接外部电源与所述温度传感器、存储器、处理器以及外部设备；所述温度传感器采集环境的温度信息并将其传送给所述处理器，所述处理器根据所述存储器内存储的配置模式与所述温度信息，发送控制信号至所述外部设备，所述外部设备根据所述控制信号运行。

进一步地，还包括外部设备状态检测器，其连接于所述处理器与外部设备，监测所述外部设备并生成运行状态信息，并将所述运行状态信息发送给所述处理器。

进一步地，还包括无线传输模块，其连接于所述处理器，将所述运行状态信息传送给外部的信息接收装置。

进一步地，还包括报警器，所述报警器连接于所述处理器，当硬件工作不正常时，发出报警信号。

进一步地，所述外部设备为多个，均连接所述处理器。

进一步地，所述的热插拔模块为TI公司的TPS24750芯片。

进一步地，所述处理器为FPGA，其型号为京微雅格CME M1。

进一步地，所述温度传感器与处理器的连接方式为IIC总线连接。

进一步地，所述存储器与处理器的连接方式为SPI总线连接。

进一步地，所述外部设备为风扇。

本实用新型有益效果在于，通过温度传感器为处理器提供环境温度信息，然后根据该信息控制外部设备的运行，技术人员可以灵活调整外部设备在不同温度下的运行模式，并且由于本实用新型具有热插拔模块，一方面保护了外部设备，另一方面也方便技术人员在系统运行过程中，对出现故障的外部设备进行更换，极大地提高了系统的可靠性和维修性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的支持电源热插拔的智能控制装置的结构示意图。

图2为本实用新型另一实施例的支持电源热插拔的智能控制装置的结构示意图。

图3为本实用新型又一实施例的支持电源热插拔的智能控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域相关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，都属于本实用新型的保护的范围。

图1为本实用新型实施例的支持电源热插拔的智能控制装置的结构示意图，如图1所示，本实用新型提出了一种支持电源热插拔的智能控制装置，包括：热插拔模块、温度传感器、存储器以及处理器；所述处理器连接所述热插拔模块、温度传感器、存储器以及所述外部设备；所述热插拔模块连接外部电源与所述温度传感器、存储器、处理器以及外部设备；所述温度传感器采集环境的温度信息并将其传送给所述处理器，所述处理器根据所述存储器内存储的配置模式与所述温度信息，发送控制信号至所述外部设备，所述外部设备根据所述控制信号运行。

本实用新型采用的技术方案为通过热插拔模块连接外部电源与温度传感器、存储器以及外部设备，从而实现对温度传感器、存储器以及外部设备保护的目的。外部设备种类可以为多种类型，以外部设备为一风扇的具体实施例对本实用新型进行介绍。

在此需要了解，以往传统的风扇散热不能根据温度的变化适时调节风扇的转速，不论是低温、常温、高温下都是全速工作；但实际上低温甚至常温时，很多系统风扇都只需要较低的转速。传统的风扇工作方式，既浪费电资源、产生噪声、又影响风扇的生命力，同时风扇坏了之后，又不能及时报警，更不能带电更换，需将整个系统断电后才能更换风扇，影响整个系统的工作。

针对以上背景，在本实用新型的支持电源热插拔的智能控制装置具体实施时。首先，热插拔模块连接外部电源与所述温度传感器、存储器、处理器以及外部风扇，通过自身内部电路进行判断，电源供电是否正常，温度传感器、存储器、处理器等硬件是否运转正常。在一切硬件正常完备的情况下，温度传感器采集环境的温度，将温度信号转换为温度信息(电信号)传送给处理器，处理器接收温度信息后，计算风扇应当在该温度下的转速或者输出功率。该计算过程分为两步骤：第一步，处理器要从存储器中读取信息配置的工作模式；第二步，处理器从外部存储器读取的工作模式配置到RAM里面运行输出控制外部风扇如何运行的信号。当处理器完成根据温度信息控制输出风扇转速控制信号后，将所述转速控制信号发送给风扇内部的转速控制器。该转速控制器完成将风扇转速控制信号转换为驱动外部风扇进行运转的驱动电流/电压。外部风扇在接收驱动电流/电压后进行运转，最终实现对风扇的转速进行控制。

本实施例中，热插拔模块可以允许用户在不关闭系统，不切断电源的情况下取出和更换损坏的处理器、风扇、存储器、温度传感器，从而提高了系统对灾难的及时恢复能力、扩展性和灵活性等。当外部风扇、电源出现故障时，例如风扇损坏，该热插拔模块可以实现在不用断开整个系统的电源的情况下，直接替换风扇、电源，极大的提高了可靠性与维修性。在具体实施过程中，热插拔模块可以选择为TI公司的TPS24750芯片。该芯片可支持2.5V至18V的工作电压，最大持续电流高达12A，可满足绝大部分风扇控制单元使用。该芯片支持电源缓启动，在启动过程中，负载电流以一个已用户定义的斜升速率启动；并且其最大负载电流被限制用户的设定值内，如负载电流超出用户设定值，该芯片会将负载和电源及时断开，保护后级设备；同时具有过热保护，电源故障输出等功能。在风扇控制单元电源热插拔的时候，电源首先通过该芯片然后再给处理器及风扇供电，防止在电源热插拔瞬间把处理器等烧坏。

并且，本实施例中温度采集为中断方式，当温度变化超过设定值时，马上产生中断让FPGA及时处理，并根据温度信息及时改风扇的转速来满足系统的要求。采用中断方式即达到实时性的要求，又减少了系统开销(相对轮询方式要不断地轮询)。在此说明的是，存储器中储存有信息配置的工作模式，当技术人员发现现有的存储器中的工作模式不能够满足实际需要时，一方面可以通过向存储器中重新写入新的工作模式来迎合目标工作状态，另一方面也可以通过直接更换储存有不同工作模式的存储器来达到调整工作模式的目的。本方案可以针对实际情况灵活分配存储器中的工作模式，具有操作简单、适应各种情况的优点。

在具体实施过程中，处理器可以选择为FPGA芯片，其型号为京微雅格CME M1。该芯片集成了增强型8051处理器硬核和FPGA等资源，能够实现完全定制系统设计和IP保护能力，而且易于使用。其最大可支持1024个可编程单元，2x9Kbit可配置双端口DPRAM存储器EMB9K，1个PLL，8个全局时钟，3.3V LVCMOS/LVTTL I/O，可承受5V输入，最多用户I/O可达111个。设计者可以便捷地利用CME的Primace进行FPGA设计，利用第三方EDA工具Keil TM进行嵌入式设计。基于CME M1的单芯CAP(Configurable Application Platform)比传统专属功能微控制器具有更大的灵活性、比现有使用软核处理器的FPGA具有更低的成本，能够实现超越现有8051系统性的极限，采用SRAM的0.13微米工艺。另外M1芯片具有多种安全机制：配置数据加密、基于密钥flash访问控制，配置memory保护等，这些安全特性不仅能够保护用户的FPGA设计也能保护用户的固件。基于以上特性M1芯片可广泛的用于显示控制、工业控制、数据安全、通行接口等领域。CME M1芯片支持配置数据加密，使用LSFR算法给配置数据加密，用户可以自定义128的密钥。JTAG操作保护使能后，在AS模式下JTAG不能读取SPI FLASH的数据，也不能操作FPGA；JTAG操作保护使能后，只有BE指令(芯片擦除)和RDSR指令(读取状态寄存器)有效，其他指令都会被M1内部的安全机制过滤。1位的JTAG操作保护使能标志和配置数据一起编程到FLASH里。CME M1的这些安全特性不仅能够保护本方案的FPGA设计，不让其他人盗取本方案的设计，还能保护FLASH不让其他人修改。风扇转速控制模块根据FPGA采集到系统当前的温度来直接控制风扇的转速。风扇的转速是通过FPGA扩展的PWM信号来控制，当该信号占空比为100％时风扇的转速最大；当信号的占空比为0％时，风扇的转速最小。根据该原理，默认常温下(+25℃)将风扇的转速设为中速，即PWM的占空比为50％；温度每低5度，占空比减少5％，转速慢慢降低，当到-25℃以下温度时，风扇的转速为最小转速；温度每高5度，占空比增加5％，当到+75℃即以上温度时，风扇的转速为最大转速。本系统风扇的转速控制采用中断的方式，当温度传感器的温度变化达到5度后，马上给FPGA上报中断，FPGA马上采集当前温度，再根据当前温度及时控制风扇的转速。

图2为本实用新型另一实施例的支持电源热插拔的智能控制装置的结构示意图。如图2所示，本实用新型的支持电源热插拔的智能控制装置，包括：电源、热插拔模块、温度传感器、存储器、处理器、外部设备状态检测器、报警器、无线传输模块以及外部设备。本实施例中的温度传感器、存储器以及处理器在各方面与图1实施例相同，在此不作赘述。

外部设备状态检测器，其连接于所述处理器与外部设备，监测所述外部设备并生成运行状态信息，并将所述运行状态信息发送给所述处理器。该外部设备状态检测器可以通过FPGA的GPIO来采样外部设备的当前工作状态，判断外部设备是否工作，并监测运行中的外部设备的具体运行信息。其检测模式为采用轮询的方式来检测外部设备状态。

报警器连接于处理器，当硬件工作不正常时，发出报警信号。当硬件工作不正常时，该报警器根据处理器发出的信号进行报警。硬件工作不正常的情况包括，电源电压不稳定、温度传感器的传输信号不稳定等。当外部设备正常工作时，相应的报警器处于停止报警状态，不发出报警信号。通过引入该报警器可以实现对整个系统运行状态的监测，在出现非正常运行状态的状况下，及时通知相关人员对系统进行检修，以减少可避免的人身、财产损失。在此说明，报警器可以为灯光报警器，其通过变换不同的灯光颜色、亮度或者闪烁频率来区分报警状态与非报警状态；报警器还可以为声音报警器，其通过发出声音信号来指示报警。

无线传输模块，其连接于所述处理器，将所述运行状态信息传送给外部的信息接收装置。无线传输模块作为将处理器中的运行状态信息传送至外部的接收单元，可以帮助技术人员实现对系统的远程监控，用以方便技术人员实时查看外部设备的运行状况。在具体实施的过程中无线传输模块，可以选用ZigBee等模块；外部的信息接收装置可以为手机、电脑等电子装置。

本实用新型的外部设备可以为多个，均连接所述处理器。图3为本实用新型又一实施例的支持电源热插拔的智能控制装置的结构示意图，如图3所示，在本实施例中，外部设备为多个，每个外部设备均通过单独的通信信道与处理器连接。并且，支持电源热插拔的智能控制装置中所有外部设备、处理器、温度传感器、存储器均连接于热插拔模块(考虑构图简洁，热插拔模块与其他硬件的连接关系以虚线框示出)。本实施例的支持电源热插拔的智能控制装置运行时，温度传感器采集环境的温度，将温度信号转换为温度信息(电信号)传送给处理器，处理器接收温度信息后，计算外部设备应当在该温度下的运行状态。该计算过程分为两步骤：第一步，处理器要从存储器中读取信息配置的工作模式；第二步，处理器从外部存储器读取的工作模式配置到RAM里面运行输出控制外部设备如何运行的信号。当处理器完成根据温度信息控制输出外部设备控制信号后，将所述外部设备控制信号分别发送给该多个外部设备。最终实现对多个外部设备的控制。

本实用新型有益效果在于，通过温度传感器为处理器提供环境温度信息，然后根据该信息控制外部设备的运行，技术人员可以灵活调整外部设备在不同温度下的运行模式，并且由于本实用新型具有热插拔模块，一方面保护了外部设备，另一方面也方便技术人员在系统运行过程中，对出现故障的外部设备进行更换，极大地提高了系统的可靠性和维修性。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。