cpu智能散熱系統(tǒng)

CPU智能散熱系統(tǒng)

實(shí)訓(xùn)報(bào)告名稱 CPU智能散熱模擬系統(tǒng)2013年月日至2013年月日共周學(xué)院（部） 班級(jí) 姓名 學(xué)院（部）負(fù)責(zé)人 系主任 指導(dǎo)教師 目錄TOC\o"1-5"\h\z目錄 2摘要 3第一章引言 4\o"CurrentDocument"研究背景 4\o"CurrentDocument"1.2智能散熱系統(tǒng)的發(fā)展 4\o"CurrentDocument"第二章系統(tǒng)介紹 5\o"CurrentDocument"2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 5\o"CurrentDocument"系統(tǒng)分析 5\o"CurrentDocument"系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)境 6\o"CurrentDocument"第三章系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7\o"CurrentDocument"3.1前面板設(shè)計(jì) 7系統(tǒng)狀態(tài)圖設(shè)計(jì) 7\o"CurrentDocument"3.3系統(tǒng)各元器件設(shè)計(jì) 83.3.1熱電偶溫度傳感器 8\o"CurrentDocument"LED燈顯示 9\o"CurrentDocument"風(fēng)扇電機(jī) 9\o"CurrentDocument"9013三極管 9第四章系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 10\o"CurrentDocument"4.1系統(tǒng)的事件結(jié)構(gòu) 10\o"CurrentDocument"系統(tǒng)的狀態(tài)機(jī)程序 10\o"CurrentDocument"4.2.1開(kāi)始采集 104.2.2溫度數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換 11\o"CurrentDocument"4.2.3信號(hào)生成和停止DAQ 11\o"CurrentDocument"4.2.4初始化和空閑 12\o"CurrentDocument"第五章調(diào)試運(yùn)行 13\o"CurrentDocument"5.1調(diào)試正常狀態(tài)界面 13\o"CurrentDocument"調(diào)試超出范圍狀態(tài) 13\o"CurrentDocument"第六章總結(jié) 15參考文獻(xiàn) 16摘要隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)測(cè)量技術(shù)的要求越來(lái)越高。電子測(cè)量技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的電子測(cè)量?jī)x器由于其功能單一，體積龐大，己經(jīng)很難滿足實(shí)際測(cè)量工作中多樣性、多功能的需要。以虛擬儀器為代表的新型測(cè)量?jī)x器改變了傳統(tǒng)儀器的思想，它們充分利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟硬件功能，把計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)量技術(shù)緊密結(jié)合起來(lái)，是融合了電子測(cè)量、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新型測(cè)量技術(shù)。特別是基于計(jì)算機(jī)平臺(tái)的各種測(cè)量?jī)x器由于成本低、使用方便等優(yōu)點(diǎn)得到了更廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)是結(jié)合傳感器技術(shù)（即熱電偶模塊）、數(shù)字信號(hào)采集（交通燈模塊）、模擬信號(hào)采集和虛擬儀器技術(shù)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了一種基于LabVIEW的CPU智能散熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用普通PC機(jī)為主機(jī)，利用圖形化可視測(cè)試軟件LabVIEW為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換處理進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實(shí)時(shí)進(jìn)行處理、預(yù)警顯示和控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。關(guān)鍵詞：電機(jī)轉(zhuǎn)速；虛擬儀器；LabVIEW第一章引言1.1研究背景在現(xiàn)代社會(huì)中，風(fēng)扇被廣泛的應(yīng)用，發(fā)揮著舉足輕重的作用，如夏天人們用的散熱風(fēng)扇、工業(yè)生產(chǎn)中大型機(jī)械中的散熱風(fēng)扇以及現(xiàn)在筆記本電腦上廣泛使用的智能CPU風(fēng)扇等。而隨著溫度控制技術(shù)的發(fā)展，為了降低風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的噪音以及節(jié)省能源等，溫控風(fēng)扇越來(lái)越受到重視并被廣泛的應(yīng)用。在現(xiàn)階段，溫控風(fēng)扇的設(shè)計(jì)已經(jīng)有了一定的成效，可以使風(fēng)扇根據(jù)環(huán)境溫度的變化進(jìn)行自動(dòng)無(wú)級(jí)調(diào)速，當(dāng)溫度升高到一定時(shí)能自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)扇，當(dāng)溫度降到一定時(shí)能自動(dòng)停止風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)智能控制。1.2智能散熱系統(tǒng)的發(fā)展隨著虛擬儀器在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，許多用虛擬儀器作控制的溫度控制系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生，如基于虛擬儀器的CPU智能散熱模擬系統(tǒng)。它使風(fēng)扇根據(jù)環(huán)境溫度的變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟停，使風(fēng)扇轉(zhuǎn)速隨著環(huán)境溫度的變化而變化，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)扇的智能控制。本文設(shè)計(jì)采用J型熱電偶作為溫度傳感器進(jìn)行溫度采集，并通過(guò)一個(gè)三極管9013驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)使系統(tǒng)檢測(cè)到得環(huán)境溫度以及系統(tǒng)預(yù)設(shè)的溫度上下限，。根據(jù)系統(tǒng)檢測(cè)到得環(huán)境溫度與系統(tǒng)預(yù)設(shè)溫度的比較，實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇電機(jī)的自動(dòng)啟停以及轉(zhuǎn)速的自動(dòng)調(diào)節(jié)第二章系統(tǒng)介紹2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)模擬CPU智能散熱系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)如下功能：采集CPU溫度信號(hào)，與溫度上限值進(jìn)行比較，高于上限溫度啟動(dòng)風(fēng)扇，給CPU降溫；低于上限溫度，風(fēng)扇停止運(yùn)轉(zhuǎn)。扇頁(yè)的轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)度隨溫度升高而加快，風(fēng)扇速度與控制電壓關(guān)系如下：風(fēng)扇低速：A0=6V，風(fēng)扇中低速：A0=7V，風(fēng)扇中速：A0=8V，風(fēng)扇高速：A0=10V當(dāng)風(fēng)扇啟動(dòng)時(shí)，紅色指示燈點(diǎn)亮，風(fēng)扇停止時(shí)，綠色指示燈點(diǎn)亮。要求在運(yùn)行VI時(shí)，程序進(jìn)入等待狀態(tài)，當(dāng)點(diǎn)擊前面板上的“開(kāi)始”按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行溫度測(cè)控；當(dāng)點(diǎn)擊前面板上的“停止”按鈕，測(cè)控系統(tǒng)停止工作，將所有的硬件通道清零并釋放；當(dāng)有錯(cuò)誤時(shí)停止運(yùn)行VI。在實(shí)現(xiàn)上述功能的同時(shí)，還要在前面板上進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度顯示、溫度變化趨勢(shì)圖顯示、高溫報(bào)警指示、風(fēng)扇轉(zhuǎn)數(shù)快慢顯示以及模擬風(fēng)扇運(yùn)行圖片顯示等。2.2系統(tǒng)分析該任務(wù)中，使用熱電偶模塊測(cè)量當(dāng)前溫度；使用霍爾模塊的小電機(jī)，模擬散熱風(fēng)扇；使用交通等模塊模擬CPU高溫時(shí)的紅色指示燈點(diǎn)亮和溫度正常時(shí)的綠色指示燈點(diǎn)亮。因此，這個(gè)項(xiàng)目中要用到模擬信號(hào)采集來(lái)讀取被測(cè)溫度；用模擬信號(hào)生成，輸出控制電壓來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)；用數(shù)字信號(hào)生成，輸出邏輯量來(lái)控制交通燈模塊上的小燈的量、滅。溫度越高，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速越快，這個(gè)要求可以，可以設(shè)計(jì)為線性變化，也可以設(shè)計(jì)為階梯變化，推薦使用的是后者。若想使用線性的，可自行調(diào)整算法，將溫度值和電機(jī)控制電壓的關(guān)系重新設(shè)定即可。根據(jù)測(cè)控功能要求，使用編寫(xiě)基于狀態(tài)機(jī)的測(cè)控程序，來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量和控制功能。該狀態(tài)機(jī)需要有6個(gè)狀態(tài)：空閑（默認(rèn)）、初始化、開(kāi)始DAQ、溫度采集、信號(hào)生成、停止DAQ。根據(jù)任務(wù)要求4，應(yīng)選擇“事件結(jié)構(gòu)”，在超時(shí)幀設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)測(cè)控功能；在開(kāi)始幀來(lái)啟動(dòng)測(cè)控過(guò)程；在停止幀實(shí)現(xiàn)停止測(cè)控過(guò)程。2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)境硬件：計(jì)算機(jī)、nextboard實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、NIPCI-6221數(shù)據(jù)采集卡、nextsense_01（熱電偶模塊）sense05霍爾傳感器模塊、wire20交通燈模塊。軟件平臺(tái)：LabVIEW（2011及以上版本）第三章系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1前面板設(shè)計(jì)在前面板要設(shè)計(jì)溫度測(cè)控的人機(jī)交互界面、進(jìn)行資源配置和參數(shù)設(shè)置以及系統(tǒng)簡(jiǎn)介等內(nèi)容，因此應(yīng)使用3個(gè)選項(xiàng)的選項(xiàng)卡，把各分內(nèi)容分別放置在不同的選項(xiàng)中，如圖3-1的a、b、c所示。^1＞紹 息 界面I在該系統(tǒng)中：使用熱電偶模塊測(cè)試當(dāng)前溫；使用霍爾模塊的小電機(jī)，模擬散熱風(fēng)扇;使用交通等模塊模擬CPU高溫時(shí)的紅燈亮,和溫度正常時(shí)的綠燈亮。因此，用模擬信號(hào)采集來(lái)被測(cè)溫度；用模擬信號(hào)生成輸出控制電壓來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速；用數(shù)字信號(hào)來(lái)輸岀邏輯量來(lái)控制交通燈模塊上的小燈的亮滅。系統(tǒng)介貂配置信息指示燈通道蠱度監(jiān)控界面Dewl/port2/line4,Devi/port1/1ine6,Dewi/port2/line6,1/Devl/port2/line2,Devl/port2/linel,Devl/port2/line0被浪IJ溫度通道%Devl/ai6冷端溫度通道XDevl/ai7風(fēng)扇控制通道%Ilevl/aoO(a)^1＞紹 息 界面I在該系統(tǒng)中：使用熱電偶模塊測(cè)試當(dāng)前溫；使用霍爾模塊的小電機(jī)，模擬散熱風(fēng)扇;使用交通等模塊模擬CPU高溫時(shí)的紅燈亮,和溫度正常時(shí)的綠燈亮。因此，用模擬信號(hào)采集來(lái)被測(cè)溫度；用模擬信號(hào)生成輸出控制電壓來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速；用數(shù)字信號(hào)來(lái)輸岀邏輯量來(lái)控制交通燈模塊上的小燈的亮滅。系統(tǒng)介貂配置信息指示燈通道蠱度監(jiān)控界面Dewl/port2/line4,Devi/port1/1ine6,Dewi/port2/line6,1/Devl/port2/line2,Devl/port2/linel,Devl/port2/line0被浪IJ溫度通道%Devl/ai6冷端溫度通道XDevl/ai7風(fēng)扇控制通道%Ilevl/aoO(a)系統(tǒng)介紹(b)配置資源選項(xiàng)卡0705015100彊言息弄面紹&0-BOt60=30t10T1)系統(tǒng)流狀態(tài)圖珈呼止Mr100T曲戔0|/\曲戔1/\(C)溫度控制界面選項(xiàng)卡圖3-1前面板選項(xiàng)卡本系統(tǒng)的狀態(tài)圖如圖3-2所示，主要需要完成的任務(wù)是實(shí)時(shí)測(cè)量溫度，判定是否超過(guò)臨界值，判定是否需要啟動(dòng)散熱風(fēng)扇及警報(bào)燈。所以測(cè)量溫度及做數(shù)據(jù)分析，是一直在不停循環(huán)跳轉(zhuǎn)的幾個(gè)狀態(tài)，故很自然想到使用狀態(tài)機(jī)這樣的結(jié)構(gòu)。選擇狀態(tài)機(jī)的基本條件：多個(gè)狀態(tài)跳轉(zhuǎn)、某些狀態(tài)可復(fù)用、隨時(shí)響應(yīng)界面按鍵操作。2）系統(tǒng)架構(gòu)：整個(gè)架構(gòu)使用單循環(huán)，while循環(huán)、事件結(jié)構(gòu)、狀態(tài)機(jī)。開(kāi)始按下停止按鈕超過(guò)臨界值配置硬件配置臨界值＞測(cè)試當(dāng)前溫度（停止測(cè)控過(guò)電）報(bào)警開(kāi)始按下停止按鈕超過(guò)臨界值配置硬件配置臨界值＞測(cè)試當(dāng)前溫度（停止測(cè)控過(guò)電）報(bào)警燈紅色啟動(dòng)散熱風(fēng)扇（風(fēng)速由溫度階梯值決定）警報(bào)燈綠色散熱風(fēng)扇靜止清零釋放硬件資源開(kāi)始任務(wù)圖3-2本系統(tǒng)的狀態(tài)圖3.3系統(tǒng)各元器件設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要器件包括熱電偶溫度傳感器、LED燈顯示、風(fēng)扇電機(jī)、9013三極管。輔助元件包括電阻、電源。3.3.1熱電偶溫度傳感器熱電偶是溫度測(cè)量中最常用的溫度傳感器。優(yōu)點(diǎn)是寬溫度范圍和適應(yīng)各種大氣環(huán)境，且結(jié)實(shí)、低價(jià)，無(wú)需供電。熱電偶由在一端連接的兩條不同金屬線（金鳳和金屬B）構(gòu)成，當(dāng)熱電偶一端受熱時(shí)，熱電偶電路中就有電勢(shì)差?？捎脺y(cè)量的電勢(shì)差來(lái)計(jì)算溫度。不過(guò)，所測(cè)電壓和溫度間是非線性關(guān)系，因此需要為參考溫度（Tref）做第二次測(cè)量，并利用測(cè)試設(shè)備軟件或硬件在儀器內(nèi)部處理電壓-溫度變換，以最終獲得熱電偶溫度（Tx）。LED燈顯示當(dāng)測(cè)試溫度不在設(shè)定值范圍內(nèi)時(shí)，交通燈模塊中的紅燈亮；當(dāng)測(cè)試溫度在測(cè)試溫度范圍內(nèi)時(shí)，交通燈模塊中的綠燈亮。風(fēng)扇電機(jī)發(fā)電機(jī)通常由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋.電刷.機(jī)座及軸承等部件構(gòu)成。定子由機(jī)座.定子鐵芯、線包繞組、以及固定這些部分的其他結(jié)構(gòu)件組成。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子磁極（有磁扼.磁極繞組）、滑環(huán)、（又稱銅環(huán).集電環(huán)）、風(fēng)扇及轉(zhuǎn)軸等部件組成。通過(guò)軸承、機(jī)座及端蓋將發(fā)電機(jī)的定子，轉(zhuǎn)子連接組裝起來(lái)，使轉(zhuǎn)子能在定子中旋轉(zhuǎn)，通過(guò)滑環(huán)通入一定勵(lì)磁電流，使轉(zhuǎn)子成為一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，定子線圈做切割磁力線的運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，通過(guò)接線端子引出，接在回路中，便產(chǎn)生了電流。本實(shí)驗(yàn)使用的二線風(fēng)扇電機(jī)，一根接電源另一根接三極管的發(fā)射極。9013三極管9013結(jié)構(gòu)：NPN集電極-發(fā)射極電壓25V集電極-基電壓45V射極-基極電壓5V集電極電流0.5A耗散功率0.625W結(jié)溫150°C特怔頻率最小150MHZ放大倍數(shù)：D64-91E78-112F96-135G122-166H144-220I190-300

第四章系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)的事件結(jié)構(gòu)使用事件結(jié)構(gòu)，利用超時(shí)幀及狀態(tài)機(jī)，完成各種狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)。超時(shí)幀的輸入端口設(shè)置為20ms，如圖3所示。20ms內(nèi)前面板無(wú)任何事件發(fā)生，跳轉(zhuǎn)至事件結(jié)構(gòu)超時(shí)幀，執(zhí)行其中狀態(tài)機(jī)的某個(gè)條件結(jié)構(gòu)幀。圖中給出了超時(shí)幀的2個(gè)狀態(tài)，該幀共有6個(gè)狀態(tài)，后面分別敘述。事件結(jié)構(gòu)還有“start”和“stop”幀，用來(lái)啟停DAQ過(guò)程，如圖4-1所示。選項(xiàng)卡揑件□區(qū)二1沖測(cè)溫度通道AImin(V) |li.-o4^肛maxi加［j=gg^ J 選項(xiàng)卡揑件□區(qū)二1沖測(cè)溫度通道AImin(V) |li.-o4^肛maxi加［j=gg^ J 1踰1—F 1DROmx-L|ai電壓AHABeginningState匸扁貽化；I——冷端溫度通道如max(V)AOmin(V)|l2￡aultT11DEl/——鳳扇控制通道WErLablEd.▼卜4-2Stop?HicabledDAi怡溫度采集圖4-1事件的開(kāi)始和停止幀4.2系統(tǒng)的狀態(tài)機(jī)程序4.2.1開(kāi)始采集使用AI采集溫度信號(hào)，AO控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，DO通道控制交通燈模塊的LED。在開(kāi)始DAQ分支分別配置三路通道的初始化信息，如圖4-2所示。七|［口］超時(shí)指示燈通道

4.2.2溫度數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換取溫度信息并分析溫度，AI通道測(cè)得的電壓信號(hào)，將電壓值轉(zhuǎn)換為溫度值。在子VI中判定溫度是否超過(guò)臨界值，是否啟動(dòng)風(fēng)扇是否有警報(bào)燈。溫度采集分支如圖4-3所示，子VI如圖4-4所示。在子VI中，設(shè)置首次高溫報(bào)警時(shí)，風(fēng)扇控制電壓為10V,其他情況按照溫度不同，輸出控制電壓，見(jiàn)表1。當(dāng)前溫度謚度計(jì)熱電偶賓型蘭前溫度圖4-4溫度采集子VI位器存前移存于當(dāng)態(tài)?寄用儲(chǔ)狀T-T (C°)0?33當(dāng)前溫度謚度計(jì)熱電偶賓型蘭前溫度圖4-4溫度采集子VI位器存前移存于當(dāng)態(tài)?寄用儲(chǔ)狀T-T (C°)0?33?66?9>9控制電壓（V）67810風(fēng)扇轉(zhuǎn)速低速中低速中速高速表1控制電壓與溫度對(duì)應(yīng)表風(fēng)速檔位風(fēng)扇中速檔高溫報(bào)警當(dāng)刖仙度r.l30.131184.2.3信號(hào)生成和停止DAQ刷新AO通道和DO通道電壓值。根據(jù)前一個(gè)狀態(tài)讀取的溫度值及判定結(jié)果，處理

AO和DO的端口刷新值，如圖4-5所示。當(dāng)主界面中點(diǎn)擊停止按鈕時(shí)，狀態(tài)機(jī)跳轉(zhuǎn)至結(jié)束采集的狀態(tài)。將所有的硬件通道清零并釋放，如圖4-6所示。20H；[01'信號(hào)生成'屮停曲該移位寄存器用于存AO和DO的端口刷新值，如圖4-5所示。當(dāng)主界面中點(diǎn)擊停止按鈕時(shí)，狀態(tài)機(jī)跳轉(zhuǎn)至結(jié)束采集的狀態(tài)。將所有的硬件通道清零并釋放，如圖4-6所示。20H；[01'信號(hào)生成'屮停曲該移位寄存器用于存選項(xiàng)卡控f?！魾egiriiiirigStatw &|*預(yù)善》|模擬DEL1通道1采祥數(shù)字ID布爾

1通道1采樣?Visible肝存■E3ZCT衣溫度采集Esg?——圖4-5信號(hào)生成圖4-6停正DAQ4.2.4初始化和空閑圖4-6停正DAQ系統(tǒng)的初始化和空閑狀態(tài)見(jiàn)圖4-7和4-8。第五章調(diào)試運(yùn)行5.1調(diào)試正常狀態(tài)界面當(dāng)測(cè)試溫度在設(shè)定值的正常范圍之內(nèi)運(yùn)行的結(jié)果（即非預(yù)警狀態(tài)）如圖5-1所示。垂統(tǒng)介紹配置信息溫度監(jiān)控界面曲線oK溫度走勢(shì)圖 一曲線J八|時(shí)間垂統(tǒng)介紹配置信息溫度監(jiān)控界面曲線oK溫度走勢(shì)圖 一曲線J八|時(shí)間溫度計(jì)圖5-1非預(yù)警狀態(tài)5.2調(diào)試超出范圍狀態(tài)當(dāng)測(cè)試溫度不在設(shè)定的范圍內(nèi)調(diào)試運(yùn)行的結(jié)果（即預(yù)警狀態(tài)）如圖5-2所示。1009080607050504010494時(shí)間1040e30|npJU20丟統(tǒng)介紹配置信息溫度監(jiān)控界面惇止風(fēng)扇風(fēng)扇低速襠當(dāng)前溫度43.620860t20-溫度走勢(shì)圖394溫度計(jì)開(kāi)始曲線0曲線1圖5-2預(yù)警狀態(tài)第六章總結(jié)為期一周的CPU智能散熱模擬系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)結(jié)束了，在這次實(shí)訓(xùn)中我收獲了不