cpu智能散热系统.docx
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cpu智能散热系统
CPU智能散热系统
实训报告
名称CPU智能散热模拟系统
2013年月日至2013年月日共周
学院（部）
班级
姓名
学院（部）负责人
系主任
指导教师
摘要
随着科学技术的进步，对测量技术的要求越来越高。
电子测量技术在各个领域得到了越来越广泛的应用。
传统的电子测量仪器由于其功能单一，体积庞大，己经很难满足实际测量工作中多样性、多功能的需要。
以虚拟仪器为代表的新型测量仪器改变了传统仪器的思想，它们充分利用计算机强大的软硬件功能，把计算机技术和测量技术紧密结合起来，是融合了电子测量、计算机和网络技术的新型测量技术。
特别是基于计算机平台的各种测量仪器由于成本低、使用方便等优点得到了更广泛的应用。
本设计是结合传感器技术（即热电偶模块）、数字信号采集（交通灯模块）、模拟信号采集和虚拟仪器技术开发设计了一种基于LabVIEW的CPU智能散热系统，该系统采用普通PC机为主机,利用图形化可视测试软件LabVIEW为软件开发平台,将被测温度转换处理进行数据采集，实时进行处理、预警显示和控制电机转速。
关键词：
电机转速；虚拟仪器；LabVIEW
第一章引言
1.1研究背景
在现代社会中，风扇被广泛的应用，发挥着举足轻重的作用，如夏天人们用的散热风扇、工业生产中大型机械中的散热风扇以及现在笔记本电脑上广泛使用的智能CPU风扇等。
而随着温度控制技术的发展，为了降低风扇运转时的噪音以及节省能源等，温控风扇越来越受到重视并被广泛的应用。
在现阶段，温控风扇的设计已经有了一定的成效，可以使风扇根据环境温度的变化进行自动无级调速，当温度升高到一定时能自动启动风扇，当温度降到一定时能自动停止风扇的转动，实现智能控制。
1.2智能散热系统的发展
随着虚拟仪器在各个领域的广泛应用，许多用虚拟仪器作控制的温度控制系统也应运而生，如基于虚拟仪器的CPU智能散热模拟系统。
它使风扇根据环境温度的变化实现自动启停，使风扇转速随着环境温度的变化而变化，实现了风扇的智能控制。
本文设计采用J型热电偶作为温度传感器进行温度采集，并通过一个三极管9013驱动风扇电机的转动。
同时使系统检测到得环境温度以及系统预设的温度上下限，。
根据系统检测到得环境温度与系统预设温度的比较，实现风扇电机的自动启停以及转速的自动调节
第二章系统介绍
2.1系统设计要求
设计一个模拟CPU智能散热系统，实现如下功能：
1.采集CPU温度信号，与温度上限值进行比较，高于上限温度启动风扇，给CPU降温；低于上限温度，风扇停止运转。
2.扇页的转动数度随温度升高而加快，风扇速度与控制电压关系如下：
风扇低速：
AO=6V，风扇中低速：
AO=7V，风扇中速：
AO=8V，风扇高速：
AO=10V
3.当风扇启动时，红色指示灯点亮，风扇停止时，绿色指示灯点亮。
4.要求在运行VI时，程序进入等待状态，当点击前面板上的“开始”按钮，系统开始进行温度测控；当点击前面板上的“停止”按钮，测控系统停止工作，将所有的硬件通道清零并释放；当有错误时停止运行VI。
5.在实现上述功能的同时，还要在前面板上进行实时温度显示、温度变化趋势图显示、高温报警指示、风扇转数快慢显示以及模拟风扇运行图片显示等。
2.2系统分析
1.该任务中，使用热电偶模块测量当前温度；使用霍尔模块的小电机，模拟散热风扇；使用交通等模块模拟CPU高温时的红色指示灯点亮和温度正常时的绿色指示灯点亮。
因此，这个项目中要用到模拟信号采集来读取被测温度；用模拟信号生成，输出控制电压来控制电机转数；用数字信号生成，输出逻辑量来控制交通灯模块上的小灯的量、灭。
2.温度越高，风扇转速越快，这个要求可以，可以设计为线性变化，也可以设计为阶梯变化，推荐使用的是后者。
若想使用线性的，可自行调整算法，将温度值和电机控制电压的关系重新设定即可。
3.根据测控功能要求，使用编写基于状态机的测控程序，来实现温度测量和控制功能。
该状态机需要有6个状态：
空闲（默认）、初始化、开始DAQ、温度采集、信号生成、停止DAQ。
4.根据任务要求4，应选择“事件结构”，在超时帧设计实现测控功能；在开始帧来启动测控过程；在停止帧实现停止测控过程。
2.3系统设计环境
硬件：
计算机、nextboard实验平台、NIPCI-6221数据采集卡、nextsense_01（热电偶模块）sense05霍尔传感器模块、wire20交通灯模块。
软件平台：
LabVIEW（2011及以上版本）
第三章系统设计
3.1前面板设计
在前面板要设计温度测控的人机交互界面、进行资源配置和参数设置以及系统简介等内容，因此应使用3个选项的选项卡，把各分内容分别放置在不同的选项中，如图3-1的a、b、c所示。
（a）系统介绍（b）配置资源选项卡
（c）温度控制界面选项卡
图3-1前面板选项卡
3.2系统状态图设计
1）系统流状态图
本系统的状态图如图3-2所示，主要需要完成的任务是实时测量温度，判定是否超过临界值，判定是否需要启动散热风扇及警报灯。
所以测量温度及做数据分析，是一直在不停循环跳转的几个状态，故很自然想到使用状态机这样的结构。
选择状态机的基本条件：
多个状态跳转、某些状态可复用、随时响应界面按键操作。
2）系统架构：
整个架构使用单循环，while循环、事件结构、状态机。
图3-2本系统的状态图
3.3系统各元器件设计
系统主要器件包括热电偶温度传感器、LED灯显示、风扇电机、9013三极管。
辅助元件包括电阻、电源。
3.3.1热电偶温度传感器
热电偶是温度测量中最常用的温度传感器。
优点是宽温度范围和适应各种大气环境，且结实、低价，无需供电。
热电偶由在一端连接的两条不同金属线（金属A和金属B）构成，当热电偶一端受热时，热电偶电路中就有电势差。
可用测量的电势差来计算温度。
不过，所测电压和温度间是非线性关系，因此需要为参考温度（Tref）做第二次测量，并利用测试设备软件或硬件在仪器内部处理电压-温度变换，以最终获得热电偶温度（Tx）。
3.3.2LED灯显示
当测试温度不在设定值范围内时，交通灯模块中的红灯亮；当测试温度在测试温度范围内时，交通灯模块中的绿灯亮。
3.3.3风扇电机
发电机通常由定子、转子、端盖.电刷.机座及轴承等部件构成。
定子由机座.定子铁芯、线包绕组、以及固定这些部分的其他结构件组成。
转子由转子铁芯、转子磁极（有磁扼.磁极绕组）、滑环、（又称铜环.集电环）、风扇及转轴等部件组成。
通过轴承、机座及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，通过滑环通入一定励磁电流，使转子成为一个旋转磁场，定子线圈做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。
本实验使用的二线风扇电机，一根接电源另一根接三极管的发射极。
3.3.49013三极管
9013结构：
NPN
集电极-发射极电压25V
集电极-基电压45V
射极-基极电压5V
集电极电流0.5A
耗散功率0.625W
结温150℃
特怔频率最小150MHZ
放大倍数：
D64-91E78-112F96-135G122-166H144-220I190-300
第四章系统程序设计
4.1系统的事件结构
使用事件结构，利用超时帧及状态机，完成各种状态的跳转。
超时帧的输入端口设置为20ms，如图3所示。
20ms内前面板无任何事件发生，跳转至事件结构超时帧，执行其中状态机的某个条件结构帧。
图中给出了超时帧的2个状态，该帧共有6个状态，后面分别叙述。
事件结构还有“start”和“stop”帧，用来启停DAQ过程，如图4-1所示。
图4-1事件的开始和停止帧
4.2系统的状态机程序
4.2.1开始采集
使用AI采集温度信号，AO控制电机转动，DO通道控制交通灯模块的LED。
在开始DAQ分支分别配置三路通道的初始化信息，如图4-2所示。
图4-2开始DAQ
4.2.2温度数据采集转换
取温度信息并分析温度，AI通道测得的电压信号，将电压值转换为温度值。
在子VI中判定温度是否超过临界值，是否启动风扇是否有警报灯。
温度采集分支如图4-3所示，子VI如图4-4所示。
在子VI中，设置首次高温报警时，风扇控制电压为10V，其他情况按照温度不同，输出控制电压，见表1。
表1控制电压与温度对应表
T当前-T上限（Cº）
0～3
3～6
6～9
>9
控制电压（V）
6
7
8
10
风扇转速
低速
中低速
中速
高速
图4-3温度采集分支
图4-4温度采集子VI
4.2.3信号生成和停止DAQ
刷新AO通道和DO通道电压值。
根据前一个状态读取的温度值及判定结果，处理AO和DO的端口刷新值，如图4-5所示。
当主界面中点击停止按钮时，状态机跳转至结束采集的状态。
将所有的硬件通道清零并释放，如图4-6所示。
图4-5信号生成图4-6停止DAQ
4.2.4初始化和空闲
系统的初始化和空闲状态见图4-7和4-8。
第五章调试运行
5.1调试正常状态界面
当测试温度在设定值的正常范围之内运行的结果（即非预警状态）如图5-1所示。
图5-1非预警状态
5.2调试超出范围状态
当测试温度不在设定的范围内调试运行的结果（即预警状态）如图5-2所示。
图5-2预警状态
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