cpu智能散熱系統(tǒng)

1、CPU智能散熱系統(tǒng)實訓(xùn)報告 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 姓 名 學(xué)院(部)負(fù)責(zé)人 系 主 任 指導(dǎo)教師 推薦精選目錄目錄2摘要3第一章引言41.1研究背景41.2智能散熱系統(tǒng)的發(fā)展4第二章 系統(tǒng)介紹52.1系統(tǒng)設(shè)計要求52.2系統(tǒng)分析52.3系統(tǒng)設(shè)計環(huán)境6第三章 系統(tǒng)設(shè)計73.1前面板設(shè)計73.2系統(tǒng)狀態(tài)圖設(shè)計83.3系統(tǒng)各元器件設(shè)計93.3.1熱電偶溫度傳感器93.3.2 LED燈顯示93.3.3風(fēng)扇電機93.3.4 9013三極管9第四章 系統(tǒng)程序設(shè)計114.1 系統(tǒng)的事件結(jié)構(gòu)114.2系統(tǒng)的狀態(tài)機程序114.2.1開始

2、采集114.2.2溫度數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換124.2.3信號生成和停止DAQ124.2.4初始化和空閑13第五章 調(diào)試運行145.1調(diào)試正常狀態(tài)界面145.2調(diào)試超出范圍狀態(tài)14第六章 總結(jié)16參考文獻(xiàn)17推薦精選摘要隨著科學(xué)技術(shù)的進步，對測量技術(shù)的要求越來越高。電子測量技術(shù)在各個領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的電子測量儀器由于其功能單一，體積龐大，己經(jīng)很難滿足實際測量工作中多樣性、多功能的需要。以虛擬儀器為代表的新型測量儀器改變了傳統(tǒng)儀器的思想，它們充分利用計算機強大的軟硬件功能，把計算機技術(shù)和測量技術(shù)緊密結(jié)合起來，是融合了電子測量、計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新型測量技術(shù)。特別是基于計算機平臺的各種測量儀

3、器由于成本低、使用方便等優(yōu)點得到了更廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計是結(jié)合傳感器技術(shù)（即熱電偶模塊）、數(shù)字信號采集（交通燈模塊）、模擬信號采集和虛擬儀器技術(shù)開發(fā)設(shè)計了一種基于LabVIEW的CPU智能散熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用普通PC 機為主機,利用圖形化可視測試軟件LabVIEW為軟件開發(fā)平臺,將被測溫度轉(zhuǎn)換處理進行數(shù)據(jù)采集，實時進行處理、預(yù)警顯示和控制電機轉(zhuǎn)速。關(guān)鍵詞： 電機轉(zhuǎn)速；虛擬儀器；LabVIEW推薦精選第一章 引言1.1研究背景在現(xiàn)代社會中，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)

4、的發(fā)展，為了降低風(fēng)扇運轉(zhuǎn)時的噪音以及節(jié)省能源等，溫控風(fēng)扇越來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)境溫度的變化進行自動無級調(diào)速，當(dāng)溫度升高到一定時能自動啟動風(fēng)扇，當(dāng)溫度降到一定時能自動停止風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動，實現(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)境溫度的變化實現(xiàn)自動啟停，使風(fēng)扇轉(zhuǎn)速隨著環(huán)境溫度的變化而變化，實現(xiàn)了風(fēng)扇的智能控制。本文設(shè)計采用J型熱電偶作為溫度傳感器進行溫度采集，并通過一個三極管9013驅(qū)動風(fēng)扇電機的轉(zhuǎn)動。同

5、時使系統(tǒng)檢測到得環(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)檢測到得環(huán)境溫度與系統(tǒng)預(yù)設(shè)溫度的比較，實現(xiàn)風(fēng)扇電機的自動啟停以及轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)推薦精選第二章 系統(tǒng)介紹2.1系統(tǒng)設(shè)計要求設(shè)計一個模擬CPU智能散熱系統(tǒng)，實現(xiàn)如下功能：1. 采集CPU溫度信號，與溫度上限值進行比較，高于上限溫度啟動風(fēng)扇，給CPU降溫；低于上限溫度，風(fēng)扇停止運轉(zhuǎn)。2. 扇頁的轉(zhuǎn)動數(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：AO=6V，風(fēng)扇中低速：AO=7V，風(fēng)扇中速：AO=8V，風(fēng)扇高速：AO=10V3. 當(dāng)風(fēng)扇啟動時，紅色指示燈點亮，風(fēng)扇停止時，綠色指示燈點亮。4. 要求在運行VI時，程序進入等待狀態(tài)

6、，當(dāng)點擊前面板上的“開始”按鈕，系統(tǒng)開始進行溫度測控；當(dāng)點擊前面板上的“停止”按鈕，測控系統(tǒng)停止工作，將所有的硬件通道清零并釋放；當(dāng)有錯誤時停止運行VI。5. 在實現(xiàn)上述功能的同時，還要在前面板上進行實時溫度顯示、溫度變化趨勢圖顯示、高溫報警指示、風(fēng)扇轉(zhuǎn)數(shù)快慢顯示以及模擬風(fēng)扇運行圖片顯示等。2.2系統(tǒng)分析1.該任務(wù)中，使用熱電偶模塊測量當(dāng)前溫度；使用霍爾模塊的小電機，模擬散熱風(fēng)扇；使用交通等模塊模擬CPU高溫時的紅色指示燈點亮和溫度正常時的綠色指示燈點亮。因此，這個項目中要用到模擬信號采集來讀取被測溫度；用模擬信號生成，輸出控制電壓來控制電機轉(zhuǎn)數(shù)；用數(shù)字信號生成，輸出邏輯量來控制交通燈模塊上的

7、小燈的量、滅。2.溫度越高，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速越快，這個要求可以，可以設(shè)計為線性變化，也可以設(shè)計為階梯變化，推薦使用的是后者。若想使用線性的，可自行調(diào)整算法，將溫度值和電機控制電壓的關(guān)系重新設(shè)定即可。3.根據(jù)測控功能要求，使用編寫基于狀態(tài)機的測控程序，來實現(xiàn)溫度測量和控制功能。該狀態(tài)機需要有6個狀態(tài)：空閑（默認(rèn)）、初始化、開始DAQ、溫度采集、信號生成、停止DAQ。推薦精選4.根據(jù)任務(wù)要求4，應(yīng)選擇“事件結(jié)構(gòu)”，在超時幀設(shè)計實現(xiàn)測控功能；在開始幀來啟動測控過程；在停止幀實現(xiàn)停止測控過程。2.3系統(tǒng)設(shè)計環(huán)境硬件：計算機、nextboard實驗平臺、NI PCI-6221數(shù)據(jù)采集卡、nextsense_01

8、 （熱電偶模塊）sense05 霍爾傳感器模塊、wire20 交通燈模塊。軟件平臺：LabVIEW（2011及以上版本）推薦精選推薦精選第三章 系統(tǒng)設(shè)計3.1前面板設(shè)計在前面板要設(shè)計溫度測控的人機交互界面、進行資源配置和參數(shù)設(shè)置以及系統(tǒng)簡介等內(nèi)容，因此應(yīng)使用3個選項的選項卡，把各分內(nèi)容分別放置在不同的選項中，如圖3-1的a、b、c所示。（a）系統(tǒng)介紹 （b）配置資源選項卡（c）溫度控制界面選項卡圖3-1前面板選項卡3.2系統(tǒng)狀態(tài)圖設(shè)計1）系統(tǒng)流狀態(tài)圖推薦精選本系統(tǒng)的狀態(tài)圖如圖3-2所示，主要需要完成的任務(wù)是實時測量溫度，判定是否超過臨界值，判定是否需要啟動散熱風(fēng)扇及警報燈。所以測量溫度及做數(shù)據(jù)

9、分析，是一直在不停循環(huán)跳轉(zhuǎn)的幾個狀態(tài)，故很自然想到使用狀態(tài)機這樣的結(jié)構(gòu)。選擇狀態(tài)機的基本條件：多個狀態(tài)跳轉(zhuǎn)、某些狀態(tài)可復(fù)用、隨時響應(yīng)界面按鍵操作。2）系統(tǒng)架構(gòu)：整個架構(gòu)使用單循環(huán)，while循環(huán)、事件結(jié)構(gòu)、狀態(tài)機。圖3-2 本系統(tǒng)的狀態(tài)圖3.3系統(tǒng)各元器件設(shè)計系統(tǒng)主要器件包括熱電偶溫度傳感器、LED燈顯示、風(fēng)扇電機、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量中最常用的溫度傳感器。優(yōu)點是寬溫度范圍和適應(yīng)各種大氣環(huán)境，且結(jié)實、低價，無需供電。熱電偶由在一端連接的兩條不同金屬線（金屬A 和金屬B）構(gòu)成，當(dāng)熱電偶一端受熱時，熱電偶電路中就有電勢差。可用測量的電勢

10、差來計算溫度。不過，所測電壓和溫度間是非線性關(guān)系，因此需要為參考溫度（Tref）做第二次測量，并利用測試設(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）。推薦精選3.3.2 LED燈顯示當(dāng)測試溫度不在設(shè)定值范圍內(nèi)時，交通燈模塊中的紅燈亮；當(dāng)測試溫度在測試溫度范圍內(nèi)時，交通燈模塊中的綠燈亮。3.3.3風(fēng)扇電機發(fā)電機通常由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋.電刷.機座及軸承等部件構(gòu)成。定子由機座.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。通過軸承、機座及端蓋將發(fā)電機的定子，轉(zhuǎn)子連接組裝

11、起來，使轉(zhuǎn)子能在定子中旋轉(zhuǎn)，通過滑環(huán)通入一定勵磁電流，使轉(zhuǎn)子成為一個旋轉(zhuǎn)磁場，定子線圈做切割磁力線的運動，從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢，通過接線端子引出，接在回路中，便產(chǎn)生了電流。本實驗使用的二線風(fēng)扇電機，一根接電源另一根接三極管的發(fā)射極。3.3.4 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特怔頻率 最小 150MHZ放大倍數(shù)：D64-91 E78-112 F96-135 G122-166 H144-220 I190-300推薦精選第四章 系統(tǒng)程序設(shè)計4.1 系統(tǒng)的事件結(jié)構(gòu)使用事件結(jié)構(gòu)，利用超

12、時幀及狀態(tài)機，完成各種狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)。超時幀的輸入端口設(shè)置為20ms，如圖3所示。20ms內(nèi)前面板無任何事件發(fā)生，跳轉(zhuǎn)至事件結(jié)構(gòu)超時幀，執(zhí)行其中狀態(tài)機的某個條件結(jié)構(gòu)幀。圖中給出了超時幀的2個狀態(tài)，該幀共有6個狀態(tài)，后面分別敘述。事件結(jié)構(gòu)還有“start”和“stop”幀，用來啟停DAQ過程，如圖4-1所示。圖4-1事件的開始和停止幀4.2系統(tǒng)的狀態(tài)機程序4.2.1開始采集使用AI采集溫度信號，AO控制電機轉(zhuǎn)動，DO通道控制交通燈模塊的LED。在開始DAQ分支分別配置三路通道的初始化信息，如圖4-2所示。圖4-2開始DAQ推薦精選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通道測得的電壓信號

13、，將電壓值轉(zhuǎn)換為溫度值。在子VI中判定溫度是否超過臨界值，是否啟動風(fēng)扇是否有警報燈。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)置首次高溫報警時，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，見表1。表1 控制電壓與溫度對應(yīng)表T當(dāng)前-T上限 (Cº)033669>9控制電壓（V）67810風(fēng)扇轉(zhuǎn)速低速中低速中速高速圖4-3溫度采集分支圖4-4溫度采集子VI4.2.3信號生成和停止DAQ推薦精選刷新AO通道和DO通道電壓值。根據(jù)前一個狀態(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)主界面中點擊停止按鈕時，狀態(tài)機跳轉(zhuǎn)至結(jié)束采

14、集的狀態(tài)。將所有的硬件通道清零并釋放，如圖4-6所示。圖4-5信號生成 圖4-6停止DAQ4.2.4初始化和空閑系統(tǒng)的初始化和空閑狀態(tài)見圖4-7和4-8。推薦精選第五章 調(diào)試運行5.1調(diào)試正常狀態(tài)界面當(dāng)測試溫度在設(shè)定值的正常范圍之內(nèi)運行的結(jié)果（即非預(yù)警狀態(tài)）如圖5-1所示。圖5-1非預(yù)警狀態(tài)5.2調(diào)試超出范圍狀態(tài)當(dāng)測試溫度不在設(shè)定的范圍內(nèi)調(diào)試運行的結(jié)果（即預(yù)警狀態(tài)）如圖5-2所示。推薦精選圖5-2預(yù)警狀態(tài)推薦精選第六章 總結(jié)為期一周的CPU智能散熱模擬系統(tǒng)實訓(xùn)結(jié)束了，在這次實訓(xùn)中我收獲了不少，也總結(jié)了不少。首先是更加進一步的了解了虛擬儀器的狀態(tài)機的使用，熟悉了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理，掌握了整體設(shè)計

15、的思想和方法，也初步了解了工程思想，以上都是我在老師的循循善誘之下了解和學(xué)習(xí)到的。在我弄好整個CPU智能散熱模擬系統(tǒng)后，準(zhǔn)備調(diào)試時出現(xiàn)了不少問題。首先我印象最深刻的是我的風(fēng)扇只旋轉(zhuǎn)一下即整個程序只執(zhí)行一次。老師看到這個問題后，開始檢查我的程序有沒有錯，結(jié)果在一步一步的檢查中發(fā)現(xiàn)，我的狀態(tài)機的信號生成的下一個狀態(tài)是停止DAQ，所以整個程序只運行一次。然后老師告訴我說在實際工程運用中，我們需要的是不斷循環(huán)的信號采集和生成這兩個過程，因為所有工程運作不可能說是只運行一次就可以的，所以要想要風(fēng)扇轉(zhuǎn)起來就需要不斷的溫度采集然后判斷分析處理，這樣才能實時的反應(yīng)溫度的變化，因為風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速受溫度的控制。通過這次的錯誤理解，我感覺對老師所說的工程思想有那么一點點的理解了。其次在這次實訓(xùn)中，對于事件結(jié)構(gòu)我又有了更加深刻的理解，它是一種事件觸發(fā)其值改變的一種結(jié)構(gòu)。對于它的狀態(tài)分支轉(zhuǎn)換也懂了其深意，之前不是足夠了理解，學(xué)的也是似懂非懂。最后，感謝老師