设备智能散热装置设计方案

刘丹丹

摘 要：文章提出一种设备内部智能散热装置的实现方案，介绍了方案的硬件原理框图和软件流程图，散热装置通过MCU监测设备内部温度或接收主控单元命令控制风扇转速。该方案在解决设备散热问题同时，达到了降低设备功耗和设备噪声的作用。

关键词：MCU；设备散热；风扇控制

引言

目前设备中电路集成度越来越高，使用的高发热量的芯片或模块也越来越多，设备中增加散热片自然散热已经不能满足要求，设备内部温度过高，造成电路的稳定性下降，从而影响设备的可靠性。

综合上述原因的考虑，文章提出了一种基于MCU的设备散热装置设计方案，通过监测到设备内部温度来控制风扇转速，内部温度高控制风扇转速快，加速设备内部空气流动从而达到降低设备内部温度的效果，内部温度低控制风扇转速慢，可以达到降低设备功耗和设备噪声的作用。

1 方案设计原理

散热装置主要由MCU、风扇电路、温度监测电路、串口驱动电路、供电电路、MCU外围电路和MCU软件组成，设计原理框图见图1。

图1 方案设计原理框图

2 方案设计

2.1 硬件设计

散热装置主要由MCU、风扇电路、温度监测电路、串口驱动电路、供电电路和MCU外围电路组成。以下对散热装置各个功能电路进行详细设计介绍。

2.1.1 MCU

散热装置的MCU采用LPC2132微控制器，其主要功能为基于I2C的IPMI通信接口、风扇控制、温度传感器数据读取和数据打印，它是整个散热装置的控制核心。LPC2132微控制器基于16位/32位ARM7TDMI-S CPU，该CPU支持实时仿真和嵌入式跟踪。

2.1.2 风扇电路

散热装置中的风扇采用四线制可调速风扇，风扇的速度通过改变接到调速PWM信号线上的PWM占空比的大小，来调整速度值得大小。占空比越大，风扇速度越大，反之，则越小。把风扇的调速PWM信号线接到了MCU（LPC2132）的PWM输出引脚上，用于控制风扇转速。风扇的反馈速度信号线上传输的是一个矩形波信号，信号的频率，表示了风扇的转速大小，信号频率越高，风扇转速越快，反之，则越小。风扇的反馈速度信号线接到MCU的捕获口上，通过计算风扇反馈速度信号的频率，计算出来风扇的实际转速。

2.1.3 温度监测电路

电路功能监测设备内部温度，并将温度数据传给MCU。电路的温度传感器选用LM92C，该温度传感器的准确度可达±0.33℃，温度刷间隔500ms，温度数据输出采用I2C口。

2.1.4 串口驱动电路

串口驱动电路主要功能，将MCU的RS232串口转换为标准串口电平，驱动芯片选用MAX3223，用于散热装置温度数据、风扇转速和告警状态数据的打印。

2.1.5 供电电路

电路的功能是控制风扇12V上电，可以通过MCU（LPC2132）控制风扇打开与关闭，使得散热装置更加人性化。电路控制芯片选用LM5069，通过MCU（LPC2132）控制 LM5069的UVLO脚，高电平控制12V上电，低电平控制12V断电；通过MCU（LPC2132）读取LM5069的PGD脚状态可以查看12V上电是否成功。

2.1.6 MCU外围电路

MCU外围电路功能是配置MCU正常工作，主要有时钟、MCU复位处理、看门狗处理和JTAG程序下载。

2.2 软件设计

散热装置软件为MCU控制软件，它主要包含MCU初始化软件模块、IPMI通信软件模块、风扇速度控制软件模块、风扇速度检测软件模块、风扇板温度值读取软件模块和调试串口软件模块。

2.2.1 MCU初始化软件模块

MCU初始化软件模块的主要功能是根据MCU硬件电路配置MCU相应功能寄存器，使得MCU能按硬件电路设计正常工作。MCU的GPIO管脚的初始化是根据硬件设计来规划。对于LPC2132来说，每个GPIO的配置需要经历管脚功能选择、上拉下拉模式选择、输入输出方向选择、高低电平设置四步。

2.2.2 IPMI通信软件

IPMI通信软件模块主要功能为运用MCU硬件I2C0接口与上层控制单元进行数据通信，采用IPMI（Intelligent Platform Management Interface）通信协议，用于设备的物理特征，如各部件的温度、电压、风扇工作状态、电源供应以及机箱入侵等，散热装置用于传输温度、风扇转速、告警等信息。

2.2.3 风扇速度控制软件模块

风扇速度控制软件模块主要功能根据设备温度值或上层控制命令调整风扇转速，风扇转速可以0%、30%、50%、70%、90%和100%几个级别进行调节包含根据主控发送温度值调整风扇转速。散热装置风扇速度控制由MCU（LPC2132）的脉宽调制口PWM控制，根据软件设置，PWM可以输出不同占空比脉宽信号，风扇1、风扇2、风扇3和风扇4转速分别由PWM2、PWM4、PWM5和PWM6控制，每个风扇的转速都可以单独设置。

2.2.4 风扇速度监测软件模块

风扇速度监测软件模块主要功能是监测风扇转速，判断风扇工作状态。风扇速度监测由MCU（LPC2132）的定时器捕获口CAP0检测，CAP0每捕获到一个下降沿产生一次中断，风扇1、风扇2、风扇3和风扇4速度监测分别由CAP0.0、CAP0.1、CAP0.2和CAP0.3读取。

2.2.5 温度读取软件模块

温度值读取软件模块的主要功能为读取设备上温度传感器LM92温度数据。温度传感器温度读取端口为I2C口，MCU设置为主设备，通信速率设置为400kb/s，定时器间隔1s读取温度传感器的温度值。

3 结束语

文章介绍一种设备散热装置的设计方案，该方案采用了MCU控制风扇实现设备散热裝置智能化，从而达到设备散热设计的节能和降噪功能；并增加了与上层主控单元进行通信的IPMI接口，使得散热装置不但能受上层主控单元控制并且能向上层主控单元上报状态数据，提高了散热装置的人性化。

参考文献

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