CPU智能散热系统资料.pdf

1 一、实习（实训）目的和要求 1. 了解常用温度传感器以及霍尔原件工作原理。 2. 了解温度测控系统构成。 3. 学习 next board实验平台和温度传感器模块 next sense01 、 霍尔传感器模 块 sense05 、wire20 交通灯模块以及 NI PCI-6221 数据采集卡、计算机搭 建一 个 温度测控系统。 4. 学习 Lab VIEW 中的数据采集编程方式， 并用 Lab VIEW 软件编写温度测控程序。 5. 对温度测控系统进行调试。 6. 对该系统进行测试，并记录数据、图形图表，进行分析处理。 7. 按照规范的格式要求撰写报告。 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，测控系 统开始工作，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；当有错误是停止运行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 二、实习（实训）内容 1. 内容： 设计“ CPU 智能散热系统” 2. 任务分析： (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 制电压来控制点击转数；用数字信号生成，输出逻辑量来控制交通模块上的小灯 亮、灭。 (2). 温度越高，风扇转速越快，这个要求可以设计为线性变化，也可以设计为阶梯变 化，推荐使用后者。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 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。 三、实习（实训）方式 集中 分散校内 校外 3 四、实习（实训）具体安排 1 指导老师讲述课程设计任务的要求及相关知识（2 学时） 2 查阅资料，进行总体方案设计（4 学时） 3 进行系统硬件搭建（ 2 学时） 4 进行测控系统软件设计（ 6 学时） 5 进行系统联调系统测试（ 4 学时） 6 进行数据处理，结果分析，撰写课程设计报告（4 学时） 7 课程设计评价（ 2 学时） 五、实习（实训）报告内容 课程设计说明书包括： 1 封面 2 目录 3 摘要，关键词 4 正文（正文是整个说明书的核心， 包括系统设计的总体方案， 硬件构成， 软件程序框图和人机界面等，系统测试，结论。 5 总结 4 目录 第一章概述 . 错误！未定义书签。 1.1 内容 .7 1.2 课题要求 7. 1.3 任务分析 .7 1.4 课程设计器材.8 第二章系统前面板设计.9 2.1 前面板设计 9 第三章系统功能实现10 3.1 系统流状态图.10 3.2 系统架构 . 10 第四章运行调试、测试 .15 4.1 运行结果 .15 4.2 连接电路 15 第五章总结 16 5 第一章 概述 1.1 内容： 设计“ CPU智能散热模拟系统” 1.2 课题要求： 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. 扇叶的转动速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 是，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、风扇转速快慢显示以及模拟风扇运行图片显示等。 1.3 任务分析： 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； 使用交通灯模块模拟CPU高温时的红色指示灯点亮和温度正常是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 压来控制电机转速； 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亮、灭。 6 2. 温度越高，风扇转速越快，这个要求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 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 来启动成功过程；在停止帧实现停止测控过程。 1.4 课程设计器材 硬件：计算机、 nextboard 实验平台、 NI PIC-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） 7 第二章 系统前面板设计 21 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1 所示。 前面板 8 第三章 系统功能实现 3.1 系统流状态图 本系统的状态图如图所示，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。 3.2 系统架构： 整个架构使用单循环， while 循环、事件循环、状态机。该结构中使用到几个细节： 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， 跳转帧的输入端口设置为 20ms ，跳转至整个事件结构超时帧，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 ”幁，用来启停过程，如图所示。 9 图 3 超时帧的空闲、初始化界面 图 4 起/ 停帧 移位寄存器，位于循环外框上，可以用来传递状态机的跳转状态，也可以用来传递 程序运行过程中所需要传递到下一次循环的各种数值。 使用属性节点，配置前面板各个控件的属性，如是否可见，是否禁用（且变灰值）， 是否闪烁等。在各个幁中，根据界面设定细节，灵活使用属性节点。 10 (3) 数据采集在状态机中的使用方式： 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，如图所示。 开始 DAQ 状态温度数据采集转换 读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 中判断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 图所示，子如图所示。在子中，设置首次高温报警时，风扇控制电压 为，其他情况按照温度不同，输出控制电压，见表。 表控制电压与温度对应表 11 图 7 温度采集子 VI 刷新通道和通道电压值。根据前一个状态读取的温度值及判断结果，处理 和 DO 的端口刷新值，如图8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9 所示。 图 8 生成信号图 9 停止 DAQ 3、硬件搭建 12 （1）当各个实验模块放置在next board的不同槽位时，硬件资源不同，推荐如图10 形式的布置，把交通灯模块放置在数字1 槽位，其他模块相邻放置。然后使用next pad 检测各个模块功能是否正常。 （2）热电偶测温电路参考”第 2 章温度预警系统”，增益选择G=200 ；风扇电机电路 参考” 第 5 章电动自行车模拟系统“，把电机电压控制端接到数据采集卡的AO0端， 电机驱动电路如图10 所示。 13 第四章 运行调试、测试 4.1 运行结果 4.2 连接电路 14 第五章 总结 这次的实训老师改变了以往的个人做个人的实训模式，让同学们分组完成。若在实 训中遇到问题可以进行小组讨论并寻求解决问题的办法。这样不仅可以锻炼我们的团队 精神而且还让我们有了积极动脑的机会，让我们可以在此实训中能够真正的学到东西， 也让我们产生了浓厚的兴趣。 在这次的实训中，我们小组对一些测试硬件、软件及其使用有了更深刻的了解。 譬如：在电桥实验中，我知道应变片是怎么样的，面板是怎么接电桥的；在回转机构及 悬臂梁实验中，怎样 通过放大、接 口电 路进行微机分析，滤波 、窗 函 数的选择，及怎样使用 LabView 采样和分析。 做这次的智能散热系统实验， 我们自己的能力得到了充分的发挥， 这 次实验应用了前几次的内容加以综合。在做这次的智能散热系统实验中， LabView 这是 一个虚拟的平台，它能够对各种测试结果进行准确的分析。最后，通过这次的智能散热 系统实验我们小组不但对理论知识有了更加深的理解，对于实际的操作和也有更加深刻 的感受。 经过这次的实训，我们整体对各个方面都得到了不少的提高，希望以后学校和系里能够 开设更多类似的实验，能够让我们得到更好的锻炼。