风扇转速控制方法和主控制器.pdf

本发明公开了一种风扇转速控制方法，包括：向风扇发送不同占空比的脉宽调制(PWM)信号；接收来自风扇的与各个占空比的PWM信号相对应的转速脉冲信号；根据转速脉冲信号获取与各个占空比的PWM信号相对应的风扇转速；根据各个占空比的PWM信号与对应的风扇转速，生成PWM信号的占空比与风扇转速的线性关系；根据生成的线性关系产生与所需风扇转速对应占空比大小的PWM信号发送给风扇，对风扇的转速进行控制。本发明还公开了一种主控制器，可以实现对各种不同型号的风扇适应性的进行准确的转速控制。

1、  一种风扇转速控制方法，其特征在于，包括：
向风扇发送不同占空比的脉宽调制PWM信号；
接收来自所述风扇的与各个占空比的PWM信号相对应的转速脉冲信号；
根据所述转速脉冲信号获取与所述各个占空比的PWM信号相对应的风扇转速；
根据所述各个占空比的PWM信号与对应的风扇转速，生成PWM信号的占空比与风扇转速的线性关系；
根据所述线性关系产生与所需风扇转速对应占空比大小的PWM信号发送给所述风扇，对所述风扇的转速进行控制。

2、  根据权利要求1所述风扇转速控制方法，其特征在于，所述向风扇发送不同占空比的PWM信号之前，该方法还包括：在所述风扇上电时，向所述风扇输出高电平，控制所述风扇达到全速转动的稳定工作状态。

3、  根据权利要求1或2所述风扇转速控制方法，其特征在于，所述生成PWM信号的占空比与风扇转速的线性关系之后，该方法还包括：对所述线性关系的准确性进行验证；
则在所述准确性验证成功时，根据所述验证成功的线性关系产生与所需风扇转速对应占空比大小的PWM信号，对所述风扇的转速进行控制；在所述准确性验证失败时，放弃利用所述验证失败的线性关系进行风扇的转速控制。

4、  根据权利要求3所述风扇转速控制方法，其特征在于，所述对线性关系的准确性进行验证具体包括：
向所述风扇发送任意占空比的PWM信号，并根据所述风扇返回的转速脉冲信号，获取与所发送的任意占空比的PWM信号相对应的风扇转速；
将所发送的PWM信号的占空比代入所述线性关系中，获取与所述占空比相对应的风扇转速；
将根据所述风扇返回的转速脉冲信号所获取的风扇转速，与根据所述线性关系获取的风扇转速进行比较，如果两者的差距小于预定值，则判定所述线性关系的准确性验证成功；否则，判定所述线性关系的准确性验证失败。

5、  根据权利要求4所述风扇转速控制方法，其特征在于，所述对线性关系的准确性进行验证进一步包括：如果所述验证失败的次数超过预定次数，则判定所述风扇的工作状态不稳定，并控制所述风扇全速转动。

6、  一种主控制器，其特征在于，包括：
信号发送模块，用于向风扇发送不同占空比的PWM信号；
信号接收模块，用于接收来自所述风扇的与各个占空比的PWM信号相对应的转速脉冲信号；
风扇转速获取模块，用于根据所述转速脉冲信号获取与所述各个占空比的PWM信号相对应的风扇转速；
线性关系生成模块，用于根据所述各个占空比的PWM信号与对应的风扇转速，生成占空比与风扇转速的线性关系；
转速控制模块，用于根据所述线性关系产生与所需风扇转速对应占空比大小的PWM信号，对所述风扇的转速进行控制。

7、  根据权利要求6所述主控制器，其特征在于，所述主控制器还包括线性关系验证模块，用于对所述线性关系的准确性进行验证。

8、  根据权利要求7所述主控制器，其特征在于，所述线性关系验证模块进一步包括：
第一转速获取子模块，用于向所述风扇发送任意占空比的PWM信号，并根据所述风扇返回的转速脉冲信号，获取与所发送的任意占空比的PWM信号相对应的风扇转速；
第二转速获取子模块，用于将所发送的PWM信号的占空比代入所述线性关系中，获取与所述占空比相对应的风扇转速；
判定子模块，用于将所述第一转速获取子模块得到的风扇转速，与所述第二转速获取子模块得到的风扇转速进行比较，并根据两者的差距是否小于预定值的比较结果判定所述线性关系的准确性验证是否成功。

9、  根据权利要求8所述主控制器，其特征在于，所述线性关系验证模块进一步包括：失败处理子模块，用于在所述判定子模块验证失败的次数超过预定次数时，判定所述风扇的工作状态不稳定，并控制所述风扇全速转动。

风扇转速控制方法和主控制器
技术领域
本发明涉及风扇控制技术，尤其涉及一种风扇转速控制方法和主控制器。
背景技术
随着电子技术的发展，电子设备的功能越来越强大，这就需要使用更多的集成电子器件，使用速度更快的电子器件。虽然电子器件的制造工艺已经极大地发展，电子器件的功耗也在逐渐降低，但是电子器件仍然会在电子设备中产生大量的热量。由于各种电子器件的工作温度都有一定的范围，超过了这个范围，电子器件的工作状态就会不稳定，甚至有可能烧毁电子器件，因此，电子设备的散热状况会影响电子设备工作的稳定性和安全性。
为了解决电子设备的散热问题，风扇被大量的使用在电子设备中，风扇散热也成为电子设备的主要散热方式。但是，由于风扇在工作过程中会产生一定的功耗和噪声，因此，在目前各种行业标准对电子设备的功耗和噪声的限制条件越来越高的情况下，在保证风扇散热状况良好的前提下降低风扇的功耗与噪声，是降低整个电子设备功耗与噪声的有效途径之一。
脉宽调制(PWM，Pulse Width Modulation)控制型风扇，是目前使用较多的一种风扇，这种风扇是由控制器通过发送不同占空比的PWM信号来实现转速控制的，由于这种风扇的转速能够灵活控制，从而可以工作在指定状态，避免风扇始终全速运行，有效地降低电子设备的功耗和噪声。
但在实际应用中，对于不同风扇制造商的风扇，由于风扇内部参数的设置不同，因此，在风扇工作电压相同，且控制风扇转速的PWM信号相同的情况下，不同的风扇产生的转速会不相同，甚至差别较大。例如，采用PWM信号控制风扇A运转时，输出占空比为0.25的PWM信号，风扇A达到的转速为500转/分；再控制另一型号的风扇B时，也通常认为输出占空比为0.25的PWM信号即能使风扇B的转速达到500转/分，但由于风扇B的内部参数设置与风扇A的差别较大，风扇B实际达到的转速则为800转/分。可以看出，采用同一标准的PWM信号对不同型号的风扇进行控制时，无法实现对各种不同型号的风扇转速的准确控制。
由于上述问题的存在，目前还无法提供一种可以根据不同型号的风扇适应性的进行转速控制的方法，以达到对各种不同型号的风扇转速进行准确控制，从而给风扇的控制带来不便。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种风扇转速控制方法和主控制器，以实现对各种不同型号的风扇适应性的进行准确的转速控制。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供了一种风扇转速控制方法，包括：
向风扇发送不同占空比的PWM信号；
接收来自所述风扇的与各个占空比的PWM信号相对应的转速脉冲信号；
根据所述转速脉冲信号获取与所述各个占空比的PWM信号相对应的风扇转速；
根据所述各个占空比的PWM信号与对应的风扇转速，生成PWM信号的占空比与风扇转速的线性关系；
根据所述线性关系产生与所需风扇转速对应占空比大小的PWM信号发送给所述风扇，对所述风扇的转速进行控制。
所述向风扇发送不同占空比的PWM信号之前，该方法还包括：在所述风扇上电时，向所述风扇输出高电平，控制所述风扇达到全速转动的稳定工作状态。
所述生成PWM信号的占空比与风扇转速的线性关系之后，该方法还包括：对所述线性关系的准确性进行验证；
则在所述准确性验证成功时，根据所述验证成功的线性关系产生与所需风扇转速对应占空比大小的PWM信号，对所述风扇的转速进行控制；在所述准确性验证失败时，放弃利用所述验证失败的线性关系进行风扇的转速控制。
所述对线性关系的准确性进行验证具体包括：
向所述风扇发送任意占空比的PWM信号，并根据所述风扇返回的转速脉冲信号，获取与所发送的任意占空比的PWM信号相对应的风扇转速；
将所发送的PWM信号的占空比代入所述线性关系中，获取与所述占空比相对应的风扇转速；
将根据所述风扇返回的转速脉冲信号所获取的风扇转速，与根据所述线性关系获取的风扇转速进行比较，如果两者的差距小于预定值，则判定所述线性关系的准确性验证成功；否则，判定所述线性关系的准确性验证失败。
所述对线性关系的准确性进行验证进一步包括：如果所述验证失败的次数超过预定次数，则判定所述风扇的工作状态不稳定，并控制所述风扇全速转动。
本发明还提供了一种主控制器，包括：
信号发送模块，用于向风扇发送不同占空比的PWM信号；
信号接收模块，用于接收来自所述风扇的与各个占空比的PWM信号相对应的转速脉冲信号；
风扇转速获取模块，用于根据所述转速脉冲信号获取与所述各个占空比的PWM信号相对应的风扇转速；
线性关系生成模块，用于根据所述各个占空比的PWM信号与对应的风扇转速，生成占空比与风扇转速的线性关系；
转速控制模块，用于根据所述线性关系产生与所需风扇转速对应占空比大小的PWM信号，对所述风扇的转速进行控制。
所述主控制器还包括线性关系验证模块，用于对所述线性关系的准确性进行验证。
所述线性关系验证模块进一步包括：
第一转速获取子模块，用于向所述风扇发送任意占空比的PWM信号，并根据所述风扇返回的转速脉冲信号，获取与所发送的任意占空比的PWM信号相对应的风扇转速；
第二转速获取子模块，用于将所发送的PWM信号的占空比代入所述线性关系中，获取与所述占空比相对应的风扇转速；
判定子模块，用于将所述第一转速获取子模块得到的风扇转速，与所述第二转速获取子模块得到的风扇转速进行比较，并根据两者的差距是否小于预定值的比较结果判定所述线性关系的准确性验证是否成功。
所述线性关系验证模块进一步包括：失败处理子模块，用于在所述判定子模块验证失败的次数超过预定次数时，判定所述风扇的工作状态不稳定，并控制所述风扇全速转动。
本发明所提供的风扇转速控制方法和主控制器，通过向风扇发送不同占空比的PWM信号，得到与各个占空比的PWM信号相对应的风扇转速；并根据各个占空比的PWM信号与对应的风扇转速，生成PWM信号的占空比与风扇转速的线性关系；利用得到的线性关系产生与所需风扇转速对应占空比大小的PWM信号，实现对各种不同型号的风扇适应性的进行准确的转速控制，给风扇的控制操作带来方便。本发明采用与各种不同型号的风扇相对应的不同线性关系实现对风扇转速的灵活控制，可以有效降低风扇的功耗和噪声；并且可以避免由于风扇转速过低而造成温度过高的现象，提高电子设备工作的稳定性。
附图说明
图1为本发明一种风扇转速控制方法的流程图；
图2为本发明实施例的风扇转速控制方法的流程图；
图3为本发明一种主控制器的组成结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步详细阐述。
本发明提供的一种风扇转速控制方法，如图1所示，主要包括以下步骤：
步骤101，控制器向风扇发送不同占空比的PWM信号。
所谓占空比，即是指高电平在一个周期内所占的时间比率，例如：信号的周期为T，每个周期的高电平时间为t₁，低电平时间为t₂，T＝t₁+t₂，则占空比即为t₁/T；可以看出，占空比的取值范围为0～1。业界公知的，风扇的转速与PWM信号的占空比是线性关系，本发明中用N表示风扇转速，D表示PWM信号的占空比，则N与D的线性关系可以表示为：
N＝kD+b    (1)
上述公式中的k和b都为常数，D的取值范围为0～1，且控制器向风扇发送PWM信号的占空比D不同，对应的风扇转速N也不相同。
在实际应用中，对于不同风扇制造商生产的不同型号的风扇，由于风扇内部参数的设置不同，因此，对于不同型号的风扇，其N与D的线性关系也不相同。具体来说，就是对于不同型号的风扇，其N与D的线性关系中的k和b的取值不相同。
本发明的目的就是为了得到各个风扇对应的N与D的线性关系，并利用得到的线性关系，根据实际所需的N计算得到对应的D，通过输出对应D值大小的PWM信号给风扇，将风扇的转速调整到N，从而实现对风扇转速的准确控制。
为了得到N与D的线性关系，关键是要得到k和b的取值，若要得到k和b的取值，至少需要两组实际的N与D；因此，在步骤101中，控制器需要向风扇发送至少两个不同占空比的PWM信号。
步骤102，控制器接收来自风扇的与各个占空比的PWM信号相对应的转速脉冲信号。
风扇接收到来自控制器的PWM信号后，根据PWM信号以适当的转速进行转动，并向控制器返回对应的转速脉冲信号。
步骤103，控制器根据转速脉冲信号获取与各个占空比的PWM信号相对应的风扇转速。
公知的，风扇每转一圈，会产生两个转速脉冲信号，本发明中以T表示产生转速脉冲信号的周期，T的单位为秒，则根据T可以得到风扇转速N＝1/2T或N＝60/2T。对应N＝1/2T时，N的单位为转/秒，对应N＝60/2T时，N的单位为转/分。
步骤104，控制器根据各个占空比的PWM信号与对应的风扇转速，生成PWM信号的占空比与风扇转速的线性关系。
控制器将不同的D与对应的N代入上述的公式(1)中，可以求得常数k和b的取值，从而得到公式(1)所代表的N与D的线性关系。
步骤105，控制器根据线性关系产生与所需风扇转速对应占空比大小的PWM信号发送给风扇，对风扇的转速进行控制。
在得到N与D的线性关系后，控制器即可以根据线性关系对风扇的转速进行控制。例如：需要将风扇的转速调整到N_x时，只需要将N_x代入线性关系中求得对应N_x的D_x，并通过向风扇输出D_x大小的PWM信号，从而控制风扇在N_x的转速下运转。
下面结合具体实施例对上述的风扇转速控制方法进一步详细阐述，如图2所示，本发明实施例的风扇转速控制方法，主要包括以下步骤：
步骤201，控制器向风扇输出一秒钟高电平的PWM信号，并接收风扇返回的转速脉冲信号，根据转速脉冲信号计算得到风扇的最高转速。
在风扇刚开始上电工作时，风扇从一开始的静止状态，到转速达到稳定需要一定的时间。因此，控制器在风扇刚开始上电工作时，输出一秒钟高电平的PWM信号给风扇，使风扇达到最高转速的稳定工作状态；在这一秒钟的时间内，风扇会向控制器返回转速脉冲信号；控制器可以根据风扇返回的转速脉冲信号的周期计算得到风扇的最高转速。例如：风扇返回的转速脉冲信号的周期T为0.05秒，则计算得到风扇的最高转速N_max＝60/0.1＝600转/分，控制器对得到的N_max进行存储。
步骤202，控制器向风扇输出一秒钟的占空比D₁为0.25的PWM信号，并接收风扇返回的转速脉冲信号，根据转速脉冲信号计算得到对应的风扇转速。
例如：控制器向风扇输出占空比D₁为0.25的PWM信号时，风扇返回的转速脉冲信号的周期T₁为0.1秒，则计算得到与D₁为0.25的PWM信号相对应的转速N₁＝60/0.2＝300转/分，控制器对D₁及对应的N₁进行存储。
步骤203，控制器向风扇输出一秒钟的占空比D₂为0.5的PWM信号，并接收风扇返回的转速脉冲信号，根据转速脉冲信号计算得到对应的风扇转速。
例如：控制器向风扇输出占空比D₂为0.5的PWM信号时，风扇返回的转速脉冲信号的周期T₂为0.075秒，则计算得到与D₂为0.5的PWM信号相对应的转速N₂＝60/0.15＝400转/分，控制器对D₂及对应的N₂进行存储。
步骤204，根据N₁和D₁、以及N₂和D₂得到N与D的线性关系。
将N₁和D₁、以及N₂和D₂分别代入公式(1)中，得到如下两式：
300＝0.25k+b    (2)
400＝0.5k+b    (3)
根据上述两式可以计算得到k＝400，b＝200，从而得到N与D的线性关系为：
N＝400D+200    (4)
步骤205，控制器向风扇输出一秒钟的占空比D₃为0.75的PWM信号，并接收风扇返回的转速脉冲信号，根据转速脉冲信号计算得到对应的风扇转速。
例如：控制器向风扇输出占空比D₃为0.75的PWM信号时，风扇返回的转速脉冲信号的周期T₃为0.0625秒，则计算得到与D₃为0.75的PWM信号相对应的转速N₃＝60/0.125＝500转/分，控制器对D₃及对应的N₃进行存储。
步骤206，控制器将D₃及N₃代入公式(4)所示的线性关系中，验证该线性关系的准确性，如果验证成功，则执行步骤207；否则，执行步骤201。
例如：控制器将D₃＝0.75代入公式(4)计算N₃，如果计算得到的N₃＝500转/分，则判定对线性关系的准确性验证成功，并继续执行步骤207；如果计算得到的N₃≠500，则判定对线性关系的准确性验证失败，并返回步骤201重新执行全部的流程。
另外，由于实际操作中会存在误差，因此，本发明也可以在D₃代入公式(4)计算得到的N₃与500转/分之间的差距小于预定值时，判定对线性关系的准确性验证成功；在D₃代入公式(4)计算得到的N₃与500转/分之间的差距大于预定值时，判定对线性关系的准确性验证失败。
为了方便，还可以利用步骤201中得到的N_max对公式(4)所示的线性关系进行验证，比较N_max与公式(4)中N的最大取值是否相等，或者差距小于预定值，如果相等，或者差距小于预定值，则判定对线性关系的准确性验证成功；否则，判定对线性关系的准确性验证失败。
步骤207，控制器根据线性关系产生与所需风扇转速对应占空比大小的PWM信号，对风扇的转速进行控制。
例如：当需要将风扇的转速调整到450转/分时，将N＝450转/分代入公式(4)中计算得到对应的D＝0.625，控制器向风扇发送D＝0.625的PWM信号，即可将风扇的转速调整到450转/分。
另外，实际应用中，图2所示的实施例中存在一种特殊情况，就是重复执行多次上述步骤201到步骤206的流程，始终无法对线性关系的准确性验证成功。对于这种情况，本发明的处理方式为：在验证失败的次数超过预定次数时，判定风扇的工作状态不稳定，放弃利用验证失败的线性关系进行风扇的转速控制，并将风扇控制到全速转动，让风扇始终以全速转动。
为实现上述的风扇转速控制方法，本发明还提供了一种用以实现风扇转速控制的主控制器，如图3所示，该主控制器包括：信号发送模块10、信号接收模块20、风扇转速获取模块30、线性关系生成模块40和转速控制模块50。其中，信号发送模块10，用于向风扇发送不同占空比的PWM信号。信号接收模块20，与信号发送模块10相连，用于接收来自风扇的与各个占空比的PWM信号相对应的转速脉冲信号。风扇转速获取模块30，与信号接收模块20相连，用于根据转速脉冲信号获取与各个占空比的PWM信号相对应的风扇转速。线性关系生成模块40，与风扇转速获取模块30相连，用于根据各个占空比的PWM信号与对应的风扇转速，生成占空比与风扇转速的线性关系。转速控制模块50，与线性关系生成模块40相连，用于根据线性关系产生与所需风扇转速对应占空比大小的PWM信号，对风扇的转速进行控制。
本发明的主控制器在上述模块的基础上述包括线性关系验证模块60，与线性关系生成模块40和转速控制模块50相连，用于对生成的线性关系的准确性进行验证，并将验证成功的线性关系提供给转速控制模块50。其中，线性关系验证模块60进一步包括：第一转速获取子模块61、第二转速获取子模块62、判定子模块63和失败处理子模块64。第一转速获取子模块61，用于向风扇发送任意占空比的PWM信号，并根据风扇返回的转速脉冲信号，获取与所发送的任意占空比的PWM信号相对应的风扇转速。第二转速获取子模块62，用于将所发送的PWM信号的占空比代入线性关系中，获取与占空比相对应的风扇转速。判定子模块63，用于将第一转速获取子模块61得到的风扇转速，与第二转速获取子模块62得到的风扇转速进行比较，并根据两者的差距是否小于预定值的比较结果判定线性关系是否通过准确性验证。失败处理子模块64，与判定子模块63相连，用于在判定子模块63验证失败的次数超过预定次数时，判定风扇的工作状态不稳定，并控制风扇全速转动。
本发明根据不同型号的风扇，生成与各个风扇分别对应的线性关系，并利用生成的线性关系对各种不同型号的风扇转速进行适应性的准确控制，给风扇的控制操作带来方便。本发明采用与各种不同型号的风扇相对应的不同线性关系实现对风扇转速的灵活控制，可以有效降低风扇的功耗和噪声；并且可以避免由于风扇转速过低而造成温度过高的现象，提高电子设备工作的稳定性。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。