散熱裝置設計方案論文

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1方案設計原理

散熱裝置主要由MCU、風扇電路、溫度監測電路、串口驅動電路、供電電路、MCU外圍電路和MCU軟件組成。

2設計方案

2.1硬件設計

散熱裝置主要由MCU、風扇電路、溫度監測電路、串口驅動電路、供電電路和MCU外圍電路組成。以下對散熱裝置各個功能電路進行詳細設計介紹。

2.1.1MCU

散熱裝置的MCU采用LPC2132微控制器，其主要功能為基于I2C的IPMI通信接口、風扇控制、溫度傳感器數據讀取和數據打印，它是整個散熱裝置的控制核心。LPC2132微控制器基于16位/32位ARM7TDMI-SCPU，該CPU支持實時仿真和嵌入式跟蹤。

2.1.2風扇電路

散熱裝置中的風扇采用四線制可調速風扇，風扇的速度通過改變接到調速PWM信號線上的PWM占空比的大小，來調整速度值得大小。占空比越大，風扇速度越大，反之，則越小。把風扇的調速PWM信號線接到了MCU（LPC2132）的PWM輸出引腳上，用于控制風扇轉速。風扇的反饋速度信號線上傳輸的是一個矩形波信號，信號的頻率，表示了風扇的轉速大小，信號頻率越高，風扇轉速越快，反之，則越小。風扇的反饋速度信號線接到MCU的捕獲口上，通過計算風扇反饋速度信號的頻率，計算出來風扇的實際轉速。

2.1.3溫度監測電路

電路功能監測設備內部溫度，并將溫度數據傳給MCU。電路的溫度傳感器選用LM92C，該溫度傳感器的準確度可達±0.33℃，溫度刷間隔500ms，溫度數據輸出采用I2C口。

2.1.4串口驅動電路

串口驅動電路主要功能，將MCU的RS232串口轉換為標準串口電平，驅動芯片選用MAX3223，用于散熱裝置溫度數據、風扇轉速和告警狀態數據的打印。

2.1.5供電電路

電路的功能是控制風扇12V上電，可以通過MCU（LPC2132）控制風扇打開與關閉，使得散熱裝置更加人性化。電路控制芯片選用LM5069，通過MCU（LPC2132）控制LM5069的UVLO腳，高電平控制12V上電，低電平控制12V斷電；通過MCU（LPC2132）讀取LM5069的PGD腳狀態可以查看12V上電是否成功。

2.1.6MCU外圍電路

MCU外圍電路功能是配置MCU正常工作，主要有時鐘、MCU復位處理、看門狗處理和JTAG程序下載。

2.2軟件設計

散熱裝置軟件為MCU控制軟件，它主要包含MCU初始化軟件模塊、IPMI通信軟件模塊、風扇速度控制軟件模塊、風扇速度檢測軟件模塊、風扇板溫度值讀取軟件模塊和調試串口軟件模塊。

2.2.1MCU初始化軟件模塊

MCU初始化軟件模塊的主要功能是根據MCU硬件電路配置MCU相應功能寄存器，使得MCU能按硬件電路設計正常工作。MCU的GPIO管腳的初始化是根據硬件設計來規劃。對于LPC2132來說，每個GPIO的配置需要經歷管腳功能選擇、上拉下拉模式選擇、輸入輸出方向選擇、高低電平設置四步。

2.2.2IPMI通信軟件

IPMI通信軟件模塊主要功能為運用MCU硬件I2C0接口與上層控制單元進行數據通信，采用IPMI（IntelligentPlatformManagementInterface）通信協議，用于設備的物理特征，如各部件的溫度、電壓、風扇工作狀態、電源供應以及機箱入侵等，散熱裝置用于傳輸溫度、風扇轉速、告警等信息。

2.2.3風扇速度控制軟件模塊

風扇速度控制軟件模塊主要功能根據設備溫度值或上層控制命令調整風扇轉速，風扇轉速可以0%、30%、50%、70%、90%和100%幾個級別進行調節包含根據主控發送溫度值調整風扇轉速。散熱裝置風扇速度控制由MCU（LPC2132）的脈寬調制口PWM控制，根據軟件設置，PWM可以輸出不同占空比脈寬信號，風扇1、風扇2、風扇3和風扇4轉速分別由PWM2、PWM4、PWM5和PWM6控制，每個風扇的轉速都可以單獨設置。

2.2.4風扇速度監測軟件模塊

風扇速度監測軟件模塊主要功能是監測風扇轉速，判斷風扇工作狀態。風扇速度監測由MCU（LPC2132）的定時器捕獲口CAP0檢測，CAP0每捕獲到一個下降沿產生一次中斷，風扇1、風扇2、風扇3和風扇4速度監測分別由CAP0.0、CAP0.1、CAP0.2和CAP0.3讀取。

2.2.5溫度讀取軟件模塊

溫度值讀取軟件模塊的主要功能為讀取設備上溫度傳感器LM92溫度數據。溫度傳感器溫度讀取端口為I2C口，MCU設置為主設備，通信速率設置為400kb/s，定時器間隔1s讀取溫度傳感器的溫度值。

3結束語

文章介紹一種設備散熱裝置的設計方案，該方案采用了MCU控制風扇實現設備散熱裝置智能化，從而達到設備散熱設計的節能和降噪功能；并增加了與上層主控單元進行通信的IPMI接口，使得散熱裝置不但能受上層主控單元控制并且能向上層主控單元上報狀態數據，提高了散熱裝置的人性化。

作者:劉丹丹單位:中國電子科技集團公司第七研究所