Система контроля охлаждения стойки РЭА

Описывается устройство, предназначенное для регулировки систем охлаждения и мониторинга процессов охлаждения.

Ключевые слова: охлаждение, стойка, система контроля, контроль температуры, нагрев.

Современный научно-технический прогресс неразрывно связан с расширением масштабов применения радиотехнических систем и систем телекоммуникации. Основной частью таких систем является радиоэлектронная аппаратура (РЭА), содержащая огромное количество радиокомпонентов, для изготовления которых используются современные материалы. Усложняются технологические процессы изготовления процессоров, чипсетов, микросхем и отдельных компонентов, увеличивается количество выполняемых функций, а это в свою очередь ведет к высокой интеграции элементов. Так например современный процессор AMD trinity изготовленный по 32-нм технологии с площадью ядра 246 мм² имеет 1,3 млрд. транзисторов и максимальным тепловыделением (TDP) 100 Вт.

В настоящее время сложилось такое положения когда для обеспечение требуемого температурного режима уже на стадии разработки электронных элементов требуются совместные усилия схемотехников, технологов конструкторов и теплофизиков. Создание систем охлаждения позволяет обеспечить эффективный отвод избыточной теплоты от радио элементов. Теплоотводящие устройства являются неотъемлемой частью конструктивных узлов современных РЭА.

Разработанное мной устройство предназначено для регулировки систем охлаждения и мониторинга процессов охлаждения.

Предлагается система контроля охлаждения стойки РЭА. Стойка РЭА может включать в себя до восьми блоков электроники. Каждый блок электроники может включать до 4 датчиков температуры и 2 вентиляторов с максимальной регулируемой мощностью до 10 ватт каждый. Частота вращения вентиляторов составляет 1500–3500 об/мин, и поддерживается с точностью до 5 %. Логика работы системы охлаждения состоит в том, что выявляется наиболее критичный датчик температуры (выдающий наиболее высокое значение температуры) и подбирается скорость вращения вентиляторов таким образом, чтобы температурный режим пришел в требуемую норму. Перед каждым вентилятором в блоке поставлен пылевой фильтр состояние которых также контролируется системой.

На стойке РЭА расположен светодиодный дискретный индикатор (см. рисунок 1), на который выводится следующая информация: усредненная температура по каждому блоку, частота вращения вентиляторов и загрязненность пылевого фильтра в данном блоке.

Информация по состоянию каждого блока передаётся по радио каналу на центральный компьютер. Центральный компьютер может собирать информацию с 50 отдельных стоек. Требуемые инструкции для температурного режима каждого блока задаются при помощи центрального блока к которому подключается персональный компьютер. Далее эти инструкции передаются по радиоканалу и загружаются в каждую стойку в отдельности.

В системе охлаждения имеется оповещение аварийных ситуаций. К ним относятся:

1. превышение температуры в каком либо датчике выше критического;

2. остановка вентилятора;

3. засорение пылевого фильтра.

По каждому блоку задаётся критическая температура, а система стремится поддерживать температуру на уровне 60 процентов от критической.

В случае возникновения критической ситуации отображается информация на стойке, а также информация о критическом состоянии передается на центральный пульт.

Рис. 1. Передняя панель прибора (для одного блока).

Структурная схема представлена на рисунке 2, и состоит из следующих блоков:

1.            БМК — блок микро контроллера.

2.            СОИ — система отображения информации.

3.            БРВ — блок регулировки вращения вентиляторов.

4.            БВ — блок вентиляторов.

5.            БДТ — блок датчиков температуры.

6.            БРК — блок радиоканала.

7.            БЗС — блок звуковой сигнализации.

8.            БП — блок питания.

Рис. 2. Структурная схема устройства.

Функциональная схема представлена на рисунке 2 и состоит из следующих блоков:

1. AVR — управляющий микроконтроллер.

2. ТУ — токовый усилитель.

3. ТК — транзисторные ключи.

4. MUX — мультиплексор.

5. ФЦИ — формирователь цифровых импульсов.

6. В — вентилятор.

7. ZP — система радио канала.

8. КДФ — контактный датчик состояния фильтров.

9. СНС — схема начального сброса.

10. У — усилитель.

11. ДРИ 1 — ДРИ 10 — драйверы индикаторов.

12. HL 1 — HL 10 — индикаторы.

13. ДТ — датчики температур.

14. ТКС — транзисторный ключ спикера.

15. SPK — спикер.

16. ZQ1 — кварцевый резонатор.

Схема работает следующим образом. Центральным звеном является управляющий AVR микроконтроллер, который информационно связан со всеми блоками системы. Для регулирования работы каждого вентилятора задается соответствующий режим таймера с выходом ШИМ, который эквивалентно задает скорость вращения вентиляторов. Сигнал усиливается по току и поступает на регулирующий транзисторный ключ. Для контроля частоты вращения с вентилятора снимаются частотные сигналы, которые преобразуются в цифровые импульсы, и через мультиплексор, который служит для перебора подключаемого канала, поступают на таймер-счетчик контроллера. Для контроля состояния фильтров в схеме введены контактные датчики фильтров, которые напрямую подключаются к порту микроконтроллера.

Информация выдается и принимается с радиоканала при помощи стандарта ZigBee, причем обмен информацией с центральным контроллером передается по интерфейсу SPI. По этому же интерфейсу управляющий микроконтроллер выдает информацию для драйверов индикаторов в последовательном коде. Задача драйвера индикаторов обеспечивать динамическую индикацию за подключаемый к нему индикатор.

Опрос датчиков температуры происходит последовательно посредством интерфейса I²C.

Таблица 1

Назначение портов микроконтроллера

Рис. 3. Функциональная схема

Литература:

1. Дульнев, Г. Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре / Г. Н. Дульнев — М.: Высшая школа, 1984. — 247 с.: ил.;

2. Волович, Г. И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств / Г. И. Волович — М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2005. — 258 с.