发表于：2004/11/19 16:46:00
#0楼
本文涉及电脑中的控制系统，尤其基于主板上具有硬件监控电路的电脑。电脑技术的发展日新月异，其中中央处理器CPU和集成电路的主频和集成度在不断提高，因此会产生大量的热量，使器件和电脑机箱内部温度上升，通常使用风扇来通风散热，多数电脑的主板上都带有硬件监控电路，实时监测和控制电脑的运行状况，例如监控CPU风扇、CPU温度、机箱风扇、机箱温度。在这些监控电路中广泛应用了脉冲宽度调制（PWM）和自动控制技术，电脑运行过程中硬件监控电路会根据被测元件的温度或风扇转速信号自动调节风扇转速，电脑采用灵巧风扇（Smart fan）技术，电脑硬件监控电路会根据设定温度或设定转速控制风扇转动，给电脑器件散热，温度下降或转速偏高时，风扇转速自动降低，温度上升或转速偏低时，风速转速自动上升，目的是降低风扇噪声，节约电量使用，延长风扇寿命，保证系统有效工作。
通常,电脑硬件监控电路的IC芯片提供2-8个风扇转速计数（fan speed count）输入口和2-4个风扇转速控制（fan speed control）输出口，这些风扇I/O端口及其监控电路的用途专一，只用于电脑主板连接直流风扇。
在现有的电脑中，尽管厂商和CPU主频不同，电脑冷却风扇外型和转速不一，但电脑主板上的风扇接口的电气参数却为众厂商共同遵守，一般采用3脚风扇，插头2是电源正极，为直流风扇提供+12VMAX工作电源，控制风扇转速时此端可以通过调节PWM占空比改变电压；插头3是公共地（G）；插头1是检测风扇转速快慢的反馈信号输入端，对于具有测速功能的风扇，风扇每旋转一周释放两个脉冲信号(下面均以此为分析依据)，电脑硬件监控电路就会据此计算出风扇的旋转速度。电脑和风扇厂商提供的资料及实际测量均表明，风扇转速信号的脉冲波形是矩形波，矩形波的信号频率f与转速N成线性关系，风扇转速脉冲与周期T相关, 测量单位时间内出现的脉冲个数，即可得出转速值的大小:
周期 T=tl+t2 转速 N=60÷（2×T） （转／分钟）
又频率f与周期的关系是:f=1/T，f的单位是赫兹(Hz)，T的单位是秒(S)，
得： N=30×f (转/分钟) 式 1
一般情况，风扇旋转一周产生的脉冲数为n时，则转速N=60÷n×f ,
n=l、2、3、4等。输出信号的高电平VOh，即电压幅值由主板电路决定，输出信号的低电平VOL由风扇内置测速信号电路决定，风扇内置测速信号电路输出采用集电极开路型式，外接上拉负载电阻，
Q导通时I=lO mAmax输出电压VOl=0.4伏 (典型值)
Q断开时I≈ O mAmin输出电压VOh=Ec (主板监控电路工作电压)
因为输出Vo是取自主板监控电路电源，所以电扇测速信号发生电路自动适应主板芯片的工作电压，风扇转速在电脑的基本输入输出系统(BIOS)中可见，使用应用软件(程序)在操作系统下也可监测风扇转速，BIOS和应用程序可以根据风扇转速输入的不同数值作显示和控制。
在电脑应用系统的输入通道中，传感器输出的模拟电压(电流)，须经A/D转换器转换后再送入电脑处理。A/D转换的方法之一是电压/频率（V/F）转换法，V/F转换是将模拟信号转换成频率信号再送入电脑，尽管频率测量的响应速度较慢，但V/F转换的特点是有良好的精度与线性，价格低，频率测量本身使一个计数过程，V/F转换过程是对输入信号不断积分，因而抗干扰能力强，多用于一些非快速过程参量的测量，在满足电平要求时可直接输入到接口电路的I/O口，或定时/计数器端口。
电脑风扇转速信号的计数、风扇转速控制和运算由硬件监控电路完成，硬件监控电路以接口集成电路为核心组成。硬件监控电路多采用高度集成的集成电路如W83782D、W83637HF、ADM1031等，这些芯片的共有基本特性是1.均为可编程器件，2.均用PWM调节占空比控制风扇转速，3.均提供风扇转速计数和温度测量通道，本文论述和例均以W83637HF来说明，该系列产品在市场上有较广的应用，具有典型性和代表性，其它芯片工作原理类似。硬件监控电路系统中的功能主要完成温度和转速的设定、调节区间的设定、温度和转速的检测，以及温度和转速偏差的形成和控制运算。W83637HF是一种通用接口电路，提供输入输出设备连接，具有驱动器接口、串行接口、并行接口、键盘和鼠标接口、红外口、智能卡接口、系统电源管理等等。与本文相关的主要功能有W83637HF提供的电脑硬件状态监视，，如工作电压、风扇转速、CPU温度。W83637HF支持灵巧风扇（Smart fan）控制系统，包括温度巡环（Thermal Cruise）和转速巡环（Speed Cruise）这两种自动方式。
硬件监控电路具有风扇转速控制功能，控制风扇转速使用调节风扇工作电压的方法，调节风扇工作电压是通过调节PWM占空比（Duty cycle）实现，电路输出电压与PWM占空比成线性关系，因此输出电压：
Vo=Vcc×PWM Duty cycle 式5
PWM输出经平滑滤波后变为模拟电压，调节PWM占空比使输出电压的摆幅（调节范围）是0-12伏（对12V直流电源），其实质是一个数/模转换器。
在不同电脑和电子设备中的电路中也有直流+5V、+24V、+48V等电压等级，同样适用上述分析结果。
电脑硬件监控电路具有灵巧风扇自动控制系统，灵巧风扇自动控制系统根据系统组成方式和返回信号是温度或是转速之分有2种，一种是温度巡环（Thermal Cruise）自动控制系统，另一种是转速巡环（Speed Cruise）自动控制系统。在温度巡环方式下，有3路温度/PWM电压控制：系统温度/PWM1电压控制、CPU温度/ PWM2电压控制、机箱温度/ PWM3电压控制，PWM电压控制通过风扇转速控制端输出。由集成电路W83637HF提供的灵巧风扇自动控制系统，能够根据设定的温度自动控风扇转速，保持温度在设定的温度范围内。通过BIOS设定温度和温度允许区间（例如55±3度），运行中只要温度在设定区间内，风扇处于停止状态，一旦温度超出设定温度的上限值（58度），风扇将开起以设定的转速运转，然后硬件监控电路根据温度的改变自动控制PWM占空比改变风扇电压，调节风扇转速，讨论下面3种情况：
（1）如果温度仍然超出上限设定T（例如：58度），PWM占空比将会缓慢增加，如果风扇已经是最高转速运行（占空比最大），而温度仍超出设定上限（例如58度），系统将产生一警告信息，以保护电脑系统。
（2）如果温度在设定上限之下（例如58度），但在设定下限之上（例如52度），风扇转速将保持在当前转速不变，只要温度在设定的区间内（52—58度）都如此。
（3）如果温度在设定下限（例如52度），PWM占空比将会缓慢减少，直至转速为零，只要温度在52度以下，风扇就不运转。
在风扇转速巡环方式下，系统提供了3路转速/PWM电压控制：风扇转速1/PWM1电压控制、风扇转速2/ PWM2电压控制、风扇转速3/PWM3电压控制，风扇转速通过风扇转速计数端输入。由W83637HF根据设置的预定转速（常用转速因子Count表示，以方便分析，Count与转速的关系见式6）控制风扇的转速，使风扇转速在一定区间内运行。通过BIOS设定需要的风扇转速因子Count（设定转速），例如设定Count为160±10，只要风扇的转速在设定范围内，输出PWM占空比将保持不变，风扇工作电压则不变；如果当前风扇转速因子高于设定的上限，例如160+10，则PWM占空比将增加，输出电压增加以保持转速因子小于设定上限，另一种情况，如果当前风扇转速常数低于设定的下限160-10，则PWM占空比将减小，输出电压减小以保持转速因子在设定下限之上。
在温度巡环和转速巡环系统中，都要接受硬件监控电路W87637HF的指令，因此硬件监控电路W87637HF是实际上的控制器，是控制系统的核心。
在电脑的温度巡环方式运行时，反馈环节是用A/D代替了T/F：这时使用半导体温度传感器，传感器输出到电脑监控电路的是模拟信号，经监控电路内A/D转换器变成数字信号。硬件监控电路W83637HF起着控制器的作用，把温度传感器送来的测量信号与设定温度进行比较，得到偏差信号，并按照预先设计好的控制算法进行运算之后，通过调节PWM占空比调节输出电压信号，风扇起着执行器的作用，被调对象即电脑部件，在这种运行方式下，电脑部件温度的高低决定风扇转速的大小，这是一个闭环自动控制系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于电脑硬件监控电路的监测和控制系统的组成方法(和装置)，它可更大限度地利用电脑的资源，能够监测和控制更广泛对象（如电脑内部和外部外的器件、设备）。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
本发明由电脑、执行器、被控对象、传感器组成闭环自动控制系统，它利用电脑主板上的硬件监控电路作为控制器；用硬件监控电路上已集成的PWM风扇转速控制输出和放大电路，完成输出通道的数/模（D/A）转换，用于驱动执行器；用硬件监控电路上已集成的风扇转速计数输入端作检测信号输入端，用参数/频率转换器将传感器输出的被控对象参数转换成频率信号，完成输入通道的模/数（A/D）转换；被控对象是电脑内部器件或外部设备。通过电脑的基本输入输出系统（BIOS）设置被调参数（定值和允许区间）。
这样做的有益效果是：将专一转速信号测量通道变化成为多用途信号测量通道；将专一风扇转速控制输出通道扩展成为多用途执行器输出通道；将专一闭环转速系统演化成多用途闭环自动控制系统。特点：简洁（比较使用通过电脑PCI板插件输入/输出信号），即插即用，无须驱动程序，可在不占用CPU和无操作系统应用程序的状态下运行。
输入测量通道实施例：本例采用转速信号测量通道来测量温度，用温度/频率（T/F）转换器的输出信号替代风扇的转速反馈信号， T/F转换的工作原理如下，使用LM35作温度传感器，LM35是高精度集成电路温度传感器,LM35将驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片IC上，有使用方便、尺寸小等特点，传感器的输出电压与温度的变化呈线性关系，其主要特性是：当温度在－50℃～＋150℃变化时，它能以10mV／℃的线性变化率输出与摄氏温度成正比的电压量，实现温度到电压的转换，按单电源接法，它可以实现0～＋150℃的测温，对应的输出电压是0～1.5V。LM35可以很方便地安装在电脑器件上。电路中LM331是电压/频率（V/F）转换器，LM331作为电压/频率转换器是一种常见电路，适于作A/D转换器，LM331接受LM35的电压信号并将电压转换成频率信号，从7端输入 0～1.5V的电压经LM331的V/F转换成频率量送给后续电脑监控电路计数，这里T/F转换电路进行了两次转换，即温度/电压(T/V)转换和电压/频率(V/F)转换，选取合适的电路参数就可用温度/频率曲线拟合转速/频率曲线。电路中，R4和可调电位器Rw1的作用是调整LM331的增益偏差和由R2、R5及C3引起的偏差,R6的大小根据工作电压调整以适合4N28输入电流要求。
根据LM35资料 已知输出 ：
Vo=（10mv/℃×t） 式2
又根据LM331资料输出频率 ： fout=（R4+Rw1）Vi/（2.09R2R5C3）
根据上文中的参数计算得： fout=256Vi 式3
将式2 代入得： fout = 2.56t 式4
这样将温度以频率信号的形式输入至风扇脉冲计数端，完成了T/F转换。当输入电压为0～1.5V时，输出频率为0～384Hz，可见整个电路在温度为0～150℃变化时，电脑显示数是与之对应的0～11520转/分钟，计数非常方便。在温度是55±3度时，输出频率是141±9Hz，（对应）转速在4219转/分钟上下，这些数据在见下文中会用到。
为了减少电源干扰，电路工作电源12V由隔离型DC/DC电压转换器从电脑的12V电源取得或者由电脑外部电路提供。为了减少通道干扰，LM331的频率输出采用光电隔离，使T/F转换器与电脑无电联系，由LM331的3端输出信号通过光耦合器4N28的输出传输至转速反馈的测量端。本例中频率与温度呈正比关系，如果应用中要求频率与温度呈反比关系，硬件解决方法是选用负温度系数测温器件如LM19传感器。使用智能传感器能够方便地设定斜率和系数，使用智能数字传感器，电路可更为简化。
在电脑的转速巡环方式运行时，硬件监控电路W83637HF也起着控制器的作用，通过调节PWM占空比调节输出电压信号，控制风扇转速，同时监控电路接受风扇的转速反馈信号，而与实际被控对象——电脑部件之间没有直接信号联系，在这种运行方式下，冷却对象温度的高低与控制器没有确切关系。改进方法是，使用T/F转换电路构成反馈环节，在电脑部件表面安装测温元件如LM35，将温度信号转换为与之成正比的频率信号，由风扇转速计数端输入反馈信号，即可计算出对应的温度，如式4，这样的结构有几大优点：
（1） 冷却对象（被控对象）与电脑硬件监控电路（控制器）有信号联系，冷却对象温度（被控参数）的高低与风扇转速(执行器输出)相关，组成了闭环自动调节系统。
（2） 传感器线性好，误差小
（3） 频率信号易于远传，易于隔离
（4）不用A/D转换器
（5）可利用电脑主板上提供的既成风扇插座做接口，连接方便
此时原转速巡环已演化成为一种通用闭环自动控制系统，上面的分析同样适用用此时的情况，在 T/F转换电路设定温度在55±3度时，频率、Count和转速之间的对应关系，转速因子Count对应的温度的设定值和允许区间。因此可见，Count能够对应转换为频率量的任何参数，而不仅仅只是对应转速。
开环控制系统实施例：用电脑主板上硬件监控电路的既成驱动电路和接口（插座），用SSR的输入（控制）回路连接电脑主板上PWM风扇插座的工作电源端，以此电压信号为继电器的控制信号，SSR输出(被控) 回路与负载串联连接, 负载由110V交流供电，负载是电脑电源的交流风扇，显然继电器也可以使用电磁继电器。
这样，做到了既能控制不同电压等级直流风扇也能控制更大功率的交流风扇或其它执行机构如阀门、电机等，只要在继电器输出回路中使用直流电源或交流电源，注意根据负载要求的动作方向选择继电器使用常开型（接点）或常闭型（接点）。
）闭环控制系统实施例1：该基于电脑硬件监控电路的闭环控制系统为电脑部件温度自动控制系统，它由电脑、执行器——固态继电器（SSR）和风扇、被控对象——电脑部件、反馈环节——温度传感器和T/F组成；电脑的主板上用可编程器件W83737HF（或其它功能类似的器件）为核心组成硬件监控电路，电路具有风扇转速计数输入端口、PWM风扇转速控制输出端口和放大电路。系统使用电脑主板上的硬件监控电路作为控制器和控制算法，PWM风扇转速控制的输出与固态继电器（SSR）输入连接，SSR后连接风扇，温度传感器用来测量电脑部件温度，温度传感器输出的信号通过温度/频率（T/F）转换器输出频率信号，完成输入通道的模/数（A/D）转换，温度/频率转换器的输出与风扇转速计数输入端连接。
被控参数定值和允许区间通过电脑的基本输入输出系统设置，设置的温度定值和允许区间。
表1是Count、转速、温度、输入频率的对照表。表中Count和转速由下面式6计算得来，频率由式1计算得来，温度由式4计算得来。表2和表中温度栏在下文中还将会用到。
表1
序 参数 Count 转速 温度 频率
1 170 3970 52 132
2 160 4219 55 141
3 150 4500 58 150
转速N与转速因子Count 的关系由集成电路W83637HF说明书给出：
N=K/Count 式 6
可见转速因子Count与N是反比关系，默认常数K=1.35×106/2。较大Count对应较小N，当N=1000时，Count =675；较小Count对应较大N，设BIOS中转速计数为5位数字，则当N=99999时，Count = 6.7。
电脑工作时除了对温度有要求外，根据不同场合也有对湿度、振动、辐射、气压等其它环境要求，这些量均可由传感器或变送器转换为电量后再转换为频率信号或使用数字传感器直接转换为频率信号，通过电脑转速反馈端测量，构成测量和控制系统。这样也就均可利用电脑为转速信号设置的报警和中断信号。例如通过测量湿度信号，构成湿度自动控制系统，加湿或去湿。
灵巧风扇系统除了工作在上述自动控制方式下，也能够工作在BIOS手动控制方式下。此外，因为硬件监控电路的可编程集成电路具有与CPU连接的内部总线如LPC总线、ISA总线、SMbus总线，所以监控电路也可以与CPU通信交换数据，许多应用程序也是这样做的如speedfan.exe和英特尔公司（INTEL）LDCM软件，在这种情况下，用CPU做控制器，在应用程序中编写控制算法，用转速信号测量通道作为反馈信号测量通道，用风扇转速控制输出通道作为执行器输出通道，连接被控对象也能够组成闭环自动控制系统。
除了监控电脑内参数外，根据控制系统的组成原理，同样能适用电脑外部过程控制，组成自动控制系统，作进一步扩展，在SSR后接入执行机构或调节阀，被控对象可以是生产过程，同时通过传感器转换被控参数信号，再经V/F转换，用频率信号作反馈的最后输出，这样就构成了一闭环自动控制系统。一个自动控制系统，除了上述几部分之外，设有辅助装置。例如给定装置、显示装置、转换装置等，这些在电脑上通过键盘、显示器和电脑外部器件实现。其构成的闭环自动调节系统尤其适合定值调节，只要根据传感器与V/F转换器输出的频率信号关系，计算出相对应的转速因子Count和允许变化区间，设定被调参数和允许变化区间，列出类似表3的表格通过BIOS键入数值即可，控制器的算法无须普通用户参入。
详见中国专利局文件，专利号：200410004190.0 Email:vfan@tom.com Mr.Lee
通常,电脑硬件监控电路的IC芯片提供2-8个风扇转速计数（fan speed count）输入口和2-4个风扇转速控制（fan speed control）输出口，这些风扇I/O端口及其监控电路的用途专一，只用于电脑主板连接直流风扇。
在现有的电脑中，尽管厂商和CPU主频不同，电脑冷却风扇外型和转速不一，但电脑主板上的风扇接口的电气参数却为众厂商共同遵守，一般采用3脚风扇，插头2是电源正极，为直流风扇提供+12VMAX工作电源，控制风扇转速时此端可以通过调节PWM占空比改变电压；插头3是公共地（G）；插头1是检测风扇转速快慢的反馈信号输入端，对于具有测速功能的风扇，风扇每旋转一周释放两个脉冲信号(下面均以此为分析依据)，电脑硬件监控电路就会据此计算出风扇的旋转速度。电脑和风扇厂商提供的资料及实际测量均表明，风扇转速信号的脉冲波形是矩形波，矩形波的信号频率f与转速N成线性关系，风扇转速脉冲与周期T相关, 测量单位时间内出现的脉冲个数，即可得出转速值的大小:
周期 T=tl+t2 转速 N=60÷（2×T） （转／分钟）
又频率f与周期的关系是:f=1/T，f的单位是赫兹(Hz)，T的单位是秒(S)，
得： N=30×f (转/分钟) 式 1
一般情况，风扇旋转一周产生的脉冲数为n时，则转速N=60÷n×f ,
n=l、2、3、4等。输出信号的高电平VOh，即电压幅值由主板电路决定，输出信号的低电平VOL由风扇内置测速信号电路决定，风扇内置测速信号电路输出采用集电极开路型式，外接上拉负载电阻，
Q导通时I=lO mAmax输出电压VOl=0.4伏 (典型值)
Q断开时I≈ O mAmin输出电压VOh=Ec (主板监控电路工作电压)
因为输出Vo是取自主板监控电路电源，所以电扇测速信号发生电路自动适应主板芯片的工作电压，风扇转速在电脑的基本输入输出系统(BIOS)中可见，使用应用软件(程序)在操作系统下也可监测风扇转速，BIOS和应用程序可以根据风扇转速输入的不同数值作显示和控制。
在电脑应用系统的输入通道中，传感器输出的模拟电压(电流)，须经A/D转换器转换后再送入电脑处理。A/D转换的方法之一是电压/频率（V/F）转换法，V/F转换是将模拟信号转换成频率信号再送入电脑，尽管频率测量的响应速度较慢，但V/F转换的特点是有良好的精度与线性，价格低，频率测量本身使一个计数过程，V/F转换过程是对输入信号不断积分，因而抗干扰能力强，多用于一些非快速过程参量的测量，在满足电平要求时可直接输入到接口电路的I/O口，或定时/计数器端口。
电脑风扇转速信号的计数、风扇转速控制和运算由硬件监控电路完成，硬件监控电路以接口集成电路为核心组成。硬件监控电路多采用高度集成的集成电路如W83782D、W83637HF、ADM1031等，这些芯片的共有基本特性是1.均为可编程器件，2.均用PWM调节占空比控制风扇转速，3.均提供风扇转速计数和温度测量通道，本文论述和例均以W83637HF来说明，该系列产品在市场上有较广的应用，具有典型性和代表性，其它芯片工作原理类似。硬件监控电路系统中的功能主要完成温度和转速的设定、调节区间的设定、温度和转速的检测，以及温度和转速偏差的形成和控制运算。W83637HF是一种通用接口电路，提供输入输出设备连接，具有驱动器接口、串行接口、并行接口、键盘和鼠标接口、红外口、智能卡接口、系统电源管理等等。与本文相关的主要功能有W83637HF提供的电脑硬件状态监视，，如工作电压、风扇转速、CPU温度。W83637HF支持灵巧风扇（Smart fan）控制系统，包括温度巡环（Thermal Cruise）和转速巡环（Speed Cruise）这两种自动方式。
硬件监控电路具有风扇转速控制功能，控制风扇转速使用调节风扇工作电压的方法，调节风扇工作电压是通过调节PWM占空比（Duty cycle）实现，电路输出电压与PWM占空比成线性关系，因此输出电压：
Vo=Vcc×PWM Duty cycle 式5
PWM输出经平滑滤波后变为模拟电压，调节PWM占空比使输出电压的摆幅（调节范围）是0-12伏（对12V直流电源），其实质是一个数/模转换器。
在不同电脑和电子设备中的电路中也有直流+5V、+24V、+48V等电压等级，同样适用上述分析结果。
电脑硬件监控电路具有灵巧风扇自动控制系统，灵巧风扇自动控制系统根据系统组成方式和返回信号是温度或是转速之分有2种，一种是温度巡环（Thermal Cruise）自动控制系统，另一种是转速巡环（Speed Cruise）自动控制系统。在温度巡环方式下，有3路温度/PWM电压控制：系统温度/PWM1电压控制、CPU温度/ PWM2电压控制、机箱温度/ PWM3电压控制，PWM电压控制通过风扇转速控制端输出。由集成电路W83637HF提供的灵巧风扇自动控制系统，能够根据设定的温度自动控风扇转速，保持温度在设定的温度范围内。通过BIOS设定温度和温度允许区间（例如55±3度），运行中只要温度在设定区间内，风扇处于停止状态，一旦温度超出设定温度的上限值（58度），风扇将开起以设定的转速运转，然后硬件监控电路根据温度的改变自动控制PWM占空比改变风扇电压，调节风扇转速，讨论下面3种情况：
（1）如果温度仍然超出上限设定T（例如：58度），PWM占空比将会缓慢增加，如果风扇已经是最高转速运行（占空比最大），而温度仍超出设定上限（例如58度），系统将产生一警告信息，以保护电脑系统。
（2）如果温度在设定上限之下（例如58度），但在设定下限之上（例如52度），风扇转速将保持在当前转速不变，只要温度在设定的区间内（52—58度）都如此。
（3）如果温度在设定下限（例如52度），PWM占空比将会缓慢减少，直至转速为零，只要温度在52度以下，风扇就不运转。
在风扇转速巡环方式下，系统提供了3路转速/PWM电压控制：风扇转速1/PWM1电压控制、风扇转速2/ PWM2电压控制、风扇转速3/PWM3电压控制，风扇转速通过风扇转速计数端输入。由W83637HF根据设置的预定转速（常用转速因子Count表示，以方便分析，Count与转速的关系见式6）控制风扇的转速，使风扇转速在一定区间内运行。通过BIOS设定需要的风扇转速因子Count（设定转速），例如设定Count为160±10，只要风扇的转速在设定范围内，输出PWM占空比将保持不变，风扇工作电压则不变；如果当前风扇转速因子高于设定的上限，例如160+10，则PWM占空比将增加，输出电压增加以保持转速因子小于设定上限，另一种情况，如果当前风扇转速常数低于设定的下限160-10，则PWM占空比将减小，输出电压减小以保持转速因子在设定下限之上。
在温度巡环和转速巡环系统中，都要接受硬件监控电路W87637HF的指令，因此硬件监控电路W87637HF是实际上的控制器，是控制系统的核心。
在电脑的温度巡环方式运行时，反馈环节是用A/D代替了T/F：这时使用半导体温度传感器，传感器输出到电脑监控电路的是模拟信号，经监控电路内A/D转换器变成数字信号。硬件监控电路W83637HF起着控制器的作用，把温度传感器送来的测量信号与设定温度进行比较，得到偏差信号，并按照预先设计好的控制算法进行运算之后，通过调节PWM占空比调节输出电压信号，风扇起着执行器的作用，被调对象即电脑部件，在这种运行方式下，电脑部件温度的高低决定风扇转速的大小，这是一个闭环自动控制系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于电脑硬件监控电路的监测和控制系统的组成方法(和装置)，它可更大限度地利用电脑的资源，能够监测和控制更广泛对象（如电脑内部和外部外的器件、设备）。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
本发明由电脑、执行器、被控对象、传感器组成闭环自动控制系统，它利用电脑主板上的硬件监控电路作为控制器；用硬件监控电路上已集成的PWM风扇转速控制输出和放大电路，完成输出通道的数/模（D/A）转换，用于驱动执行器；用硬件监控电路上已集成的风扇转速计数输入端作检测信号输入端，用参数/频率转换器将传感器输出的被控对象参数转换成频率信号，完成输入通道的模/数（A/D）转换；被控对象是电脑内部器件或外部设备。通过电脑的基本输入输出系统（BIOS）设置被调参数（定值和允许区间）。
这样做的有益效果是：将专一转速信号测量通道变化成为多用途信号测量通道；将专一风扇转速控制输出通道扩展成为多用途执行器输出通道；将专一闭环转速系统演化成多用途闭环自动控制系统。特点：简洁（比较使用通过电脑PCI板插件输入/输出信号），即插即用，无须驱动程序，可在不占用CPU和无操作系统应用程序的状态下运行。
输入测量通道实施例：本例采用转速信号测量通道来测量温度，用温度/频率（T/F）转换器的输出信号替代风扇的转速反馈信号， T/F转换的工作原理如下，使用LM35作温度传感器，LM35是高精度集成电路温度传感器,LM35将驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片IC上，有使用方便、尺寸小等特点，传感器的输出电压与温度的变化呈线性关系，其主要特性是：当温度在－50℃～＋150℃变化时，它能以10mV／℃的线性变化率输出与摄氏温度成正比的电压量，实现温度到电压的转换，按单电源接法，它可以实现0～＋150℃的测温，对应的输出电压是0～1.5V。LM35可以很方便地安装在电脑器件上。电路中LM331是电压/频率（V/F）转换器，LM331作为电压/频率转换器是一种常见电路，适于作A/D转换器，LM331接受LM35的电压信号并将电压转换成频率信号，从7端输入 0～1.5V的电压经LM331的V/F转换成频率量送给后续电脑监控电路计数，这里T/F转换电路进行了两次转换，即温度/电压(T/V)转换和电压/频率(V/F)转换，选取合适的电路参数就可用温度/频率曲线拟合转速/频率曲线。电路中，R4和可调电位器Rw1的作用是调整LM331的增益偏差和由R2、R5及C3引起的偏差,R6的大小根据工作电压调整以适合4N28输入电流要求。
根据LM35资料 已知输出 ：
Vo=（10mv/℃×t） 式2
又根据LM331资料输出频率 ： fout=（R4+Rw1）Vi/（2.09R2R5C3）
根据上文中的参数计算得： fout=256Vi 式3
将式2 代入得： fout = 2.56t 式4
这样将温度以频率信号的形式输入至风扇脉冲计数端，完成了T/F转换。当输入电压为0～1.5V时，输出频率为0～384Hz，可见整个电路在温度为0～150℃变化时，电脑显示数是与之对应的0～11520转/分钟，计数非常方便。在温度是55±3度时，输出频率是141±9Hz，（对应）转速在4219转/分钟上下，这些数据在见下文中会用到。
为了减少电源干扰，电路工作电源12V由隔离型DC/DC电压转换器从电脑的12V电源取得或者由电脑外部电路提供。为了减少通道干扰，LM331的频率输出采用光电隔离，使T/F转换器与电脑无电联系，由LM331的3端输出信号通过光耦合器4N28的输出传输至转速反馈的测量端。本例中频率与温度呈正比关系，如果应用中要求频率与温度呈反比关系，硬件解决方法是选用负温度系数测温器件如LM19传感器。使用智能传感器能够方便地设定斜率和系数，使用智能数字传感器，电路可更为简化。
在电脑的转速巡环方式运行时，硬件监控电路W83637HF也起着控制器的作用，通过调节PWM占空比调节输出电压信号，控制风扇转速，同时监控电路接受风扇的转速反馈信号，而与实际被控对象——电脑部件之间没有直接信号联系，在这种运行方式下，冷却对象温度的高低与控制器没有确切关系。改进方法是，使用T/F转换电路构成反馈环节，在电脑部件表面安装测温元件如LM35，将温度信号转换为与之成正比的频率信号，由风扇转速计数端输入反馈信号，即可计算出对应的温度，如式4，这样的结构有几大优点：
（1） 冷却对象（被控对象）与电脑硬件监控电路（控制器）有信号联系，冷却对象温度（被控参数）的高低与风扇转速(执行器输出)相关，组成了闭环自动调节系统。
（2） 传感器线性好，误差小
（3） 频率信号易于远传，易于隔离
（4）不用A/D转换器
（5）可利用电脑主板上提供的既成风扇插座做接口，连接方便
此时原转速巡环已演化成为一种通用闭环自动控制系统，上面的分析同样适用用此时的情况，在 T/F转换电路设定温度在55±3度时，频率、Count和转速之间的对应关系，转速因子Count对应的温度的设定值和允许区间。因此可见，Count能够对应转换为频率量的任何参数，而不仅仅只是对应转速。
开环控制系统实施例：用电脑主板上硬件监控电路的既成驱动电路和接口（插座），用SSR的输入（控制）回路连接电脑主板上PWM风扇插座的工作电源端，以此电压信号为继电器的控制信号，SSR输出(被控) 回路与负载串联连接, 负载由110V交流供电，负载是电脑电源的交流风扇，显然继电器也可以使用电磁继电器。
这样，做到了既能控制不同电压等级直流风扇也能控制更大功率的交流风扇或其它执行机构如阀门、电机等，只要在继电器输出回路中使用直流电源或交流电源，注意根据负载要求的动作方向选择继电器使用常开型（接点）或常闭型（接点）。
）闭环控制系统实施例1：该基于电脑硬件监控电路的闭环控制系统为电脑部件温度自动控制系统，它由电脑、执行器——固态继电器（SSR）和风扇、被控对象——电脑部件、反馈环节——温度传感器和T/F组成；电脑的主板上用可编程器件W83737HF（或其它功能类似的器件）为核心组成硬件监控电路，电路具有风扇转速计数输入端口、PWM风扇转速控制输出端口和放大电路。系统使用电脑主板上的硬件监控电路作为控制器和控制算法，PWM风扇转速控制的输出与固态继电器（SSR）输入连接，SSR后连接风扇，温度传感器用来测量电脑部件温度，温度传感器输出的信号通过温度/频率（T/F）转换器输出频率信号，完成输入通道的模/数（A/D）转换，温度/频率转换器的输出与风扇转速计数输入端连接。
被控参数定值和允许区间通过电脑的基本输入输出系统设置，设置的温度定值和允许区间。
表1是Count、转速、温度、输入频率的对照表。表中Count和转速由下面式6计算得来，频率由式1计算得来，温度由式4计算得来。表2和表中温度栏在下文中还将会用到。
表1
序 参数 Count 转速 温度 频率
1 170 3970 52 132
2 160 4219 55 141
3 150 4500 58 150
转速N与转速因子Count 的关系由集成电路W83637HF说明书给出：
N=K/Count 式 6
可见转速因子Count与N是反比关系，默认常数K=1.35×106/2。较大Count对应较小N，当N=1000时，Count =675；较小Count对应较大N，设BIOS中转速计数为5位数字，则当N=99999时，Count = 6.7。
电脑工作时除了对温度有要求外，根据不同场合也有对湿度、振动、辐射、气压等其它环境要求，这些量均可由传感器或变送器转换为电量后再转换为频率信号或使用数字传感器直接转换为频率信号，通过电脑转速反馈端测量，构成测量和控制系统。这样也就均可利用电脑为转速信号设置的报警和中断信号。例如通过测量湿度信号，构成湿度自动控制系统，加湿或去湿。
灵巧风扇系统除了工作在上述自动控制方式下，也能够工作在BIOS手动控制方式下。此外，因为硬件监控电路的可编程集成电路具有与CPU连接的内部总线如LPC总线、ISA总线、SMbus总线，所以监控电路也可以与CPU通信交换数据，许多应用程序也是这样做的如speedfan.exe和英特尔公司（INTEL）LDCM软件，在这种情况下，用CPU做控制器，在应用程序中编写控制算法，用转速信号测量通道作为反馈信号测量通道，用风扇转速控制输出通道作为执行器输出通道，连接被控对象也能够组成闭环自动控制系统。
除了监控电脑内参数外，根据控制系统的组成原理，同样能适用电脑外部过程控制，组成自动控制系统，作进一步扩展，在SSR后接入执行机构或调节阀，被控对象可以是生产过程，同时通过传感器转换被控参数信号，再经V/F转换，用频率信号作反馈的最后输出，这样就构成了一闭环自动控制系统。一个自动控制系统，除了上述几部分之外，设有辅助装置。例如给定装置、显示装置、转换装置等，这些在电脑上通过键盘、显示器和电脑外部器件实现。其构成的闭环自动调节系统尤其适合定值调节，只要根据传感器与V/F转换器输出的频率信号关系，计算出相对应的转速因子Count和允许变化区间，设定被调参数和允许变化区间，列出类似表3的表格通过BIOS键入数值即可，控制器的算法无须普通用户参入。
详见中国专利局文件，专利号：200410004190.0 Email:vfan@tom.com Mr.Lee