一种智能自适应温度管理与安全保护系统及其控制方法与流程

本发明属于固态硬盘，具体涉及一种智能自适应温度管理与安全保护系统及其控制方法。

背景技术：

1、固态硬盘因其高速度、高可靠性和低功耗特性而广泛应用于各种计算设备中，从个人电脑到大型数据中心。然而，随着数据传输速率的提高和集成度的增加，温度管理成为了影响固态硬盘性能和寿命的关键因素。

2、现有技术中存在的问题：

3、1.过热问题：在高速运行和大容量存储的条件下，固态硬盘尤其是其内部的nand闪存芯片容易产生过多热量。如果热量不能及时有效地散发，将导致设备过热，影响数据的完整性和可靠性，甚至导致硬件损坏。

4、2.温度监测不足：传统的温度监控系统可能只在固态硬盘的少数几个点进行温度测量，这无法全面反映固态硬盘内部的温度分布，特别是在关键热点区域。

5、3.冷却措施单一：许多现有的解决方案依赖于被动冷却技术，如散热片和风扇，而这些措施往往无法针对固态硬盘内部的热点区域提供有效的散热。

6、4.缺乏自适应性：现有的温度管理系统往往缺乏足够的自适应性，无法根据实时的温度数据和设备的工作状态动态调整冷却策略。

7、5.数据保护不足：在突发的高温事件或电源故障情况下，现有技术往往缺乏有效的机制来保护存储在固态硬盘中的数据。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种智能自适应温度管理与安全保护系统及其控制方法，在智能化温度监测、自适应冷却管理以及集成的安全保护方面都有显著的实质性改进，提高了固态硬盘的可靠性和数据安全性。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种智能自适应温度管理与安全保护系统,用于对固态硬盘进行温度监控以及安全保护，包括智能温度监控与预警模块、自适应冷却管理模块、集成安全保护模块、温度传感器、温感电路、控制监测单元、冷却组件和备用电源；其中，

3、温度传感器在固态硬盘的主控芯片和nand存储器的正面与背面进行交错设置，且在固态硬盘的主控芯片与nand存储器处进行集中设置，在固态硬盘其他区域进行分散设置，用于对固态硬盘各区域的温度进行分别采集，集中设置即为对于温度传感器的设置密度高于分散设置；

4、控制监测单元，用于持续监测各温度传感器的温度读数，当存在任意温度读数超出预设的温度阈值时，控制温感电路触发报警并控制冷却组件进行散热降温；还用于持续监测各温度传感器的温度读数并分别计算主控芯片和nand存储器的平均温度；

5、备用电源，用于在突然断电情况下保证固态硬盘的不间断运行，保护固态硬盘的数据完整性；

6、智能温度监控与预警模块，用于对温度传感器的布局方式进行确定；还用于对控制监测单元的温度监测进行控制，进而控制温感电路触发报警、冷却组件进行散热降温；

7、自适应冷却管理模块，用于动态调整冷却策略，优化冷却效率；冷却策略至少包括：启动冷却组件进行散热降温、启动备用电源并切换至待命状态；

8、集成安全保护模块，用于在固态硬盘内部温度持续升高时，切断固态硬盘电源，并启动备用电源。

9、对温度传感器的布局方式的确定方法为：

10、初始化温度传感器参数：根据固态硬盘的结构与其预期的热分布特性对温度传感器参数进行设置；温度传感器参数至少包括：温度传感器的位置、灵敏度系数以及空间标准差；

11、单一温度影响评估：计算各温度传感器对固态硬盘内任意点的温度影响；

12、总温度影响计算：将各温度传感器的影响进行叠加，计算固态硬盘内任意点受到的总温度影响；

13、定义目标函数：建立传感器影响优化模型，以最小化固态硬盘内任意点的总温度影响与实际温度之间的差异为目标，定义目标函数；

14、迭代调整：通过迭代优化算法对各温度传感器的位置和灵敏度系数进行调整以最小化目标函数，直至目标函数收敛到预设收敛值或达到预设迭代次数；

15、温度传感器布局确定：根据迭代调整后的各温度传感器的位置和灵敏度系数设置温度传感器，以实现固态硬盘内温度监测的最大覆盖面积和最高精度。

16、控制监测单元的工作流程包括：

17、根据各温度传感器的温度读数计算固态硬盘的整体温度状态；

18、根据固态硬盘的整体温度状态计算温度变化率，以评估固态硬盘温度随时间的变化速率；

19、根据固态硬盘的整体温度状态以及温度变化率，判断是否激活预设预警机制以控制温感电路触发报警。

20、计算各温度传感器对固态硬盘内任意点的温度影响与总温度影响的方法为：

21、通过高斯函数对任意温度传感器i在位置对固态硬盘内任意点的温度影响进行建模，表示为：

22、

23、其中，ai为温度传感器i的灵敏度系数，σi为温度传感器i影响的空间标准差，为点与温度传感器i位置之间的欧氏距离；

24、固态硬盘内任意点的总温度影响由所有温度传感器的影响叠加得到，表示为：

25、

26、其中，n为温度传感器的总数。

27、定义目标函数的方法为：

28、建立温度传感器对监测点温度影响的传感器影响优化模型，通过改进的多变量高斯模型描述：

29、

30、其中，bi表示第i个温度传感器的影响强度；∑是协方差矩阵，描述温度传感器影响的空间分布特性；t表示矩阵转置；lj为第j个温度传感器的位置；li为第i个温度传感器的位置；

31、建立目标函数表示为：

32、

33、其中，g为综合成本、能耗及监测精度的目标函数；λ，μ，v均为权重系数，分别对应温度预测误差、成本和能耗的重要程度；sj，实为第j个温度传感器监测点的实际温度值；sj，预为第j个温度传感器监测点的预测温度值；d为传感器部署成本指标；p为传感器能耗指标。

34、迭代优化算法具体为多目标遗传算法，采用多目标遗传算法(moga)进行优化，考虑成本、能耗及误差的平衡：

35、初始化：生成初始种群，包含随机分布的传感器布局方案。

36、适应度评估：根据g计算每个方案的适应度。

37、遗传操作具体包括：

38、选择：基于适应度选择优秀个体。

39、交叉：交换选中个体的部分基因，产生新个体。

40、变异：随机改变某些个体的基因，以探索新的解空间。

41、重复遗传操作直至满足终止条件(如达到预设的迭代次数或适应度达到预设收敛值)。

42、通过moga找到的最优传感器布局方案能够实现在保证监测精度的同时，最小化成本与能耗。

43、通过加权动态温度指数公式计算固态硬盘的整体温度状态，表示为：

44、其中，ti为任意温度传感器l的温度读数，wi为温度传感器l对应的权重，αi为用于调整各温度传感器温度读数影响力的调节因子，n为温度传感器的总数。

45、计算固态硬盘的温度变化率tcr的方法为：

46、

47、其中，tcurrent和tprevious分别为当前时间点和前一时间点，tcurrent和tprevious分别为当前时间点和前一时间点的wdti值，δt和δt分别为tcurrent和tprevious、tcurrent和tprevious的差值。

48、分别计算主控芯片和nand存储器的平均温度的方法为：

49、对于主控芯片处的k个温度传感器，其平均温度表示为：

50、

51、对于nand处的m个温度传感器，其平均温度表示为：

52、

53、其中，和分别是主控芯片和nand处第i个温度传感器的温度读数，k与m均小于n，n为温度传感器的总数。

54、还提供一种智能自适应温度管理与安全保护系统的控制方法，包括以下步骤：

55、当固态硬盘电源开启时，激活智能温度监控与预警模块；

56、通过温度传感器实时监测固态硬盘内部温度并发送至控制监测单元；

57、当存在任意温度传感器的温度度数超过预设的温度阈值时，控制温感电路触发报警并控制冷却组件进行散热降温；

58、通过自适应管理模块动态调整冷却策略，优化冷却效率；冷却策略至少包括：启动冷却组件进行散热降温、启动备用电源并切换至待命状态；

59、当固态硬盘内部温度持续升高，启动集成安全保护模块，切断固态硬盘电源，并启动备用电源；

60、当固态硬盘温度恢复到安全范围，冷却组件逐渐降低工作强度，控制监测单元持续监测固态硬盘内部温度。

61、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

62、本发明通过智能温度监控与预警模块设置温度传感器布局，在固态硬盘的关键热点区域如主控芯片和nand存储器处进行密集监测，同时也覆盖了固态硬盘的其他区域。这种布局方式确保了温度监测的精度和全面性，能够及时发现并应对潜在的过热问题，提高温度监控的精度和全面性；

63、通过设置控制监测单元，使系统能够实时处理温度数据，并根据预设的阈值智能决定是否需要启动预警或冷却响应。这种智能化和自动化的温度管理提高了系统的响应速度和效率，减少了对人工干预的需求；

64、通过自适应冷却管理模块根据实时温度变化动态调整冷却策略，优化冷却效率。这种自适应能力不仅提高了冷却效率，还有助于降低能耗，延长固态硬盘的使用寿命；

65、设置了集成安全保护模块和备用电源，为固态硬盘提供了强大的安全保护。在极端温度条件或突然断电的情况下，系统能够采取必要的保护措施，如自动切断电源，以防止硬件损坏和数据丢失，保障数据的完整性和安全性。

66、通过上述有益效果的综合作用，本发明显著提升了固态硬盘在各种工作条件下的可靠性和性能。系统能够在保持最佳工作温度的同时，防止过热引起的性能降低和寿命缩短，从而为用户提供了更加稳定和高效的数据存储解决方案。