Наша сеть партнеров Banwar
Дата публікації: 19 серпня 2012.
У статті дано опис конструкції на мікроконтролері, яка дозволить в автоматичному режимі регулювати швидкість обертання вентиляторів охолодження персонального комп'ютера. Управління здійснюється на підставі даних про температуру, яка також вимірюється пристроєм за допомогою датчиків усередині корпусу комп'ютера. При управлінні враховуються призначені для користувача настройки.
Автоматичне управління швидкістю вентиляторів охолодження дозволяє значно знизити створюваний ними шум. Будь-яка людина, що має «галасливий» комп'ютер, а це особливо стосується медіа-центрів, наприклад у вітальні кімнаті, відразу помітить переваги від використання даного пристрою. При низькій температурі вентилятори обертаються дуже повільно, швидкість обертання підвищується в міру необхідності.
Пристрій досить функціонально, але при цьому нескладно у використанні і налаштуванні. Налаштування основних параметрів здійснюється в програмі на ПК з графічним призначеним для користувача інтерфейсом. Крім того, після настройки контролер може функціонувати як автономний пристрій без зв'язку з ПК, що дозволить застосувати його не тільки для управління вентиляторами охолодження ПК. Всі настройки після конфігурації зберігаються в мікроконтролері.
Відмінні особливості:
- конфигурируемого управління швидкістю обертання вентиляторів на основі даних про температуру;
- Підтримка управління максимально вісьмома вентиляторами, вимірювання температури в чотирьох окремих каналах;
- Можливість управління вентиляторами різного типу.
- USB інтерфейс і програма для Windows для конфігурації і моніторингу;
- Звукове сповіщення при відмові вентилятора або датчика;
- Можливість автономної роботи контролера після конфігурації; всі налаштування зберігає мікроконтролер PIC.
Принципова схема і конструкція контролера
Основою схеми є мікросхема Microchip PIC18F2550 - високопродуктивний Flash-мікроконтролер з USB інтерфейсом. Мікроконтролер виконує завдання вимірювання температури по 4 каналам і здійснює управління перетворювачами напруги. Регулювання швидкості обертання вентиляторів здійснюється за допомогою зміни вихідної напруги перетворювачів. Харчування на схему контролера подається від блоку живлення ПК, використовуються напруги +5 В і +12 В.
У контролері використовуються 4 схеми понижуючих перетворювачів напруги (Buck Converter). Мікроконтролер генерує послідовність імпульсів на кожному виході (порти RA4, RA5, RC7, RC8), окремо для кожного перетворювача, і, варіюючи шириною імпульсів, може змінювати вихідна напруга. У нашому випадку частота імпульсів дорівнює 2.5 кГц, а ширина імпульсів змінюється від 0 до 170 мкс, що дає зміна вихідної напруги від 0 В до 12 В. Чотири понижуючих перетворювача побудовані на базі мікросхеми 8-канального лінійного драйвера IC2 UDN2981A і 4-х дроселів , що мають індуктивність 100 мкГн. Для організації одного каналу перетворювача використовуються два канали драйвера зі своїми діодами (діод є обов'язковою умовою при побудові даного понижуючого перетворювача).
До виходів перетворювачів напруги, як видно на схемі, підключено по парі роз'ємів різних типів. Таким чином, можливе підключення до 8 вентиляторів. Кожен перетворювач напруги в схемі управляється незалежно, з різними характеристиками управління, і розрахований на навантаження до 250 мА. Вентилятори охолодження, що застосовуються в системних блоках комп'ютерів, споживають менше 120 мА, що дозволяє підключати на один вихідний канал два вентилятора. Однак перед підключенням вентиляторів до контролера необхідно переконається у виконанні цієї умови.
Для вимірювання температури застосовуються аналогові датчики LM335, позначені на схемі Датчик A - Датчик D, що підключаються до портів мікроконтролера RA0 - RA3, відповідно. Прецизійний датчик температури LM335 - це недорогий термочутливий елемент з діапазоном вимірювань від -40 ° C до + 100 ° C і точністю 1 ° C. Фактично, LM335 - це стабілітрон з нормованим Температурним Коефіцієнтом Напруження (ТКU = 10 мВ / K). Тобто зміна температури датчика на 1 градус веде до зміни напруги на 10 мВ.
Інші компоненти в оточенні мікроконтролера стандартні. Кварцовий резонатор 20 МГц використовується для тактирования мікроконтролера, звуковий випромінювач - для оповіщення про неполадки датчиків або вентиляторів. Роз'єм USB підключений безпосередньо до мікроконтролера, тому що він має вбудований USB трансивер. Напруга +5 В від USB інтерфейсу, коли кабель USB підключений до контролера, надходить на висновок 1 мікроконтролера і використовується для старту процесу комунікації по інтерфейсу USB.
Контролер зібраний на односторонній друкованій платі з розмірами 100 × 80 мм з урахуванням установки в 3½ "відсік для дисковода. Користувачі можуть самостійно розробити друковану плату, відповідно до своїх потреб і можливостями.
Контролер розрахований на управління вентиляторами охолодження системного блоку, однак його можна при-нити для управління вентиляторами охолодження процесора, відеокарти. В такому випадку необхідно використовувати датчики температури, закріплені на відповідних радіаторах охолодження (обов'язково з використанням термопасти).
Контролер можна використовувати також для управління вентилятором охолодження блоку живлення, але слід пам'ятати, що це небезпечно, тому що багато елементів в блоці живлення знаходяться під напругою мережі.
Розглянемо тепер більш детально основні електронні вузли, але, для початку, відзначимо деякі моменти в роботі понижуючих перетворювачів напруги в нашій схемі. Це найпростіший варіант перетворювача, вихідна напруга якого містить імпульсні перешкоди і шуми і має деяку нелінійність щодо сигналу управління. Але в даному випадку (управління електродвигунами вентиляторів) висока точність не потрібна, головне, що ми можемо керувати швидкістю обертання, варіюючи рівнем напруги живлення. Інший спосіб, часто вживаний в простих схемах управління - це імпульсний управління напругою живлення вентилятора (виключення і включення харчування з великою частотою), однак цього способу притаманний один недолік - неможливість вимірювання швидкості обертання за допомогою вбудованого тахометра.
Варто зауважити, що встановлені дроселі, в залежності від їх якості, в процесі роботи контролера можуть видавати звук високої тональності. Це пов'язано з вібрацією обмоток на робочій частоті перетворювача 2.5 кГц. Цей звук дуже тихий, і при установці контролера в корпус системного блоку чути не буде. Однак, з метою усунення цієї проблеми, можна замінити їх на дроселі з тороїдальним сердечником. Вони трохи більше за розмірами, але установка їх на друковану плату труднощів не викличе.
Роз'єм живлення на платі контролера (типу Molex 8981), до якого підключається один з відводів блоку живлення системного блоку, необхідно добре закріпити, щоб не пошкодити друковані провідники при підключенні / відключенні плати в системному блоці.
Підтримувані типи вентиляторів
Контролер може застосовуватися для управління вентиляторами 3-х типів, в залежності від їх інтерфейсу підключення:
- Двопровідне вентилятори. У загальному випадку, вони мають 3-контактний роз'єм: висновок 1 - GND (загальний), висновок 2 - +12 В, висновок 3 - вільний;
- трипровідні вентилятори. Мають такий же, 3-контактний роз'єм, але третій висновок використовується, це вихід вбудованого в вентилятор тахометра, який може генерувати 1, 2 або 4 імпульсу на один оборот. Контролер вентиляторів підтримує роботу з усіма видами тахометрів;
- чьотирьох вентилятори - це вентилятори, розроблені за специфікацією корпорації Intel. Вони мають 4-контактний роз'єм підключення: перші три висновки - як для вентиляторів з трьохдротяним інтерфейсом, четвертий висновок - для ШІМ управління швидкістю обертання вентилятора. Слід звернути увагу, що роз'єм у таких вентиляторів спеціального типу, що дозволяє підключати їх як до 3-, так і до 4-контактним роз'ємів.
Якщо вентилятор налаштований як 4-вивідних, тобто підключений до роз'ємів 1A, 1B, 2A, 2B (конфігурується в програмі), то мікроконтролер утримує напруга живлення вентилятора постійним на рівні 12 В і управляє швидкістю вентилятора ШІМ сигналом. Цей ШІМ сигнал доступніше на виходах мікроконтролера 12 і 13 і, таким чином, можна керувати чотирма такими вентиляторами. Конструкція роз'ємів дозволяє підключати в них 2- і 3-вивідні вентилятори, які будуть працювати в нормальному режимі, тобто з керуванням рівнем напруги живлення.
Висновки тахометрів вентиляторів підключені безпосередньо до мікроконтролера (порти мікроконтролера RB0-RB7), який вимірює швидкість обертання, і на основі цих вимірів здійснює управління, а також повідомляє швидкість обертання по інтерфейсу USB в програму на ПК. Зауважте, що вихід тахометра - це вихід з відкритим колектором, тому в портах мікроконтролера задіюються внутрішні підтягує резистори.
Датчики температури підключаються до плати контролера за допомогою 2-контактних роз'ємів. Схема розпаювання кабелю показана на малюнку нижче. Третій висновок датчика використовується для введення температурної компенсації, і в нашому випадку не використовується.
Програмне забезпечення для ПК працює під управлінням операційної системи Windows XP, Windows Vista і Windows 7 (32- і 64-бітові версії). Це багатофункціональна програма, яка дозволить налаштовувати контролер вентиляторів і відстежувати робочі параметри: температуру в місці установки датчиків і швидкість обертання вентиляторів (якщо вентилятори забезпечені тахометром).
Слід зазначити, що можливе використання контролера температури на платформах Linux і Mac. Контролер температури використовує протокол CDC (Communication Device Class) на USB, команди управління - це прості ASCII послідовності, і для користувачів не складе труднощів написати програму або прості скрипти для комунікації з контролером вентиляторів. Опис комунікаційного протоколу є в архіві з вихідними кодами програмного забезпечення в розділі завантажень.
Програма для ПК написана в середовищі Microsoft Visual Basic Express 2008, програма для мікроконтролера в середовищі MPLAB з використанням Сі компілятора С18. Крім того, в пакет ПЗ для комп'ютера входить драйвер USB пристрою.
При установці програми на ПК буде потрібно з'єднання з Інтернетом, тому що в процесі установки будуть закачуватимуться елементи Microsoft.NET з офіційного сайту.
Мікроконтролер потрібно запрограмувати за допомогою окремого програматора. Для користувачів також доступні вихідні коди програмного забезпечення, тому можна експериментувати і модернізувати ПО відповідно до власних потреб.
Програма для комп'ютера працює в двох режимах: режимі моніторингу та режимі настройки контролера. У режимі моніторингу у вікні програми відображаються поточні значення температури в 4 точках (в градусах Цельсія і Фаренгейта) і швидкість обертання вентиляторів. Якщо вентилятор не має вбудованого тахометра, то відображається вихідна потужність перетворювача напруги в процентному вираженні.
У режимі настройки контролера користувач може вибрати:
- Які датчики температури підключені, і в якому форматі буде відображатися значення температури;
- Тип підключених вентиляторів (2-, 3-, 4-дротовий, або не підключений);
- Датчик для управління кожною парою вентиляторів. Це може бути датчик A, B, C або D. Також можна для управління вентиляторами встановити різницю між датчиком D і A, B або C або ж встановити ручне управління (для тестування або завдання постійної швидкості обертання);
- Характеристику управління. Як видно на зображенні вище, напруга живлення кожної пари вентиляторів може варіюватися від якогось мінімального значення до 100% в заданому діапазоні температури відповідного датчика.
У меню Setup доступна опція «Program Settings ...», де користувач може налаштувати шкалу графічних покажчиків програми, значення напруги живлення контролера (+5 В) і вибрати режим згортання вікна програми в системну область стану (System tray).
Установка значення напруги харчування пов'язана з тим, що при вимірюванні температури за допомогою датчиків LM335Z як опорного напруги мікроконтролер використовує напруга +5 В від блоку живлення комп'ютера. Тому будь-яка зміна цієї напруги буде вносити похибка в вимірювання температури. Користувач за допомогою цифрового мультиметра може виміряти напруга живлення (на роз'ємі блоку живлення комп'ютера) і вказати це значення в настройках програми.
Мінімізація вікна на панель задач дозволяє скоротити використовувані ресурси центрального процесора комп'ютера, відомості про температуру можна дізнатися, навівши курсор миші на іконку програми.
джерело: geoffg.net
Архів для статті "Багатоканальний контролер вентиляторів охолодження для ПК на PIC18F2550"Опис:
Файл прошивки мікроконтролера, програма для ПК (драйвер і додаток), вихідні коди програми для мікроконтролера і програми для ПК, опис комунікаційного протоколу, принципова схема (Eagle), малюнки друкованої плати (Eagle), специфікація Intel на вентилятори з 4-провідним інтерфейсом. Розмір файлу: 4.6 MB Кількість завантажень 1 430 завантажити