Regulácia teploty s ventilátormi Arduino a PWM: 6 krokov (s obrázkami)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2025-01-23 15:06

Regulácia teploty pomocou PID na ventilátoroch Arduino a PWM na chladenie serverov/sieťových regálov pre domácich majstrov

Pred niekoľkými týždňami som potreboval nastaviť stojan so sieťovými zariadeniami a niekoľkými servermi.

Stojan je umiestnený v uzavretej garáži, takže teplotný rozsah medzi zimou a letom je dosť vysoký a tiež prach môže byť problémom.

Pri prehľadávaní riešení chladenia na internete som zistil, že sú dosť drahé, aspoň na mojom mieste sú> 100 EUR za 4 stropné ventilátory 230 V s ovládaním termostatom. Nepáčil sa mi pohon termostatu, pretože pri napájaní nasáva veľa prachu, pretože ventilátory idú na plný výkon a keď sú bez napájania, nedávajú žiadne ventilácie.

Nespokojný s týmito výrobkami som sa rozhodol ísť vlastnoručnou cestou a postaviť niečo, čo dokáže hladko udržať určitú teplotu.

Krok 1: Ako to funguje

Aby to bolo oveľa jednoduchšie, išiel som pre fanúšikov DC: sú oveľa menej hluční ako fanúšikovia striedavého prúdu, pričom sú o niečo menej výkonní, ale stále sú pre mňa viac než dostačujúci.

Systém používa snímač teploty na ovládanie štyroch ventilátorov, ktoré sú poháňané regulátorom Arduino. Arduino škrtí ventilátory pomocou logiky PID a poháňa ich cez PWM.

Teplota a rýchlosť ventilátora sa zaznamenávajú prostredníctvom 8-miestneho 7-segmentového displeja, ktorý je umiestnený na hliníkovej lište namontovanej na stojane. Okrem displeja sú k dispozícii dve tlačidlá na nastavenie cieľovej teploty.

Krok 2: Čo som použil

Poznámka: Tento projekt som sa snažil zrealizovať pomocou vecí, ktoré som mal ležiace v dome, takže nie všetko môže byť ideálne. Rozpočet bol problémom.

Tu sú komponenty, ktoré som použil:

• Hardvér

  • Jeden akrylový panel: používa sa ako základ (1,50 EUR);
  • Štyri PVC profily 3,6x1 cm v tvare L (4,00 EUR);
  • Jeden hliníkový panel: rez na šírku 19 palcov (3,00 EUR);
• Elektronika
  • Štyri 120 mm ventilátory PWM: Vybral som si Arctic F12 PWM PST kvôli možnosti ich paralelného stohovania (4x 8,00 EUR);
  • One Pro Micro: Akákoľvek doska poháňaná ATMega 32u4 by mala fungovať dobre s mojím kódom (4,00 EUR);
  • Jedna reléová doska: vypnutie ventilátorov, keď nie sú potrebné (1,50 EUR);
  • Jeden 8-miestny 7-segmentový modul displeja MAX7219 (2,00 EUR);
  • Tri okamžité tlačidlá, 1 je pre reset (2,00 EUR);
  • Jeden vypínač 3A (1,50 EUR);
  • Jedna káblová spojka LAN: na ľahké odpojenie hlavnej zostavy od panela displeja (2,50 EUR);

  • Jeden 5V a 12V duálny výstupný zdroj: Môžete použiť 2 oddelené napájacie zdroje alebo 12 V s krokovým prevodníkom na 5 V (15,00 EUR);

  • Káble, skrutky a ďalšie drobné súčiastky (5,00 €);

Celkové náklady: 74,00 EUR (ak by som mal kúpiť všetky komponenty na Ebay/Amazon).

Krok 3: Prípad

Puzdro je vyrobené zo 4 tenkých plastových profilov v tvare L prilepených a nitovaných na akrylovej doske.

Všetky súčasti škatule sú lepené epoxidom.

V akryle sú vyrezané štyri 120 mm otvory, aby sa zmestili do ventilátorov. Je vyrezaný ďalší otvor, ktorý umožňuje prechod káblov teplomera.

Na prednom paneli je vypínač s kontrolkou. Vľavo dva otvory nechávajú kábel predného panela a kábel USB zhasnúť. Na uľahčenie programovania je pridané ďalšie tlačidlo reset (Pro Micro nemá tlačidlo resetovania a niekedy je užitočné nahrať naň program).

Krabica je držaná hore 4 skrutkami prechádzajúcimi otvormi na akrylovej základni.

Predný panel je vyrobený z brúseného hliníkového panelu, narezaného na 19 palcov na šírku a s výškou ~ 4 cm. Otvor pre displej bol vyrobený pomocou Dremelu a ďalšie 4 otvory pre skrutky a gombíky boli vyrobené vŕtačkou.

Krok 4: Elektronika

Ovládacia doska je veľmi jednoduchá a kompaktná. Pri tvorbe projektu som zistil, že keď dodám 0% PWM fanúšikom, budú bežať na plné obrátky. Aby som úplne zastavil otáčanie ventilátorov, pridal som relé, ktoré vypne ventilátory, keď nie sú potrebné.

Predný panel je k doske pripojený sieťovým káblom, ktorý je možné pomocou káblovej spojky ľahko odpojiť od hlavného krytu. Zadná strana panelu je vyrobená z elektrického vedenia 2,5 x 2,5 a je k panelu pripevnená obojstrannou páskou. Displej je tiež k panelu pripevnený páskou.

Ako vidíte na schémach, použil som niekoľko externých pullup rezistorov. Poskytujú silnejšie vytiahnutie ako arduino.

Schémy Fritzingu nájdete v mojom repo službe GitHub.

Krok 5: Kód

Špecifikácia spoločnosti Intel pre 4-kolíkové ventilátory navrhuje cieľovú frekvenciu PWM 25 kHz a prijateľný rozsah 21 kHz až 28 kHz. Problém je v tom, že predvolená frekvencia Arduina je 488 Hz alebo 976 Hz, ale ATMega 32u4 je dokonale schopná dodávať vyššie frekvencie, takže ju musíme iba správne nastaviť. Odkázal som na tento článok o Leonardovom PWM na taktovanie štvrtého časovača na 23437 Hz, čo je najbližšie k 25 KHz.

Na zobrazenie, snímač teploty a logiku PID som použil rôzne knižnice.

Úplný aktualizovaný kód nájdete v mojom repo službe GitHub.

Krok 6: Záver

Tak a je to tu! Musím počkať do leta, kým to skutočne uvidím v akcii, ale som presvedčený, že to bude fungovať dobre.

Plánujem vytvoriť program na sledovanie teploty z portu USB, ktorý som pripojil k Raspberry Pi.

Dúfam, že bolo všetko zrozumiteľné, ak nie, dajte mi vedieť a vysvetlím to lepšie.

Vďaka!