Автомат регулирования скорости вращения вентиляторов и контроля температуры в пяти точках.

Автор: Яковлев Андрей
Опубликовано 19.08.2008

2008

Конструкция предназначена для автоматического плавного регулирования скорости вращения вентиляторов в персональном компьютере. Позволяет контролировать температуру в пяти точках (процессор, блок питания, видеокарта и т.п.) и выводить полученное значение температуры на двухстрочный знакосинтезирующий ЖКИ. Пользователь может задать отдельно для каждого канала: температуру выключения вентилятора, температуру, при которой обороты вентилятора будут максимальны (максимальная температура) и температуру, при превышении которой срабатывает звуковой сигнал.
Устройство собрано на микроконтроллере фирмы Microchip PIC16F876 (должен подойти и PIC16F876А, но я не проверял). В качестве датчиков температуры используются цифровые датчики DS18B20, точность измерения температуры 0,1 С. Микроконтроллер изменяет частоту вращения вентиляторов, используя широтно-импульсную модуляцию. В качестве ключей управления вентиляторами используются мощные p-канальные МОП транзисторы IRF9Z34N. Для более полного открывания и исключения повреждения МК выходные транзисторы подключены к микроконтроллеру через маломощные n-канальные МОП транзисторы 2N7000.
На рисунке представлена электрическая схема устройства:

После подачи питания на микроконтроллер запускается тактовый генератор МК и начинает работать управляющая программа. Через секунду после включения происходит инициализация знакосинтезирующего ЖКИ, для надежного запуска двигателей вентиляторов на выходах RB0-RB4 выставляется высокий уровень, происходит запуск вентиляторов полным напряжением питания 12В. Затем на индикаторе появляется название устройства, в это время МК дает команду на преобразование температурным датчикам. Примерно через полторы секунды появляется значение измеренной температуры, затем МК, исходя из измеренной температуры и значений максимальной температуры, вычисляет период ШИМ и подает на соответствующий выход вычисленную последовательность импульсов. Устройство начинает работать в рабочем режиме.

В первой строке индикатора отображается температура первого канала постоянно в виде SENS1=xx.xxxC и если датчик не подключен или неисправен, то отображается SENS1 Failure. К первому каналу целесообразно подключать процессор. Во второй строчке отображаются последовательно друг за другом значения температуры каналов 2-4 в виде SENSn=xx.xxxC, где n=2..4. Если датчик отключен, его имя и значение не отображается, напряжение на выходе такого канала без датчика =+12 В (т.е. выходной транзистор открыт). Сюда можно подключить вентилятор, обороты которого регулировать не надо или ничего не подключать.
В прошивке (по умолчанию) заданы следующие настройки для каждого из каналов:
максимальная температура T max - 80 С (при которой обороты вентилятора максимальны, т.е. транзистор открыт полностью);
температура отключения вентилятора T off - 20 C;
температура тревоги T alarm - 100 C (звучит зуммер BA1).
Пользователь может изменить настройки, войдя в меню настройки:

Для этого необходимо нажать и удерживать кнопку SB1. Кнопками SB2 и SB3 производится увеличение и уменьшение отображаемого значения. Переход к следующему значению происходит по нажатию SB1. После просмотра и корректировки введенные значения сохраняются в энергонезависимой памяти МК и считываются при последующем включении. Во время нахождения в меню температура с датчиков не считывается и подпрограмма расчета ШИМ работает с последним считанным значением температуры. Корректировка температуры возможна только в области положительных температур. Кроме того, значение максимальной температуры T max можно установить 255 С, это сделано, чтобы иметь возможность более плавно регулировать обороты вращения вентилятора. Здесь надо учесть, что если во время работы вентилятор будет останавливаться, не следует устанавливать слишком маленькое значение T max, так как вентилятор может и не стартовать после остановки. Режим старт-стоп вентилятора необходимо подбирать экспериментально. Отдельное слово о выборе вентиляторов. Чем больше размер вентилятора, тем больший воздушный поток он может создать при меньшем количестве оборотов. В обычном компьютере самые горячие места это видеокарта и процессор. На рисунке мой вентилятор, охлаждающий процессор. На самом деле он вертится :)

Питание вентилятора подключено к разъему X8, т.е. красные и черные провода, а желтый провод подключен к гнезду FAN CPU на материнской плате в штатном включении. Таким образом, можно увидеть число оборотов в BIOS. Некоторые материнские платы, в частности ASUS, вообще не запустятся без датчика вращения вентилятора.
На DD2 собран преобразователь уровней порта RS-232 в ТТЛ уровни и обратно для возможности внутрисхемного программирования МК (ICD), не вынимая его из панельки. Такой режим отладки очень удобен и значительно сокращает время отладки и создания устройства. Но как оказалось, работает только по win98, под XP наблюдаются глюки. Конфигурационное слово для прошивки МК 3F4Dh. Программа для МК написана на языке PIC BASIC PRO фирмы The microEngineering Labs, адрес в интернете https://www.mecanique.co.uk, компилятор MICROCODE STUDIO PLUS фирмы microEngineering Labs, Inc, адрес сайта в интернете https://www.melabs.com. На этих сайтах доступны для скачивания демо-версии используемых программ. При большем желании в интернете можно найти и полную версию компилятора. На сайте https://www.rentron.com/PicBasic1.htm находится большое количество примеров программ для языка PIC BASIC PRO. Если нет желания разбираться с компилятором, МК можно прошить с помощью известного программатора PONYPROG (https://www.lancos.com), а компоненты, связанные с DD2 исключить.
Все устройство собрано на печатной плате размером 150х100 мм на односторонне фольгированном стеклотекстолите, печатная плата разработана в Sprint-layout 4.0 и приведена рисунке ниже, на следующем рисунке приведен чертеж дорожек, вид со стороны элементов.

Печатная плата разработана для установки в пустой отсек 5,25 персонального компьютера, в пластмассовой заглушке отсека установлен индикатор и кнопки управления. Печатная плата в сборе, установленная в компьютер, приведена на рис. 6. Со стороны печатных дорожек места, где плата соприкасается с направляющими корпуса, необходимо изолировать для исключения замыкания токоведущих дорожек, можно, например, наклеить двухсторонний скотч.

Вид передней панели с установленными индикаторами и кнопками управления:

Наладка устройство сводится к проверке правильности установки элементов, визуальной проверке отсутствия замыканий на печатной плате, проверке на отсутствие короткого замыкания по питанию. Работоспособность индикатора проверяется следующим образом: убрав МК из панельки, подать питание, резистором R11 отрегулировать контрастность первой строки индикатора, так чтобы все сегменты были серого цвета. Затем поставить МК в панельку, подать питание. Проконтролировать запуск программы появлением читаемых надписей на индикаторе и окончательно отрегулировать желаемую контрастность индикатора R11. Правильность работы тактового генератора МК можно проконтролировать, подключив щуп осциллографа к ножкам кверцевого резонатора ZQ1. Если МК запустился, на выводе 10 DD1 должен быть синусоидальный сигнал с частотой 20 МГц.
Работа выходных полевых транзисторов проверяется следующим образом: убрать МК из панельки, на затвор транзистора VT2 подать +5В, проконтролировать мультиметром напряжение на разъеме X8, напряжение должно быть +12В, замкнуть затвор VT2 на землю, на разъеме X8 должно быть 0В. Можно вместо мультиметра использовать вентилятор на 12В. Таким образом, проверяют все каналы.
Элементы, используемые в устройстве: все резисторы, кроме R11, МЛТ-0,125, R11 СП3-38-0,125; индикатор - DV-16230S1FBLY/R (с подсветкой) или DV-16230NRB/R (без подсветки); температурные датчики DS18B20; DD1 PIC16F876-20/SP; DD2 MAX232CPE; электролитические конденсаторы серии К50-35; неполярные конденсаторы серии К10-17, зуммер HCM1212X, VT1 КТ3102А, VT2-VT6 2N7000, VT7-VT11 IRFZ34N, разъемы, устанавливаемые на плату Х1-Х5, Х8-Х12 WF-3, ответная часть Х1-Х5, Х8-Х12 HU-3; Х6 - штыри однорядные PLS, Х7 - DRB9МА, Х13 - THP-4MR.

Файлы:
Прошивка МК.

Вопросы, как обычно, складываем тут.