Журнал РАДИОЛОЦМАН, ноябрь 2011
В статье мы рассмотрим конструкцию на микроконтроллере, которая позволит в автоматическом режиме регулировать скорость вращения вентиляторов охлаждения персонального компьютера. Управление осуществляется на основании данных о температуре, которая также измеряется устройством при помощи датчиков внутри корпуса компьютера. При управлении учитываются пользовательские настройки.
Автоматическое управление скоростью вентиляторов охлаждения позволяет значительно снизить создаваемый ими шум. Любой человек, имеющий «шумный» компьютер, а это особенно касается медиа-центров, например в гостиной комнате, сразу заметит преимущества от использования данного устройства. При низкой температуре вентиляторы вращаются очень медленно, скорость вращения повышается по мере необходимости.
Устройство достаточно функционально, но при этом несложно в использовании и конфигурировании. Настройка основных параметров осуществляется в программе на ПК с графическим пользовательским интерфейсом. Кроме того, после настройки контроллер может функционировать как автономное устройство без связи с ПК, что позволит применить его не только для управления вентиляторами охлаждения ПК. Все настройки после конфи-гурирования хранятся в микроконтроллере.
Отличительные особенности:
- Конфигурируемое управление скоростью вращения вентиляторов на основе данных о температуре;
- Поддержка управления максимально восемью вентиляторами, измерение температуры в четырех отдельных каналах;
- Возможность управления вентиляторами различного типа.
- USB интерфейс и программа для Windows для конфигурирования и мониторинга;
- Звуковое оповещение при отказе вентилятора или датчика;
- Возможность автономной работы контроллера после конфигурирования; все настройки хранит микроконтроллер PIC.
Принципиальная схема и конструкция контроллера
Основой схемы является микросхема Microchip PIC18F2550 – высокопроизводительный Flash-микроконтроллер с USB интерфейсом. Микроконтроллер выполняет задачу измерения температуры по 4 каналам и осуществляет управление преобразователями напряжения. Регулировка скорости вращения вентиляторов осуществляется посредством изменения выходного напряжения преобразователей. Питание на схему контроллера подается от блока питания ПК, используются напряжения +5 В и +12 В.
 Кликните для увеличения |
| Принципиальная схема контроллера вентиляторов охлаждения |
В контроллере используются 4 схемы понижающих преобразователей напряжения (Buck Converter). Микро-контроллер генерирует последовательность импульсов на каждом выходе (порты RA4, RA5, RC7, RC8), отдельно для каждого преобразователя, и, варьируя шириной импульсов, может изменять выходное напряжение. В нашем случае частота импульсов равна 2.5 кГц, а ширина импульсов изменяется от 0 до 170 мкс, что дает изменение выходного напряжения от 0 В до 12 В. Четыре понижающих преобразователя построены на базе микросхемы 8-канального линейного драйвера IC2 UDN2981A и 4-х дросселей, имеющих индуктивность 100 мкГн. Для организации одного канала преобразователя используются два канала драйвера со своими диодами (диод является обязательным условием при построении данного понижающего преобразователя).
К выходам преобразователей напряжения, как видно на схеме, подключено по паре разъемов различных типов. Таким образом, возможно подключение до 8 вентиляторов. Каждый преобразователь напряжения в схеме управляется независимо, с различными характеристиками управления, и рассчитан на нагрузку до 250 мА. Вентиляторы охлаждения, применяемые в системных блоках компьютеров, потребляют менее 120 мА, что позволяет подключать на один выходной канал два вентилятора. Однако перед подключением вентиляторов к контроллеру необходимо убедится в выполнении данного условия.
Для измерения температуры применяются аналоговые датчики LM335, обозначенные на схеме Датчик A – Датчик D, подключаемые к портам микроконтроллера RA0 – RA3, соответственно. Прецизионный датчик температуры LM335 – это недорогой термочувствительный элемент с диапазоном измерений от –40°C до +100°C и точностью 1 °C. Фактически, LM335 – это стабилитрон с нормированным Температурным Коэффициентом Напряжения (ТКU =10 мВ/K). Т.е. изменение температуры датчика на 1 градус ведет к изменению напряжения на 10 мВ.
Остальные компоненты в окружении микроконтроллера стандартны. Кварцевый резонатор 20 МГц исполь-зуется для тактирования микроконтроллера, звуковой излучатель – для оповещения о неполадках датчиков или вентиляторов. Разъем USB подключен непосредственно к микроконтроллеру, т.к. он имеет встроенный USB трансивер. Напряжение +5 В от USB интерфейса, когда кабель USB подключен к контроллеру, поступает на вывод 1 микроконтроллера и используется для старта процесса коммуникации по интерфейсу USB.
Контроллер собран на односторонней печатной плате с размерами 100 × 80 мм с учетом установки в 3½” отсек для дисковода. Пользователи могут самостоятельно разработать печатную плату, в соответствии со своими нуждами и возможностями.
 |
| Расположение элементов на печатной плате контроллера вентиляторов охлаждения |
Контроллер рассчитан на управление вентиляторами охлаждения системного блока, однако его можно при-менить для управления вентиляторами охлаждения процессора, видеокарты. В таком случае необходимо использовать датчики температуры, закрепленные на соответствующих радиаторах охлаждения (обязательно с использованием термопасты).
 |
| Вариант расположения контроллера внутри системного блока |
Контроллер можно использовать также для управления вентилятором охлаждения блока питания, но следует помнить, что это опасно, так как многие элементы в блоке питания находятся под напряжением сети.
Загрузки
Прнципиальная схема (jpg, Eagle), рисунки печатной платы (png, Eagle), список компонентов (pdf) – скачать
Часть 2 – Детальное описание узлов, подключение вентиляторов и датчиков температуры
