Regulace teploty s ventilátory Arduino a PWM: 6 kroků (s obrázky)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2025-01-23 14:38

Regulace teploty pomocí PID na ventilátorech Arduino a PWM pro chlazení serverů/síťových racků vlastními silami

Před několika týdny jsem potřeboval nastavit stojan se síťovými zařízeními a několika servery.

Stojan je umístěn v uzavřené garáži, takže teplotní rozsah mezi zimou a létem je dost vysoký a také prach může být problém.

Při procházení internetu po řešeních chlazení jsem zjistil, že jsou docela drahé, alespoň na mém místě jsou> 100 EUR za 4 230V stropní ventilátory s ovládáním termostatem. Nelíbil se mi pohon termostatu, protože při napájení nasává hodně prachu, protože ventilátory běží na plný výkon a při napájení nedává vůbec žádné větrání.

Takže, nespokojen s těmito produkty, rozhodl jsem se jít DIY cestou, stavět něco, co může hladce udržovat určitou teplotu.

Krok 1: Jak to funguje

Aby to bylo mnohem jednodušší, šel jsem pro fanoušky DC: jsou mnohem méně hluční než fanoušci střídavého proudu a jsou o něco méně výkonní, ale stále jsou pro mě víc než dost.

Systém pomocí teplotního čidla ovládá čtyři ventilátory, které jsou poháněny ovladačem Arduino. Arduino škrtí ventilátory pomocí logiky PID a vede je přes PWM.

Teplota a otáčky ventilátoru jsou hlášeny prostřednictvím 8místného 7segmentového displeje, který je umístěn na hliníkové liště namontované na stojanu. Kromě displeje jsou k dispozici dvě tlačítka pro nastavení cílové teploty.

Krok 2: Co jsem použil

Poznámka: Snažil jsem se realizovat tento projekt s věcmi, které jsem měl ležící v domě, takže ne všechno může být ideální. Rozpočet byl problém.

Zde jsou komponenty, které jsem použil:

• Hardware

  • Jeden akrylový panel: použit jako základ (1,50 EUR);
  • Čtyři PVC profily ve tvaru L 3,6 x 1 cm (4,00 EUR);
  • Jeden hliníkový panel: řez na šířku 19 palců (3,00 EUR);
• Elektronika
  • Čtyři 120mm PWM ventilátory: Šel jsem pro Arctic F12 PWM PST kvůli možnosti jejich paralelního stohování (4x 8,00 €);
  • One Pro Micro: Jakákoli deska poháněná ATMega 32u4 by měla fungovat dobře s mým kódem (4,00 EUR);
  • Jedna reléová deska: vypnutí ventilátorů, když nejsou potřeba (1,50 EUR);
  • Jeden 8místný 7segmentový zobrazovací modul MAX7219 (2,00 EUR);
  • Tři momentální tlačítka, 1 je pro reset (2,00 EUR);
  • Jeden vypínač 3A (1,50 EUR);
  • Jedna kabelová spojka LAN: pro snadné odpojení hlavní sestavy od zobrazovacího panelu (2,50 EUR);

  • Jeden 5V a 12V duální výstupní zdroj: Můžete použít 2 oddělené napájecí zdroje nebo 12 V s krokovým převodníkem na 5 V (15,00 EUR);

  • Kabely, šrouby a další drobné součásti (5,00 EUR);

Celkové náklady: 74,00 EUR (kdybych měl koupit všechny komponenty na Ebay/Amazon).

Krok 3: Případ

Pouzdro je vyrobeno ze 4 tenkých plastových profilů ve tvaru L nalepených a nýtovaných na akrylovou desku.

Všechny součásti krabice jsou lepeny epoxidem.

V akrylu jsou vyřezány čtyři 120mm otvory, aby se vešly do ventilátorů. Je vyříznut další otvor pro umožnění průchodu kabelů teploměru.

Na předním panelu je vypínač s kontrolkou. Vlevo dva otvory nechají vypadnout kabel předního panelu a kabel USB. Pro snazší programování je přidáno další resetovací tlačítko (Pro Micro nemá resetovací tlačítko a někdy je užitečné jej nahrát do programu).

Krabici drží 4 šrouby procházející otvory v akrylové základně.

Přední panel je vyroben z kartáčovaného hliníkového panelu, řezaného na šířku 19 palců a na výšku ~ 4 cm. Otvor pro displej byl vytvořen pomocí Dremelu a další 4 otvory pro šrouby a knoflíky byly vytvořeny pomocí vrtáku.

Krok 4: Elektronika

Ovládací panel je velmi jednoduchý a kompaktní. Během tvorby projektu jsem zjistil, že když dodám 0% PWM fanouškům, poběží na plné obrátky. Abych úplně zastavil otáčení ventilátorů, přidal jsem relé, které ventilátory vypne, když nejsou potřeba.

Přední panel je k desce připojen síťovým kabelem, který lze pomocí kabelové spojky snadno odpojit od hlavního krytu. Zadní část panelu je vyrobena z elektrického potrubí 2,5 x 2,5 a připevněna k panelu oboustrannou páskou. Displej je také připevněn k panelu páskou.

Jak vidíte na schématech, použil jsem nějaké externí pullup rezistory. Ty poskytují silnější vytažení než arduino.

Schémata Fritzingu najdete na mém repo GitHubu.

Krok 5: Kód

Specifikace společnosti Intel pro 4pinové ventilátory navrhuje cílovou frekvenci PWM 25KHz a přijatelný rozsah 21 kHz až 28 kHz. Problém je v tom, že výchozí frekvence Arduina je 488 Hz nebo 976 Hz, ale ATMega 32u4 je dokonale schopná poskytovat vyšší frekvence, takže ji musíme pouze správně nastavit. Odkázal jsem na tento článek o Leonardově PWM, aby čtvrtý časovač taktoval na 23437 Hz, což je nejbližší, kterého se může dostat na 25 KHz.

Pro zobrazení, teplotní čidlo a logiku PID jsem použil různé knihovny.

Úplný aktualizovaný kód najdete na mém repo GitHubu.

Krok 6: Závěr

Tak tady to je! Musím počkat do léta, abych to viděl v akci, ale jsem si docela jistý, že to bude fungovat dobře.

Mám v plánu vytvořit program pro sledování teploty z USB portu, který jsem připojil k Raspberry Pi.

Doufám, že bylo vše srozumitelné, pokud ne, dejte mi vědět a vysvětlím to lépe.

Dík!