Kontroler systemów chłodzenia PWM


8-Channel, 8-Bit, Hi-Speed, Software PWM with ATmega AVR-Controller!

Przedstawione tutaj innowacyjne rozwiązanie techniczne umożliwia zrealizowanie uniwersalnego, taniego ale profesjonalnego systemu chłodzenia komputerów osobistych PC.
Dzięki unikalnemu i wyrafinowanemu oprogramowaniu firmware, zaimplementowany został pełnowartościowy, ośmiokanałowy kontroler wentylatorów PWM przy użyciu prostego mikroprocesora ATmega. (PWM = pulse width modulation = modulacja szerokości impulsu)

Ten 8-bitowy AVR firmy Atmel z taktem 16 MHz pozwala uzyskać następujące parametry:

  • Ilość kanałów: 8
  • Częstotliwość sygnału PWM: 20,833 kHz
  • Zakres regulacji: 25% do 100%
  • Dokładność regulacji: 8 bitów (256 kroków)
  • Odchylenie szerokości impulsu (Jitter): 0 (100% stabilny sygnał)
  • Opóźnienie wartości nastawnej: ok. 500 µs (tą samą wartość można nastawiać jednocześnie na wiele kanałów)

Niniejsze osiągi pozwalają na spełnienie specyfikacji wentylatorów sterowanych sygnałem PWM ze złączem 4 pinowym.

Projekt

Project

Motywacja


Mój komputer posiada obszerną obudowę. Mieści ona 8 dysków twardych, 2 napędy optyczne, dwurdzeniowy procesor, wydajną kartę graficzną i kartę tunera DVB-S. Chłodzenie wymaga wielu wentylatorów:

  • 2 x 120mm wentylatory obudowy
  • 2 x 120 mm wentylatory dysków
  • 1 x 100mm wentylator procesora
  • 1 x 80mm wentylator nawiewu karty graficznej
  • 2 x własne wentylatory karty graficznej i zasilacza

Karta graficzna i zasilacz regulują autonomicznie. Płyta główna potrafi regulować tylko jeden wentylator PWM – procesora. Pozostałe 5 wentylatorów nie jest regulowane i produkuje niepotrzebnie dużo hałasu. Próba dokupienia dodatkowego modułu regulacji wentylatorów zakończyła się ogromnym fiaskiem. Nie do znalezienia były regulatory z sygnałem PWM i z taką ilością złącz.

Więc zbudowałem go sam!

Implementacja


Dobry kontroler chłodzenia powinien oprócz regulowania także kontrolować prędkość obrotową wentylatorów i mierzyć temperaturę. Przy użyciu prostych standardowych elementów/układów scalonych…

[Ten rozdział jest jeszcze w edycji, proszę o cierpliwość i wyrozumiałość]

Schemat blokowy

Schemat blokowy kontrolera

[Ten rozdział jest jeszcze w edycji, proszę o cierpliwość i wyrozumiałość]

Prototyp

Prototyp kontrolera

[Ten rozdział jest jeszcze w edycji, proszę o cierpliwość i wyrozumiałość]

Oprogramowanie Firmware


Podstawowym zadaniem oprogramowania firmware jest oczywiście generowanie sygnału PWM na 8 bitowym porcie wyjściowym. Wartości nastawne zadawane są łączem szeregowym.
Równocześnie odpytywane są okresowo wejścia analogowo/cyfrowe i przesyłane do PC. Również sygnały tachometrów wentylatorów są przetwarzane.
Raz na 1 sekundę przesyłane są wartości prędkości obrotowej 8 wentylatorów i temperatury 8 czujników (lub np. pozycji potencjometrów).
Diody świecące LED i sygnał alarmu też mogą być sterowane przez komputer PC.
Ponadto firmware potrafi odpowiedzieć na zapytanie enumeratora Plug n’ Play i kontroler jest rozpoznawany przez system operacyjny Windows.

Menadżer urządzeń

Kontroler w menadżerze urządzeń

Oprogramowanie PC (Windows)


Oprogramowanie udostępnia powłokę graficzną do konfiguracji kontrolera i przejrzystej prezentacji mierzonych wartości.

Screenshot 1

Program, zrzut ekranu 1


Zainstalowane wentylatory i czujniki temperatury mogą być indywidualnie mianowane.
W wersji podstawowej prędkość obrotowa wentylatorów może być regulowana za pomocą suwaków.
Oprogramowanie ostrzega akustycznie i wizualnie, gdy któryś z zainstalowanych wentylatorów się nie obraca.
Również utrata połączenia z kontrolerem jest sygnalizowana.
Screenshot 2

Program, zrzut ekranu 2


Screenshot 3

Program, zrzut ekranu 3


W celu uzyskania dostępu do czujników temperatury procesora, chipsetu, karty graficznej lub innych komponentów posiadających własne sensory, zaimplementowany został interfejs do oprogramowania Everest firmy Lavalys.
Screenshot 4

Program, zrzut ekranu 4


Dzięki czemu możliwy jest centralny nadzór całego komputera.
W wersji profesjonalnej zintegrowana zostanie automatyczna regulacja obrotów wentylatorów zależnie od temperatury poszczególnych komponentów.
Umożliwi to ekonomiczne i ciche chłodzenie podzespołów PC.

Podsumowanie


Niewątpliwe są zalety techniki sterowania modulacją szerokości impulsu. Wentylatory sterowalne sygnałem PWM są łatwo i tanio dostępne na rynku.
Natomiast płyty główne PC są słabo lub wadliwie wyposażone w tę technikę. Trudno równiż o dodatkowe moduły sterowania wentylatorami PWM – a już na pewno nie z tyloma kanałami.
Przedstawione tu niedrogie rozwiązanie sprzętowe w połączeniu z funkcjonalnym oprogramowaniem reprezentuje profesjonalny system chłodzenia.
Posiadacze serwerów, wysokowydajnych komputerów, gracze, entuzjaści oraz zwolennicy oszczędności energii i wrogowie hałasu zostaliby perfekcyjnie obsłużeni tym oto rozwiązaniem.
Również segment serwerów biznesowych mógłby być zaspokojony.
Dzisiejsza technika komputerowa oferuje coraz bardziej energochłonne komponenty, dysponujące za to lepszym zarządzaniem zużycia energii. Ten powiększający się szpagat pomiędzy pełnym obciążeniem a stanem pracy jałowej wymaga wydajnego, inteligentnego, cichego chłodzenia. Niniejszy kontroler systemu chłodzenia mógłby natychmiast tę istniejącą na rynku lukę adekwatnie zapełnić.

Chciałbym tą przedstawioną tutaj innowację techniczną udostępnić komercyjnie. Producenci, inwestorzy lub inni zainteresowani tym rozwiązaniem / tą technologią proszeni są o kontakt ze mną.
Opracowany przeze mnie algorytm software-owy generujący 8-kanałowy sygnał PWM o tak dużej częstotliwości można by chyba nawet opatentować. Jestem otwarty na wszelkie propozycje współpracy, kupna, licencji… i chętnie odpowiem na wszelkie pytania.

Einen Kommentar schreiben