PWM-Lüftersteuerung


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

Auf dieser Seite wird eine innovative technische Lösung vorgestellt, die ermöglicht auf eine günstige, flexible und professionelle Art den PC zu kühlen.

Dank der ausgeklügelten, einzigartigen Firmware ist es mir gelungen, softwaremäßig einen vollwertigen 8-Kanal PWM-Kontroller mit einem einfachen ATmega-Mikrokontroller zu realisieren.

Mit einem 8-Bit AVR von Atmel und 16 MHz-Takt konnte folgendes Ergebnis erzielt werden:

  • PWM Frequenz: 20,833 kHz
  • Regelbereich: 25% bis 100%
  • Auflösung: 8 Bit (1/256 Schrittgenauigkeit)
  • PWM Kanäle: 8
  • Zittern (Jitter): 0 % (100 % stabiles Signal)
  • Verzögerung des Stellwertes: ca. 500 µs
    (ein Stellwert kann auf mehrere Kanäle gleichzeitig angewandt werden)

Damit wurde die Grundvoraussetzung für die Erfüllung der PWM-Lüfterspezifikation geschaffen.

Projekt

Project

Intention


Mein Rechner verfügt über ein geräumiges Gehäuse. Beherbergt 8 Festplatten, 2 Optische Laufwerke, 2-Kernprozessor, leistungshungrige Grafikkarte und DVB-S Tuner-Karte. Um das Ganze zu kühlen kommen viele Lüfter zum Einsatz:

  • 2 x 120mm Gehäuselüfter (oben und hinten)
  • 2 x 120mm Festplatten/Gehäuselüfter vorne
  • 1 x 100mm CPU-Lüfter
  • 1 x 80mm Grafikkartenluftversorgung
  • 2 x Grafikkarte- und Netzteileigene Lüfter nicht vergessen

Die Grafikkarte und das Netzteil regeln ihre Lüfter autonom. Die Hauptplatine kann nur einen Anschluss regeln – den Prozessorlüfter. Und die übrigen 5 laufen ungeregelt und verursachen unnötig zu viel Lärm. Der Versuch eine zusätzliche Lüftersteuerung zu beschaffen scheiterte kläglich. Keine PWM-fähige und keine mit so vielen Anschlüssen war zu finden.
Also habe ich eine selbst gebaut…

Die Implementierung


[Dieser Abschnitt wird überarbeitet, bitte um Verständnis]

Eine gute Lüftersteuerung sollte auch Lüfterdrehzah und Temperatur überwachen. Mit nur einigen einfachen standard Bausteine konnte …

Blockdiagram

Blockdiagram der Lüftersteuerung

[Dieser Abschnitt wird überarbeitet, bitte um Verständnis]

Prototyp

Prototyp der Lüftersteuerung

[Dieser Abschnitt wird überarbeitet, bitte um Verständnis]

Die Firmware


In erster Linie generiert die Firmware das PWM-Signal auf den 8-Ausgägnen eines Ports.
Sie bekommt die Stellwerte über die Serielle Schnittstelle übermittelt. Parallel digitalisiert sie periodisch die Analogwerte und gibt diese an den PC weiter. Auch das Tachosignal wird erfasst. Bis zu 8 Tacho- und 8 Temperaturwerten werden 1 Mal pro Sekunde übertragen. Die Status-LED’s und der Alarmtongeber können auch vom PC angesteuert werden. Zusätzlich kann die Firmware auf die Anfrage des Plug n’ Play – Enumerators antworten.

Gerätemanager

Die Lüftersteuerung im Gerätemanager

Die PC-Software


Das Programm bietet eine grafische Oberfläche, um den Kontroller zu konfigurieren, steuern und die Messwerte darzustellen.

Screenshot 1

Program, Bildschirmabbild 1


Die Lüfter und die Temperatursensoren können nach bedarf benannt und aktiviert werden. In der Grundfunktionalität kann die Drehzahl der Lüfter individuell mit den Schiebereglern eingestellt werden.
Die Software gibt akustisch und visuell einen Alarm aus, wenn einer der aktivierten Lüfter zum Stehen kommen sollte. Auch die Unterbrechung der Verbindung zum Kontroller wird signalisiert.
Screenshot 2

Program, Bildschirmabbild 2


Screenshot 3

Program, Bildschirmabbild 3


Um auch die Temperaturen des Prozessors, Chipsatzes, der Grafikkarte und anderen mit Sensoren ausgestatteten Komponenten auswerten zu können, wurde die Schnittstelle zu der Everest Software implementiert.
Screenshot 4

Program, Bildschirmabbild 4


Damit kann das Programm zentral den gesamten PC überwachen.
In der Professional-Version wird eine automatische Lüfterregelung integriert. Das ermöglicht eine effiziente und leise Kühlung des PC’s.

Das Schlusswort


Unumstritten sind die Vorteile der PWM-Ansteuerungstechnik. PWM-fähige Lüfter sind gut und günstig auf dem Markt vertreten. Dagegen sind PC-Hauptplatinen unzureichend oder mangelhaft mit der PWM-Technologie ausgestattet. Es sind auch kaum PWM-Lüftersteuerungen zum Nachrüsten verfügbar – schon gar nicht mit so vielen Lüfteranschlüssen.
Diese einfache und günstige Hardware in Verbindung mit der funktionellen Software stellt eine professionelle Kühllösung dar. Server-, Spieler- und Leistungsrechner – Betreiber, Anspruchsvolle oder Energiebewusste werden mit dieser Lösung perfekt bedient. Auch das Business-Server-Segment könnte mit versorgt werden.
Die heutige Computertechnik nutzt leistungshungrige Komponenten, die immer bessere Energieverwaltung beherrschen. Der immer größere Spagat zwischen Volllast und Leerlauf verlangt nach einer effizienten, flexiblen und leisen Kühlung. Diese Lüftersteuerung könnte sofort die vorhandene Marktlücke elegant füllen.

Ich möchte die hier vorgestellte technische Innovation vermarkten. Hersteller, Investoren oder andere an der Technologie Interessierten mögen mit mir in Kontakt treten. Das 8-Kanal Software-PWM-Algorithmus wäre vielleicht sogar patentierbar. Ich bin offen für jegliche Vorschläge der Zusammenarbeit, Anlizenzierung, Kaufes oder … und stehe gerne für Fragen zur Verfügung.

12 Kommentare zu “PWM-Lüftersteuerung”

  1. Dravenam 10. November 2011 um 18:52 Link zum Kommentar

    Heyhey,

    dein Projekt gefällt mir.
    Wirst du es der Öffentlichkeit zur Verfügung stellen?
    Sprich Schaltplan, Platinen Layout und verwendete Bauteile?
    Falls ja, wann?

    Ich bin auch gern über die E-Mail zu erreichen.

    Gruß Draven

  2. Markusam 4. März 2012 um 23:27 Link zum Kommentar

    guten Abend ich bin neu hir
    Mir gefällt dieße Steuerung auch,
    Könnten Sie mir ebenfalls Material,schalt und Baupläne zukommenlassen
    Es währe auch gut, wenn sie mir einen link zur Download Seite des Programms geben können.
    Ich bedanke mich schon Mahl im voraus
    MfG Markus

  3. Markusam 6. März 2012 um 22:49 Link zum Kommentar

    Könnten sie mir bitte die Pläne und dien Link
    Für die Steuerung und dessen Software
    Per Email zusenden
    Ich währe ihnen sehr dankbar
    MfG Markus

  4. danielam 22. April 2012 um 22:58 Link zum Kommentar

    Hallo würde mich auch sehr für Sourcen interessieren vorallem ausgangstreiber und eingangsselektor!

    mfg

  5. Christopham 26. April 2012 um 17:59 Link zum Kommentar

    Sehr cooles Projekt, hätte auch Interesse an den Unterlagen. Plane momentan nämlich das gleiche Projekt.

    Mfg,
    Christoph

  6. Sebastianam 9. Mai 2012 um 21:11 Link zum Kommentar

    Interessant!
    Pläne gerade ähnliches. Wäre es möglich das Sie mir Schaltplan und Quellcode zur Verfügung stellen könnten?

    Mfg Sebastian

  7. Lotharam 27. November 2012 um 16:59 Link zum Kommentar

    Hallo Interessante Steuerung

    Ich betreibe Privat einen Server von der Firma Supermicro in dem 6x hochleistungslüfter (5000 upm) mit 4 pin PWM stecker verbaut sind.
    Beim einschalten denkt man wo startet die Turbine.
    Dein Projekt waere genau das richtige fuer mich zum steuern der Lüfter.
    Kann ich diese bei Dir kaufen mit Steuersoftware fuer windows, oder würdest Du mir die Daten zum selbstbauen zukommen lassen.Oder wird sie schon verkauft von einer Firma.

    MfG Lothar

  8. Stefanam 22. Februar 2013 um 20:35 Link zum Kommentar

    Schönes Projekt,
    habe bei mir 10 Lüfter verbaut wobei man 3 mal 2 Lüfter zu einer Gruppe zusammen fassen kann. (Graka; HDDs und Oberer Luftabzug)

    Dieses Poti drehen und oft damit verbundene bling bling Geleuchte stört mich einfach so eine Temperaturbasierte Lösung ist da doch ne feine Sache…
    Im Optimalfall wäre es gut wenn die Steuerung selbst von Speedfan erkannt werden würde, dann bräuchte man nicht dem Umweg über Everest und könnte die “eigene” Software einsparen (oder eben die eigene Software könnte die Temperaturen selbst auslesen damit nicht zu viele Programme gestartet werden müssen).

    Gut wäre es auch wenn man Lüfter komplett abschalten könnte. So habe ich zum Beispiel bei mir die “Dachlüfter” über das Boardeigene PWM im Ruhemodus auf 0 RPM und erst bei Last schalten diese sich zu und fahren je nach Hitze im Gehäuse langsam hoch.

    Kann man die Steuerung denn mittlerweile irgendwo erwerben? Und was würde der “Spaß” kosten ?

    Gruß Stefan

  9. Peter Drewsam 7. März 2013 um 23:26 Link zum Kommentar

    “Das 8-Kanal Software-PWM-Algorithmus wäre vielleicht sogar patentierbar”

    Ja klar, hat vorher noch niemand gemacht, vielleicht sollten wir das Atmen noch patentieren ….

    Ansonsten coole Sache!

    Gruß Peter

  10. Gregoram 8. März 2013 um 00:35 Link zum Kommentar

    Hallo Peter,

    Danke für Deine Anerkennung!

    Wir reden hier aber von sehr schnellem Atmen.
    Nur aus Neugierde – kannst du mir Jemanden wirklich zeigen, der Softwareseitig 8-Kanal PWM bei 21 kHz je auf einem ATmega realisiert hat? Ich habe das ganze Internet abgesucht und nicht gefunden…

    Gruß Gregor

  11. Gregoram 8. März 2013 um 01:06 Link zum Kommentar

    Hallo Stefan,

    Natürlich kann man die Lüfter auf 0 setzen. Manche bleiben sogar dabei stehen, andere drehen dann mit der minimalen Geschwindigkeit. Der Regelbereich 0% bis 30% ist per Spezifikation ausgenommen, weil die Motoren da Anlaufschwierigkeiten haben.

    Mit dem Auslesen der Sensoren ist es nicht so einfach. Everest (jetzt Aida64) ist die beste mir bekannte Software, die es ordentlich macht und die Daten zur Verfügung stellt.
    Mann könnte auch mit den Autoren von Speedfan über die Integration reden.

    Ich habe jetzt sogar die PWM auf dem AT90USB162 fertiggebracht und eine USB-Anbindung als HID-Gerät implementiert. Die Serielle Schnittstelle verschwindet langsam aber sicher aus dem heutigen PC.

    Ich arbeite daran, die Lösung in die Produktion zu bringen…

    Gruß Gregor

  12. michaelam 3. Mai 2013 um 23:09 Link zum Kommentar

    hallo gregor!

    eine lösung für linux wäre sehr interessant! auch ohne grafische oberfläche, um z.B. headless-maschinen über ssh-konsole bedienen zu können. interessiere mich schon seit jahren für so ein stück hard- und software, gefunden habe ich jedoch noch nichts und selbst bauen habe ich mir noch nicht zugetraut…

    gruß
    michael

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