В статье представлен проект немецкого электронщика Томаса Эльсте, описывающего собранный им регулятор оборотов вентиляторов управляемый с помощью компьютера.
Автор: Thomas Elste
Источник: www.elste.org
В этом проекте речь пойдет о 4-х канальном 12-вольтовом регуляторе оборотов вентиляторов для ПК. Напряжение для каждого вентилятора устанавливается микроконтроллером раздельно, с помощью ШИМ сигнала. Управление осуществляется непосредственно с ПК через RS-232, и притом для каждого канала в отдельности от 1,2 до 11,7В. Удовлетворительные параметры LC-звена, для сглаживания выходного напряжения, позволят избежать раздражающего шума или свиста вентиляторов. По крайней мере, протестированные мной вентиляторы всех возможных конструкций и размеров, не вели себя подобным образом.
Основные положения
ШИМ. Широтно-импульсная модуляция - это широко используемая возможность регулировки напряжения. При этом генерируется двоичный сигнал определенной частоты (1/период см. рисунок). Для этого применяются специальные интегральные схемы, процессоры обработки цифровых сигналов или что-то подобное. В простейшем случае это сделает одна микросхема типа NE555. Я же использую 8051-совместимый микроконтроллер.
Как правило, сгенерированным ШИМ-сигналом управляется транзистор (зачастую это полевые транзисторы). Следующее за этим LC-звено используется в качестве накопителя энергии и может сгладить сформированное напряжение. Соотношение импульс/период, приблизительно соответствует соотношению выходное напряжение/входное напряжение. Как только изменится (смодулируется) ширина импульса, так-же измененится и выходное напряжение.
ШИМ-сигналы используются в основном для управления двигателями, импульсными блоками питания и т.д.
Аппаратная часть
Схемы и чертежи:
Схема регулятора оборотов вентиляторов
Плата регулятора оборотов вентиляторов
Трассировка регулятора оборотов вентиляторов
Перечень элементов:
| Поз. | Наименование | Тип |
|---|---|---|
| IC1 | Контроллер AT89Cxx51 | AT 89C2051 PDIP |
| IC3 | МС MAX232 | MAX 232 CPE |
| IC4 | Драйвер 7407 | LS 07 |
| FET 1-4 | P-канальный MOSFET | IRFD 9024 |
| Q1 | Кварц 22,118 MHz | HC18 |
| D1-4 | Диод | 1N 4004 |
| L1-4 | Катушка индуктивности 1500 uH | 77A 1,5M |
| C5-8 | Конденсатор 100 uF, 16 V | RAD 100/16 |
| C1-4, C13 | Конденсатор10 uF | RAD 10/35 |
| C11, C12 | Конденсатор мин. 470 uF, 16 V | RAD 470/16 |
| C16,C18-20 | Конденсатор танталовый100 nF | TANTAL 0,1/35 |
| C9,C10 | Конденсатор керамический 33 pF | KERKO 33P |
| R5 | Резистор 10 k | METALL 10,0K |
| R7-10 | Резистор 2k2 | METALL 2,20K |
| SV1-4 | Коннектор MOLEX 3 pin | SL 1X36G 2,54 |
| X2 | Клеммник | AKL 055-03 |
| X1 | Разъем D9 | D-SUB BU 09EU |
| ZIF-панельки под микросхемы | GS 14, GS 16, GS 20 | |
| Удлинитель COM порта | AK 230 |
Описание:
Контроллер IC1 генерирует 4 ШИМ-сигнала и берет на себя коммуникацию с программой ПК. Коммуникация производится через встроенный последовательный интерфейс. Для согласования уровней TTL и RS232, как обычно использован MAX232.
Микросхема 7407 - драйвер с открытым коллектором управляет полевыми транзисторами, которые из-за своего напряжения открытия 12В, не могут управляться непосредственно микроконтроллером. Катушки и электролитические конденсаторы выходного каскада (C5-8) сглаживают ШИМ, и формируют постоянное напряжение, благодоря которому вентиляторы приводятся в движение. Диоды D1-4 блокируют отрицательное напряжение возникающее в катушках из-за взаимоиндукции.
Инструкции по настройке и подключению:
Сборкой на макетной плате рекомендую не увлекаться, например я, из-за плохой разводки шин земли и питания (слишком длинной), наблюдал странное поведение контроллера. Это может привести к выходу из строя микроконтроллера. Так же будьте осторожны при изменении представленной здесь (проверенной) трассировки.
- Все отверстия в плате 0,75 мм, за исключением контактных отверстий, отверстий катушки, диодов и электролитических конденсаторов - 0,95 мм
- Монтажные отверстия для разъема DSUB9: 3 мм
- Обратите внимание на полярность электролитических конденсаторов (обозначенные стороны соответствуют земле)
- Панельки под микросхемы упрощают отладку и позволяют быстрее менять дефектные микросхемы.
- Будьте осторожны при использовании питания от БП компьютера! При первом тесте лучше все другие потребители (включая материнку) от БП отключить (вплоть до оптического привода, для того, чтобы обеспечить питание основной нагрузки). Блоки питания ATX включаются посредством пермычки между зеленым (в основном) проводом (пин 14) и заземляющим проводом на разъеме ATX.
- Подключиться к БП проще всего используя свободный разъем питания дисковода, т.к. туда подходят наиболее используемые 2,54мм штыри.
- Перед первым включением, без микросхем, проверьте напряжения на соответствующих контактах ZIF-панелек.
Признаки нормальной работы платы:
- Не греются микросхемы (это всегда хороший знак ;))
- На выходах присутствует напряжение примерно 11,7В
При наличии, осциллографом можно проверить ШИМ-сигнал на затворах полевых транзисторов. Возможно лучше использовать мультиметр с частотомером, он должен показывать около 8 кГц.
Если на предыдущих этапах все было в порядке, то можно соединить контроллер вентиляторов со свободным COM-портом на ПК. Для этого необходим удлинитель COM- порта (не нуль-модем!). После настройки номера COM-порта и его скорости (19200 бод), программное обеспечение для ПК должно иметь возможность общаться с контроллером вентиляторов.
Программа для ПК:
Здесь (на сайте автора - прим перев.) находятся управляющие программы для ШИМ-контроллера вентиляторов. Windows, а также Linux версии распространяются под лицензией GPL.
К сожалению, я не могу дать никакой гарантии корректной работы. Используйте на свой страх и риск!
Опубликованная прошивка микроконтроллера работает на скорости 19200 бит/с.
Для Win32 программы нужны библиотеки VB 6.0 (1,0 MB). Если какие нибудь библиотеки не будут найдены, можно погуглить... Да всегда можно скачать где-нибудь!
Инструкции для терминального приложения (pwm_cmd):
- Читайте пожалуйста README!
- Все это можно будет конфигурировать с помощью "./configure; make"
- Установить можно с помощью "make install" (из под админа)
- После вы можете скопировать бинарные исходники pwm_cmd в любое место (или оставить там, где они есть)
- Профили вентиляторов и все другие параметры считываются из файла конфигурации (например, в src/pwm_gui.conf)
- Эти конфигурационные данные должны находиться либо в реестре в $HOME либо в /etc (или с опцией -f будут переданы напрямую)
- Параметры программы можно посмотреть с помощью ./pwm_cmd -h
Фотографии:
Контроллер вентиляторов - вид сверху
Контроллер вентиляторов - вид спереди
Контроллер вентиляторов - вид снизу
Скриншот Windows-GUI управляющей программы
Комментариев нет:
Отправить комментарий