Полигон-2

Я тут приблизительно полгода разрабатываю неспеша одно интересное устройство - автоматический регулятор оборотов вентиляторов (для компьютеров).
На текущий момент есть функционирующий макет устройства на микроконтроллере ATmega32 с бета-прошивкой.

Описание устройства:
Выполняется в виде низкопрофильной платы расширения для компьютеров, механически совместимой с ISA 8-bit, ISA 16-bit, PCI, PCI-E x1, PCI-E x16.
Представляет собой автоматический 4-х канальный регулятор оборотов вентиляторов с управлением по 4м термодатчикам вида "компьютерный жёлтый лепесток". Осуществляет независимую работу 4х каналов регулирования, каждый из которых настраивается индивидуально.
Настройка устройства осуществляется через USB-интерфейс (виртуальный COM-порт на базе FT232R) через любую терминальную программу (которая есть, по-моему, в любой ОС). Также через этот интерфейс можно наблюдать протокол работы устройства, вести мониторинг считываемых температур и уставок вентиляторов (контроль оборотов не предусмотрен). Подключение к USB возможно двумя способами: через 4-pin колодку шнуром непосредственно к материнской плате/USB-контроллеру, либо через mini-USB на заднем торце платы (снаружи корпуса ПК). Подлючать устройство можно и только один раз - для начальной настройки - после чего оно может работать полностью автономно.
Питание подаётся через разъём как у дисковода для 3,5" дискет. Термодатчики и вентиляторы подключаются к плате устройства.

Функционал устройства:
Устройство способно определять, какие из вентиляторов и термодатчиков подключены к нему, а также аварийно раскручивать вентилятор на 100% оборотов, если соответствующий термодатчик внезапно отключился.
Для отображения аварии термодатчика, либо превышения критической температуры служат четыре светодиода (по одному на канал), которые можно расположить как на задней планке платы, так и внутри корпуса ПК.
Реализовано пять алгоритмов управления (из них четыре - по температуре):
- постоянные обороты
- релейная регулировка с гистерезисом
- линейная регулировка
- релейная регулировка с тремя петлями гистерезиса и зонами полного отключения вентилятора и работы на полных оборотах
- линейная регулировка с двумя петлями гистерезиса и зонами полного отключения вентилятора и работы на полных оборотах
Параметры "RPM SET", "RPM LOW", "RPM HIGH", "TEMP OFF", "TEMP LOW", "TEMP HIGH" и "TEMP MAX" устанавливаются пользователем через терминал.
Для уставок оборотов доступен диапазон от полной остановки до 100% оборотов.
Также через терминал можно поменять привязки вентиляторов к термодатчику, например, заставить регулировать вентилятор_1 по термодатчику_3, а вентилятор_2 по термодатчику_1. Также возможно "завязать" на любой термодатчик произвольное (от 1 до 4) количество вентиляторов, каждый со своими настройками регулирования.
Настройки устройства сохраняются в энергонезависимой памяти внутри микроконтроллера и закрываются контрольной суммой.

Планируется также написание кроссплатформенного приложения (на Qt) для GUI-настройки устройства и мониторинга, а также выносной блок в 3,5" или 5,25" отсек на отдельной плате, соединяемой 5-ти проводным шлейфом с платой данного устройства, также для визуального управления устройством.

Вот тут небольшая галерея по устройству.

Видео:
- макетная плата
- тестовый запуск
- работа терминала

ВОЗМОЖНО, в случае успешного выполнения устройством поставленных мной задач я начну коммерческое его распространение, пока сказать трудно. Сейчас делаю для себя, т.к. во всевозможных Q-Fan'ах я окончательно разочаровался лет пять назад. Все они до безумия ущербны. Шум HTPC в комнате конечно почти не ощутим, но его можно снизить, т.к. по температуре предел далеко, однако встроенные в мат.плату технологии результата не дают.

Вопрос: кто-нибудь заинтересован в таком устройстве кроме меня?

Dmitry Dubrovenko написал:

[q]

Я заинтересован.
Только оно у меня 8-канальное, и я его разрабатываю в виде отдельного модуля с ЖКИ-индикатором 16x2. Плюс к тому, ещё есть модуль контроля дежурного напряжения БП, который уже сделан в виде отдельного устройства.

[/q]

Я решил что достаточно будет и 4х вентиляторов, если вдруг нет - можно поставить два моих устройства... до хоть десять. Контроль и управление блоком у меня опциональное (ибо не везде есть лишний отсек на морде и не всегда хочется его занимать "крутилками"). Опции две: либо через USB-терминал, либо через внешний блок с ЖКИ, кнопками и енкодером-крутилкой, который поключается кабелем к основной плате (этот пока не разрабатывался даже, но для него колодка на основной плате разведена).
Плюс я так подумал... Если корпус более-менее высокий, то наверняка все термодатчики и вентиляторы будут тянуться через весь системник наверх, к блоку управления. Расположение "посередине" компьютера в виде платы расширения позволит снизить путаницу проводов в корпусе, как мне кажется.
Контроль дежурки для себя считаю ненужным, т.к. плохих блоков не использую. Все имеющиеся у меня блоки работают годами и даже пятилетками и работают до сих пор. Причём раз уж это зачастую происходит именно когда блок выключен (перегревается транзистор и нагревает кондёр сглаживающий, тот теряет ёмкость и.... +20В дежурки без проблем), то писк тут вряд ли поможет - скорее всего рядом с компьютером никого не будет. Только отключение смертоносной дежурки от матплаты.
Кстати, а как у Вас осуществлена звуковая сигнализация - зуммером, который пищит сам при подаче питания или его модулирует МК? И как - программно ножкой дёргает или на выход ШИМа прицеплен?


Dmitry Dubrovenko написал:

[q]

Интересно, а как это делается, если ОС отсутствует (контроль оборотов не предусмотрен)?

[/q]

У меня используется ОС по напряжению на разъёме вентилятора через АЦП. Плюс сглаживающий конденсатор добавляет кое-чего интересного.
МК отслеживает, если на контрольной точке (минус питания вентилятора) при закрытом ключе ноль, то значит вентилятор не подключён и цепь не замкнута. Если там появилось +12В (значит, что подключённый вентилятор пропустил через себя это напряжение, замкнул цепь), то МК подаёт на вентилятор минус напрямую (без ШИМа), позволяя ему набрать скорость, после чего включает управление по заданной программе. Т.к. регулирование производится даже не ШИМом, а неким другим образом, который можно вкрадце описать так: АЦП напряжение на вентиляторе меньше, чем нужно? Включаем ключ. Напряжение больше чем надо? Выключаем ключ.
Конечно некоторая частота опроса есть, но если вентилятор отключить - нужное напряжение быстро набирается в накопительном конденсаторе и ключ закрывается. После этого МК отслеживает процесс изменения - если оно плавное и медленное (характерное для разорванной цепи и постепенном падении напряжении на конденсаторе) - вентилятор считается отключённым, и МК переходит к режим ожидания его подлючения.

Dmitry Dubrovenko написал:

[q]

Никаких крутилок. Всё рассчитывается программой, на основе введённых данных. Для работы с меню - 4 кнопки.

[/q]

Под "крутилками" я подразумевал просто некие органы управления на планке.


Dmitry Dubrovenko написал:

[q]

Вообще-то я Вас немного дезинформировал. Вентиляторов хоть и предусмотренно до 8 штук, но они конфигурируются в две группы, либо программно, либо аппаратно. В первом случае, понадобятся дополнительные внешние регистры-коммутаторы, зато появляется дополнительный сервис. Во втором случае - тупая коммутация джамперами.
Любой из датчиков можно назначить в любую группу, а можно оставить "безгруппным".

[/q]

Т.е. тоже получается 4 канала, но с возможностью расширения доп. коммутаторами до 8?
Если перемычками это получается просто жёстко привязываем вентиляторы к каналам - к моему девайсу на один канал можно тоже и два и три вентилятора подвесить, главное допустимый ток не превысить.


Dmitry Dubrovenko написал:

[q]

У меня - 1-Wire, так что никакой путанницы.

[/q]

Dallas?.. Какие используются - DS1820? Если они, то сдаётся мне их не особо удобно крепить к радиаторам и чипам - больно габаритные, ни в рёбра просунуть, ни скотчем нормально не приклеить. Или какие-то другие? У меня разница небольшая - "2-wires".


Dmitry Dubrovenko написал:

[q]

Именно им. Я его во все свои девайсы пихаю. Очень неплохо получается.

[/q]

Класс. Надо в своё устройство такое запихать, благо свободных ног ещё достаточно. Можете подсказать наименование/маркировку этого зуммера?


Dmitry Dubrovenko написал:

[q]

Вы невнимательно статью прочитали.

[/q]

В плане? Если я правильно помню, две ступени туда, две сюда - разный писк, при критическом превышении выдаётся сигнал на исполняющие устройства для отключения. Как бы с отключением всё верно, но вот писк мне кажется просто лишним.


Dmitry Dubrovenko написал:

[q]

Т.е. дополнительная нога МК? Тогда в чём выигрыш?
Достоверность явно хуже, ибо заклинивший вентилятор будет также пропускать напряжение.

[/q]

Эм... выигрыш? А где мне тут выигрывать то? Изначально я планировал 4 канала, получилось как раз 8 каналов АЦП - 4 на термодатчики, 4 на напряжение. 4 GPIO ноги для управления ключами, 4 на светодиоды. Ещё вагон GPIO ног остался незадействованным.
Заклинивший вентилятор таки да, но при этом будет расти температура, которую он должен был сбивать, и в конце концов сработает аварийная защита по температуре и зажгётся светодиод (ну и зуммер потом, наверно). К тому же часть вентиляторов "более умных" при заклинивании на некоторое время отключаются от питания, после чего повторяют попытку раскрутки - не знаю как на это отреагирует контроллер. Плюс далеко не все вентиляторы имеют выход тахометра (2х контактные), не всегда этот тахометр показывает достоверную информацию, а на низких оборотах зачастую просто врёт во все стороны. Финальным гвоздём в эту идею стало то, что наименее затратное управление - n-MOSFET'ом по земле, а сигнал с таходатчика идёт относительно земли, т.ч. считывать его в таком случае бесполезно.


Dmitry Dubrovenko написал:

[q]

Над соединением через ком-порт тоже подумывал, но нет программиста, который бы написАл подходящую утилиту. А использовать соединение только для индикации и настройки, считаю нецелесообразным.

[/q]

Ну у меня вопрос решён более-менее дружественным терминалом со встроенных хэлпом. Даже драйверов никаких не надо - FT232R имеет драйвера под все распространённые ОС и автоматически прикидывается виртуальным COM-портом, ретранслируя сигналы UART МК.

Cat Vaska написал:

[q]

Если это устройство не имеет аналогов, запатентуй его сначала как "полезную модель". Как я, вот например, одно устройство запатентовал уже... второе на подходе. Однако теперь вопрос - продать патент, или право на его использование

[/q]

Патентовать тут, собственно говоря, нечего. Условие получения патента - научная новизна. Условие регистрации в качестве полезной модели - отсутствие других девайсов с совокупностью ключевых особенностей модели. А какие тут ключевые особенности? Автоматическая регулировка частоты работы вентиляторов на основе данных термодатчиков. Таких устройств хоть пруд пруди. Ни одно патентное бюро не пропустит.

Dmitry Dubrovenko написал:

[q]

Не, не так.
Вообще, начнём с того, что у нас немного разная идеология.
У меня задача - не охлаждение отдельного элемента, а поддержание температуры в "ящике". Датчики у меня не привязываются к конкретному вентилятору. А сами вентиляторы объединяются в две группы (возможна третья группа - без регулировки). Каждой группе назначается определённое количество датчиков (хоть - один, хоть - все). Согласно среднему показателю вычисляется необходимая скорость.
А количество вентиляторов ограничивается контролем частоты вращения (для каждого - отдельно).

[/q]

Действительно, разная идеология. Мой девайс всё таки нацелен именно на сдерживание наиболее "горячих точек" путём регулирования расположенного рядом ветродуя, общая температура в ящике или в его зонах особо не интересует. Но, скажем, мой девайс вполне позволяет подвесить один из датчиков в определённой зоне ящика и регулировать по нему какой-нибудь корпусной вентилятор.


Dmitry Dubrovenko написал:

[q]

Разница как-раз большая, ибо 1-Wire позволяет использовать одну линию для всех датчиков, а для терморезистора надо тянуть отдельные провода.
А ещё цифровые датчики выдают сразу готовый код, и не надо заморачиваться с калибровкой.
А крепить, при желании, можно всё, что угодно.

[/q]

Да, точно, совсем забыл что 1-wire позволяет повесить несколько устройств на один провод. Однако, АЦП в МК аппаратный - знай себе считывай значение и переключай канал, а вот 1-wire нужно городить программно, плюс он довольно медленный протокол - один импульс сброса, с которого всё начинается, чего стоит. В другом проекте я эту шину использовал, даже драйвер самописный есть. С поддержкой режима реального времени.
А АЦП я и не калибрую - при использовании в делителе резисторов достаточной точности сами "лепестки" показали хорошую повторяемость результатов в диапазоне +10...+80 градусов. Скажем так, плюс-минус один-два градуса (хотя у меня обычно в пределах градуса разница) тут не особо важно.


Dmitry Dubrovenko написал:

[q]

Кстати, о контроле отдельных элементов. Я тоже не согласен с утверждением, что там всё так плохо. По-моему, скажем с контролем и регулировкой температуры CPU прекрасно справляются штатные средства (включая кулер).

[/q]

Не видел ещё ни одной материнки, которая бы позволяла регулировать вентилятор в широком диапазоне - обычно всё ограничивается небольшим снижением оборотов от номинала. Причём величину снижения зачастую выбрать не дают и её оказывается мало при более чем нормальной температуре процессора. Плюс обычно регулируется только один - процессорный - кулер. А сейчас вообще с введением 4-pin разъёмов полно материнок, которые не умеют регулировать 3-pin кулеры, пример - Asus M4A785M в моём HTPC.
Поэтому вентилятор Gentle Typhoon так и лупит постоянно на своих 1000 rpm, хоть и тихо но зазря, только пыль прокачивает. А модификации этого более чем замечательного и качественного вентилятора с 4-pin не существовало, когда я его покупал, не знаю как сейчас. И второй - маленькая центробежная турбинка - тоже крутится постоянно на +7 В. В прошлую жару приходилось вскрывать корпус и переключать на +12. По-хорошему комп должен бы сам этим заниматься. Нагрелся чипсет (а именно мимо него идёт вдув холодного турбиной в моём конфиге) - включили турбину побольше. Нагрелась память - включили боковой выдув посильнее, начал греться низкопрофильный радиатор на процессоре - разогналы выпуской Gentle Typhoon. А так всё крутится сейчас на постоянных оборотах зазря. Нагрузка на машинку маленькая, HTPC потребляет мало, получаются впустую гоняют воздух, издают лишний шум и зазря пыль сосут.
Для ясности я как-то нарисовал схему движения воздушных потоков внутри корпуса:


Единственная материнка, в которой было что-то близкое к идеалу - Abit IP35 PRO. Сейчас не упомню уже, но там кажется то ли 5, то ли 6 подсоединяемых вентилятора были регулируемыми. Из BIOS Setup можно было вручную настроить каждый из них, каждому привязать его температуру по множеству встроенных в мать датчиков, указать минимальное и максимальное напряжение. Но диапазоны, опять-таки, были маловаты. Замечательная была плата. Больше ничего подобного не видел.


Dmitry Dubrovenko написал:

[q]

Её, обычно, и продавцы-то не знают.
Главное, что б рабочее напряжение было 5V.

[/q]

Ок, уже нашёл на eBay, зовётся просто "buzzer", на первой же странице есть лот: 10 штук за примерно 3 бакса с доставкой.


Dmitry Dubrovenko написал:

[q]

Ну, дополнительная информация (читай: индикация) лишней не бывает.

[/q]

Ну, в принципе, да, соглашусь. Просто мне кажется, что просто некому будет её воспринимать когда комп выключен.

В общем, закажу себе этих "баззеров", допроверю разводку печатки и можно отдавать в производство. Нужно только определиться - куда.

Dmitry Dubrovenko написал:

[q]

Вот тут я с Вами не соглашусь.
Как Вы будете охлаждать что-то в "ящике", если общая температура будет выше допустимой?
Однако, никто не мешает прикрепить датчик непосредственно в локальную точку, и регулировать им хоть все вентиляторы в корпусе.

[/q]

А что такое "общая температура выше допустимой"? Для чего допустимой? Если все "горячие точки" будут сдержаны локальными охладителями, то общая температура в корпусе расти и не будет - неоткуда брать тепло. А если что-то начнёт нагревать воздух - значит не все "горячие точки" охвачены. Плюс если окружающий воздух будет слишком горячим, то он же будет поступать на вход охладителей - температура "ГТ" станет расти и за ними - обороты вентиляторов, увеличивая прокачку воздуха. Но никто не мешает, скажем, как я говорил, в верхней зоне системника прилепить один из датчиков и на него завязать кулеры, прокачивающие сам корпус (впуск/выпуск).


Dmitry Dubrovenko написал:

[q]

Кстати, обычно воздушные потоки делаются: передняя панель - приточная, задняя панель - вытяжная. А у Вас задняя почему-то тоже приточная. У меня получилось несколько иначе.

[/q]

По итогам испытаний. Как на эффективность охлаждения, так и на шумность и забивчивость пылью. Сейчас схема ещё изменилась: корпус более плотно проложен шумопоглотителем с открытыми порами (на фото выше - шумоотражатель с закрытыми) и отверстия напротив БП заглушены, также как и передняя панель напротив HDD. HDD используются ноутбучные, два по 500 Гб, 5400 об/мин - они очень холодные для ПК, стоят в отсеке внешнего 3,5" через самодельные салазки. БП - архиэнергоэффективный M2-ATX (можете поискать что это) - он даже при полной нагрузке на ПК еле-еде начинает разогреваться, при том что на нём не то что вентилятора, даже радиаторов нет.
Поэтому сейчас схема такая: слева (снизу) спереди - впуск, сверху (слева) - главный выпуск, справа (сверху) в середине - дополнительный выпуск (в скобках - для вертикальной установки корпуса). Никто не обижен воздухом, пыль не засасывается здоровыми кулерами, а наоборот отдувается от корпуса ПК. Впуск через центробежную турбину, напротив которой из шумоотражающего материала сдело подобие трубы, направляющей поток - при смене направления бОльшая часть пыли забивается в поры материала, а воздух проходит дальше. Даже если пылью забросает низ материнки - там нет таких "горячих точек", как выше - ЦП и его питание. Туда пыль добираться будет уж совсем долго.


Dmitry Dubrovenko написал:

[q]

Но, тоже требующий времени на преобразование.
В отличие от многих девайсов, где тайминги для 1-Wire реализуются обычными задержками, у меня они реализованы на таймере. Сам интерфейс, разумеется, от этого быстрее не становится, но зато МК может успевать проделывать другие операции.

[/q]

У меня в прошлом девайсе, помнится, таймеры были сильно заняты, поэтому сделал компромиссный вариант - драйвер с буферами входных и выходных команд/данных с побайтовым и побитовым отслеживанием. Т.к. протокол позволяет ждать между передачами/приёмами неограниченное время, то драйвер, получая управления, просматривал очередь входных байт, смотрел текущий отправляемый бит и отправлял его, после чего смещал указатель и возвращал управление. Так же работал и приём. В результате, не смотря на тормознутось алгоритма и реализацию на задержках - драйвер практически не мешал остальной работе.



Dmitry Dubrovenko написал:

[q]

Вы же, вроде, из столицы?
Неужели на еБее проще и дешевле?

[/q]

Скажем, заходить на сайт ближайшего ко мне Чиподипа - страшно, учитывая какие там цены на остальные компоненты. Искать где-то что-то, где нормальная цена, заказывать, приезжать чёрти куда и забирать - мне легче с карты оплатить на ибее за нормальную цену, а потом забрать рядом с домом на почте. Но это действительно только тогда, когда искомое не нужно срочно, в пределах двух недель - наша почта так не умеет.

Меж тем...
Получил первую партию плат.


Начал собирать первый тестовый образец для отладки.


Мой виртуальный прототип универсального механически-совместимого разъёма оказался очень жизнеспособен.
Примерки плат.
На плате Asus P2B-B:


На плате Asus P5GDC PRO:


На плате Abit VA6:


Пока при попытке отладить плату два включения прошли неудачно. При первом сгорел один транзистор - это я по невнимательности "соплю" повесил под одним из конденсаторов. При втором накалилась FT232 - ошибка разводки, одну из ног GND закинул на питание.

Откопаю-ка я свою старую тему.
Ибо было принято решение возродить проект.
Схема была тотально переделана, старая версия имела очень серьёзные изъяны, что приводило к нестабильности оборотов и большому количеству помех на всё вокруг.

В процессе переосмысления проекта микроконтроллер был заменён с ATmega32 на ATmega328. Корпус меньше, ног меньше, зато есть 6 аппаратных ШИМ-каналов.
Количество каналов управления увеличилось с 4-х до 6-ти.
Также с 4-х до 6-ти увеличилось количество входов для термодатчиков.
Контроллер научился управлять не только 3-х проводными, но и 4-х проводными вентиляторами.
Управление 3-х контактными вентиляторами теперь не импульсное, но линейное со стабилизацией выходного напряжения. Чуть менее эффективно с т.з. потерь энергии (есть рассеивание на транзисторе), зато полностью исключены возможные паразитные призвуки из моторов.
Язык консоли (английский/русский) теперь можно менять "на лету", раньше это были две разных прошивки.

Текущая разводка:


Несмотря на увеличение трактов с 4-х до 6-ти площадь платы не изменилась.

Закупка МК:


Отладка:


Сегодня свершилось знаменательное событие: прошивка отлажена настолько, что я решился установить отладочный прототип в основной ПК и переключить все 4 вентилятора на этот контроллер.


Тестовые прогоны под загрузкой ЦП и видеокарты пройдены, тесты прошли успешно, эксперимент продолжается...