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Eine Temperatur-/Lüfterregelung für den PC


Einleitung

Um ihr System leise zu halten greifen viele Benutzer auf Lüftersteuerungen zurück. Mit diesen ist es möglich die Drehzahl der Lüfter runterzuregeln und so die Lautstärke zu minimieren. Leider sind diese Steuerungen meißt sehr unkonfortabel und bieten keine Features. Ganz anders ist es mit der von KeiAng entwickelten Temperatur-/Lüfterregelung. Sie ist eine preiswerte und vor allem äußerst komfortable Selbstbaualternative zu fertig gekauften Steuerungen und lässt sich mit ein wenig Fingerspitzengefühl in kürzester Zeit bauen.

Danksagung


Wir bedanken uns bei KeiAng für die Bereitstellung der Materialien und für die zahlreichen Hilfestellungen.

KeiAng.de

Bevor es dann losgeht ist eins noch sehr wichtig: Da die Urheberrechte beim Entwicker KeiAng selbst liegen sind jegliche Weiterentwicklung, Vermarktung und andersweitige Publizierung der Schaltung natürlich strengstens verboten.


Vorwissen


Ganz am Anfang dieses How2do's möchten wir euch einmal genauer erläutern was der Unterschied zwischen einer Lüftersteuerung und dieser Lüfterreglung ist. Oftmals wird dies nicht klar unterschieden. Bei einer Lüftersteuerung kann jeder Benutzer individuell die Drehzahl seiner Lüfter mit zum Beispiel einer Potentiometer einstellen. Der Benutzer bekommt aber keinen Istwert zurück geliefert. Das heisst der User weiss nicht ob seine Lüfter überhaupt drehen. Zudem steuert jeder Benutzer seine Lüfter mehr oder weniger nach gutdünken. Da der IstWert allerdings nicht kontrolliert wird redet man auch von einer offenen Schleife.

Ganz anders ist dies bei einer Lüfterregelung. Hier gibt der Benutzer eine sogannte Solltemperatur ein. Das ganze System kontrolliert auch den Istwert - also die Temperatur. Die Steuerung entscheidet nun selbständig auf wie viel Touren die Lüfter drehen müssen um die vom Benutzer vorgegebene Solltemperatur zu erreichen. Die Steuerung kontrolliert in sehr schnellen regelmässigen abständen die Isttemperatur, berechnet die Abweichung zur Solltemperatur und stellt die Lüfter aufs neue ein. Damit aber nicht ständig der Wert geändert wird baut man meistens eine Hysterese ein. Dies ist Quasi die Toleranz.

Die Schaltung in diesem How to do kontrolliert aber nicht nur einfach die Isttemperatur sondern überprüft alle Sensoren auf eine überhöhte Temperatur (Solltemp. + 3°C). Wenn z.B. ein Lüfter oder Sensor ausfallen oder die Konfiguration fehlerhaft sein sollte werden immer alle Lüfter mit voller Leistung aktiviert.


Eine Regelung hat also viele Vorteile hingegen einer Steuerung. Man muss nicht selbst ständig die Temperatur kontrollieren und die Lüfter danach per Potientiometer oä. einzustellen. Das System regelt sich selbstständig auf die Optimale Drehzahl! Zudem weil alles Istwerte überprüft werden läuft man keine gefahr der Überhitzung da selbst bei einem Lüfterausfall die Schaltung reagieren kann und dies merkt.

Leistungsmerkmale und Features von KeiAngs Temperatur-/Lüfterregelung


- Ein sehr schneller Mikrocontroller, der Cyress 'AN-2131', übernimmt die gesamte Verwaltung und bietet zusätzlich eine USB-Schnittstelle über die später auch die Daten unter Windows dargestellt werden, bzw Daten auf die Anzeige der Regelung geschickt werden
- Die gesamte Konfiguration des Gerätes wird in Eeproms gespeichert und bleibt so auch erhalten, wenn das Gerät ausgeschaltet ist
- 2 Anschlüsse für LED's (12V/80mA max.) und 1 Anschluss für LCD-Beleuchtung
- Anschlussmöglichkeit für LCD's mit 1*20 Zeichen / 2*20 Zeichen / 4*20 Zeichen bzw die hier benutzte LED-Anzeige
- Anschlussmöglichkeit für bis zu 4 Temperatursensoren (in späteren Firmware/Software-Versionen wird dies noch erweitert)
- Für jeden Sensor kann ein Alarm zwischen 25°C - 65°C festgelegt werden (in 0,5°C Schritten)
- Die Temperatur wird ca. 5 mal in der Sekunde erfasst und auf 0,1°C genau ausgegeben
- Für jeden Sensor können ein beliebiger oder auch mehrere Lüfter zugeordnet werden, die sich dann im Alarmfall einschalten
- Anschlussmöglichkeit für bis zu 3 Lüfter ( je 1,50W max., für grössere Lüfter brauchen die Treiber IC's einen Kühlkörper)
- Jeder Lüfter kann in der Drehzahl manuell oder automatisch reguliert werden ( 35% - 100%)
- Die Drehzahl wird auf 15rpm genau erfasst und alle 2Sekunden aktualisiert ( bis zu ca. 4000rpm)
- sollte die Regelung einen Fehler feststellen (z.B. Sensoraufall oder falsche Konfiguration), werden automatisch immer alle Lüfter gestartet um einen Schaden an der Hardware zu vermeiden
- Firmware aus Eeprom bootfähig, damit als stand-alone Gerät verwendbar (OS unabhängig, arbeitet auch bei OS absturz weiter...)


3 verschiedene übergreifende Regelmodi (per Tastendruck wählbar)

- 'night' hier werden alle Lüfter sowie alle LED's / LCD's Beleuchtungen abgeschalten und die Temperaturen ständig überwacht, sollte eine zu hohe Temperatur auftauchen, aktiviert sich die Regelung selber und startet die passenden Lüfter
- 'regulated' das ist der ganz normale Modus in dem die Temperaturen ständig überwacht werden und die passenden Lüfter automatisch in der Drehzahl reguliert werden, die Lüfterleistung wird also automatisch der Wärmeleistung des Rechners angepasst (also minimale Geräuschbelastung bei geforderter Kühlung)
- 'full power' hier werden alle Lüfter mit voller Leistung gestartet, unabhängig von der restlichen Konfiguration


verschiedene Lüftermodi

- Auto: Die Drehzahl wird vom Mikrocontroller so geregelt, dass der Lüfter mit der minimal erforderlichen Drehzahl arbeitet um die gewünschte Temperatur zu erreichen. Dies reduziert die Geräuschentwicklung auf ein Minimum.

- xx%: Wenn ein Sensor einen Alarm meldet werden die Lüfter mir der eingestellten Drehzahl aktiviert und bei unterschreiten der Alarmtemperatur komplett abgeschalten. (2-Punkt Regelung) Die Lüfterdrehzahl wird also nicht automatisch geregelt sondern kann vom User fest vorgegeben werden.

Addons


Die Schaltung verfügt über einen Anschluss, der für Led's vorgesehen ist. Dieser Anschluss ist in dem Regelmodus 'regulated' und 'full-power' immer aktiviert und wird im Modus 'night' abgeschalten. Er kann mit max. 12V/80mA belastet werden. Weiterhin befindet sich auf dem Board auch ein DC/DC Wandler, der für LCD's vorgesehen ist. Mit ihm können auch negative Spannungen (-5V bis +5V) für die Kontrastleitung des LCD's erzeugt werden. Dadurch können auch ältere LCD's verwendet werden die diese neg. Spannung verwenden um einen deutlich besseren Kontrast zu erzeugen.

Der Led-Anschluss kann aber dazu genutzt werden um die Hintergrundbeleuchtung von dem LCD an und ab zu schalten.

Es ist auch bereits ein Anschluss für ein Chipkartenleser vorhanden. Dieser soll dazu dienen um z.B. die Tastatur/Maus zu sperren, wenn die Karte gezogen wird. (sehr praktisch auf Lan's) Angeschlossen wird ein einfacher Chipkartenkontaktierer (ca. 10€). Als Zutrittskarten können ganz beliebige Telefonkarten benutzt werden. Ein Zutritt mit einer fremden Karte ist nicht möglich, da jede Telefonkarte eine einmalige Seriennr. hat. (Entwicklung noch nicht abgeschlossen)



Materialien



Um den Nachbau so einfach wie möglich zu gestalten hat KeiAng bereits eine Komponentenliste vom Elektronikshop Reichelt zusammengestellt. Dort sind alle Komponenten für die LCD Version, bis auf die Platine erhältlich (Diese ist bei KeiAng selbst anzufordern). Der Gesamtpreis inklusive LCD etc beträgt dann 68 € (Wenn ihr bereits ein LCD habt und es in die Lüfterregelung integrieren wollt, dann muss dieses einen 'Hitachi 44780' Chipsatz tauglichen Befehlssatz haben)

Hier gehts zur Liste

Aufbau der LCD Verion


Und dann kann es auch schon losgehen.

Vorab 2 Bestückungspläne
So sieht unsere noch nackte Platine von oben aus. Wie üblich werden hier die Bauteile aufgesteckt und an der Unterseite verlötet. Es gibt aber einige Ausnahmen: Manche Bauteile müssen zusätzlich von der Oberseite verlötet werden. In desen Fällen sind die Kontakte mit roten Pfeilen markiert. Wegen dieser Tatsache ist es unbedingt notwendig die unten beschriebene Reihenfolge einzuhalten.
Die Unter-/Lötseite.

Die Bestückung Schritt für Schritt


1)
Als aller erstes ist es notwendig einige Kontakte 'druchzukontaktieren'. Das heißt einen Kontakt zwischen Ober- und Unterseite der Platine herzustellen. Dazu sind dünne Drähte wie die von Widerständen etc notwendig. Diese werden einfach durchgesteckt und von BEIDEN Seiten verlötet.
2)
Nun sind die IC-Sockel dran. Diese werden wie gewohnt ersteinmal von unten verlötet. Hier müsst ihr aber darauf achten, dass die Sockel auch richtig herum sind. Die Einkerbung muss nach oben, bzw links zeigen. Die ICs am besten erst nach der Fertigstellung der Platine einsetzen.
Wie sollte es anders sein müssen auch bei den IC Sockeln wieder Kontakte zur Oberseite der Platine hergestellt werden. Dazu könnt ihr den Lötkolben einfach von der Unterseite an die Pins führen, da diese sehr gut Wärme leiten und dann das Zinn von Oben an den Kontakt führen.
Wie oben beschrieben sind die von oben zu lötenden Kontakte mit den roten Pfeilen markiert. Insgesamt sind es 7 an der Zahl.


3)
Die 2 Anschwingkondensatoren, welchen nun an die Reihe kommen werden von beiden Seiten verlötet, also von unten und von oben.
4)
Jetzt kommt der wohl schwerste Teil der Bestückung: Der Microcontroller namens 'AN-2131'. Er hat sehr dünne Beinchen, welche später keinen Kontakt zueinander haben dürfen...


Aus diesem Grund ist es mit einem normalen Lötkolben kaum möglich in anzulöten. Darum muss man zu einer Lötnadel und sehr dünnem Lötzinn (0,5mm) greifen.
Am einfachsten ist es den Microcontroller erst richtig hinzuschieben (Er wird nur von oben verlötet, da er keine Pins zum durchstecken, sondern zum 'drauflegen' hat) und dann 2 gegenüberliegende Pins zu verlöten, damit der Chip fest sitzt. Danach kommen die anderen Pins dran.


Vergesst nicht: Hier ist weniger Lötzinn immer mehr! Sonst besteht die Gefahrt, dass das Zinn zwischen die Pins läuft.

Um ganz sicher zu sein, dass auch alles geklappt hat solltet ihr die Platine gegens Licht halten und nachsehen ob auch kein Lötzinn zwischen 2 Pins gelaufen ist, bzw ob auch keine 2 Pins Kontakt untereinander haben.



5)
Im Schritt 5 werden die Widerstände verlötet. Wie bei den ICSockeln wieder von unten und dann an den markierten Stellen auch von oben.
6)
Nun sind die KeKos dran. Hier ist wie bei den Widerständen vorzugehen. Ihr müsst aber unbedingt auf die richtige Polung achten!!
7)
Bei den Elkos müssen keine Kontakte auf der Oberseite hergestellt werden. Achtet wieder auf die Polung: Der Minuspol zeigt nacht rechts!

8)
Als nächstes müssen noch ein paar Stiftleisten verlötet werden, auf denen später unter anderem die Temperatursensoren angebracht werden.
An einer Stiftleiste muss wieder ein Pin von der Oberseite verlötet werden. Dazu wird die Leiste erst von unten verlötet und dann einfach das Plastik mit einem Schraubendreher o.Ä.nach oben geschoben.
Zwischenresultat:
So sollte die Platine jetzt ausehene. Die Komponenten, die jetzt schon auf der Platine sind, aber in keinem der Schritte erwähnt wurden sind einfach von unten zu verlöten. Es ist also nichts besonderes dabei.
9)
Bei dem 5,25' Powerconnector ist es lediglich wichtig, dass die schrägen Kanten nach unten zeigen. Nach dem Verlöten sollte dieses später durch das Einstecken des Molexsteckers sehr stark beanspruchte Bauteil unbedingt noch mit Kleber (2 Komponenten oder Ähnlichem) befestigt werden.
10)

Bei Schritt 10 gibt es das erste mal 2 Möglichkeiten. Das ganze liegt daran, dass einige alte LCDs nicht selber die negative Spannung für die Kontrastleitung erzeugen können. In diesem Falle ist es (Siehe Schritt B) nötig einen DC-DC Wandler mit in die Schaltung zu intigrieren. Wenn ihr allerdings ein neues LCD besitzt, bzw das LCD welches KeiAng in seiner Einkaufstliste aufgelistet hat bestellt habt könnt ihr bei Unterschritt A weitermachen.

A)
Euer LCD kann selber die negative Spannung erzeugen. In diesem Falle müsst ihr einfach diese 2 Brücken setzten.
B)
Wenn euer LCD keine negative Spannung erzeugen kann muss dies vorher auf der Platine geschehen. Dazu wird einfach der hier zu sehende Wandler (z.B. 'NMA0505S') von der Unterseite angelötet
11)
Nun folgt der Spindeltrimmer um den Kontrast des LCDs einzustellen. Wieder einfach von unten verlöten.
12)

Einige Bauteile wurden bist jetzt noch nicht genannt. An diesen ist nichts außergewöhnlich. Deshalb könnt ihr diese einfach nach Bestückungsplan einlöten


13)
Als letzten Schritt zum Fertigstellen der eigentlichen Platine folgen nur noch die Temperatursensoren namens 'Dallas DS-1820'...
...welche mit Hilfe von 3pin Molexssteckern an den Steckleisten an der rechten Seite der Platine befestigt werden. Später werden diese Sensoren dann einfach an der zu überwachenden Stelle im Rechner positioniert.

Verkabelung des LCD


Wenn ihr allen Anweisungen gefolgt seit sollte die Platine jetzt einsatzfähig sein. Nun muss noch für das 'optische Element' der Lüfterregelung gesorgt werden. Folgendermaßen könnt ihr das LCD mit der Platine verkabeln:
Vorab müsst ihr erst einmal die Pinbelegung des LCDs überprüfen. Wenn ihr das LCD aus der Einkaufsliste habt oder die Pinbelegung eures LCDs genauso ist wie hier abgebildet könnt ihr den folgenden Schritten einfach folgen. Wenn nicht müsst ihr die Schritte so abwandeln, dass die Pinbelegungen wieder passen.


1)
Auf die Rückseite des LCDs wird eine Wannenbuchse angelötet.
2)

Als Kabel könnt ihr ein Flachbandkabel nehmen. Damit jetzt alles passt müsst ihr erst die beiden auf dem Bild obersten Adern aus dem Stecker nehmen. Die anderen werden dementsprechen alle 2 Plätze weiter nach oben geschoben. Achtet dabei auch darauf die Stränge so zu drehen wie abgebildet: Alle 2er Strangpaare, bis auf das unterste werden einmal gedreht und wieder im Stecker befestigt. Das am Anfang entfernte Strangpaar wird mit einem Stecker für die LCD-Hintergrundbeleuchtung versehen
So sollte das Kabel nach der Bearbeitung aussehen
Das wars auch schon. Nun seit ihr mal abgesehen vom Installieren der Treiber fertig.


Inbetriebnahme
Die Platine mit angeschlossenem LCD
Wenn ihr die Regelung nun in Betrieb nehmt sollte die Hintergrundbeleuchtung an gehen bzw die oberste Zeile des LCD schwarz sein.
Wenn dies nicht der Fall ist dreht solange an der kleinen Schraube des Spindeltrimmers (LCD Kontrast), bis etwas sichtbar wird, bzw überprüft die Steckrichtung des Steckers für die LCD Hintergrundbeleuchtung. Sollte dies nichts helfen habt ihr etwas mit der Verkabelung oder dem Löten falsch gemacht ;)

Treiberinstallation


Die Firmware müsst ihr direkt auf KeiAngs Homepage runterladen (Bitte registriert euch dazu)
Wenn die Lüfterregelung per USB am PC angeschlossen wurde meldet sich Windows sofort bezüglich der Installation eines USB-Devices.
Hier müsst ihr die 2te Option auswählen...
...da der Treiber ja von einer bestimmten Quelle installiert werden muss.
jetzt noch die Installation bestätigen...
... und schon erkennt Windows die Regelung
Das wars auch schon! Herzlichen Glückwunsch zur Fertigstellung von KeiAngs Lüfterregelung! ;)

Sie sieht das ganze dann im Betrieb aus:
Wie oben in den Leistungsmerkmalen zu sehen, ist es aber auch möglich die ganze Regelung mit einer LED-Matrix anstelle des LCD aufzubauen. Dazu wird es jetzt keine komplette Bauanleitung geben, aber im Prinzip ist es nicht großartig anders.
Ihr müsst lediglich die LED Matrix anhand dieses Schaltplans selber bauen.
An der Platine selber ändert sich nichts. Es wird lediglich ein anderer Treiber benötigt. Die LED-Matrix Anzeige verhält sich dann wie ein einzeiliges LCD, nur leuchtet schöner ;)

Fertig zusammengebaut sieht die LED Matrix dann so aus:
Im Betrieb:
Viel Spass beim nachbauen

Bei weiteren Fragen wendet euch einfach an uns oder an Keiang selbst

Zum Schluss nochmals herzlichen Dank bei KeiAng für die Bereitstellung der Materialien und für die zahlreichen Hilfestellungen.

KeiAng.de
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Weitere Informationen

Dieser Artikel wurde von Snippy verfasst.
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