Ventola con regolazione PWM basata sulla temperatura della CPU per Raspberry Pi: 4 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Molte custodie per Raspberry Pi sono dotate di una piccola ventola da 5 V per aiutare a raffreddare la CPU. Tuttavia, queste ventole sono generalmente piuttosto rumorose e molte persone le collegano al pin 3V3 per ridurre il rumore. Queste ventole sono generalmente classificate per 200 mA, che è piuttosto alto per il regolatore 3V3 sull'RPi. Questo progetto ti insegnerà come regolare la velocità della ventola in base alla temperatura della CPU. A differenza della maggior parte dei tutorial che trattano questo argomento, non solo accenderemo o spegneremo la ventola, ma controlleremo la sua velocità come avviene sui PC tradizionali, utilizzando Python.

Passaggio 1: parti necessarie

Per questo progetto utilizzeremo solo alcuni componenti che solitamente sono inclusi nei kit di elettronica per hobbisti che puoi trovare su Amazon, come questo.

• Raspberry Pi con Raspbian (ma dovrebbe funzionare con altre distribuzioni).
• Ventola 5V (ma una ventola da 12V potrebbe essere utilizzata con un transistor adattato e un alimentatore da 12V).
• Transistor NPN che supporta almeno 300 mA, come un 2N2222A.
• Resistenza da 1K.
• 1 diodo.

Facoltativo, per inserire i componenti all'interno del case (ma non ancora fatto):

• Un piccolo pezzo di scheda prototipale, per saldare i componenti.
• Grande termoretraibile, per proteggere la tavola.

Passaggio 2: collegamenti elettrici

Il resistore può essere collegato in entrambi i modi, ma fai attenzione alla direzione del transistor e del diodo. Il catodo del diodo deve essere collegato al filo +5V (rosso) e l'anodo deve essere collegato al filo GND (nero). Controlla il documento del tuo transistor per i pin dell'emettitore, della base e del collettore. La terra del ventilatore deve essere collegata al collettore e la terra di Rpi deve essere collegata all'emettitore

Per controllare la ventola, dobbiamo utilizzare un transistor che verrà utilizzato in configurazione a collettore aperto. In questo modo, abbiamo un interruttore che collegherà o disconnetterà il filo di terra dalla ventola alla terra del lampone pi.

Un transistor NPN BJT conduce a seconda della corrente che scorre nel suo gate. La corrente che potrà fluire dal collettore (C) all'emettitore (E) è:

Ic = B * Ib

Ic è la corrente che scorre attraverso il collettore dell'emettitore, Ib è la corrente che scorre attraverso la base verso l'emettitore e B (beta) è un valore che dipende da ciascun transistor. Approssimiamo B = 100.

Poiché la nostra ventola è classificata come 200 mA, abbiamo bisogno di almeno 2 mA attraverso la base del transistor. La tensione tra la base e l'emettitore (Vbe) è considerata costante e Vbe = 0, 7V. Ciò significa che quando il GPIO è acceso, abbiamo 3,3 - 0,7 = 2,6 V al resistore. Per avere 2 mA attraverso quel resistore, abbiamo bisogno di un resistore di, massimo, 2,6/0,002 = 1300 ohm. Usiamo un resistore da 1000 ohm per semplificare e mantenere un margine di errore. Avremo 2,6 mA attraverso il pin GPIO che è totalmente sicuro.

Poiché un ventilatore è fondamentalmente un motore elettrico, è una carica induttiva. Ciò significa che quando il transistor smette di condurre, la corrente nella ventola continuerà a fluire mentre una carica induttiva cerca di mantenere costante la corrente. Ciò comporterebbe un'alta tensione sul pin di massa della ventola e potrebbe danneggiare il transistor. Ecco perché abbiamo bisogno di un diodo in parallelo alla ventola che farà fluire la corrente costantemente attraverso il motore. Questo tipo di configurazione del diodo è chiamato diodo volano

Passaggio 3: programma per controllare la velocità della ventola

Per controllare la velocità della ventola, utilizziamo un segnale PWM software dalla libreria RPi. GPIO. Un segnale PWM è ben adattato per pilotare motori elettrici, poiché il loro tempo di reazione è molto elevato rispetto alla frequenza PWM.

Usa il programma calib_fan.py per trovare il valore FAN_MIN eseguendo nel terminale:

python calib_fan.py

Controlla diversi valori tra 0 e 100% (dovrebbe essere intorno al 20%) e vedi qual è il valore minimo per accendere la tua ventola.

È possibile modificare la corrispondenza tra temperatura e velocità del ventilatore all'inizio del codice. Devono essere presenti tanti tempSteps quanti sono i valori speedSteps. Questo è il metodo generalmente utilizzato nelle schede madri dei PC, spostando i punti su un grafico a 2 assi Temp/Velocità.

Passaggio 4: eseguire il programma all'avvio

Per eseguire il programma automaticamente all'avvio, ho creato uno script bash in cui inserisco tutti i programmi che voglio avviare, quindi lancio questo script bash all'avvio con rc.locale

1. Crea una directory /home/pi/Scripts/ e posiziona il file fan_ctrl.py all'interno di quella directory.
2. Nella stessa directory, crea un file chiamato launcher.sh e copia lo script qui sotto.
3. Modifica il file /etc/rc.locale e aggiungi una nuova riga prima di "exit 0": sudo sh '/home/pi/Scripts/launcher.sh'

script launcher.sh:

#!/bin/sh#launcher.sh # vai alla directory home, quindi a questa directory, quindi esegui lo script python, quindi torna homelocalecd /cd /home/pi/Scripts/sudo python3./fan_ctrl.py &cd /

Se vuoi usarlo con OSMC, ad esempio, devi avviarlo come servizio con systemd.

1. Scarica il file fanctrl.service.
2. Controlla il percorso del tuo file python.
3. Posiziona fanctrl.service in /lib/systemd/system.
4. Infine, abilita il servizio con sudo systemctl enable fanctrl.service.

Questo metodo è più sicuro, poiché il programma verrà riavviato automaticamente se ucciso dall'utente o dal sistema.