Raspberry Pi Box de Cooling FAN com indicador de temperatura da CPU: 10 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:34

Eu tinha introduzido o circuito indicador de temperatura da CPU raspberry pi (doravante como RPI) no projeto anterior.

O circuito está simplesmente mostrando RPI 4 diferentes níveis de temperatura da CPU como segue.

- LED verde aceso quando a temperatura da CPU está entre 30 ~ 39 graus

- LED amarelo indica que a temperatura aumentou em uma faixa de 40 a 45 graus

- O 3º LED vermelho mostra que a CPU ficou um pouco quente ao atingir 46 ~ 49 graus

- Outro LED vermelho piscará quando a temperatura ultrapassar mais de 50 graus

***

Quando a temperatura ultrapassar os 50ºC, qualquer ajuda será necessária para que o pequeno RPI não se estresse muito.

De acordo com as informações que vi em várias páginas da web que falam sobre o nível máximo de temperatura tolerável de RPI, as opiniões são diversas, como alguém menciona que mais de 60C ainda é bastante aceitável quando o dissipador de calor é usado.

Mas minha experiência pessoal diz algo diferente que o servidor de transmissão (usando RPI com dissipador de calor) torna-se lento e finalmente age como um zumbi quando eu o ligo por várias horas.

Portanto, este circuito adicional e FAN de resfriamento são adicionados para regular a temperatura da CPU abaixo de 50C para suportar a operação estável do RPI.

***

O circuito indicador de temperatura da CPU também introduzido anteriormente (doravante como INDICADOR) é integrado para suportar a verificação conveniente do nível de temperatura sem executar o comando “vcgencmd measure_temp” no terminal do console.

Etapa 1: Preparando Esquemas

Em dois projetos anteriores, mencionei o isolamento completo da fonte de alimentação entre RPI e circuitos externos.

No caso do ventilador de resfriamento, a fonte de alimentação independente é muito importante, pois o FAN DC 5V (motor) é uma carga relativamente pesada e muito barulhento durante a operação.

Portanto, as seguintes considerações são enfatizadas para projetar este circuito.

- Opto-acopladores são usados para fazer interface com o pino RPI GPIO para obter o sinal de ativação do VENTILADOR de resfriamento

- Sem energia extraída de RPI e usando um carregador de telefone de mão comum como fonte de energia deste circuito.

- O indicador LED é usado para informar a operação do VENTILADOR de resfriamento

- O relé 5V é usado para ativar o ventilador de resfriamento de maneira mecânica

***

Este circuito irá interoperar com o circuito indicador de temperatura da CPU (doravante INDICADOR) por meio do controle do programa python.

Quando o INDICADOR começar a piscar (a temperatura está excedendo 50 ° C), este circuito VENTILADOR de resfriamento começará a operar.

Etapa 2: Preparando as peças

Como em outros projetos anteriores, componentes muito comuns são usados para fazer o circuito FAN de resfriamento, conforme listado abaixo.

- Opto-acoplador: PC817 (SHARP) x 1

- 2N3904 (NPN) x 1, BD139 (NPN) x 1

- Relé TQ2-5V (Panasonic) 5V

- diodo 1N4148

- Resistores (1/4 Watt): 220 ohm x 2 (limitação de corrente), 2,2 K (comutação do transistor) x 2

- LED x 1

- 5V Ventilador de resfriamento 200mA

- Placa universal com mais de 20 (W) por 20 (H) tamanho de orifícios (você pode cortar qualquer tamanho de placa universal para ajustar o circuito)

- Fio de estanho (consulte minha postagem do projeto "Indicador de desligamento Raspberry Pi" para obter mais detalhes sobre o uso de fio de estanho)

- Cabo (cabo de fio único comum vermelho e azul)

- Qualquer carregador de telefone portátil com entrada de 220 V e saída de 5 V (conector USB tipo B)

- Cabeça de pino (3 pinos) x 2

***

A dimensão física do VENTILADOR de resfriamento deve ser pequena o suficiente para ser montada na parte superior do RPI.

Qualquer tipo de relé pode ser utilizado quando operar a 5 V e possuir mais de um contato mecânico.

Etapa 3: Fazendo o desenho do PCB

Como o número de componentes é pequeno, o tamanho de PCB universal necessário não é grande.

Por favor, tome cuidado com o layout de polaridade do pino de TQ2-5V conforme mostrado na imagem acima. (Ao contrário do pensamento convencional, o layout real mais / terreno é organizado inversamente)

Pessoalmente, tenho problemas inesperados após a soldagem devido aos pinos de polaridade localizados inversamente (ao comparar com outros produtos de relé) de TQ2-5V.

Etapa 4: Solda

Como o circuito em si é bastante simples, o padrão de fiação não é muito complexo.

Estou aparafusando o suporte de montagem em forma de “L” para fixar o PCB na posição vertical.

Como você pode ver depois, o chassi de acrílico que monta tudo tem um tamanho um pouco pequeno.

Portanto, é necessário estreitar a área ocupada, pois o chassi de acrílico está muito cheio de PCBs e outras sub-peças.

O LED está localizado na parte frontal para reconhecer facilmente a operação do VENTILADOR.

Etapa 5: Fabricação e montagem do CHAPÉU DO VENTILADOR DE REFRIGERAÇÃO

Estou supondo que o PCB universal é uma parte muito útil que pode ser usada para diversos fins de uso.

O VENTILADOR de resfriamento é montado em um PCB universal e montado e fixado com parafusos e porcas.

Para permitir o fluxo de ar, estou fazendo um grande buraco perfurando PCB.

Também para conectar cabos de jumper com facilidade, a área de 40 pinos do GIPO é aberta cortando o PCB.

Etapa 6: montar PCBs

Conforme mencionado acima, planejei consolidar dois circuitos diferentes em uma única unidade.

O circuito indicador de temperatura da CPU feito anteriormente é mesclado com o novo circuito FAN de resfriamento, conforme mostrado na imagem acima., Tudo é embalado em um chassi de acrílico transparente e de tamanho pequeno (15 cm L x 10 cm P).

Embora cerca de metade do espaço do chassi esteja vazio e disponível, componentes adicionais serão alojados no espaço restante mais tarde.

Etapa 7: Fiação RPI com circuitos

Dois circuitos são interconectados com RPI de maneira isolada usando optoacopladores.

Além disso, nenhuma energia é consumida do RPI, pois o carregador do telefone portátil externo fornece energia para os circuitos.

Posteriormente, você saberá que esse tipo de esquema de interface isolado é bastante compensador quando componentes adicionais são integrados mais ao chassi de acrílico posteriormente.

Etapa 8: controle do programa Python de todos os circuitos

Apenas uma pequena adição de código é necessária do código-fonte do circuito indicador de temperatura da CPU.

Quando a temperatura está excedendo 50 ° C, vinte (20) iterações de ligar o FAN por 10 segundos e desligar 3 segundos estão começando.

Como o motor pequeno do FAN requer no máximo 200mA de corrente durante a operação, o tipo de método de ativação do motor PWM (Modulação por Largura de Pulso) é usado para carregar menos o carregador do telefone.

O código-fonte modificado é como abaixo.

***

# - * - codificação: utf-8 - * -

##

importar subprocesso, sinal, sys

tempo de importação, re

importar RPi. GPIO como g

##

A = 12

B = 16

FAN = 25

##

g.setmode (g. BCM)

g.setup (A, g. OUT)

g.setup (B, g. OUT)

g.setup (FAN, g. OUT)

##

def signal_handler (sig, frame):

print ('Você pressionou Ctrl + C!')

g.output (A, False)

g.output (B, False)

g.output (FAN, False)

f.close ()

sys.exit (0)

signal.signal (signal. SIGINT, signal_handler)

##

enquanto verdadeiro:

f = open ('/ home / pi / My_project / CPU_temperature_log.txt', 'a +')

temp_str = subprocess.check_output ('/ opt / vc / bin / vcgencmd measure_temp', shell = True)

temp_str = temp_str.decode (codificação = 'UTF-8', erros = 'estrito')

CPU_temp = re.findall ("\ d + \. / D +", temp_str)

# extraindo a temperatura atual da CPU

##

current_temp = float (CPU_temp [0])

se current_temp> 30 e current_temp <40:

# temperatura baixa A = 0, B = 0

g.output (A, False)

g.output (B, False)

tempo.sono (5)

elif current_temp> = 40 e current_temp <45:

# temperatura média A = 1, B = 0

g.output (A, True)

g.output (B, False)

tempo.sono (5)

elif current_temp> = 45 e current_temp <50:

# temperatura alta A = 0, B = 1

g.output (A, False)

g.output (B, True)

tempo.sono (5)

elif current_temp> = 50:

# O resfriamento da CPU é necessário alto A = 1, B = 1

g.output (A, True)

g.output (B, True)

para i no intervalo (1, 20):

g.output (FAN, True)

tempo.sono (10)

g.output (FAN, False)

time.sleep (3)

current_time = time.time ()

formated_time = time.strftime ("% H:% M:% S", time.gmtime (current_time))

f.write (str (formated_time) + '\ t' + str (current_temp) + '\ n')

f.close ()

##

Como a lógica de operação desse código python é quase semelhante à do circuito indicador de temperatura da CPU, não vou repetir os detalhes aqui.

Etapa 9: Operação do circuito FAN

Ao olhar para o gráfico, temperatura superior a 50C sem circuito FAN.

Parece que a temperatura média da CPU está em torno de 40 ~ 47C enquanto o RPI está operando.

Se uma carga pesada do sistema, como reproduzir Youtube no navegador da web, for aplicada, geralmente a temperatura aumenta rapidamente até 60 ° C.

Mas com o circuito FAN, a temperatura diminuirá em menos de 50 ° C em 5 segundos pela operação do FAN de resfriamento.

Como resultado, você pode ligar o RPI o dia todo e fazer qualquer trabalho que desejar, sem se preocupar com superaquecimento.

Etapa 10: Desenvolvimento Adicional

Como você pode ver, metade do chassi de acrílico permaneceu vazio.

Vou colocar componentes adicionais lá e estender este bloco básico da caixa RPI para algo mais útil.

É claro que mais adição significa um pouco mais de complexidade também.

De qualquer forma, estou integrando dois circuitos em uma única caixa neste projeto.

Obrigado por ler esta história.