Controle de temperatura com Arduino e ventiladores PWM: 6 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Controle de temperatura com PID no Arduino e ventiladores PWM para servidor DIY / resfriamento de rack de rede

Algumas semanas atrás, precisei configurar um rack com dispositivos de rede e alguns servidores.

O rack é colocado em uma garagem fechada, então a faixa de temperatura entre o inverno e o verão é muito alta, e também a poeira pode ser um problema.

Ao navegar na Internet em busca de soluções de refrigeração, descobri que são muito caras, pelo menos na minha casa, sendo> 100 € por 4 ventiladores de teto de 230 V com controle de termostato. Eu não gostei do acionamento do termostato porque ele suga muita poeira quando está ligado, por causa dos ventiladores indo a todo vapor, e não dá nenhuma ventilação quando não está ligado.

Por isso, insatisfeito com esses produtos, resolvi seguir o caminho do DIY, construindo algo que consiga manter uma certa temperatura sem problemas.

Etapa 1: como funciona

Para tornar as coisas muito mais fáceis, optei pelos fãs de DC: eles são muito menos barulhentos do que os de AC enquanto são um pouco menos poderosos, mas ainda são mais do que o suficiente para mim.

O sistema usa um sensor de temperatura para controlar quatro ventiladores que são acionados por um controlador Arduino. O Arduino acelera os ventiladores usando a lógica PID e os conduz por meio do PWM.

A temperatura e a velocidade do ventilador são informadas por meio de um display de 7 segmentos de 8 dígitos, instalado em uma barra de alumínio montada em rack. Além do display, existem dois botões para ajustar a temperatura alvo.

Etapa 2: O que eu usei

Obs: tentei realizar esse projeto com coisas que eu tinha deitado em casa, então nem tudo pode ser ideal. O orçamento era uma preocupação.

Aqui estão os componentes que usei:

• Hardware

  • Um painel acrílico: utilizado como base (€ 1,50);
  • Quatro perfis de PVC em forma de L 3,6x1cm (€ 4,00);
  • Um painel de alumínio: corte 19 "de largura (€ 3,00);

• Eletrônicos

  • Quatro ventiladores PWM de 120 mm: optei pelo Arctic F12 PWM PST por causa da capacidade de empilhá-los em paralelo (4x € 8,00);
  • One Pro Micro: Qualquer placa com ATMega 32u4 deve funcionar bem com o meu código (€ 4,00);
  • Uma placa relé: para desligar os ventiladores quando não são necessários (€ 1,50);
  • Um módulo de display MAX7219 de 7 segmentos de 8 dígitos (€ 2,00);
  • Três botões momentâneos, 1 para reiniciar (€ 2,00);
  • Um interruptor de alimentação 3A (€ 1,50);
  • Um acoplador de cabo LAN: para desligar facilmente o conjunto principal do painel do visor (€ 2,50);
  • Uma fonte de alimentação de saída dupla de 5 V e 12 V: Você pode usar 2 PSUs separadas ou uma 12 V com um conversor redutor para 5 V (€ 15,00);
  • Cabos, parafusos e outros componentes secundários (€ 5,00);

Custo total: 74,00 € (se tivesse que comprar todos os componentes no Ebay / Amazon).

Etapa 3: o caso

A caixa é feita de 4 perfis finos de plástico em forma de L colados e rebitados em uma placa de acrílico.

Todos os componentes da caixa são colados com epóxi.

Quatro orifícios de 120 mm são cortados no acrílico para encaixar nas ventoinhas. Um orifício adicional é feito para permitir a passagem dos cabos do termômetro.

O painel frontal possui um botão liga / desliga com luz indicadora. À esquerda, dois orifícios permitem a saída do cabo do painel frontal e do cabo USB. Um botão de reinicialização adicional é adicionado para facilitar a programação (o Pro Micro não tem um botão de reinicialização e às vezes é útil para carregar um programa nele).

A caixa é sustentada por 4 parafusos que passam por orifícios na base de acrílico.

O painel frontal é feito de um painel de alumínio escovado, cortado em 19 de largura e com uma altura de ~ 4 cm. O orifício da tela foi feito com uma Dremel e os outros 4 orifícios para parafusos e botões foram feitos com uma broca.

Etapa 4: Eletrônica

A placa de controle é bastante simples e compacta. Durante a confecção do projeto, descobri que quando eu fornecer 0% PWM para os ventiladores, eles funcionarão a toda velocidade. Para parar completamente os ventiladores de girar, adicionei um relé que desliga os ventiladores quando não são necessários.

O painel frontal é conectado à placa por meio de um cabo de rede que, usando um acoplador de cabo, pode ser facilmente desconectado do gabinete principal. A parte posterior do painel é feita de um conduíte elétrico 2,5x2,5 e fixada ao painel com fita dupla-face. O display também é fixado ao painel com fita adesiva.

Como você pode ver nos esquemas, usei alguns resistores pullup externos. Eles fornecem um pull-up mais forte do que o do arduino.

Os esquemas do Fritzing podem ser encontrados em meu repositório GitHub.

Etapa 5: O Código

A especificação da Intel para ventiladores de 4 pinos sugere uma frequência alvo PWM de 25 KHz e uma faixa aceitável de 21 kHz a 28 kHz. O problema é que a frequência padrão do Arduino é 488 Hz ou 976 Hz, mas o ATMega 32u4 é perfeitamente capaz de fornecer frequências mais altas, então só precisamos configurá-lo corretamente. Eu me referi a este artigo sobre o PWM do Leonardo para cronometrar o quarto temporizador em 23437 Hz, que é o mais próximo que pode chegar a 25 KHz.

Usei várias bibliotecas para o display, o sensor de temperatura e a lógica PID.

O código atualizado completo pode ser encontrado em meu repositório GitHub.

Etapa 6: Conclusão

Então aqui está! Tenho que esperar até este verão para realmente vê-lo em ação, mas estou bastante confiante de que funcionará bem.

Estou planejando fazer um programa para ver a temperatura da porta USB que conectei a um Raspberry Pi.

Espero que tudo tenha sido compreensível, se não me avise e irei explicar melhor.

Obrigado!