Raspberry Pi Hộp FAN làm mát với chỉ báo nhiệt độ CPU: 10 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Tôi đã giới thiệu mạch chỉ báo nhiệt độ CPU raspberry pi (Sau đây gọi là RPI) trong dự án trước.

Mạch chỉ hiển thị RPI 4 mức nhiệt độ CPU khác nhau như sau.

- Đèn LED xanh lục bật khi nhiệt độ CPU trong khoảng 30 ~ 39 độ

- Đèn LED màu vàng cho biết nhiệt độ được tăng lên trong khoảng 40 đến 45 độ

- Đèn LED màu đỏ thứ 3 cho thấy CPU trở nên nóng hơn một chút khi đạt 46 ~ 49 độ

- Một đèn LED đỏ khác sẽ nhấp nháy khi nhiệt độ vượt quá 50 độ

***

Khi nhiệt độ vượt quá 50C, bất kỳ trợ giúp nào sẽ là cần thiết để RPI nhỏ không bị căng thẳng quá nhiều.

Theo thông tin tôi thấy trên một số trang web nói về mức nhiệt độ chịu đựng tối đa của RPI, các ý kiến rất đa dạng, chẳng hạn như có người đề cập rằng hơn 60C vẫn khá ổn khi sử dụng tản nhiệt.

Nhưng kinh nghiệm cá nhân của tôi cho thấy điều gì đó khác biệt rằng máy chủ truyền tải (sử dụng RPI với bộ tản nhiệt) trở nên chậm chạp và cuối cùng hoạt động như xác sống khi tôi bật nó trong vài giờ.

Do đó, mạch bổ sung và FAN làm mát này được thêm vào để điều chỉnh nhiệt độ CPU dưới 50C để hỗ trợ hoạt động ổn định của RPI.

***

Mạch chỉ báo nhiệt độ CPU cũng đã được giới thiệu trước đây (Sau đây gọi là INDICATOR) được tích hợp với nhau để hỗ trợ kiểm tra mức nhiệt độ thuận tiện mà không cần thực hiện lệnh “vcgencmd Measure_temp” trên thiết bị đầu cuối bảng điều khiển.

Bước 1: Chuẩn bị sơ đồ

Trong hai dự án trước, tôi đã đề cập đến việc cách ly hoàn toàn nguồn điện giữa RPI và mạch bên ngoài.

Trong trường hợp làm mát FAN, nguồn điện độc lập là khá quan trọng vì DC 5V FAN (động cơ) chịu tải tương đối nặng và khá ồn khi hoạt động.

Do đó, những lưu ý sau đây được nhấn mạnh khi thiết kế mạch này.

- Bộ ghép quang được sử dụng để giao tiếp với chân GPIO RPI để nhận tín hiệu kích hoạt FAN làm mát

- Không lấy điện từ RPI và sử dụng bộ sạc điện thoại cầm tay thông thường cho nguồn điện của mạch này.

- Chỉ báo LED được sử dụng để thông báo hoạt động của FAN làm mát

- Rơ le 5V được sử dụng để kích hoạt FAN làm mát theo cách cơ học

***

Mạch này sẽ hoạt động tương hỗ với mạch chỉ báo nhiệt độ CPU (Sau đây gọi là INDICATOR) thông qua điều khiển chương trình python.

Khi INDICATOR bắt đầu nhấp nháy (nhiệt độ vượt quá 50C), mạch QUẠT làm mát này sẽ bắt đầu hoạt động.

Bước 2: Chuẩn bị các bộ phận

Giống như các dự án trước đây, các thành phần rất phổ biến được sử dụng để làm mạch FAN làm mát như được liệt kê dưới đây.

- Bộ ghép nối quang: PC817 (SHARP) x 1

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

- Rơ le 5V TQ2-5V (Panasonic)

- 1N4148 diode

- Điện trở (1 / 4Watt): 220ohm x 2 (giới hạn dòng điện), 2.2K (chuyển mạch bóng bán dẫn) x 2

- LED x 1

- 5V làm mát FAN 200mA

- Bo mạch đa năng có kích thước lỗ hơn 20 (W) x 20 (H) (Bạn có thể cắt bất kỳ kích thước nào của bo mạch đa năng để phù hợp với mạch)

- Dây thiếc (Vui lòng tham khảo bài đăng dự án “Chỉ báo tắt máy Raspberry Pi” của tôi để biết thêm chi tiết về việc sử dụng dây thiếc)

- Cáp (cáp dây đơn màu xanh và đỏ)

- Bất kỳ bộ sạc điện thoại cầm tay nào đầu vào 220V và đầu ra 5V (đầu nối USB loại B)

- Đầu ghim (3 chân) x 2

***

Kích thước vật lý của FAN làm mát phải đủ nhỏ để được gắn trên đầu RPI.

Bất kỳ loại rơle nào cũng có thể được sử dụng khi nó có thể hoạt động ở 5V và có nhiều hơn một tiếp điểm cơ học.

Bước 3: Vẽ PCB

Vì số lượng linh kiện ít nên kích thước PCB phổ thông yêu cầu không lớn.

Hãy chú ý đến cách bố trí cực tính pin của TQ2-5V như thể hiện trong hình trên. (Trái với suy nghĩ thông thường, bố cục cộng / đất thực tế được sắp xếp ngược lại)

Cá nhân tôi gặp sự cố không mong muốn sau khi hàn do vị trí ngược (Khi so sánh với các sản phẩm rơ le khác) chân cực của TQ2-5V.

Bước 4: Hàn

Vì bản thân mạch khá đơn giản, mô hình đi dây không phức tạp nhiều.

Tôi đang bắt vít giá đỡ hình dạng “L” để cố định PCB theo hướng thẳng đứng.

Như bạn có thể thấy sau, khung acrylic gắn mọi thứ có kích thước hơi nhỏ.

Do đó, việc thu hẹp chân in là cần thiết vì khung acrylic chứa rất nhiều PCB và các bộ phận phụ khác.

Đèn LED nằm ở mặt trước để dễ dàng nhận biết hoạt động của FAN.

Bước 5: Chế tạo và lắp FAN HAT làm mát

Tôi cho rằng PCB phổ thông là một phần rất hữu ích có thể được sử dụng cho các mục đích sử dụng đa dạng.

QUẠT làm mát được gắn trên PCB phổ thông và được gắn và cố định bằng bu lông và đai ốc.

Để cho phép luồng không khí, tôi đang tạo lỗ lớn bằng cách khoan PCB.

Ngoài ra, để dễ dàng cắm cáp jumper, khu vực chân GIPO 40 được mở bằng cách cắt PCB.

Bước 6: Lắp ráp PCB

Như đã đề cập ở trên, tôi đã lên kế hoạch hợp nhất hai mạch khác nhau thành một đơn vị duy nhất.

Mạch chỉ thị nhiệt độ CPU đã làm trước đây được hợp nhất với mạch FAN làm mát mới như trong hình trên., Mọi thứ được đóng gói lại với nhau thành khung acrylic trong suốt và có kích thước nhỏ (15cm W x 10cm D).

Mặc dù khoảng một nửa không gian khung là trống và có sẵn, thành phần bổ sung sẽ được đặt vào không gian còn lại sau đó.

Bước 7: Nối dây RPI với mạch

Hai mạch được kết nối với nhau bằng RPI theo cách riêng biệt bằng cách sử dụng bộ ghép quang.

Ngoài ra, không có nguồn điện nào được lấy từ RPI vì bộ sạc điện thoại cầm tay bên ngoài cung cấp điện cho các mạch.

Sau này, bạn sẽ biết kiểu sơ đồ giao diện biệt lập này khá đáng tiền khi các thành phần bổ sung được tích hợp nhiều hơn vào khung acrylic sau này.

Bước 8: Chương trình Python kiểm soát tất cả các mạch

Chỉ yêu cầu bổ sung nhỏ mã từ mã nguồn của mạch chỉ báo nhiệt độ CPU.

Khi nhiệt độ vượt quá 50C, hai mươi (20) lần lặp lại bật FAN trong 10 giây và tắt 3 giây sẽ bắt đầu.

Vì động cơ nhỏ của FAN yêu cầu dòng điện tối đa 200mA trong quá trình hoạt động, nên loại phương pháp kích hoạt động cơ PWM (Điều chế độ rộng xung) được sử dụng cho bộ sạc điện thoại cầm tay ít nặng nề hơn.

Mã nguồn được sửa đổi như dưới đây.

***

# - * - mã hóa: utf-8 - * -

##

nhập quy trình con, tín hiệu, hệ thống

thời gian nhập khẩu, tái

nhập RPi. GPIO dưới dạng g

##

A = 12

B = 16

QUẠT = 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 ('Bạn đã nhấn Ctrl + C!')

g.output (A, Sai)

g.output (B, Sai)

g.output (FAN, False)

f.close ()

sys.exit (0)

signal.signal (signal. SIGINT, signal_handler)

##

trong khi Đúng:

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

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

temp_str = temp_str.decode (mã hóa = 'UTF-8', sai sót = 'nghiêm ngặt')

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

# trích xuất nhiệt độ CPU hiện tại

##

current_temp = float (CPU_temp [0])

nếu current_temp> 30 và current_temp <40:

# nhiệt độ thấp A = 0, B = 0

g.output (A, Sai)

g.output (B, Sai)

time.sleep (5)

elif current_temp> = 40 và current_temp <45:

# môi trường nhiệt độ A = 1, B = 0

g.output (A, True)

g.output (B, Sai)

time.sleep (5)

elif current_temp> = 45 và current_temp <50:

# nhiệt độ cao A = 0, B = 1

g.output (A, Sai)

g.output (B, True)

time.sleep (5)

elif current_temp> = 50:

# Yêu cầu làm mát CPU cao A = 1, B = 1

g.output (A, True)

g.output (B, True)

cho tôi trong phạm vi (1, 20):

g.output (FAN, True)

time.sleep (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 ()

##

Vì logic hoạt động của mã python này gần như tương tự với mạch chỉ báo nhiệt độ CPU, tôi sẽ không nhắc lại chi tiết ở đây.

Bước 9: Hoạt động mạch FAN

Khi nhìn vào đồ thị, nhiệt độ vượt quá 50C mà mạch không có FAN.

Có vẻ như nhiệt độ trung bình của CPU là khoảng 40 ~ 47C trong khi RPI đang hoạt động.

Nếu áp dụng hệ thống tải nặng như chơi Youtube trên trình duyệt web, nhiệt độ thường tăng nhanh lên đến 60C.

Nhưng với mạch FAN, nhiệt độ sẽ giảm xuống dưới 50C trong vòng 5 giây do hoạt động của FAN làm mát.

Do đó, bạn có thể bật RPI cả ngày và làm bất kỳ công việc nào bạn thích mà không lo bị quá nhiệt.

Bước 10: Phát triển thêm

Như bạn có thể thấy, một nửa khung acrylic vẫn còn trống.

Tôi sẽ đặt các thành phần bổ sung ở đó và mở rộng khối hộp RPI cơ bản này thành một thứ hữu ích hơn.

Tất nhiên việc bổ sung nhiều hơn có nghĩa là độ phức tạp cũng tăng lên một chút.

Dù sao thì tôi cũng đang tích hợp hai mạch vào một hộp duy nhất trong dự án này.

Cảm ơn vì đã đọc câu chuyện này.