Блок охлаждающего вентилятора Raspberry Pi с индикатором температуры процессора: 10 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:48

Я представил схему индикатора температуры процессора raspberry pi (далее RPI) в предыдущем проекте.

Схема просто показывает различные уровни температуры процессора RPI 4 следующим образом.

- Зеленый светодиод загорается, когда температура процессора находится в пределах 30 ~ 39 градусов

- Желтый светодиод указывает на повышение температуры в диапазоне от 40 до 45 градусов.

- 3-й красный светодиод показывает, что процессор немного нагрелся, достигнув 46 ~ 49 градусов

- Еще один красный светодиод будет мигать, когда температура превышает 50 градусов

***

Когда температура превышает 50 ° C, необходима любая помощь, чтобы маленький RPI не подвергался чрезмерному стрессу.

Согласно информации, которую я видел на нескольких веб-страницах, где говорится о максимально допустимом температурном уровне RPI, мнения разнятся, например, кто-то упомянул, что температура выше 60 ° C все еще вполне нормальна при использовании радиатора.

Но мой личный опыт говорит о другом, что сервер передачи (использующий RPI с радиатором) становится медленным и, наконец, действует как зомби, когда я включаю его на несколько часов.

Поэтому этот дополнительный контур и охлаждающий вентилятор добавлены для регулирования температуры процессора ниже 50 ° C для поддержки стабильной работы RPI.

***

Также ранее представленная схема индикатора температуры ЦП (далее ИНДИКАТОР) интегрирована вместе для поддержки удобной проверки уровня температуры без выполнения команды «vcgencmd measure_temp» на консольном терминале.

Шаг 1: Подготовка схем

В двух предыдущих проектах я упоминал о полной изоляции источника питания между RPI и внешними цепями.

В случае охлаждающего вентилятора, независимое электропитание очень важно, поскольку вентилятор постоянного тока 5 В (двигатель) представляет собой относительно большую нагрузку и довольно шумный во время работы.

Поэтому при проектировании этой схемы особое внимание уделяется следующим соображениям.

- Оптопары используются для сопряжения с выводом RPI GPIO для получения сигнала включения охлаждающего вентилятора.

- Нет питания от RPI и используется обычное зарядное устройство для портативного телефона в качестве источника питания этой цепи.

- Светодиодный индикатор используется для информирования о работе охлаждающего вентилятора.

- Реле 5V используется для включения охлаждающего вентилятора механическим способом.

***

Эта схема будет взаимодействовать со схемой индикатора температуры процессора (далее ИНДИКАТОР) посредством управления программой Python.

Когда ИНДИКАТОР начинает мигать (температура превышает 50 ° C), этот контур охлаждающего ВЕНТИЛЯТОРА должен работать.

Шаг 2: Подготовка деталей

Как и в других предыдущих проектах, для создания контура охлаждающего вентилятора используются очень распространенные компоненты, перечисленные ниже.

- Оптрон: PC817 (SHARP) x 1

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

- реле TQ2-5V (Panasonic) 5В

- диод 1N4148

- Резисторы (1/4 Вт): 220 Ом x 2 (ограничение тока), 2,2 кОм (переключение транзисторов) x 2

- светодиод x 1

- 5В охлаждение ВЕНТИЛЯТОР 200мА

- Универсальная плата размером более 20 (W) на 20 (H) отверстий (вы можете вырезать универсальную плату любого размера, чтобы она соответствовала схеме)

- Оловянная проволока (пожалуйста, обратитесь к моей публикации проекта «Индикатор выключения Raspberry Pi» для получения более подробной информации об использовании оловянной проволоки)

- Кабель (красный и синий общий одножильный кабель)

- Любое зарядное устройство для портативного телефона 220В на входе и 5В на выходе (разъем USB типа B)

- Головка штифта (3 штифта) x 2

***

Физические размеры охлаждающего вентилятора должны быть достаточно малыми, чтобы их можно было установить наверху RPI.

Может использоваться любой тип реле, если он может работать при 5 В и иметь более одного механического контакта.

Шаг 3: Создание чертежа печатной платы

Поскольку количество компонентов невелико, требуемый универсальный размер печатной платы невелик.

Пожалуйста, соблюдайте полярность контактов TQ2-5V, как показано на рисунке выше. (Вопреки общепринятому мнению, фактическая компоновка плюс / земля имеет обратное расположение)

Лично у меня возникла неожиданная проблема после пайки из-за обратного расположения (по сравнению с другими реле) контактов полярности TQ2-5V.

Шаг 4: пайка

Поскольку сама схема довольно проста, схема подключения не так уж и сложна.

Я прикручиваю монтажный кронштейн L-образной формы, чтобы зафиксировать печатную плату в вертикальном положении.

Как вы увидите позже, акриловое шасси, на котором крепится все, немного маленькое по размеру.

Следовательно, необходимо сужение следа, поскольку акриловые шасси очень переполнены печатными платами и другими деталями.

Светодиод расположен на лицевой стороне, что позволяет легко распознавать работу ВЕНТИЛЯТОРА.

Шаг 5: Изготовление и установка шляпы охлаждающего вентилятора

Я полагаю, универсальная печатная плата - очень полезная деталь, которую можно использовать для самых разных целей.

ВЕНТИЛЯТОР устанавливается на универсальную печатную плату и крепится болтами и гайками.

Чтобы обеспечить поток воздуха, я проделываю большое отверстие, просверлив в печатной плате.

Также для облегчения подключения соединительных кабелей область контактов GIPO 40 открывается путем вырезания печатной платы.

Шаг 6: соберите печатную плату

Как упоминалось выше, я планировал объединить две разные схемы в единый блок.

Ранее сделанная схема индикатора температуры процессора объединена с новой схемой охлаждающего вентилятора, как показано на рисунке выше., Все упаковано вместе в прозрачное и маленькое акриловое шасси (15 см Ш x 10 см Г).

Хотя примерно половина пространства корпуса пуста и доступна, дополнительные компоненты будут размещены на оставшемся пространстве позже.

Шаг 7. Подключение RPI к схемам

Две цепи подключаются к RPI изолированно с помощью оптопар.

Кроме того, питание от RPI не поступает, так как внешнее зарядное устройство для портативного телефона подает питание на схемы.

Позже вы узнаете, что такая схема изолированного интерфейса вполне окупается, когда дополнительные компоненты будут интегрированы в акриловое шасси позже.

Шаг 8: программа Python контролирует все схемы

Требуется лишь незначительное добавление кода из исходного кода схемы индикатора температуры процессора.

Когда температура превышает 50 ° C, начинается двадцать (20) итераций включения вентилятора на 10 секунд и выключения на 3 секунды.

Поскольку для небольшого двигателя вентилятора требуется максимальный ток 200 мА во время работы, метод активации двигателя с ШИМ-модуляцией (широтно-импульсной модуляцией) используется для уменьшения нагрузки на зарядное устройство для мобильного телефона.

Измененный исходный код приведен ниже.

***

# - * - кодировка: utf-8 - * -

##

подпроцесс импорта, сигнал, sys

время импорта, повторно

импортировать RPi. GPIO как g

##

А = 12

В = 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 ('Вы нажали Ctrl + C!')

g.output (A; Ложь)

g.output (B; Ложь)

g.output (FAN, False)

f.close ()

sys.exit (0)

signal.signal (сигнал. SIGINT, обработчик_сигнала)

##

в то время как True:

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

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

temp_str = temp_str.decode (кодировка = 'UTF-8', errors = 'strict')

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

# извлечение текущей температуры процессора

##

current_temp = float (CPU_temp [0])

если current_temp> 30 и current_temp <40:

# низкая температура A = 0, B = 0

g.output (A; Ложь)

g.output (B; Ложь)

время сна (5)

elif current_temp> = 40 и current_temp <45:

# температура среды A = 1, B = 0

g.output (A, Истина)

g.output (B; Ложь)

время сна (5)

elif current_temp> = 45 и current_temp <50:

# высокая температура A = 0, B = 1

g.output (A; Ложь)

g.output (B, Истина)

время сна (5)

elif current_temp> = 50:

# Требуется высокое охлаждение процессора A = 1, B = 1

g.output (A, Истина)

g.output (B, Истина)

для i в диапазоне (1, 20):

g.output (FAN, True)

время сна (10)

g.output (FAN, False)

время сна (3)

current_time = время.время ()

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

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

f.close ()

##

Поскольку логика работы этого кода Python практически аналогична схеме индикатора температуры процессора, я не буду здесь повторять подробности.

Шаг 9: Работа контура ВЕНТИЛЯТОРА

На графике видно, что температура без контура ВЕНТИЛЯТОРА превышает 50 ° C.

Похоже, что средняя температура процессора составляет около 40 ~ 47 ° C при работе RPI.

При большой нагрузке на систему, например при воспроизведении Youtube в веб-браузере, обычно температура быстро поднимается до 60 ° C.

Но с контуром ВЕНТИЛЯТОРА температура будет снижена менее чем на 50 ° С в течение 5 секунд за счет работы охлаждающего ВЕНТИЛЯТОРА.

В результате вы можете включать RPI в течение всего дня и выполнять любую работу, которая вам нравится, не беспокоясь о перегреве.

Шаг 10: Дальнейшее развитие

Как видите, половина акрилового корпуса осталась пустой.

Я помещу туда дополнительные компоненты и расширю этот базовый блок блока RPI до чего-то более полезного.

Конечно, большее количество сложений также означает немного увеличивающуюся сложность.

В любом случае в этом проекте я объединяю две схемы в одну коробку.

Спасибо, что прочитали эту историю.