Doku Lüftersteuerung
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Doku Lüftersteuerung
Lüftersteuerung für eine PC Wasserkühlung Vorwort Bei der Lüftersteuerung handelt es sich um eine Regelung, die versucht eine voreingestellte Wassertemperatur zu erreichen bzw. zu halten. Hierzu wird die Wassertemperatur gemessen und danach wird die Lüfterdrehzahl (Lüfterspannung) eingestellt. Es können bis zu 9 PC Lüfter angeschlossen werden (drei direkt und sechs über einen Adapteraufsatz). Des Weiteren steht ein Anschluss für einen Durchflussmesser und für einen Füllstandssensor bereit. Die Lüftersteuerung arbeitet im „Stand-Alone“ betrieb, was bedeutet dass keine Datenanbindung (z.B. über USB) bestehen muss. Wird aber eine Datenverbindung hergestellt, dann liefert die Software der Lüftersteuerung auch Auskunft über alle Messdaten die verarbeitet werden. Die Hardware verfügt des Weiteren über einen akustischen Vor- und Hauptalarm, mit dem sich Fehler erkennen lassen. Bei Auslösung eines Hauptalarms wird zusätzlich ein Alarm-Port geschaltet, an dem ein 12V Relais angeschlossen werden kann. Die Software bietet darüber hinaus auch noch Alarmfunktionen an, so dass auch am PC eine Fehlererkennung möglich ist. Bei Alarm kann hier der PC ausgeschaltet, eine WAV-Datei abgespielt, oder ein zusätzliches Programm aufgerufen werden. Darüber hinaus bietet die Software auch eine Datenaufzeichnung im CSV-Format an, mit der es möglich ist die Messdaten grafisch dar zu stellen (z.B. mit Excel). Technische Daten / Infos * Versorgungsspannung 10V bis 20V * Maximale Leistungsbereitstellung 72W (abhängig vom verbauten FET) * 1 Kanal, analoge Lüfterspannung (keine PWM Spannung) * Anschluss für 3 PC Lüfter (3-Polig) mit Tachosignal Auswertung * Anschluss für 6 PC Lüfter (über Adapter) mit Tachosignal Auswertung * 1x Relais Anschluss (schaltet bei Hauptalarm) * 1x Anschluss für Füllstandssensor (kapazitive Messung) * 1x Anschluss für Durchflussmesser * 1x RS232 (COM-Verbindung, TTL-Pegel) * 1x Anschluss I2C-Bus für Temperatursensor DS1621 * 1x LED Anschluss (12V mit 270 Ohm Vorwiderstand) * 1x SPI Anschluss für Firmware Übertragung/Programmierung * Platinenmaße: 85mm x 65mm * Abschaltbare Überwachung aller Komponenten (mit Vor- und Hauptalarm) * Software getestet mit WinXP und Win7 Das Leistungsteil – die PWM Endstufe Die Lüftersteuerung arbeitet nach dem Prinzip eines Schaltnetzteils, um die Lüfterspannung bereit zu stellen. Dadurch entsteht nur wenig Abwärme und es kann ein kleinerer Kühlkörper verwendet werden. !!!ACUTING!!! Die Gehäuse der FETs haben ein unterschiedliches Potential. Der Kühlkörper muss daher auch isoliert angebaut werden (Glimmer und IsoBuchse, siehe Stückliste). Die Größe des Kühlkörpers ist dabei vom Verbrauch der verwendeten Lüfter und den verbauten FETs abhängig. Bei geringen Verbrauch bzw. wenn nur drei Lüfter angeschlossen werden, dann empfiehlt es sich den FET „IRF520“ zu verbauen (siehe Stückliste). Bei einem Verbrauch von bis zu 12W (Leistung aller angeschlossenen Lüfter zusammen addieren), reicht ein sehr kleiner Kühlkörper aus wie z.B. eine kleine AluPlatte (siehe oberes Bild). Von 12W bis 24W muss dann schon ein größerer Kühlkörper verbaut werden. Reichen die 24W nicht aus, bzw. wird eine größere Schaltleistung benötigt, dann müssen andere FETs verbaut werden wie z.B. der „IRF1010N“. Mit dem FET sind dann Schaltleistungen von 6A (72W) problemlos möglich. Allerdings müssen dann auch die Leiterbahnen verstärkt werden, da diese dann zu dünn sind und die Leistung nicht mehr bereitstellen können. HINWEIS Bei größeren Leistungen sollte die Wärmeentwicklung auf jeden Fall über längere Zeit beobachtet werden. Auch sollte auf eine gute Isolierung der Kabel geachtet werden, da bei einem Kurzschluss hier richtig viel Schaden entstehen kann. Freiliegende Kabel oder unisolierte Kabel, so wie lockere Klemmstellen sollten unbedingt vermieden werden. Die Speicherdrossel Damit das Prinzip eines Schaltnetzteils auch funktioniert, wird auch eine gute Speicherdrossel benötigt. Leider gibt es keine fertige Speicherdrossel bei Reichelt, so dass man sich hier selber eine wickeln muss. Die Speicherdrossel sollte einen Wert von 300µH bis 350µH haben, mit ausreichender Leistung. Hierzu bieten sich folgende Ferrit-Ringe an: FT 50-43 ---> 28 Windungen (benötigt ca. 50cm Draht) ---> 300µH FT 50-77 ---> 17 Windungen (benötigt ca. 30cm Draht) ---> 330µH Auf den Ferrit-Ring wird dann einfach so viel Draht aufgewickelt wie benötigt wird. Wer sich hier selber eigene Speicherdrosseln erstellen möchte, dem kann das kleine Tool hier weiter helfen: http://www.dl5swb.de/html/mini_ringkern-rechner.htm Die Versorgungsspannung Die Lüftersteuerung kann mit einer Spannung von 10V bis 20V DC (Gleichstrom) betrieben werden. Hierzu kann das PC-Netzteil verwendet werden, es kann aber auch ein x-beliebiges Steckernetzteil mit ausreichen Leistung verwendet werden. Um eventuell auftretende PWM Störungen ab zu blocken, wurde hier auch noch eine Entstördrossel mit eingebaut. Die verwendete Entstördrossel ist für 6A ausgelegt, daher liegt die maximale Leistungsabgabe der Schaltung auch bei 6A (72W). HINWEIS Eine Verpolung der Schaltung ist unbedingt zu vermeiden, da die Schaltung keinen Verpolungsschutz besitzt. Die Anschlüsse Die voll bestückte Platine bietet folgende Anschlüsse. * Relais Anschluss: Es ist bereits eine Freilaufdiode vorhanden. Ein 12V Relais kann direkt angeschlossen werden. * Füllstandssensor: 3-Poliger Anschluss, beide Außenseiten Masse, der Mittelanschluss ist das Messsignal. Der Messsensor muss Abgeschirmt werden um Fremdeinfluss zu vermeiden. * Durchflussmesser: Gleiche Beschaltung wie ein PC Lüfter, Versorgungsspannung 5V. * RS232 COM-Port: Der hier vorliegende TTL-Pegel muss mittels eines Adapters (z.B. RS232 zu USB Adapter) an den PC angepasst werden. * I2C-Bus: Hier wird der Temperaturfühler DS1621 angeschlossen. * SPI: Die Schnittstelle wird benötigt um die Firmware in den ATmega8 zu laden. Im späteren betrieb wird hierüber das Tachosignal von Lüfter4 bis Lüfter6 erfasst. * LED: Hier können drei blaue, in reihe geschaltete, LEDs angeschlossen werden. Werden andere LEDs angeschlossen, dann ist der Vorwiderstand entsprechend zu ändern. USB Anbindung Die USB Anbindung kann mit jeden „RS232 zu USB Adapter“ vorgenommen werden. Den Unterlegen liegt aber auch eine kleine USB-Platine bei. In der Übersicht sollte die gesamte Verdrahtung in etwa so aussehen. (Das Netzteil kann hier natürlich auch ein PC-Netzteil sein.) Adapter-Platine für Lüfter4 bis Lüfter9 Oben links ist der Anschluss für Lüfter4 und oben rechts für Lüfter6. Unten links ist der Anschluss für Lüfter7 und unten rechts für Lüfter9. HINWEIS Über die Steckverbindung kann maximal 1A (12W bei 12V) Strom fließen. Sollten die Lüfter mehr als 12W verbrauchen, dann müssen die Steckverbinder gegen feste Drähte ausgetauscht werden (betrifft nur die Stromversorgung). Aufspielen der Firmware Damit die Hardware auch arbeiten kann, benötigt sie auch eine Firmware. Hierzu muss die Datei „Main.hex“ in den ATmega8 übertragen werden. Für die Übertragung benötigt man einen AVR-SPI-Programmer und eine Übertragungssoftware. Hierfür kann jede x-beliebige AVR Technik verwendet werden, ich benutze aber folgende: Programmer: http://www.pcfilter.de/AVR-Ecke/Page12.html Software: http://www.pcfilter.de/AVR-Ecke/Page5.html Ist die Software komplett installiert und der Programmer funktionsbereit, dann wird die Lüftersteuerung mit dem Programmer verbunden und an die Stromversorgung angeschlossen. Anschließend wird getestet ob der ATmega8 auch funktioniert, in dem ein Verbindungstest durchgeführt wird. War der Verbindungstest erfolgreich, dann können am ATmega8 die ersten Veränderungen vorgenommen werden. Der ATmega8 soll nun mit einem externen 16MHz Quarz arbeiten und das wird über die FUSE-Bits eingestellt. Um hier Fehleinstellungen zu vermeiden habe ich die Datei „FUSE-Bits_ATmega8.txt“ den Unterlagen beigelegt. Diese Datei wird nun einfach bei „Sicherungskopie laden“ eingefügt und anschließend werden die „High-Bits“ und „Low-Bits“ gesetzt. Nach dem setzen sollten die FUSE-Bits auch noch einmal eingelesen werden, um sicher zu stellen das die Änderung auch erfolgreich durchgeführt wurde. Nach dem einlesen müssen folgende FUSE-Werte angezeigt werden: High-Fuse = 0xD1 Low-Fuse = 0x2E Werden diese Werte nun angezeigt, dann wurden die FUSE-Bits erfolgreich geändert. Der ATmega8 arbeitet nun mit einem 16MHz externen Quarz. Nach dem setzen der FUSE-Bits wird dann die Datei „Main.hex“ zum AVR übertragen. Wurde die Firmware korrekt übertragen, dann nimmt die Lüftersteuerung ihre Arbeit auf. Die Lüfter drehen nun kurz mit voller Leistung (5 Sekunden lang) und danach sinkt die Drehzahl auf ein Minimum ab. Damit ist die Übertragung der Firmware abgeschlossen und der Programmer kann wieder entfernt werden. Der Temperaturfühler Als Temperaturfühler wird ein DS1621 im SMD Format verwendet, der auf eine kleine Platine aufgelötet wird. Anschließen muss der DS1621 Wasserdicht vergossen werden (z.B. mit zwei Komponenten Kleber) und dann wird er mit in den Wasserkreislauf eingebunden. Damit ist es nun möglich die Wassertemperatur auf 0,1°C genau zu messen. Wer eine geringere Auflösung benötigt, der kann z.B. auch einen LM75 Temperaturfühler verwenden. Allerdings muss die Firmware dann angepasst werden, da der LM75 hier nicht unterstützt wird. Der Füllstandssensor Die Füllstandsmessung funktioniert nach dem Prinzip der kapazitiven Messung. Hierzu werden zwei Elektroden (Draht bzw. Metallflächen) benötigt. Zwischen den beiden Elektroden wird ein elektrisches Feld erzeugt und dessen Kapazität gemessen. Da Luft einen anderen Leitwert hat als Wasser, kann man so eine Änderung des elektrischen Feldes zwischen den beiden Elektroden erzielen. Wichtig ist hierbei, dass die Elektroden isoliert sind, so dass das Wasser nicht mit dem blanken Draht in Berührung kommt. Am einfachsten ist es sicherlich zwei isolierte Drähte in das Wasser zu hängen, aber dabei ist die Elektrodenoberfläche sehr klein und damit ändert sich der Messwert auch nur sehr gering. Ich habe hier einfach zwei kleine Leiterplatten als Elektroden verwendet, mit der Kupferseite nach außen (damit ist das Leiterplattenmaterial an sich der Isolator). Die Elektroden reagieren sehr empfindlich auf äußere Einflüsse, wie z.B. Berührung und Luftfeuchtigkeit. Daher empfiehlt es sich die Elektroden ab zu schirmen, damit so wenig wie möglich äußere Einflüsse den Messvorgang stören können. Aus einfachen Blechdosen läst sich hier eine ausreichende Abschirmung aufbauen (siehe Bild3). Info Mit diesen Elektroden erreiche ich eine Wertänderung von 1000 bei 2cm Wasserunterschied. Oder anders herum, zwischen MIN und MAX Füllstand (2cm Unterschied) liegen 1000 Zahlenwerte. Je nach Luftfeuchtigkeit kommt es zu Schwankungen von bis zu 50 Zahlenwerten. Damit liegt die Fehlerrate bei ca. 5%, was immer noch eine zuverlässige Füllstandsanzeige gewährleistet. Die Software Die Lüftersteuerung wird über die Software konfiguriert. Dazu muss der RS232 Anschluss der Lüftersteuerung mit dem PC verbunden werden (z.B. über einen USB Adapter). Nach der Konfiguration kann die Datenverbindung wieder getrennt werden, wenn keine Anzeige der aktuellen Messdaten gewünscht wird. Ist die Lüftersteuerung vollständig konfiguriert, dann sollte die Software in etwa so aussehen: Programm Einstellungen Hier wird der COM-Port engestellt, mit dem die Lüftersteuerung verbunden ist. Darüber hinaus werden hier noch Programmparameter eingestellt, die beim Programmstart ausgeführt werden. * RS232-Port Nach der Installation der Treiber vom „RS232 zu USB Adapter“, wird in der Systemsteuerung ein Neuer COM-Port angezeigt. Dieser COM-Port wird hier eingetragen. Klickt man bei der Software nun auf den Button „verbinden“, dann wird eine Verbindung zu diesem COM-Port aufgebaut. Die Software sendet nun eine Daten Anforderung an die Lüftersteuerung. Wird die Lüftersteuerung erkannt, dann sendet die Lüftersteuerung Daten an die Software zurück. Hierbei wird die komplette Kommunikation zwischen Software und Hardware überwacht. Erscheit keine Fehlermeldung, dann arbeitet die Lüftersteuerung korrekt und Fehlerfrei. * Autostart Wird hier ein Häkchen gesetzt, dann wird die Software zusammen mit Windows gestartet. Bei Vista und Win7 sind dafür Administratorrechte erforderlich, da ansonsten der Aufruf einfach ignoriert wird. Bei WinXP wird das Häkchen ohne Einschränkungen übernommen. Nach dem die Einstellung vorgenommen wurde, werden keine Administratorrechte mehr benötigt. Die Software kann also im normalen betrieb ohne Administratorrechte gestartet werden. * Nach Programmstart automatisch verbinden Wird hier ein Häkchen gesetzt, dann stellt sie Software automatische eine Verbindung zur Lüftersteuerung her (wenn der COM-Port stimmt). Das Windows beim starten ein wenig Zeit benötigt um vollständig hoch zu fahren, empfiehlt es sich die Verbindung zum COM-Port nicht sofort her zu stellen. Hierfür gibt es die Einstellung „mit Verzögerung verbinden“, mit der es möglich ist die Verbindung erst nach einer Zeit X her zu stellen. Wird hier z.B. eine 30 eingetragen, dann wird erst 30 Sekunden nach Softwarestart eine Verbindung zur Lüftersteuerung hergestellt. * Nach Programmstart minimieren Wird hier ein Häkchen gesetzt, dann wird die Software nach dem Programmstart minimiert. Ein Tray-Icon gibt dann Auskunft über den Zustand der Lüftersteuerung. (Bei Win7 muss das Tray-Icon separat so eingestellt werden dass es immer sichtbar ist). Folgende Icons werden hier angezeigt: Nicht verbunden – keine Messdaten vorhanden Temperatur OK Temperatur im gelben Bereich (der Bereich läst sich bei den Temperatur Einstellungen einstellen) Temperatur im roten Bereich (der Bereich läst sich bei den Temperatur Einstellungen einstellen) Darüber hinaus werden im Tray-Icon-Text die Messdaten angezeigt, wenn man die Maus über das Tray-Icon zieht. * TimeOut Warnung in Sekunden Die Software überwacht automatisch eingehende Daten. Werden hier Temperaturdaten erkannt, dann wird die TimeOut Funktion zurück gesetzt, so dass es nicht zur Fehlermeldung kommt. Werden keine Daten empfangen oder haben die empfangenen Daten keine Temperaturkennung, dann kommt es zur TimeOut Auslösung. Mit dieser Funktion wird sichergestellt dass auch immer aktuelle Messdaten eintreffen. Dieser Fehler tritt auf wenn die Lüftersteuerung hängt bzw. nicht mehr arbeitet, oder ein falscher COM-Port ausgewählt wurde. * Animation – Lüfter / Durchflussmesser / Füllstand Die Lüfter, das Durchflussmesserrad und das Füllstandswasser sind animierte Grafiken. Das heißt, so wie hier Messdaten eintreffen (bzw. eine Verbindung besteht) bewegen sich die Bilder. Werden hier die Häkchen entfernt, dann wird die Animation abgeschaltet und die Bilder bewegen sich nicht mehr. HINWEIS Die Software kann auch ohne Lüftersteuerung (Hardware) gestartet werden, so zu sagen als Demo. Hierzu muss als Parameter das Wort „Demo“ mit übergeben werden. Der Aufruf müsste dann also so aussehen: C:\Verzeichnis\Lüftersteuerung.exe Demo Mit dem Aufruf werden alle Bilder animiert (bewegt), auch wenn keine Hardware angeschlossen ist. Temperatur Einstellungen Hier läst sich der Sollwert einstellen, die Notabschaltung und die Farben der verschiedenen Temperaturbereiche. * Temperatur Sollwert Der Sollwert legt fest welche Wassertemperatur erreicht bzw. gehalten werden soll. Ist das Wasser kälter als der Sollwert, dann wird die Lüfterspannung nach unten geregelt, so dass die Lüfter mit einem Minimum an Drehzahl laufen. Ist das Wasser wärmer als der Sollwert, dann wird die Lüfterspannung erhöht bis zum Maximum (MIN und MAX Wert der Lüfterspannung werden bei der „PWM-Endstufe“ eingestellt). Die Geschwindigkeit, mit der die Lüfterspannung angehoben bzw. abgesenkt wird, wird mit dem „PID-Regler“ eingestellt. * NOT-Aus über Sollwert Die hier eingetragene Temperatur wird zu dem Sollwert dazu addiert. Beträgt der Sollwert z.B. 28,0°C und der NOT-Aus-Wert 3,0°C, dann erfolgt bei einer Überschreitung von 31.0°C ein Hauptalarm mit der Meldung „Temperatur über NOT-Aus“. Dieser Hauptalarm ist gleich zu setzen mit einem defekten Temperaturfühler (oder abgezogenen Temperaturfühler). Wird die Temperatur überwacht (zu finden und ein zu stellen unter „Überwachung“), dann wird ein akustisches Signal von der Lüftersteuerung (Dauerton) abgegeben. Darüber hinaus wird der Relais-Port geschaltet, so dass ein hier angeschlossenes Relais sofort den PC ausschalten kann. Dieser Hauptalarm arbeitet unabhängig von der Software, sprich es kommt auch zur Fehlermeldung wenn die Software nicht angeschlossen ist (wenn keine Datenverbindung zum PC besteht). Die Software bietet hier aber auch noch zusätzlich eine Fehlerbehandlung an (zu finden und ein zu stellen unter „Alarm-Meldungen“), die unabhängig von der Hardwarefehlermeldung eingestellt werden kann. So läst sich hier der PC auch sofort ausschalten (also unabhängig davon ob ein Relais verbaut wurde), eine WAV-Datei abspielen, oder ein zusätzliches Programm aufrufen. * Farbe gelb über Sollwert Hier läst sich der „gelbe Bereich“ einstellen, der anzeigt dass die Temperatur nicht mehr im „grünen Bereich“ liegt. Der „gelbe Bereich“ liegt zwischen diesen Wert und dem „roten Bereich“. Wenn der Sollwert z.B. auf 28,0°C eingestellt ist und der gelbe Wert auf 0,5°C, dann wird bei einer Temperaturüberschreitung von 28,5°C die Farbe gelb für die Anzeige und das Tray-Icon verwendet. * Farbe rot über sollwert Hier läst sich der „rote Bereich“ einstellen, der anzeigt dass die Temperatur nicht mehr im „gelben Bereich“ liegt. Der „rote Bereich“ beginnt mit diesem Wert und ist nach oben hin offen. Wenn der Sollwert z.B. auf 28,0°C eingestellt ist und der rote Wert auf 1,0°C, dann wird bei einer Temperaturüberschreitung von 29,0°C die Farbe rot für die Anzeige und das Tray-Icon verwendet. Überwachungs-Einstellungen Hier wird die Überwachung der einzelnen Komponenten aktiviert bzw. deaktiviert. Die Werte die hier eingestellt werden, werden in der Lüftersteuerung gespeichert. * Überwachung Füllstand (MIN-Wert) Wird hier ein Häkchen gesetzt, dann wird auf der Hardwareseite (Lüftersteuerung) der MINFüllstand überwacht. Wenn der aktuelle Füllstand unter den MIN-Wert fällt, dann wird ein Hauptalarm ausgelöst und der Relais-Port eingeschaltet. Die Lüftersteuerung sendet dann zum PC die Fehlermeldung „Wasser Füllstand unter MIN-Wert“. Bei den „Alarm-Meldungen“ kann nun auch die Software so eingestellt werden dass sie auf den Fehler reagieren kann. Wird hier das Häkchen entfernt, dann wird die komplette Überwachung des Füllstandes deaktiviert (auch die PC Software erkennt dann keinen Fehler mehr, im Fehlerfall). * Überwachung Durchflussmesser (Hauptalarm) Wird hier ein Häkchen gesetzt, dann wird das Tachosignal vom Durchflussmesser überwacht. So lange das Tachosignal größer Null ist, wird kein Alarm ausgelöst. Fehlt das Tachosignal (gleich Null), dann wird ein Hauptalarm ausgelöst und der Relais-Port eingeschaltet. Die Lüftersteuerung sendet dann zum PC die Fehlermeldung „kein Signal vom Durchflussmesser“. Bei den „Alarm-Meldungen“ kann nun auch die Software so eingestellt werden dass sie auf den Fehler reagieren kann. Wird hier das Häkchen entfernt, dann wird die komplette Überwachung des Durchflussmessers deaktiviert (auch die PC Software erkennt dann keinen Fehler mehr, im Fehlerfall). * Überwachung Temperatur Wird hier ein Häkchen gesetzt, dann wird der DS1621 Temperaturfühler und die Temperatur an sich überwacht. Bei fehlenden oder defekten DS6121 wird ein Hauptalarm ausgelöst und der Relais-Port eingeschaltet. Die Lüftersteuerung sendet dann die Fehlermeldung „Temperatur über NOT-Aus“ zum PC. Bei den „Alarm-Meldungen“ kann nun auch die Software so eingestellt werden dass sie auf den Fehler reagieren kann. Wird hier das Häkchen entfernt, dann wird die komplette Überwachung der Temperatur deaktiviert (auch die PC Software erkennt dann keinen Fehler mehr, im Fehlerfall). * Überwachung Tachosignal Lüfter1 bis Lüfter9 Wird hier ein Häkchen gesetzt, dann wird das Tachosignal des jeweiligen Lüfters überwacht. Fehlt das Tachosignal (gleich Null), dann wird ein Voralarm (akustisches Signal im Intervall) ausgelöst. Der Relais-Port wird hier NICHT eingeschaltet. Die Lüftersteuerung sendet dann die Fehlermeldung „Tachosignal fehlt“ zum PC. Bei den „Alarm-Meldungen“ kann nun auch die Software so eingestellt werden dass sie auf den Fehler reagieren kann. Wird hier das Häkchen entfernt, dann wird die Überwachung des Tachosignals deaktiviert (auch die PC Software erkennt dann keinen Fehler mehr, im Fehlerfall). * Überwachung Durchflussmesser (Voralarm) Wird hier ein Häkchen gesetzt, dann wird der MIN-Wert des Tachosignals vom Durchflussmessers überwacht. Wird der MIN-Wert unterschritten, dann wird ein Voralarm ausgelöst. Der Relais-Port wird hier NICHT eingeschaltet. Die Lüftersteuerung sendet dann die Fehlermeldung „MIN-Durchfluss-Wert unterschritten“ zum PC. Bei den „AlarmMeldungen“ kann nun auch die Software so eingestellt werden dass sie auf den Fehler reagieren kann. Wird hier das Häkchen entfernt, dann wird die Überwachung des Tachosignals deaktiviert (auch die PC Software erkennt dann keinen Fehler mehr, im Fehlerfall). PWM-Endstufe Einstellungen Hier wird der PWM-Wert eingestellt, mit dem das Schaltnetzteil die Lüfterspannung erzeugt. Der MIN und MAX Wert ist dabei von der Anzahl der Lüfter und vom Verbrauch der Lüfter abhängig. * PWM-MIN-Einstellungen aktivieren Wird der Button angeklickt, dann kann der MIN PWM-Wert eingestellt werden. Der MINWert ist so zu wählen, dass der/die Lüfter langsam und stabil laufen. Im Hauptfenster wird unter „Lüfterspannung“ die aktuelle Spannung angezeigt, die mit dem eingestellten PWMWert erreicht wird. Nach dem ändern des MIN-Wertes wird er mit dem Button „neuen Wert speichern“ zur Lüftersteuerung übertragen. So wie der neue Wert übertragen wurde, wird er im Hauptfenster angezeigt und die Lüfter werden mit der neu eingestellten Spannung betrieben. * PWM-MAX-Einstellungen aktivieren Wird der Button angeklickt, dann kann der MAX PWM-Wert eingestellt werden. Der MAXWert gibt hier die maximale Drehzahl vor (maximale Lüfterspannung). Im Hauptfenster wird unter „Lüfterspannung“ die aktuelle Spannung angezeigt, die mit dem eingestellten PWMWert erreicht wird. Nach dem ändern des MAX-Wertes wird er mit dem Button „neuen Wert speichern“ zur Lüftersteuerung übertragen. So wie der neue Wert übertragen wurde, wird er im Hauptfenster angezeigt und die Lüfter werden mit der neu eingestellten Spannung betrieben. Sollen die Lüfter z.B. maximal mit 9V Lüfterspannung betrieben werden, dann ist hier der PWM-Wert so zu wählen, dass eine Spannung von 9V erreicht wird. (9V ist dann gleich 100% PWM) HINWEIS So lange das PWM-Wert Einstellungsfenster offen ist, solange wird die Lüfterspannung ausschließlich nach den PWM-Werten eingestellt. Die Temperaturmessung wird hier komplett ignoriert. Eventuell auftretende Fehler werden nicht angezeigt und auch nicht gespeichert (die PWM Einstellung an sich taucht aber als Fehler auf – läst sich leider nicht vermeiden). Die Hardware Fehlererkennung (in der Lüftersteuerung selbst) funktioniert aber weiterhin. Wird hier also ein Hauptalarm ausgelöst, dann wird auch der Relais-Port geschaltet. Wenn hier ein Relais verbaut wurde, welches den PC ausschalten soll, dann währe es ratsam diese Schutzmaßnahme außer kraft zu setzen, so lange man den PWM-Wert einstellt. PID-Regler Einstellungen Der PID-Regler ist für die Geschwindigkeit der Regelung und für die Schrittweite der PWMWert Zuweisung zuständig. Hier läst sich also einstellen wie „schnell“ und wie „stark“ auf eine Temperaturänderung reagiert werden soll. Die Einstellungen hängen stark von der verwendeten Wassermenge im AGB ab und von der Leistung der verwendeten Lüfter (die den Radiator wieder abkühlen sollen). * Messzeit in Sekunden Hier wird das Messintervall eingestellt. Wird hier z.B. eine 30 eingestellt, dann wird nach 30 Sekunden die Temperatur überprüft und der PWM-Wert neu eingestellt. Je nach verwendeter Wassermenge (wirkt als Wärmespeicher) ist es erforderlich die Zeit entsprechend lang ein zu stellen, damit die Regelung sich nicht aufschwingt bzw. gleichmäßig und ruhig geregelt werden kann. Der Regler braucht auch Zeit um das Wasser wieder ab zu kühlen und darum muss auch eine Zeit X vergehen bevor eine neue Temperaturänderung gemessen werden kann. Erfolgt die erneute Messung zu schnell, dann reagiert der Regler zu „hektisch“ und dadurch wird die Lüfterspannung immer zwischen MIN- und MAX- Wert in und hier gepeitscht. Erfolgt die erneute Messung zu langsam, dann weicht die Wassertemperatur zu weit vom vorgegebenen Sollwert ab. Hier ist ein Mittelwert zu wählen, bei dem die Lüfterspannung langsam herangeführt wird und die Wassertemperatur sich nicht all zu weit vom Sollwert entfernt. * P-Anteil Hier wird der Proportional-Anteil im Regler festgelegt bzw. der Multiplikator des P-Anteils. Der P-Anteil wir immer beigemischt, wenn die Temperatur ungleich dem Sollwert ist. Berechnung: ((Temperatur – Sollwert) * 10) * P-Anteil = Beiwert PWM Zuweisung: PWM = PWM + Beiwert PWM Liegt die Temperatur z.B. bei 28,4°C und der Sollwert bei 28,0°C (und der P-Anteil bei 2), dann wird ein PWM-Wert von 8 zu den aktuellen PWM-Wert dazu addiert. Lag der PWMWert z.B. vorher bei 60, dann liegt er nach der Berechnung bei 68, was zu einer Erhöhung der Lüfterspannung führt. Maximal wird hier aber nur ein Wert von 16 beigemischt, größere Werte werden auf 16 begrenzt/zurückgesetzt. * I-Anteil Hier wird der Integral-Anteil im Regler festgelegt bzw. hier wird er nur simuliert (funktioniert besser als die Berechnung). Der I-Anteil wir immer beigemischt, wenn die Temperatur und der Sollwert gleich sind. Liegt die Temperatur z.B. bei 28,0°C und der Sollwert bei 28,0°C (und der I-Anteil bei 1), dann wird der PWM-Wert um 1 abgesenkt. Lag der PWM-Wert z.B. vorher bei 61, dann liegt er nach der Beimischung bei 60, was zur Absenkung der Lüfterspannung führt. Maximal wird hier aber nur ein Wert von 20 beigemischt, größere Werte werden auf 20 begrenzt/zurückgesetzt. *D-Anteil Hier wird der Differential-Anteil im Regler festgelegt bzw. der Multiplikator des D-Anteils. Der D-Anteil wird immer beigemischt, wenn eine Temperaturänderung von einen zum anderen Messintervall erfolgt. Berechnung: ((Neue Temperatur – Alte Temperatur) * 10) * D-Anteil = Beiwert PWM Zuweisung: PWM = PWM + Beiwert PWM Ändert sich die Temperatur von einen Messintervall zum anderen Messintervall z.B. von 28,0°C auf 28,4°C (und der D-Anteil liegt bei 3), dann wird ein PWM-Wert von 12 zu dem aktuellen PWM-Wert dazu addiert. Lag der PWM-Wert z.B. vorher bei 68, dann liegt er nach der Berechnung bei 80, was zu einer Erhöhung der Lüfterspannung führt. Maximal wird hier aber nur ein Wert von 16 beigemischt, größere Werte werden auf 16 zurückgesetzt. HINWEIS Die PWM-Wert Änderung kann durch die Begrenzung also maximal einen Beiwert von 32 annehmen. Die Beimischung erfolgt hierbei in beide Richtungen, daher kann also auch ein negativer Beiwert von -32 erreicht werden. Der PID-Regler ist mit diesen Einstellungen in der Lage den PWM-Wert sehr „stark“ zu verändern, was auch zu einer sehr starken Änderung der Lüfterspannung führt. Möchte man einen „sanften“ Regler haben, der nicht gleich immer die Lüfter auf die maximale Lüfterspannung peitscht, dann sind die Werte hier entsprechend klein ein zu stellen. Durchflussmesser Einstellungen Hier werden die Impulse vom Durchflussmesser an die Anzeige angepasst. Durch Berechnung eines „Multiplikators“ wird in der Software später die Pumpenleistung in Liter pro Stunde angezeigt. * Pumpenleistung Hier wird die Fördermenge der Pumpe eingetragen (ist im Datenblatt der jeweiligen Pumpe zu finden). * Multiplikator berechnen Wenn die Pumpenleistung eingetragen wurde und vom Durchflussmesser Impulse gesendet werden, dann wird der Button freigegeben. Der Multiplikator wird wie folgt berechnet: Pumpenleistung / aktuellen Impuls = Multiplikator. Der so ermittelte Multiplikator wird dann zur weiteren Berechnung und Anzeige herangezogen. * MIN-Durchfluss-Wert Dieser Wert wird in der Lüftersteuerung gespeichert. Es handelt sich hier also um den MINWert, der für den Voralarm vom Durchflussmesser benötigt wird. Später wird dieser MINWert mit dem Multiplikator multipliziert und angezeigt. Füllstandsmesser Einstellungen Hier wird die Füllstandsanzeige eingestellt und der MIN-Wert für den Hauptalarm (Wasser unter MIN-Wert) eingestellt. *MIN-Füllstands-Wert Der AGB wird mit Wasser befüllt, bis zu einer MIN-Wert Linie, die frei gewählt werden kann. Dass Wasser sollte „Blasenfrei“ sein, da ansonsten der Wert zu stark abweicht und zu einer ungenauen Anzeige führen kann. Hat sich das Wasser beruhigt (keine großartige Änderung des aktuellen Impulses mehr), dann wird dieser Wert mit dem Button „aktuellen Impuls übernehmen“ übernommen. Anschließend geht es mit dem MAX-Füllstands-Wert weiter. * MAX-Füllstands-Wert Anschließend wird der AGB weiter mit Wasser gefüllt, bis zu einer MAX-Wert Linie, die frei gewählt werden kann. Danach wird der Wert mit dem Button „aktuellen Impuls übernehmen“ übernommen. Zwischen MIN und MAX Wert sollte nun ein deutlicher Zahlenunterschied zu sehen sein. Mit „speichern und beenden“ werden die neuen Werte übernommen und in der Lüftersteuerung gespeichert. HINWEIS Nach ein paar Tagen sollten die Werte noch einmal überprüft werden. Weichen die Werte zu stark von den vorgaben ab, dann sollte der MIN und MAX Wert noch einmal neu eingestellt werden. Der MIN-Wert wird in der Lüftersteuerung gespeichert und zur Erkennung von Wassermangel heran gezogen. Der MAX-Wert und der Multiplikator dienen nur der Anzeige und haben keinen Einfluss auf die Fehlererkennung. Alarm Einstellungen Hier kann das Verhalten der Software auf einen bestimmten Alarm eingestellt werden. Die Alarme sind eine Erweiterung der Hardware Alarme, sprich sie werden auch nur ausgeführt wenn die Lüftersteuerung einen Alarm meldet. Wird bei den „Überwachungen“ ein Alarm abgeschaltet (also wird die Hardware nicht überwacht), dann reagiert die Software auch nicht auf den Fehler, auch wenn hier entsprechende Einstellungen vorgenommen wurden. * PC sofort ausschalten Wird hier ein Häkchen gesetzt, dann wird bei dem entsprechenden Alarm der PC sofort (also ohne Nachfrage) ausgeschaltet. Ob hierbei nicht gespeicherte Dateien noch gespeichert werden, bevor der PC aus geht, weis ich nicht. Ich würde aber mal davon ausgehen das dass nicht der Fall ist, es ist daher mit Datenverlust zu rechnen. Wenn man diese Schutzmaßnahme also nicht zwingend benötigt, dann sollte man hier auch kein Häkchen setzen. * WAV-Datei aufrufen Wird hier ein gültiger Dateiname eingetragen, dann wird bei einem auftretenden Fehler die WAV-Datei abgespielt. Die WAV-Datei wird anschließend alle 6 Sekunden wiederholt, bis der Fehler beseitigt wurde. Bleibt das Edit-Feld leer, dann wird keine WAV-Datei wiedergegeben. * Datei ausführen Wird hier ein gültiger Dateiname eingetragen, dann wird bei einem auftretenden Fehler die Datei gestartet. Da hier ein alternativer Dateistart verwendet wurde, können auch Dateien aufgerufen werden die normalerweise nicht gestartet werden können. Wird hier z.B. ein JPGBild hinterlegt, dann wird das Bild bei einem Fehler angezeigt. Die Datei wird nur einmal aufgerufen, auch wenn der Fehler mehrmals auftritt. Soll die Datei erneut aufgerufen werden, dann muss die Verbindung zur Lüftersteuerung getrennt und anschließend neu verbunden werden. Einstellung Datenaufzeichnung Hier wird eingestellt welche Messdaten aufgezeichnet werden sollen. * Dateiname Hier wird der Dateiname mit Path hinterlegt. Bei jedem Neustart der Software wird diese Datei überschrieben und neu angelegt. Existierte beim Programmstart schon eine Datei, dann wird sie umbenannt und als Backup hinterlegt (insgesamt werden zwei Backups hinterlegt). * Aufzeichnungsintervall in Sekunden Wird hier eine 20 eingetragen, dann werden alle 20 Sekunden die Messdaten aufgezeichnet. * Temperatur aufzeichnen Bei gesetzten Häkchen wird die Wassertemperatur und der Sollwert aufgezeichnet. * Tachosignal Lüfter aufzeichnen Bei gesetzten Häkchen werden die Tachosignale von Lüfter1 bis Lüfter9 aufgezeichnet. * Lüfterspannung aufzeichnen Bei gesetzten Häkchen wird die Lüfterspannung und der PWM-Wert aufgezeichnet. * Durchflussmesser aufzeichnen Bei gesetzten Häkchen werden die Impules vom Durchflussmesser und der Durchfluss (l/h) aufgezeichnet. * Wasserstand aufzeichnen Bei gesetzten Häkchen werden die Impules vom Füllstand und von der Prozent Anzeige aufgezeichnet. Datenaufzeichnung grafisch darstellen Die Daten werden im CSV-Format aufgezeichnet, sprich die Daten werden durch ein Semikolon getrennt gespeichert. So ist es z.B. mit Excel möglich die Daten grafisch dar zu stellen. Eine Aufzeichnung der Temperatur und der Lüfterspannung könnte dann so aussehen. Datenerfassung in der Datei „Messdaten.txt“ Zusätzlich zu der Datenaufzeichnung werden auch noch die aktuellen Messdaten in der Datei „Messdaten.txt“ (die sich im BIN-Verzeichnis befindet) gespeichert. Diese Datei wird immer mir den eingehenden Messdaten aktualisiert. Dadurch können andere Programme (wie z.B. LCD-Smartie) auf die aktuellen Messdaten zugreifen, um sie anderweitig zu verarbeiten. Auf diese Art und Weise kann z.B. LCD-Smartie die Daten aufnehmen und an einen LCD-Display anzeigen. Befehle & Anzeigen Hier gibt es noch ein paar Befehle & Anzeigen, die nicht unbedingt mit zu den Einstellungen gehören. Mit den Befehlen können spezielle Einstellungen der Lüftersteuerung aufgerufen werden, die nur ab und zu benötigt werden. Darüber hinaus gibt es hier auch noch einen Fehlerspeicher, wo Fehler aufgezeichnet werden, die dann auch noch nach einem Neustart der Software zur Verfügung stehen. * Einstellungsdaten neu anfordern Mit dem Button können die Einstellungs- und Konfigurationsdaten manuell neu angefordert werden. Bei jeder Verbindung werden diese Daten automatisch angefordert. Nach einer Änderung der Einstellungen kann man hier aber auch noch einmal manuell die Daten anfordern, um sicher zu stellen dass die Einstellungen auch korrekt übernommen wurden. * Fehlerspeicher anzeigen Die Fehler werden in der Datei „Fehlerspeicher.txt“ gespeichert. Die Daten/Fehler bleiben solange bestehen bis sie gelöscht werden. * letztes Sendekommando Hier kann das letzte Kommando abgefragt werden, welches zur Lüftersteuerung übertragen wurde. * Akustik/Summer EINschalten – AUSschalten Hier kann der Summer der Lüftersteuerung ein- und aus- geschaltet werden. Die Abschaltung betrifft nur den Summer, der Relais-Port wird hierdurch nicht beeinflusst. Darüber hinaus ist die Abschaltung nicht dauerhaft. Wird die Lüftersteuerung neu gestartet, dann ist der Summer auch wieder aktiviert. * Reset auslösen Mit der Reset Funktion lässt sich die Lüftersteuerung zurücksetzen bzw. neu starten. Sollte ein Fehler in der Hardware auftreten und die Lüftersteuerung nicht mehr arbeiten, dann setzt sich die Schaltung selbstständig zurück. Wird hier also keine Reset-Meldung angezeigt, dann arbeitet die Lüftersteuerung auch korrekt. * Default-Werte laden Mit der Funktion können die Original Werte der Lüftersteuerung wieder eingestellt werden. Alle angepassten Einstellungen gehen damit verloren, außer die Einstellungen der Software (die werden in der „Tool.ini“ Datei gespeichert). Das gesamte Projekt Die Lüftersteuerung ist nur ein Ausschnitt aus dem Projekt „Kühl-Box“. Wer sich für das ganze Projekt interessiert, der findet bei den Meisterkühlern dazu auch noch einen sehr detaillierten Beitrag. http://www.meisterkuehler.de/forum/vorstellung-wakue-systemen/29070-projekt-hallo1001skuehl-box.html Lizenz Die Lüftersteuerung (Software und Hardware) ist Freeware und darf für die private Nutzung uneingeschränkt eingesetzt werden. Dass Kopierrecht bleibt aber auf Seiten des Autors. Haftung Die Lüftersteuerung wurde ausführlich getestet, es kann aber leider nicht sichergestellt werden dass auch alles Fehlerfrei funktioniert. Der Autor dieser Lüftersteuerung übernimmt keinerlei Haftung für Personen oder Sachschäden, die durch die direkte oder indirekte Nutzung dieser Software oder Hardware entstehen sollten. Der Benutzer dieser Lüftersteuerung erklärt sich hiermit einverstanden die Gewährleistungsbeschränkung an zu erkennen, anderenfalls darf diese Software oder Hardware nicht verwendet werden. Die Nutzung dieser Lüftersteuerung geschieht ausdrücklich auf eigene Gefahr. Autor © 2010 Jens Gürtler Fehlermeldungen und Verbesserungsvorschläge bitte an: [email protected]