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: jensguertler@web.de