Caja de ventilador de refrigeración Raspberry Pi con indicador de temperatura de CPU: 10 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Había introducido el circuito indicador de temperatura de la CPU raspberry pi (en adelante, RPI) en el proyecto anterior.

El circuito simplemente muestra el nivel de temperatura de CPU diferente de RPI 4 de la siguiente manera.

- LED verde encendido cuando la temperatura de la CPU está dentro de 30 ~ 39 grados

- El LED amarillo indica que la temperatura aumenta en un rango de 40 a 45 grados

- El tercer LED rojo muestra que la CPU se calienta un poco al alcanzar los 46 ~ 49 grados

- Otro LED rojo parpadeará cuando la temperatura supere los 50 grados

***

Cuando la temperatura supere los 50 ° C, será necesaria cualquier ayuda para que el RPI no se estrese demasiado.

De acuerdo con la información que vi en varias páginas web que hablan sobre el nivel máximo de temperatura tolerable de RPI, las opiniones son diversas, como cuando alguien menciona que más de 60 ° C todavía está bastante bien cuando se usa un disipador de calor.

Pero mi experiencia personal dice algo diferente: el servidor de transmisión (que usa RPI con disipador de calor) se vuelve lento y finalmente actúa como un zombi cuando lo enciendo durante varias horas.

Por lo tanto, este circuito adicional y ventilador de enfriamiento se agrega para regular la temperatura de la CPU por debajo de 50 ° C para respaldar el funcionamiento estable de RPI.

***

También el circuito indicador de temperatura de la CPU introducido anteriormente (en adelante, INDICADOR) está integrado para respaldar la verificación conveniente del nivel de temperatura sin ejecutar el comando "vcgencmd measure_temp" en el terminal de la consola.

Paso 1: preparación de esquemas

En dos proyectos anteriores, mencioné el aislamiento completo de la fuente de alimentación entre el RPI y los circuitos externos.

En el caso del VENTILADOR de refrigeración, la fuente de alimentación independiente es muy importante, ya que el VENTILADOR DC 5 V (motor) es una carga relativamente pesada y bastante ruidosa durante el funcionamiento.

Por lo tanto, se enfatizan las siguientes consideraciones para diseñar este circuito.

- Los optoacopladores se utilizan para interactuar con el pin RPI GPIO para obtener la señal de activación del ventilador de enfriamiento

- No se extrae energía de RPI y se usa un cargador de teléfono de mano común para la fuente de energía de este circuito.

- El indicador LED se utiliza para informar el funcionamiento del VENTILADOR de refrigeración

- El relé de 5 V se utiliza para activar el ventilador de refrigeración de forma mecánica.

***

Este circuito interactuará con el circuito indicador de temperatura de la CPU (en adelante INDICADOR) por medio del control del programa Python.

Cuando el INDICADOR comience a parpadear (la temperatura supera los 50 ° C), este circuito del VENTILADOR de refrigeración comenzará a funcionar.

Paso 2: preparación de piezas

Al igual que otros proyectos anteriores, se utilizan componentes muy comunes para hacer un circuito de ventilador de refrigeración como se indica a continuación.

- Optoacoplador: PC817 (SHARP) x 1

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

- Relé TQ2-5V (Panasonic) 5V

- diodo 1N4148

- Resistencias (1/4 vatios): 220 ohmios x 2 (limitación de corriente), 2,2 K (conmutación de transistores) x 2

- LED x 1

- VENTILADOR DE ENFRIAMIENTO 5V 200mA

- Placa universal de más de 20 (W) por 20 (H) orificios de tamaño (puede cortar cualquier tamaño de placa universal para adaptarse al circuito)

- Alambre de estaño (consulte la publicación del proyecto "Indicador de apagado de Raspberry Pi" para obtener más detalles sobre el uso del alambre de estaño)

- Cable (cable de un solo hilo común rojo y azul)

- Cualquier cargador de mano-teléfono con entrada de 220V y salida de 5V (conector USB tipo B)

- Cabeza de alfiler (3 pines) x 2

***

La dimensión física de Cooling FAN debe ser lo suficientemente pequeña para montarse en la parte superior del RPI.

Se puede utilizar cualquier tipo de relé cuando puede funcionar a 5 V y tener más de un contacto mecánico.

Paso 3: hacer un dibujo de PCB

Como el número de componentes es pequeño, el tamaño de PCB universal requerido no es grande.

Tenga cuidado con el diseño de polaridad de los pines de TQ2-5V como se muestra en la imagen de arriba. (Contrariamente al pensamiento convencional, el diseño real más / suelo se organiza al revés)

Personalmente, tengo un problema inesperado después de soldar debido a las clavijas de polaridad del TQ2-5V ubicadas al revés (en comparación con otros productos de relé).

Paso 4: soldadura

Como el circuito en sí es bastante simple, el patrón de cableado no es muy complejo.

Estoy atornillando el soporte de montaje en forma de "L" para fijar la PCB en dirección vertical.

Como puede ver más adelante, el chasis de acrílico que monta todo tiene un tamaño un poco pequeño.

Por lo tanto, es necesario reducir la huella ya que el chasis acrílico está muy lleno de PCB y otras subpartes.

El LED está ubicado en la parte frontal para reconocer fácilmente el funcionamiento del VENTILADOR.

Paso 5: Fabricación y montaje del SOMBRERO DEL VENTILADOR de refrigeración

Supongo que la PCB universal es una pieza muy útil que se puede utilizar para diversos fines de uso.

Cooling FAN se monta en PCB universal y se monta y fija con pernos y tuercas.

Para permitir el flujo de aire, estoy haciendo un gran agujero perforando PCB.

También para conectar fácilmente los cables de puente, el área de 40 pines del GIPO se abre cortando la PCB.

Paso 6: Ensamble los PCB

Como se mencionó anteriormente, planeé consolidar dos circuitos diferentes en una sola unidad.

El circuito indicador de temperatura de la CPU fabricado anteriormente se fusiona con el nuevo circuito de ventilador de refrigeración como se muestra en la imagen de arriba.

Todo está empaquetado en un chasis de acrílico transparente y de tamaño pequeño (15 cm de ancho x 10 cm de profundidad).

Aunque aproximadamente la mitad del espacio del chasis está vacío y disponible, más adelante se alojarán componentes adicionales en el espacio restante.

Paso 7: cableado de RPI con circuitos

Dos circuitos están interconectados con RPI de forma aislada mediante optoacopladores.

Además, no se extrae energía de RPI ya que el cargador externo de teléfono de mano suministra energía a los circuitos.

Más adelante sabrá que este tipo de esquema de interfaz aislada es bastante rentable cuando más adelante se integran componentes adicionales al chasis acrílico.

Paso 8: El programa Python controla todos los circuitos

Solo se requiere una pequeña adición de código del código fuente del circuito indicador de temperatura de la CPU.

Cuando la temperatura supera los 50 ° C, se inician veinte (20) iteraciones para encender el VENTILADOR durante 10 segundos y apagarlo durante 3 segundos.

Como el motor pequeño de FAN requiere un máximo de 200 mA de corriente durante el funcionamiento, el tipo de método de activación del motor PWM (Modulación de ancho de pulso) se utiliza para cargar menos el cargador de teléfono de mano.

El código fuente modificado es el siguiente.

***

# - * - codificación: utf-8 - * -

##

importar subproceso, señal, sys

importar tiempo, re

importar RPi. GPIO como g

##

A = 12

B = 16

VENTILADOR = 25

##

g.setmode (g. BCM)

g.configuración (A, g. OUT)

g.configuración (B, g. OUT)

g.setup (VENTILADOR, g. OUT)

##

def manejador_de_señal (sig, marco):

print ('¡Presionaste Ctrl + C!')

g. salida (A, falso)

g. salida (B, falso)

g. salida (FAN, falso)

f.close ()

sys.exit (0)

signal.signal (signal. SIGINT, signal_handler)

##

mientras que es cierto:

f = open ('/ home / pi / Mi_proyecto / CPU_temperature_log.txt', 'a +')

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

temp_str = temp_str.decode (codificación = 'UTF-8', errores = 'estricto')

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

# extrayendo la temperatura actual de la CPU

##

current_temp = float (CPU_temp [0])

si current_temp> 30 y current_temp <40:

# temperatura baja A = 0, B = 0

g. salida (A, falso)

g. salida (B, falso)

hora de dormir (5)

elif current_temp> = 40 y current_temp <45:

# temperatura medio A = 1, B = 0

g. salida (A, verdadero)

g. salida (B, falso)

hora de dormir (5)

elif current_temp> = 45 y current_temp <50:

# temperatura alta A = 0, B = 1

g. salida (A, falso)

g. salida (B, verdadero)

hora de dormir (5)

elif current_temp> = 50:

# Se requiere enfriamiento de CPU alto A = 1, B = 1

g. salida (A, verdadero)

g. salida (B, verdadero)

para i en el rango (1, 20):

g. salida (FAN, verdadero)

hora de dormir (10)

g. salida (FAN, falso)

hora de dormir (3)

tiempo_actual = tiempo.tiempo ()

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

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

f.close ()

##

Como la lógica de operación de este código de Python es casi similar a la del circuito indicador de temperatura de la CPU, no repetiré los detalles aquí.

Paso 9: Operación del circuito del VENTILADOR

Al mirar el gráfico, la temperatura supera los 50 ° C sin circuito de VENTILADOR.

Parece que la temperatura promedio de la CPU es de alrededor de 40 ~ 47 ° C mientras el RPI está funcionando.

Si se aplica una carga pesada del sistema, como reproducir Youtube en el navegador web, generalmente la temperatura aumenta rápidamente hasta 60 ° C.

Pero con el circuito de VENTILADOR, la temperatura disminuirá menos de 50 ° C en 5 segundos mediante la operación del VENTILADOR de enfriamiento.

Como resultado, puede activar el RPI durante todo el día y realizar cualquier trabajo que desee sin preocuparse por el sobrecalentamiento.

Paso 10: mayor desarrollo

Como puede ver, la mitad del chasis acrílico permanece vacía.

Colocaré componentes adicionales allí y extenderé este bloque básico de la caja RPI en algo más útil.

Por supuesto, más adición también significa un poco de complejidad creciente.

De todos modos, estoy integrando dos circuitos en una sola caja en este proyecto.

Gracias por leer esta historia.