使用LM35和ATtiny13的PWM冷却风扇控制器和过温保护
适当的散热是当今电子产品的基本规则。电子元件的最佳工作温度为 25 度（标准室温）。一些商业设备中的散热没有正确完成，这会影响设备的寿命和性能。因此，嵌入一个紧凑的自动冷却风扇控制器板会很有用。此外，它还可用于保护您自己设计的电路及其功率元件，例如稳压器、mosfet、功率晶体管等。
之前，我已经介绍了一个控制冷却风扇的电路，但是，我的目的是不使用任何微控制器并使其尽可能简单。因此，该设备是风扇的简单开/关开关，具体取决于定义的温度阈值。这一次，我决定设计一个完整且更专业的电路，使用 lm35 温度传感器和 attiny13 微控制器来控制大多数标准风扇（25khz pwm）。
我使用了 smd 元件，pcb 板很紧凑。它可以控制一个或多个并联的标准3线或4线风扇，例如cpu风扇。此外，可以使用继电器保护目标设备/组件免受过热影响。还通过视觉/声音警告（闪烁的 led 和蜂鸣器）通知用户。
为了设计原理图和 pcb，我使用了 altium designer 22 和 samacsys 组件库（altium 插件）。我最初在面包板上测试了电路。我使用 siglent sdm3045x 万用表准确检查电压，并使用 siglent sds1104x-e 示波器检查 pwm 脉冲的形状、占空比和频率。
风扇控制器技术规格 电源电压：12vdc（见正文） 负载过温保护：有（60度以上） pwm频率：25khz 风扇电压：12vdc 最大负载电压/电流：250v-10a (ac/dc) 有效温度阈值：25c 至 60c 过温警告：是（闪烁的 led 和蜂鸣器） 电路分析 figure 1 shows the schematic diagram of the pwm cooling fan controller device. the heart of the circuit is an attiny13 microcontroller [1]. it reads the temperature values and decides what to do with the fan, relay, and the buzzer.
figure 1: schematic diagram of the pwm cooling fan controller device
according to the attiny13 datasheet: “the attiny13 is a low-power cmos 8-bit microcontroller based on the avr enhanced risc architecture. by executing powerful instructions in a single clock cycle, the attiny13 achieves throughputs approaching 1 mips per mhz allowing the system designer to optimize power consumption versus processing speed.”
i have configured the clock source of the ic1 for 9.6mhz, internal. it is enough for our applications without using an external clock source, such as a crystal. r1 is a pull-up resistor for the reset pin to prevent the mcu to reset unwantedly. c2 and c3 are decoupling capacitors to reduce the noise of the +5v supply.
power supply for fan controller 电源的主要元件是reg1，它是一个78l05稳压器。我为此调节器选择了 so-8 封装。p5 是一个两针公 xh 连接器，为控制板和风扇供电。电源电压 (12v) 的电流取决于连接的风扇数量，否则 +5v 电源轨的电流消耗非常低。r7和c7在输入端构建了一个低通rc滤波器，以尽可能降低输入噪声，但rc滤波器上的压降对稳压器的工作影响不大。d3 是一个 0805 绿色 led，用于显示正确的电源供应，r8 将电流限制到 d3。c5 和 c7 用于降低输出电压噪声。
警报 此部分的组件是 r5、r6、p4 和 d2。d2 是一个 0805 红色 led，当发生过热时会闪烁。r5 限制 d2 电流。p4 为 2 针 xh 公头连接器，用于连接 5v 蜂鸣器。r6 限制蜂鸣器的电流。
中继 该部分的组件是 q1、d1、r4、c4、k1 和 p3。k1 是一个 12v-10a 继电器，用于在发生过热时关闭负载。它是常闭（nc），这意味着负载是打开的。d1 保护 q1 免受继电器电感器的反向电流的影响，c4 抑制电流尖峰。q1 是一个 2n7002 [3] mosfet，用于切换继电器。r4 用于拉低 q1 的栅极引脚以避免不必要的触发。
lm35 温度传感器 p1 是一个 3 针公 xh 连接器，用于将 lm35 传感器连接到电路板。您应该使用导热胶将 lm35 安装在散热器上，并使用短线将传感器连接到电路板。c1 是一个去耦电容，用于降低噪声。
用于风扇控制器的 avr isp 编程器 isp 是一个 5 针公头，用于对板载微控制器进行编程。您可以使用任何您喜欢的编程器，例如便宜的 usbasp 编程器或类似的编程器。
12v 风扇散热 p2 是一个 3 针 xh 公头连接器，用于将风扇连接到电路板。q2 用于将 pwm 脉冲传输到风扇的控制引脚。r2 是一个 10k 的上拉电阻，可将 5v pwm 信号电平转换为 12v。r3 是一个下拉电阻器，以避免不必要地触发 q3 的栅极引脚。图 2 显示了一个典型的 intel cpu 风扇，它可能是您使用此控制器板冷却组件的选项之一。
pcb布局 图 3 显示了设计的 pcb 布局。它是一个两层 pcb 板，除了继电器和连接器外，其他组件都是 smd。最小的封装尺寸是 0805，焊接组件应该没有任何问题，尽管您可以订购它完全组装。
图 3：pwm 冷却风扇控制器电路的 pcb 布局
当我决定为这个项目设计原理图和 pcb 时，我意识到我的组件库存储中没有 q1 、q2、reg1 和 ic1 的组件库。因此，像往常一样，我选择了 ipc 级 samacsys 组件库，并使用免费的 samacsys 工具和服务安装了缺少的库（原理图符号、pcb 封装、3d 模型）。导入库有两种方法：您可以访问componentsearchengine.com并手动下载并导入库，或者您可以使用samacsys cad插件并自动将库导入/安装到设计环境中。图 4 显示了所有支持的电子设计 cad 软件. 很明显，所有著名的球员都得到支持。我使用 altium designer，所以我使用 samacsys altium 插件安装了缺少的库（图 5）。图 6 显示了 pcb 板和装配图的 3d 视图。
图 4：samacsys 插件支持的所有电子设计 cad 软件
图 5：samacsys altium 插件中的选定组件库
图 6：pcb 板的 3d 视图和两张组装图
微控制器代码 我使用 arduino ide 编写和编译微控制器的代码。我在库管理器中安装了 microcore ，以便能够为 attiny13 编译代码。你可以考虑下面的代码：
#include
// clock at 9.6mhz
#define f_cpu 9600000
const int pwmpin = 1;
analog_pin_t potpin = a3;
const unsigned char relaypin = 0, buzzerpin = 4;
unsigned int rawtemp = 0, out = 0;
unsigned char counter = 0;
void setup()
{
analogreference(internal1v1);
pinmode(pwmpin, output);
pinmode(relaypin, output);
pinmode(buzzerpin, output);
digitalwrite(relaypin, 0);
digitalwrite(buzzerpin, 0);
// phase correct pwm mode, no prescaler
// pwm on pin 1(pb1), pin 0(pb0) disabled
// 9.6mhz / 192 / 2 = 25khz
tccr0a = _bv(com0b1) | _bv(wgm00);
tccr0b = _bv(wgm02) | _bv(cs00);
// set top and initialize duty cycle to zero(0)
ocr0a = 192; // top - do not change, sets pwm pulse rate
ocr0b = 192; // duty cycle for pin 1(pb1)
}
void loop()
{
rawtemp = analogread(potpin) + rawtemp;
counter ++;
if (counter == 15) {
rawtemp = rawtemp / 15;
if (rawtemp 560)
{
emergency_off();
}
counter = 0;
rawtemp = 0;
}
_delay_ms(25);
}
void emergency_off() {
while (1) {
digitalwrite(relaypin, 1);
digitalwrite(buzzerpin, 1);
_delay_ms(250);
digitalwrite(buzzerpin, 0);
_delay_ms(250);
}
}
我已将 adc 参考电压定义为 1.1v 内部。这意味着对于 1100mv 的输入电压，adc 的最大值为 1023。lm35温度传感器25度输出电压为250mv，60度输出电压为600mv。因此，它非常适合 adc 输入范围，最高 110 度，无需任何硬件修改。
要更改阈值，您应该修改out = map(rawtemp, 232, 558, 192, 0)，例如，将温度上限阈值从 60 度增加到 70 度。
要安装 microcore，您应该在 arduino ide 的首选项部分的additional boards manager urls中插入此 url ：
https://mcudude.github.io/microcore/package_mcudude_microcore_index.json
图 7 显示了 arduino ide 的这一部分。
图 7：其他 boards manager url，arduino ide preferences 部分
然后你应该去tools菜单和boards manager并安装microcore。然后您将看到已安装的板，如图 8 所示。
图 8：安装的 microcore 库以支持 attiny13 mcu
要生成 hex 文件并对 mcu 进行编程，您应该转到sketch菜单并按export compiled binary。图 9 显示了该过程的图片。
图 9：在 arduino ide 中生成 hex 文件
然后只需将您的编程器连接到 pcb 板的 isp 接头并编程 mcu。熔丝位应设置在9.6mhz 内部时钟上，没有时钟分频。
测试 从 youtube 视频中可以清楚地看出，在设计原理图和 pcb 之前，我在面包板上测试了电路。因此，您可以确保一切正常。图 10 显示了 fan 控制器引脚的 pwm 信号。我使用 siglent sds1104x-e 示波器捕获信号。
图 10：到风扇的 25khz pwm 信号（siglent sds1104x-e）
风扇控制器物料清单 图 11 显示了该项目的材料清单和零件编号。
图 11：pwm 冷却风扇控制器电路的材料清单
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CAN总线PC适配卡设计
非智能与智能：何时为电源增加智能功能才有意义
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硬件编解码IP准备就绪，H.266时代即将到来
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之前，我已经介绍了一个控制冷却风扇的电路，但是，我的目的是不使用任何微控制器并使其尽可能简单。因此，该设备是风扇的简单开/关开关，具体取决于定义的温度阈值。这一次，我决定设计一个完整且更专业的电路，使用 lm35 温度传感器和 attiny13 微控制器来控制大多数标准风扇（25khz pwm）。
我使用了 smd 元件，pcb 板很紧凑。它可以控制一个或多个并联的标准3线或4线风扇，例如cpu风扇。此外，可以使用继电器保护目标设备/组件免受过热影响。还通过视觉/声音警告（闪烁的 led 和蜂鸣器）通知用户。
为了设计原理图和 pcb，我使用了 altium designer 22 和 samacsys 组件库（altium 插件）。我最初在面包板上测试了电路。我使用 siglent sdm3045x 万用表准确检查电压，并使用 siglent sds1104x-e 示波器检查 pwm 脉冲的形状、占空比和频率。
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figure 1: schematic diagram of the pwm cooling fan controller device
according to the attiny13 datasheet: “the attiny13 is a low-power cmos 8-bit microcontroller based on the avr enhanced risc architecture. by executing powerful instructions in a single clock cycle, the attiny13 achieves throughputs approaching 1 mips per mhz allowing the system designer to optimize power consumption versus processing speed.”
i have configured the clock source of the ic1 for 9.6mhz, internal. it is enough for our applications without using an external clock source, such as a crystal. r1 is a pull-up resistor for the reset pin to prevent the mcu to reset unwantedly. c2 and c3 are decoupling capacitors to reduce the noise of the +5v supply.
power supply for fan controller 电源的主要元件是reg1，它是一个78l05稳压器。我为此调节器选择了 so-8 封装。p5 是一个两针公 xh 连接器，为控制板和风扇供电。电源电压 (12v) 的电流取决于连接的风扇数量，否则 +5v 电源轨的电流消耗非常低。r7和c7在输入端构建了一个低通rc滤波器，以尽可能降低输入噪声，但rc滤波器上的压降对稳压器的工作影响不大。d3 是一个 0805 绿色 led，用于显示正确的电源供应，r8 将电流限制到 d3。c5 和 c7 用于降低输出电压噪声。
警报 此部分的组件是 r5、r6、p4 和 d2。d2 是一个 0805 红色 led，当发生过热时会闪烁。r5 限制 d2 电流。p4 为 2 针 xh 公头连接器，用于连接 5v 蜂鸣器。r6 限制蜂鸣器的电流。
中继 该部分的组件是 q1、d1、r4、c4、k1 和 p3。k1 是一个 12v-10a 继电器，用于在发生过热时关闭负载。它是常闭（nc），这意味着负载是打开的。d1 保护 q1 免受继电器电感器的反向电流的影响，c4 抑制电流尖峰。q1 是一个 2n7002 [3] mosfet，用于切换继电器。r4 用于拉低 q1 的栅极引脚以避免不必要的触发。
lm35 温度传感器 p1 是一个 3 针公 xh 连接器，用于将 lm35 传感器连接到电路板。您应该使用导热胶将 lm35 安装在散热器上，并使用短线将传感器连接到电路板。c1 是一个去耦电容，用于降低噪声。
用于风扇控制器的 avr isp 编程器 isp 是一个 5 针公头，用于对板载微控制器进行编程。您可以使用任何您喜欢的编程器，例如便宜的 usbasp 编程器或类似的编程器。
12v 风扇散热 p2 是一个 3 针 xh 公头连接器，用于将风扇连接到电路板。q2 用于将 pwm 脉冲传输到风扇的控制引脚。r2 是一个 10k 的上拉电阻，可将 5v pwm 信号电平转换为 12v。r3 是一个下拉电阻器，以避免不必要地触发 q3 的栅极引脚。图 2 显示了一个典型的 intel cpu 风扇，它可能是您使用此控制器板冷却组件的选项之一。
pcb布局 图 3 显示了设计的 pcb 布局。它是一个两层 pcb 板，除了继电器和连接器外，其他组件都是 smd。最小的封装尺寸是 0805，焊接组件应该没有任何问题，尽管您可以订购它完全组装。
图 3：pwm 冷却风扇控制器电路的 pcb 布局
当我决定为这个项目设计原理图和 pcb 时，我意识到我的组件库存储中没有 q1 、q2、reg1 和 ic1 的组件库。因此，像往常一样，我选择了 ipc 级 samacsys 组件库，并使用免费的 samacsys 工具和服务安装了缺少的库（原理图符号、pcb 封装、3d 模型）。导入库有两种方法：您可以访问componentsearchengine.com并手动下载并导入库，或者您可以使用samacsys cad插件并自动将库导入/安装到设计环境中。图 4 显示了所有支持的电子设计 cad 软件. 很明显，所有著名的球员都得到支持。我使用 altium designer，所以我使用 samacsys altium 插件安装了缺少的库（图 5）。图 6 显示了 pcb 板和装配图的 3d 视图。
图 4：samacsys 插件支持的所有电子设计 cad 软件
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图 6：pcb 板的 3d 视图和两张组装图
微控制器代码 我使用 arduino ide 编写和编译微控制器的代码。我在库管理器中安装了 microcore ，以便能够为 attiny13 编译代码。你可以考虑下面的代码：
#include
// clock at 9.6mhz
#define f_cpu 9600000
const int pwmpin = 1;
analog_pin_t potpin = a3;
const unsigned char relaypin = 0, buzzerpin = 4;
unsigned int rawtemp = 0, out = 0;
unsigned char counter = 0;
void setup()
{
analogreference(internal1v1);
pinmode(pwmpin, output);
pinmode(relaypin, output);
pinmode(buzzerpin, output);
digitalwrite(relaypin, 0);
digitalwrite(buzzerpin, 0);
// phase correct pwm mode, no prescaler
// pwm on pin 1(pb1), pin 0(pb0) disabled
// 9.6mhz / 192 / 2 = 25khz
tccr0a = _bv(com0b1) | _bv(wgm00);
tccr0b = _bv(wgm02) | _bv(cs00);
// set top and initialize duty cycle to zero(0)
ocr0a = 192; // top - do not change, sets pwm pulse rate
ocr0b = 192; // duty cycle for pin 1(pb1)
}
void loop()
{
rawtemp = analogread(potpin) + rawtemp;
counter ++;
if (counter == 15) {
rawtemp = rawtemp / 15;
if (rawtemp 560)
{
emergency_off();
}
counter = 0;
rawtemp = 0;
}
_delay_ms(25);
}
void emergency_off() {
while (1) {
digitalwrite(relaypin, 1);
digitalwrite(buzzerpin, 1);
_delay_ms(250);
digitalwrite(buzzerpin, 0);
_delay_ms(250);
}
}
我已将 adc 参考电压定义为 1.1v 内部。这意味着对于 1100mv 的输入电压，adc 的最大值为 1023。lm35温度传感器25度输出电压为250mv，60度输出电压为600mv。因此，它非常适合 adc 输入范围，最高 110 度，无需任何硬件修改。
要更改阈值，您应该修改out = map(rawtemp, 232, 558, 192, 0)，例如，将温度上限阈值从 60 度增加到 70 度。
要安装 microcore，您应该在 arduino ide 的首选项部分的additional boards manager urls中插入此 url ：
https://mcudude.github.io/microcore/package_mcudude_microcore_index.json
图 7 显示了 arduino ide 的这一部分。
图 7：其他 boards manager url，arduino ide preferences 部分
然后你应该去tools菜单和boards manager并安装microcore。然后您将看到已安装的板，如图 8 所示。
图 8：安装的 microcore 库以支持 attiny13 mcu
要生成 hex 文件并对 mcu 进行编程，您应该转到sketch菜单并按export compiled binary。图 9 显示了该过程的图片。
图 9：在 arduino ide 中生成 hex 文件
然后只需将您的编程器连接到 pcb 板的 isp 接头并编程 mcu。熔丝位应设置在9.6mhz 内部时钟上，没有时钟分频。
测试 从 youtube 视频中可以清楚地看出，在设计原理图和 pcb 之前，我在面包板上测试了电路。因此，您可以确保一切正常。图 10 显示了 fan 控制器引脚的 pwm 信号。我使用 siglent sds1104x-e 示波器捕获信号。
图 10：到风扇的 25khz pwm 信号（siglent sds1104x-e）
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图 11：pwm 冷却风扇控制器电路的材料清单
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