Rev8.0 tinyFanduino

 1チャンネルのサーミスタ温度計とAVR本体に内蔵の温度計で2チャンネルのファンを制御する、電圧制御方式のデジタルファンコンです。
 Rev8.0は、お手軽にファンコンを利用したい時に使えるように作ったもので、主な特徴は、

  • 8ピンのAVR ATtiny85を使用しコンパクト化
  • USB機能をソフト的に実現するV-USBを利用し、USBチップを省略
  • USBはHID(ヒューマンインターフェースデバイス)クラスを利用し、PC側はドライバのインストールが不要
  • 水冷ポンプなど大電流負荷時の発熱に耐えられるよう、MOSFETのヒートシンク設置スペースを確保
  • 極力安価かつ入手が容易な部品を使用することで、製作費を1台あたり2千円以内(基板、温度センサー込)に抑制
  • 抵抗、コンデンサなどは、リード線タイプおよび表面実装のどちらでも利用可能
  • 電子工作ファンが基板から自作できるように、PCB配線は片面(半田面)に集中化
  • PCIまたはPCIe×1スロットに固定可能

などです。
 一方、廉価かつ小型化したために、

  • ファームウェアの書込みはオンボードではできないため、別途専用の書込み器を用意する必要があり、事実上バージョンアップは不能
  • サーミスタ温度計は1本のみ接続可能で、AVRの内蔵温度センサと合わせて最大2チャンネル分しか温度測定できない
  • ATtiny85はファームウェア用メモリが8kBしかないため、温度計測などのプログラム簡易化により精度低下
  • 省スペース化のため、電源コネクタはFDD用を採用(場合によっては欠点ではないかも)

など、割り切ったところもあります。
 なお、水冷ポンプなどの大電流負荷に対応するには、MOSFETにヒートシンクを設置するとともに、コイルを47~68μH程度で電流容量が適合するものに変更する必要があります。(改造だけでなくいかなる場合も、当方では責任を負いかねます。自己責任でお使いください)

 作者の自作PC用に製作しましたが、基板単価を下げるためPCBを余分に発注し、ご希望の方にキットとして実費相当でお分けしていました。現在は在庫がありません。

動作概要

 マイクロコントローラICのAVR ATtiny85が温度を測定し、設定パラメータに従ってファン制御用パルスをPWMで出力します。このPWM信号を12Vに増幅後、平滑回路を通して直流化しファンへ供給します。出力電圧が温度によって4V程度から12Vまで変わることにより、ファンの回転を制御しています。また、ファンからの回転パルスにより回転数を計測します。
 PCとUSBで接続することにより、温度、回転数などをPCに報告し、PC側のモニタソフトFanduinaV3でモニタすることができます。(モニタしないときは、FanduinaV3を起動しておく必要はありません)AVR-Fanconの設定パラメータは温度と回転数(正確にはPWM出力のduty値)との関係を表すもので、必要に応じてFanduinaV3を使用して変更することができます。
 USB機能は、Objective Development社(http://www.obdev.at/products/vusb/index.html)のV-USBというソフトをAVR(ATtiny85)のファームウェアの一部として組み込んでいます。V-USBは、商用とフリー(GNU General Public License Version 2 (GPL)) の2つのライセンス形態があり、フリーで使用するには回路図とコードのソースリストを公開する必要があります。ということで使用に当たって当HPで公開しますが、日本語で良いかどうかは不明です。

tinyFanduinoの製作概要(リード線タイプの部品を使用)

工具類の準備
 写真のように工具類を準備します。
左上から右に、
 作業手袋(火傷防止のため)、ハンダ、
 ピンセット、ニッパ、ラジオペンチ、フラックス、
 マスキングテープ、ハンダ鏝
です。
 Rev8.0では、フラックスは不要です。
部品
左上から右に、
 電源コネクタ、USBコネクタ、ファンコネクタ、LED、PchMOSFET、3端子レギュレータ、NchMOSFET、NPNトランジスタ
中段左から右に、
 基板(73×73mm)、ポリスイッチ、抵抗12本、積層セラミックコンデンサ、ショットキーダイオード
下段中央から右に、
 ピンヘッダ、ジャンパ、AVR(ATtiny85)、ソケット、コイル、チップ電解コンデンサ
です。
JMP2の短絡

 最初にJMP2をハンダで短絡しておきます。
 使用しているAVR(ATtiny85)はピンが8本しかないので、リセットピン(1番ピン)もFan2の回転数計測用端子として使います。しかし、そうするとファーム書換は専用のツールが必要になってしまうので、Fan2の回転数計測をあきらめてリセットピンのまま使いたい時には、JMP2をオープンにしておいてください。
1.抵抗・ダイオードの取り付け
 抵抗は4種類で、
  1.5kΩの金属皮膜抵抗(水色)
  1MΩ、75Ω、1.5kΩのカーボン抵抗(ベージュ)
です。
 ショットキーダイオードには、極性がありますので、上の写真を参考にして、間違えないようにして下さい。

[抵抗のカラーコード]
 金属皮膜抵抗
  1.5kΩ(±1%):茶 緑 黒 茶 茶
 カーボン抵抗
  1.5kΩ(±5%):茶 緑 赤 金
  75Ω(±5%):紫 緑 黒 金
  1MΩ(±5%):茶 黒 緑 金
2.PchMOSFET・LED・電解コンデンサの取り付け
 PchMOSFETの2SJ681は、上のように足を直角に折り曲げて取り付けます。大きめの負荷をつなげる時は、熱を基板に逃がせるように、部品の頭を基板にハンダ付けします。
 LEDは極性があり、足の短い側がカソード(-端子)です。上の写真では左側がカソードになっています。
 電解コンデンサにも極性がありますので、写真のとおり取り付けてください。表面実装のチップ部品は取付にコツがあって、基板上の片側の端子に予めハンダを盛っておき、盛った所をハンダ鏝で加熱しながら、ピンセットで部品をつまんで押し当てていきます。
3.半導体類の取り付け
 3端子レギュレータ、NchMOSFET、NPNトランジスタは、どれも3本足で同じ形をしていますので、印刷型番を確認のうえ取り付けてください。
極性がありますので、基板のシルク印刷に合わせて間違いのないように。
4.その他部品の取り付け
 残りの部品を取り付けます。コネクタなどは基板から浮き上がらないように、取り付けてください。
(Rev7.0の作り方で解説していますので、参考にしてください)
5.AVRの取り付け
 AVR(ATtiny85:ファーム書込み済み)をソケットに取り付けます。右下が1番ピンですので間違えないように。(反対向きに取り付けて起動すると壊れますのでご注意を)
 また、JMP1はAVRの電源供給選択用のジャンパで、通常は12V側(左側)を短絡します。(AVRには3端子レギュレータで3.3Vに降圧して供給します)
6.最終確認
 電源につなぐ前に、ハンダ付けにミスがないかを十分に確認してください。特に、極性のある部品や、抵抗値の誤りは要注意です。
 ここまで、電子工作に慣れた方なら大体30分で組み立てられると思います。お疲れさまでした。
 なお、温度センサー(1本)の作り方はRev7.0のページを参考にしてください。

使用方法

(1)Rev8.0の接続
 PCの電源を完全に落とした状態で、USBケーブル、温度センサー、電源(FDD用の5V、12V 4ピンコネクタ)、ファンを接続します。
 PCを起動すると、最初の3秒ほどはファンが全速回転し、その後は温度センサーの計測温度に応じてファンを制御します。
 Rev8.0の動作情報(温度、回転数)をモニタするには、FanduinaV3を起動し、接続ダイアログFanduinoConnectから接続ポートを設定し、接続ボタンをクリックします。
 なお、Rev8.0は自律的に動作しますので、表示・設定・監視の必要がなければ、FanduinaV3を起動しておく必要はありません。
(2)制御パラメータの設定
 パラメータ書込タブで、AVR-Fanconの制御パラメータや温度計・ファン名称を設定します。
 制御パラメータの意味は以下のとおりです。
・温度が Tmin 以下では制御出力が Dmin(%) となり、Tmax 以上で Dmax になります。TminからTmaxの間ではリニアに変化します。
・Tstop はFanを停止する温度で、温度がTstopまで低下するとFanが停止し、Tmin 以上になるとFanが再起動します。(低温時Fan停止機能と呼んでいます)
・Thm# は、Fanを制御するサーミスタ(温度計)の番号(1~4)です。重複設定も可能で、例えば4つのThm#を全て1にするとサーミスタ1の温度で全てのFanを制御できます。


AVR-Fancon Rev8.0 tinyFanduino仕様

Fan接続可能数2台 (独立制御)
Fan最大電流各500mA(MOSFETを冷却し、コイルを変えることにより変更可能)
Fan制御方式可変電圧制御(4V程度~12V)
Fan停止対策起動時、スリープからの復帰時、Fan停止検出時は数秒間最大回転させてFanの始動失敗・停止を防止 (停止検出のためFanは回転数センサー付が必要)
温度センサーサーミスタ方式(無極性2ピン)×1本 10.0kΩ at 25℃、B定数 3435K(石塚電子製サーミスタ103JTを推奨)
USBLowspeedUSB×1本(USBーB端子)
電源12V FDD用4ピン (ただし、AVRは12Vをレギュレータで降圧し3.3Vで動作)
最大消費電力接続Fanの定格電流の合計+AVR分(少々)
PC内設置方法PCIスロット、PCIe×1スロットに挿入して固定など
対応OS特になし(モニタソフトFanduinaV3はWindowsXP/Vista/7/8/10に対応)
その他特徴駆動回路はPWMであるため使用素子の発熱が少ない
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