17. 07.2018

Блог Дмитрия Вассиярова.

Реобас – залог тихой работы компьютера

Приветствую дорогих читателей моего сайта. Я готов вас порадовать рассказом об одном очень полезном устройстве. Оно сможет обеспечить вас дополнительным комфортом в процессе работы на персональном компьютере. Такую возможность предоставляет реобас, или говоря более понятным языком контроллер-регулятор работы вентиляторов системного блока.

Скажу честно, в сети я не нашел точного объяснения термину «реобас». Но у меня есть предположение, что это как-то связано с «реостатом». Это такой прибор, регулирующий напряжение за счет изменения сопротивления. Что-то общее между ними все-таки есть.

Но есть еще версия:

«Rheobase» это биологический термин, означающий минимальный ток при котором сокращается мышца.

И это объяснение близко по смыслу, поскольку и нам нужно так уменьшить ток, подаваемый на кулер, чтобы тот еще мог вращаться.

Последствия наращивания мощности

Но перейдем к делу, для чего все-таки нужен этот реобас? Я думаю ни для кого не секрет, что имеет место тенденция к постоянному росту мощностей персональных компьютеров. Увеличивается производительность процессора и видеокарты, расширяется объем основной и оперативной памяти.

Усугубляют ситуацию новые компьютерные игры с 4K разрешением. А так же ресурсоемкие программы для видеомонтажа и создания 3D анимации. Ради их стабильной работы без подтормаживаний владельцы ПК вынуждены делать кардинальный апгрейд своих машин, зачастую сопровождающийся разгоном процессора. Как вы понимаете, все это порождает цепочку взаимосвязанных процессов:

• Содержимое системника потребляет намного больше энергии;
• Затраченные киловатты трансформируются в тепло, выделяемое микросхемами и другими деталями;
• Для исключения перегрева устанавливаются дополнительные и более мощные вентиляторы, общее количество которых в корпусе ПК может достигать 8-10 штук;
• Какими бы тихоходными современные кулеры не были, их совместная работа «в оркестре» создает не только мощный поток воздуха, но и достаточно громкий и весьма неприятный шумовой фон. Который, в некоторых случаях, может вызывать головные боли.

Я думаю, конечная проблема обрисована ярко. И многие из вас уже наверняка задумывались о том, как сделать вентиляционное охлаждение более тихим. Тем более, что такая теоретическая возможность существует: компьютер ведь не всегда работает на своей максимальной мощности.

Вот это правильно, и умные люди об этом тоже уже подумали и создали устройство реобас. Оно отлично справляется с регулировкой оборотов кулеров в зависимости от загруженности системы.

Какие бывают реобасы?

Принцип работы контроллера вентиляторов прост и понятен каждому: регулировка скорости вращения за счет изменения параметров тока, подаваемого на электродвигатель кулера. Вроде бы все ясно. Но на деле реобасы отличаются конструкцией и техническими решениями, позволяющими по-разному реализовать основную функцию.

Давайте посмотрим, из чего состоит простой ручной реобас. Во-первых, это кабель для соединения с блоком питания и отдельные провода (контролеры) подключаемые для питания и контроля вентиляторов или их групп. Наибольшее распространение получили четырёхканальные приборы. В них выделяют три основных линии на БП, процессор, видеокарту и один, на усмотрение пользователя.

На каждом канале устанавливается регулятор, поворотом которого вручную можно установить нужную частоту вращения лопастей. Контролируется этот процесс небольшим ЖК дисплеем, располагаемым вместе с ручками регулировки на панели. Девайс устанавливается в 5,25 дюймовый отсек на фронтальной части системного блока. Главным в такой схеме является программируемы чип со специальной программным управлением.

Но, как вы понимаете, от ручной регулировки толку немного. А в случае с охлаждением процессора такой способ может и навредить. Поэтому я сразу предлагаю рассмотреть конструкцию реобаса, который способен с максимальной эффективностью управлять шумом и энергопотреблением вентиляторов в полностью автоматическом режиме. Главные ее отличия – это наличие отдельных термодатчиков на каждый канал и более сложный алгоритм работы.

Как работает авторегулирование?

После включения компа такая система сначала раскручивает кулеры по максимуму, фиксирует эти значения частоты вращения и принимает их за 100%. Далее обороты по каждому каналу искусственно снижаются. И уже потом автоматически регулируются в зависимости от загруженности и нагрева отдельных модулей.

При этом пользователь компа может и самостоятельно устанавливать и регулировать обороты вращения для отдельных вентиляторов. Для более удобной работы с реобасом на их панели устанавливается информативный дисплей, который в некоторых случаях делается сенсорным и цветным. С его помощью можно в удобном виде получать текущие сведения:

• какова частота вращения кулеров;
• температура в зоне их размещения;
• потребляемая мощность подключенных кулеров;

Так же на дисплей выводится информация о неисправностях. В некоторых моделях реобасов имеется возможность работать со специальным ПО, которая упрощает процесс управления вентиляторами.

Технология регулирования оборотов

Кстати, о регулировке частоты оборотов. Не все двигатели способны изменять ее вследствие уменьшения или увеличения напряжения. Да и сама эта технология несовершенна, ведь при минимальных значениях U, созданного вращающего момента может оказаться недостаточно, чтобы провернуть вентилятор с грязными лопастями или с загустевшей смазкой.

Поэтому в хороших реобасах с автоматической регулировкой используют широтно-импульсную модуляцию тока.

При этом напряжение остается постоянным – 12 В. Но подается оно на вентилятор с паузами и разной периодичностью.

Это отлично видно на рисунке:

Такая схема питания более сложна в реализации и выполняется с помощью оцифровки сигнала. Поэтому иногда можно встретить 128 уровней настройки частоты вращения. Но зато она позволяет устанавливать не только точные, но и самые минимальные значения, да хоть 1 оборот в минуту.

Определить, поддерживается ли она в реобасе, можно по разъемам для подключения вентиляторов. Если они 2-3-х пиновые – это не то. А вот 4-х проводов как раз достаточно, чтобы подать напряжение, мониторить обороты и управлять ими. Не забывайте и о том, что в автоматических приборах в наличии должны еще быть и кабели с датчиками для мониторинга температур.

Эпилог

И еще небольшой бонус. В дорогих автоматических моделях с большим цветным сенсорным экраном на всю ширину блока ничего «лишнего» вы не найдете. А вот в некоторых простых реобасах с ручками и кнопочками на панели остается немного места. И производители стараются добавить функционала, разместив на ней еще USB порты, SD гнезда или другие приятные плюшки в виде подсветки.

Теперь вы знаете, что такое реобас. И как с его помощью можно заставить компьютер вести себя потише. На этом мой обзор хитрого и полезного устройства окончен.

Всем добра и до новых встреч на страницах моего сайта.

Идея немножко "утихомирить" компьютер появилась давно и вот результат.
Регулятор (в простонародье – реобас илиRheo Bus ) предназначен для снижения оборотов компьютерных вентиляторов путем снижения питающего напряжения. При снижении напряжения уменьшается потребляемый ток, в результате чего снижается частота оборотов.

К регулятору можно подключить вентиляторы с двух и трех пиновыми разъемами без какой либо переделки. Имеется возможность регулировки минимального уровня напряжения, подаваемого на вентилятор. Так же имеется возможность изменения режима индикации работы каждого канала реобаса с помощью перемычек.

Схема реобаса проще некуда:

Переменным резистором R1 производится регулировка напряжения, подаваемого на вентилятор. Подстроечным резистором R2 устанавливается минимальное значение напряжения. При установке перемычки в положение 1-2 светодиод VD1 будет мигать с частотой равной удвоенной частоте вращения вентилятора, в положении 2-3 будет гореть постоянно. Если перемычку не ставить светодиод гореть не будет. Конденсатор C1 позволяет гарантированно провести запуск вентилятора при пониженном напряжении питания.

Транзистор можно использовать любой p-n-p с током коллектора от 1 ампера. При использовании вентиляторов до 80 мм включительно подойдут КТ814, КТ816, BD140. При использовании более крупных вентиляторов, или при подключении нескольких вентиляторов на один канал, лучше поставить транзистор помощнее, например КТ837, КТ835, КТ818 и др. Светодиод можно поставить любой - какой нравится, с пересчетом R4 (я использовал резистор номиналом 100 Ом, так как светодиод работает в импульсном режиме, при постоянном свечении его сопротивление желательно увеличить).

В собранном устройстве в виду простоты схемы настраивать нечего, кроме как установить резистором R2 минимальное напряжение для вентилятора. Так же необходимо перемычкой установить требуемый режим светодиода.

Разъемы под вентиляторы можно установить как прямые так и угловые, подстроечные резисторы вертикальные или горизонтальные типа СП3-38А(Б), кроме крайнего правого канала.

Фотографии собранного устройства:

Ввиду простоты схемы имеются некоторые недостатки:

Регулировка производится вручную (это скорее особенность);
- при остановке вентилятора светодиод может остаться как в светящемся состоянии, так и нет.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
VT1	Биполярный транзистор	КТ837А	1	КТ814, КТ816, BD140		В блокнот
С1	Электролитический конденсатор	100 мкФ 25 В	1			В блокнот
R1	Переменный резистор	4.7 кОм	1			В блокнот
R2	Подстроечный резистор	2.2 кОм	1			В блокнот
R3	Резистор	10 кОм	1			В блокнот
R4	Резистор	100 Ом	1			В блокнот
ХТ	Разъем		1

Как сделать и подключить реобас для компьютера? Необходимые детали, схемы с описаниями, пошаговая инструкция и дополнительные рекомендации по сборке, проверка реобаса для ПК и идеи монтажа. Видео.

Статья посвящается тем, кому надоело угадывать в каком положении находится ручка реобаса, да и вообще всем, у кого в корпусе безжалостно бушуют многочисленные вентиляторы. Девайс будем делать на четыре канала, кому надо можно сделать и больше, но мы остановились на этом количестве по нескольким причинам: во-первых, нам больше не надо, а во-вторых, в заглушку больше не влезает.

По сложности сразу отметим - нелегко. Для изготовления этого девайса вам понадобится немалый опыт работы с паяльником.

Вся конструкция основана на двух схемах: транзисторная схема для реобаса и индикатор загрузки винчестера. Вторую мы немного доработаем. Начнём с того, что нам для этого понадобится, а понадобится нам не мало.

Необходимые детали для сборки реобаса своими руками

Транзисторная схема: 4 шт.

• Транзисторы КТ819Г
• Реостаты 10 кОм на два канала
• Радиаторы

Индикатор загрузки винчестера: 4 шт

• Печатная плата
• Микросхема LM3914
• Резисторы: 10 кОм, 3кОм, 470 Ом, 330 Ом
• Светодиоды 10шт
• Шлейф

Дополнительно:

• Резистор постоянный 750 Ом - 4 шт.
• Трёхпозиционные выключатели - 4 шт.
• Вентиляторы (тахометры нам не нужны) - 4 шт.
• Корпус от CD-ROM - 1 шт.
• Провода
• Пружинные клеммы на 4 контакта - 2 шт.
• Разъём MOLEX типа папа - 1 шт.
• Заглушка от корпуса - 1 шт.
• Ручки для реостатов - 4 шт.

Инструмент:

• Паяльник и паяльные принадлежности.
• Дрель с набором разных свёрл.
• Кусачки.
• Ну и конечно прямые руки.

Обратите внимание на то, что в схеме Индикатор загрузки винчестера нам не понадобится оптопара 4N25 и конденсатор. Также учтите, что нужны двухканальные реостаты и выключатели.

Сборка реобаса для компьютера - схемы и их описание

Начать нужно с разметки заглушки. Дело это нелёгкое. Оптимальное расположение вы можете увидеть ниже.

Хотелось сделать это немного по-другому, но заглушка не позволяет. Собираем транзисторную схему по следующему рисунку:

Два контакта нам не понадобятся, поэтому их можно откусить кусачками. После всех операций у нас должна остаться одна свободная пара контактов. К ним мы ещё вернёмся. Оставим не на долго то, что уже спаяли и займёмся платой индикатора загрузки винчестера.

• Читайте про в компьютере

Нужно сделать 4 печатных платы по следующим схемам:

Коротко о процессе изготовления печатной платы:

1. Вырезаем из фольгированного текстолита кусок нужного размера, маркером для дисков рисуем дорожки.
2. В стеклянную банку насыпаем хлорное железо (FeCl3), разбавляем водой (H2O) и бросаем туда плату.
3. Периодически помешиваем и ждём пока вытравится.
4. После травки вытираем спиртом дорожки на плате, сверлим сверлом 0,8–1 мм. Можно использовать макетную плату, но в ней проще будет запутался. Далее напаиваем детали.

Теперь нужно соединить две схемы по следующему рисунку.

Помните ту пару контактов, которую мы оставили? Используем её.

На средний контакт подаём +12 вольт. А выход через 750 Ом резистор ведём и паяем к месту, которое обведено в кружок, то есть на +, где должен стоять конденсатор. Смотрите не перепутайте, а то будет вам Fatal Error.

• Читайте также, как провести

Далее берём в руки трёхпозиционные двухканальные выключатели. Зачем они нам нужны именно трёхпозиционные? Чтоб можно было переключать по этой схеме: 12v/Reg/off.

Вот схема всего устройства:

Таких схем делаем 4 штуки.

1. Берём корпус от CD-ROM, запихиваем туда всё это.
2. В задней стенке сверлим (если надо) отверстия и выводим молекс типа папа и пружинные клеммы наружу.
3. Далее нужно подпаять провода. Землю ведём на схемы индикаторов загрузки винчестера и на все чёрные контакты пружинных клемм. +5 только на индикатор загрузки винчестера. +12 на все средние контакты выключателей. И выводим провода от схемы + на все красные контакты пружинных клемм.
4. Всё расставляем по своим местам. Подключаем MOLEX, вентиляторы.

Как подключить реобас? Проверка

1. Если на вашем блоке питания нет защиты или вы не уверены в её наличии, то воспользуйтесь тестовым (если есть), а если последнего нет, идите к другу и проверьте всё это у него.
2. Переводим выключатель в среднее положение - вентилятор не должен крутиться, ни одного светодиода не должно гореть.
3. Переводим выключатель в нижнее положение - вентилятор крутится на все 12, все светодиоды горят (светятся). Попробуйте покрутить ручку, ничего не должно меняться.
4. Переводим выключатель в верхнее положение - крутим ручку, вентилятор должен изменять свою скорость, количество светодиодов тоже должно меняться. В одном крайнем положении горят все светодиоды, в другом - только один.

Идеи по сборке реобаса для ПК

1. Можно спаять схему диодной матрицы и подключить к уже существующей. Тогда вместо светодиодов (а может и вместе с ними) будут загораться цифры 1,2,3….,9. Тоже круто будет.
2. Можно поставить конденсатор на 1500 мкф на схему и на 470 мкф параллельно каждому светодиоду, тогда каждый светодиод будет плавно потухать и загораться, а конденсатор на схеме будет вводить запаздывание.

Видео, как сделать реобас ZALMAN своими руками:

Давным давно, когда я сидел на дорогущем инете по трафику я загнался по моддингу. Визуально оформительская часть этого движения мне была глубоко по барабану, а вот тишины хотелось очень сильно. Наткнулся я на интересный девайс – реобас. Прочитал текстовое описание, с любопытством подгрузил картинки и жестоко обломался – перспектива крутить ручки, выставляя скорость вентиляторов, мне показалась совершенно бредовой. Ну в самом деле, что за фигня? Я же ленивый до безумия, либо выставлю на максимум, чтобы получить нормальное охлаждение и буду сидеть, слушая свист ветра и вой кулеров, либо забуду на минимуме и в итоге получу синий экран смерти из-за перегрева чего либо. Пришлось врубить родимый паяльник и начать изобретать систему управления кулерами.

Пропорциональное управление – залог тишины!
Какая задача ставится перед нашей системой управления? Да чтобы пропеллеры зря не вращались, чтобы зависимость скорости вращения была от температуры. Чем горячее девайс — тем быстрей вращается вентилятор. Логично? Логично! На том и порешим.
Заморачиваться с микроконтроллерами конечно можно, в чем то будет даже проще, но совершенно не обязательно. На мой взгляд проще сделать аналоговую систему управления — не надо будет заморачиваться с программированием на ассемблере.

Будет и дешевле, и проще в наладке и настройке, а главное любой при желании сможет расширить и надстроить систему по своему вкусу, добавив каналов и датчиков. Всё что от тебя потребуется это лишь несколько резисторов, одна микросхема и термодатчик. Ну а также прямые руки и некоторый навык пайки.

Состав:

• Чип резисторы размера 1206. Ну или просто купить в магазине – средняя цена одного резистора 30 копеек. В конце концов никто не мешает тебе чуток подправить плату, чтобы на место чип резисторов впаять обычные, с ножками, а уж их в любом старом транзисторном телевизоре навалом.
• Многооборотный переменный резистор примерно на 15кОм.
• Также потребуется чип конденсатор размера 1206 на 470нф (0.47мкФ)
• Любой электролитический кондер напряжением от 16 вольт и выше и емкостью в районе 10-100мкФ.
• Винтовые клеммники по желанию – можно просто припаять провода к плате, но я поставил клеммник, чисто по эстетическим соображениям – девайс должен выглядеть солидно.
• В качестве силового элемента, который и будет управлять питанием кулера, мы возьмем мощный MOSFET транзистор. Например IRF630 или IRF530 его иногда можно выдрать из старых блоков питания от компа. Конечно для крохотного пропеллера его мощность избыточна, но мало ли, вдруг ты захочешь туда что-нибудь помощней всунуть?
• Температуру будем щупать прецезионным датчиком LM335Z он стоит не более десяти рублей и дефицита из себя не представляет, да и заменить его при случае можно каким-нибудь терморезистором, благо он тоже не является редкостью.
• Основной деталью, на которой основано все, является микросхема представляющая из себя четыре операционных усилителя в одном корпусе – LM324N очень популярная штука. Имеет кучу аналогов (LM124N, LM224N, 1401УД2А) главное убедись, чтобы она была в DIP корпусе (такой длинный, с четырнадцатью ножками, как на рисунках).

Замечательный режим – ШИМ

Чтобы вентилятор вращался медленней достаточно снизить его напряжение. В простейших реобасах это делается посредством переменного резистора, который ставят последовательно с двигателем. В итоге, часть напряжения упадет на резисторе, а на двигатель попадет меньше как результат – снижение оборотов. Где падляна, не замечаешь? Да засада в том, что энергия выделившаяся на резисторе преобразуется не во что нибудь, а в обычное тепло. Тебе нужен обогреватель внутри компа? Явно нет! Поэтому мы пойдем более хитрым способом – применим широтно-импульсную модуляцию aka ШИМ или PWM . Страшно звучит, но не бойся, тут все просто. Представь, что двигатель это массивная телега. Ты можешь толкать его ногой непрерывно, что равносильно прямому включению. А можешь двигать пинками – это и будет ШИМ . Чем длинней по времени толчок ногой тем сильней ты разгоняешь телегу.

При ШИМ питании на двигатель идет не постоянное напряжение, а прямоугольные импульсы, словно ты включаешь и выключаешь питание, только быстро, десятки раз в секунду. Но двигатель имеет неслабую инерцию, а еще индуктивность обмоток, поэтому эти импульсы как бы суммируются между собой – интегрируются. Т.е. чем больше суммарная площадь под импульсами в единицу времени, тем большее эквивалентное напряжение идет на двигатель. Подаешь узенькие, словно иголки, импульсы – двигатель еле вращается, а если подать широкие, практически без просветов, то это равносильно прямому включению. Включать и выключать двигатель будет наш MOSFET транзистор, а формировать импульсы будет схема.

Пила + прямая = ?
Столь хитрый управляющий сигнал получается элементарно. Для этого нам надо в компаратор загнать сигнал пилообразной формы и сравнить его с каким либо постоянным напряжением. Смотри на рисунок. Допустим у нас пила идет на отрицательный выход компаратора , а постоянное напряжение на положительный. Компаратор складывает эти два сигнала, определяет какой из них больше, а потом выносит вердикт: если напряжение на отрицательном входе больше чем на положительном, то на выходе будет ноль вольт, а если положительное будет больше отрицательного, то на выходе будет напряжение питания, то есть около 12 вольт. Пила у нас идет непрерывно, она не меняет свою форму со временем, такой сигнал называется опорным.

А вот постоянное напряжение может двигаться вверх или вниз, увеличиваясь или уменьшаясь в зависимости от температуры датчика. Чем выше температура датчика, тем больше напряжение с него выходит , а значит напруга на постоянном входе становится выше и согласно этому на выходе компаратора импульсы становятся шире, заставляя вентилятор крутиться быстрее. Это будет до тех пор, пока постоянное напряжение не перекроет пилу, что вызовет включение двигателя на полные обороты. Если же температура низкая, то и напряжение на выходе датчика низкое и постоянная уйдет ниже самого нижнего зубчика пилы, что вызовет прекращение вообще каких либо импульсов и двигатель вообще остановится. Загрузил, да? ;) Ничего, мозгам полезно работать.

Температурная математика

В качестве датчика у нас используется LM335Z . По сути это термостабилитрон . Прикол стабилитрона в том, что на нем, как на ограничительном клапане, выпадает строго определенное напряжение. Ну, а у термостабилитрона это напряжение зависит от температуры. У LM335 го зависимость выглядит как 10mV * 1 градус по Kельвину . Т.е. отсчет ведется от абсолютного нуля. Ноль по Цельсию равен двести семьдесят три градуса по Кельвину. А значит, чтобы получить напряжение выходящее с датчика, скажем при плюс двадцати пяти градусах Цельсия, то нам надо к двадцати пяти прибавить двести семьдесят три и умножит полученную сумму на десять милливольт.

(25+273)*0.01 = 2,98В

При других температурах напряжение будет меняться не сильно, на те же 10 милливольт на градус . В этом заключается очередная подстава:
Напряжение с датчика меняется несильно, на какие то десятые доли вольта, а сравнивать его надо с пилой у которой высота зубьев достигает аж десяти вольт. Чтобы получить постоянную составляющую напрямую с датчика на такое напряжение нужно нагреть его до тысячи градусов — редкостная лажа. Как тогда быть?

Так как у нас температура все равно вряд ли опустится ниже двадцати пяти градусов, то все что ниже нас не интересует, а значит можно из выходного напряжения с датчика выделить лишь самую верхушку, где происходят все изменения. Как? Да просто вычесть из выходного сигнала две целых девяносто восемь сотых вольта. А оставшиеся крохи умножить на коэффициент усиления , скажем, на тридцать.

В аккурат получим порядка 10 вольт на пятидесяти градусах, и вплоть до нуля на более низких температурах. Таким образом, у нас получается своеобразное температурное “окно” от двадцати пяти до пятидесяти градусов в пределах которого работает регулятор. Ниже двадцати пяти – двигатель выключен, выше пятидесяти – включен напрямую. Ну а между этими значениями скорость вентилятора пропорциональна температуре. Ширина окна зависит от коэффициента усиления. Чем он больше, тем уже окно, т.к. предельные 10 вольт, после которых постоянная составляющая на компараторе будет выше пилы и мотор включится напрямую, наступят раньше.

Но ведь мы не используем ни микроконтроллера, ни средства компьютера, как же мы будем делать все эти вычисления? А тем же операционным усилителем. Он ведь не зря назван операционным, его изначальное назначение это математические операции. На них построены все аналоговые компьютеры — потрясающие машины, между прочим.

Чтобы вычесть одно напряжение из другого нужно подать их на разные входы операционного усилителя. Напряжение с термодатчика подаем на положительный вход , а напряжение которое надо вычесть, напряжение смещения, подаем на отрицательный . Получается вычитание одного из другого, а результат ещё и умножается на огромное число, практически на бесконечность, получился еще один компаратор.

Но нам же не нужна бесконечность, так как в этом случае наше температурное окно сужается в точку на температурной шкале и мы имеем либо стоящий, либо бешено вращающийся вентилятор, а нет ничего более раздражающего чем включающийся и выключающийся компрессор совкового холодильника. Аналог холодильника в компе нам также не нужен. Поэтому будем понижать коэффициент усиления, добавляя к нашему вычитателю обратные связи .

Суть обратной связи в том, чтобы с выхода сигнал загнать обратно на вход. Если напряжение с выхода вычитается из входного, то это отрицательная обратная связь, а если складывается, то положительная. Положительная обратная связь увеличивает коэффициент усиления, но может привести к генерации сигнала (автоматчики называют это потерей устойчивости системы). Хороший пример положительной обратной связи с потерей устойчивости это когда ты включаешь микрофон и тычешь им в динамик, обычно сразу же раздается противный вой или свист – это и есть генерация. Нам же надо уменьшить коэффициент усиления нашего операционника до разумных пределов, поэтому мы применим отрицательную связь и заведем сигнал с выхода на отрицательный вход.

Соотношение резисторов обратной связи и входа дадут нам коэффициент усиления влияющий на ширину окна регулирования. Я прикинул, что тридцати будет достаточно, ты же можешь пересчитать под свои нужды.

Пила
Осталось изготовить пилу, а точнее собрать генератор пилообразного напряжения. Состоять он будет из двух операционников. Первый за счет положительной обратной связи оказывается в генераторном режиме, выдавая прямоугольные импульсы, а второй служит интегратором, превращая эти прямоугольники в пилообразную форму.

Конденсатор в обратной связи второго операционного усилителя определяет частоту импульсов. Чем меньше емкость конденсатора, тем выше частота и наоборот. Вообще в ШИМ генерации чем больше тем лучше. Но есть один косяк, если частота попадет в слышимый диапазон (20 до 20 000 гц) то двигатель будет противно пищать на частоте ШИМ , что явно расходится с нашей концепцией бесшумного компьютера.

А из добиться из данной схемы частоты больше чем пятнадцать килогерц мне не удалось – звучало отвратительно. Пришлось пойти в другую сторону и загнать частоту в нижний диапазон, в район двадцати герц. Движок начал чуток вибрировать, но это не слышно и ощущается только пальцами.

Такс, с блоками разобрались, пора бы и на схемку поглядеть. Думаю большинство уже догадались что тут к чему. А я все равно поясню, для большей ясности. Пунктиром на схеме обозначены функциональные блоки.

Блок #1
Это генератор пилы. Резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения, чтобы подать в генератор половину питающего, в принципе они могут быть любого номинала, главное, чтобы были одинаковыми и не сильно большого сопротивления, в пределах сотни килоом. Резистор R3 на пару с конденсатором С1 определяют частоту, чем меньше их номиналы тем больше частота, но опять повторюсь, что мне не удалось вывести схему за звуковой диапазон, поэтому лучше оставь как есть. R4 и R5 это резисторы положительной обратной связи. Также они влияют на высоту пилы относительно нуля. В данном случае параметры оптимальные, но если не найдешь таких же то можно брать примерно плюс минус килоом. Главное соблюдать пропорцию между их сопротивлениями примерно 1:2. Если сильно снизить R4 то придется снизить и R5.

Блок #2
Это блок сравнения, тут происходит формирование ШИМ импульсов из пилы и постоянного напряжения.

Блок #3
Это как раз схема устраивающая вычисление температуры. Напряжение с термодатчика VD1 подается на положительный вход, а на отрицательный вход подается напряжение смещения с делителя на R7 . Вращая ручку подстроечного резистора R7 можно сдвигать окно регулирования выше или ниже по температурной шкале.

Резистор R8 может быть в пределах 5-10кОм больше нежелательно, меньше тоже – может сгореть термодатчик. Резисторы R10 и R11 должны быть равны между собой. Резисторы R9 и R12 также должны быть равны между собой. Номинал резисторов R9 и R10 может быть в принципе любым, но надо учитывать, что от их отношения зависит коэффициент усиления определяющий ширину окна регулирования. Ku = R9/R10 исходя из этого соотношения можно выбирать номиналы, главное, чтобы он был не меньше килоома. Оптимальным, на мой взгляд, является коэффициент равный 30, что обеспечивается резисторами на 1кОм и 30кОм.

Монтаж

Девайс выполнен печатным монтажом, чтобы быть как можно компактней и аккуратней. Рисунок печатной платы в виде Layout файла выложен . Сама же печатная плата выполняется на раз-два посредством .

Когда все детали будут в сборе, а плата вытравлена, то можно приступать к сборке. О том как надо правильно паять , поэтому повторяться не буду. Резисторы и конденсаторы можешь припаивать без опаски, т.к. они почти не боятся перегрева. Особую осторожность следует проявить с MOSFET транзистором.

Дело в том, что он боится статического электричества. Поэтому прежде чем его доставать из фольги, в которую тебе его должны завернуть в магазине, рекомендую снять с себя синтетическую одежду и коснуться рукой оголенной батареи или крана на кухне. Микруху можно перегреть, поэтому когда будешь паять ее, то не держи паяльник на ножках дольше пары секунд. Ну и еще, напоследок, дам совет по резисторам, а точнее по их маркировке. Видишь цифры на его спинке? Так вот это сопротивление в омах, а последняя цифра обозначает число нулей после. Например 103 это 10 и 000 то есть 10 000 Ом или 10кОм.

Апгрейд дело тонкое.
Если, например, захочешь добавить второй датчик для контроля другого вентилятора, то совершенно не обязательно городить второй генератор, достаточно добавить второй компаратор и схему вычисления, а пилу подать из одного и того же источника. Для этого, конечно, придется перерисовать рисунок печатной платы, но я не думаю, что для тебя это составит большого труда.

Итог:
Сижу, печатаю эту статью, проц не загружен. Системник, стоящий у меня почти под ухом, лениво шуршит вентиляторами в пол силы. За окном прохладно, приоткрыл форточку – компьютер вообще затаился. Автоматика, блин. Благодать! Думаю тишина стоит того, чтобы ради нее посидеть вечерок с паяльником, как считаешь? Удачи, коллега!

Реобасы уходят в прошлое? А вот и нет! Архитектура – наше все! Казалось бы, количество теплоты, которое выделяли еще совсем недавно топовые чипы, эффективнее рассеивать с помощью водяного охлаждения, но производители доказали, что дальнейшее увеличение частоты не столь эффективно, как совершенствование архитектуры. Соответственно, энергопотребление и выделение тепла уменьшились.

Шум и ШИМ

Но это была увертюра, а вообще-то я собирался рассказать про реобас. Мне воздушной системы охлаждения вполне хватает, но есть одна проблема (точнее, была) – надоедливый шум вентиляторов (особенно на процессоре). Я использую свой компьютер для разных задач, в том числе и для таких, при решении которых его ресурсы используются минимально (причем в основном по ночам, когда слышно, как капает вода в ванной у соседей). Зачем же мне в такие моменты мощная система охлаждения? А ведь она постоянно шумит… и шумит, и так все время… Вот и пришла в голову вполне логичная идея: сделать реобас своими руками. Купить приличный – дорого, да у меня в городе и негде (есть, конечно, но такое неприличное и непотребное, что лучше уж шум). И я начал поиск статей по данному поводу в Сети. Ничего гармоничного я, однако, не нашел, все что было – Совок (такой детский, пластмассовый). Везде – полностью аналоговая схема, а мне хотелось цифирь (!), так как используя всякого рода переменные резисторы, без четкой подстройки под данный вентилятор получить желаемые результаты нельзя. И пришел я к выводу, что надо все с нуля изобретать самому. Какие же передо мной встали задачи? Реобас должен быть цифровым, иметь минимум четыре ШИМ-канала с двумя программируемыми режимами, с индикацией текущего состояния ШИМ-каналов и, по возможности, на сенсорных кнопках. Во всем этом мне серьезно помогло увлечение микроконтроллерами AVR (Atmel). И что? И то! Получилось, даже больше, чем хотел в самом начале (это занятие сильно затягивает:)). Ко всему перечисленному выше добавился индикатор загрузки винчестера, а сенсорные кнопки реализованы на ура. А еще, ну это лишь мое мнение (и моих друзей), удалось достигнуть достаточно приличного внешнего вида. Но самое смешное во всем этом – цена. Она составила что-то около $7, что очень даже немного (если смотреть на готовые реобасы), плюс (в отличие от тех же готовых) возможность совершенствования прошивки.

Набиваем карманы

А теперь посмотрим, что же необходимо, чтобы сделать такой агрегат:

Для основной платы:

1. AtMega8535 в DIP-корпусе – 1 шт.
2. Транзисторы КТ815 – 4 шт.
3. Транзисторы КТ3107 – 5 шт.
4. R 300 Om (smd) – 8 шт.
5. R 1 mOm (smd) – 8 шт.
6. R 10 kOm (smd) – 5 шт.
7. R 620 Om (млт 0,125w) – 4 шт.
8. С 33 pF (smd) – 7 шт.
9. С 560 pF (smd) – 7 шт.
10. Диоды 1N4148 (кд522) – 4 шт.
11. Панелька DIP-40 – 1 шт.
12. Стабилитрон на 4.7 В – 1 шт.
13. MOLEX (я не нашел нормальный, взял и порезал переходник для флопа).
14. Радиатор от старой видеокарты или от Pentium 133 MMX (что-то в этом роде).
15. Разъем для программирования.
16. Разъемы под вентиляторы – 4 шт.

На заметку:

Если от букв «smd» кидает в жар, можно использовать млт 0.125w, припаивая их в предварительно сделанные отверстия в плате на месте «пятачков» для smd. Для конденсаторов – та же история. Хотя я расскажу ниже и о пайке smd.

R 620 – это резисторы для ограничения тока через базу транзисторов, к которым подключены вентиляторы. Я взял номинал 620 Ом, зная, что максимальные обороты при полностью открытом канале немного упадут. Это касается только мощных вентиляторов (для процессора). Если это критично, то можно взять номинал меньше, но не менее 330 Ом, желательно не более чем на один-два канала. Хотя если на транзисторы повесить просто большее охлаждение – свободно можно и на все четыре канала взять по 330 Ом. Панелька DIP-40 – не обязательна, но тогда надо припаивать сам кристалл, и тут шансы «убить» его возрастут в десятки раз.

Для дисплея:

1. 7-сегментный светодиодный индикатор с общим анодом – 4 шт.
2. Линейный светодиодный индикатор («столбик») – 1 шт.
3. 20-ти жильный шлейф (35 см) – 1 шт.
4. Гвозди (для кнопок) – 7 шт.
5. Обрезки усиков от резисторов (для перемычек).

Я по собственной глупости купил индикаторы с зеленой пленкой, которые из-за нее выглядели тускло. Попробовал содрать пленку, после чего выяснилось, что пленка была еще и рассеивателем. Поэтому мне пришлось еще вешать отдельные рассеиватели, сделанные из прозрачного пакетика. Так что я не советую тебе брать именно такие индикаторы. Да! А программатор для Algorithm Builder у тебя есть? Как?! А сам Algorithm Builder? Без него никак нельзя, поэтому качаем (абсолютно бесплатно) утилиту (около 2 Мб) с сайта разработчика: http://algrom.net/russian.html

Для программатора потребуется:

1. Разъем для COM-порта (мама) – 1 шт.
2. Диоды 1N4148 (кд522) – 3 шт.
3. R 1 kOm (млт 0,125w) – 7 шт.
4. Проводки.

Платы

Ну что, начинаем собирать «железо»? Переводим картинки на текстолит – для этого печатаем их на лазерном (!) принтере на глянцевой или просто гладкой бумаге (идеально подходит журнальная), после чего переводим аккуратным проглаживанием с помощью утюга на обезжиренный текстолит. После остывания опускаем в воду или просто под струю воды, удаляем бумагу скатыванием. Внимательно просматриваем качество дорожек (пока они только обозначены тонером). Если между «пятачками» остались тонкие линии, то их необходимо удалить (например, с помощью тонкой отвертки или просто острого предмета). Если где-нибудь дорожка частично не перевелась, ее можно дорисовать цапонлаком.

Теперь переходим к травлению: для этого берем некоторую неметаллическую емкость (лишь бы плата в нее помещалась), в которую наливаем хлорное железо (лучше еще каких-нибудь железных гвоздиков ненужных накидать) и опускаем плату. Ждем, пока стравится все лишнее, после чего моем плату в воде, мелкой наждачной бумагой удаляем тонер. Затем сверлим все необходимые отверстия в текстолите. Еще раз внимательно все проверяем – желательно «прозвонить» дорожки и «пятачки» каким-нибудь тестером.

Теперь самое интересное – пайка. Я не применяю эпитет «сложное», но дело это – достаточно ответственное. Единственная реальная сложность – припаивание шлейфа (здесь без тисков не обойтись). Один конец шлейфа припаивается целиком (к плате дисплея), а другой (к основной плате) разделяется в соответствии со схемой по назначению линий и тоже припаивается. Для шлейфа я сделал дополнительные прорези в плате – это для того, чтобы он не оторвался, если нечаянно за него дернуть.

Теперь, как обещал, об smd: на один «пятачок» наносим немного припоя, затем прикладываем smd-элемент (удобнее пинцетом), придавливаем его отверткой, аккуратно паяльником расплавляем олово под ним. Теперь smd-элемент припаян с одной стороны. Другую припаять особого труда не составит, так как одна сторона уже зафиксирована. Транзисторы КТ815 должны располагаться так, чтобы металлическая часть была повернута не к плате, а наоборот, к охлаждению. На эти транзисторы после завершения пайки это самое охлаждение и крепится. Я взял радиатор от процессора Pentium 133 MMX, отрезал от него половинку и мешающий уголок, просверлил в двух местах, нарезал резьбу и прикрутил через плату сразу на все четыре транзистора. Если резьбу нарезать нечем, то свободно может подойти и просто каленый болтик, т.к. радиатор все равно из алюминия. Можно несколько раз закрутить/выкрутить болтик, предварительно смазав его маслом. При окончательной установке охлаждения не помешает и термопаста.

На заметку:

Внимательно просмотри, не соприкасается ли радиатор с чем-нибудь, кроме транзисторов, ведь он замкнут на землю!

На заметку:

Старайся при пайке сильно не перегревать элементы – и это касается не только smd!

С припаиванием остальных элементов вопросов возникнуть не должно. Теперь очень тщательно удаляем остатки флюса, по возможности тестером проверяем припаянные резисторы, диоды и т.д. И только после всех проверок можно вставлять кристалл в кроватку. С ним надо быть очень осторожным – «убить» его просто статикой от рук нет никаких проблем! Если внимательно посмотреть на фотографию главной платы, то на ней не будет стабилитрона, я его вообще-то и не предусматривал. Но материнская плата, как оказалось, подает на светодиод индикации загрузки винчестера напряжение не 0-3 В, а 2-5 В. В связи с этим и появился стабилитрон. Но печатные платы уже исправлены и предусматривают данную доработку. Что касается «кнопок» на дисплее, они делались так: я взял маленькие гвоздики, зажал их в патрон дрели и прошлифовал сначала напильником, а затем мелкой наждачной бумагой. На этом этапе красивые гвоздики можно не припаивать, так как все равно сначала надо протестировать работоспособность всей системы. Поэтому проще припаять кусочки скрепок. Вроде все готово – можно испытывать? Нет, еще пока рано. Теперь переходим к прошиванию «Меги».

Прошивка кристалла

Весь проект написан в Algorithm Builder 5.15. Algorithm Builder – графический ассемблер, наиболее удобная, на мой взгляд, среда для разработки программ под AVR. Тебе всего лишь требуется ее бесплатно скачать, ну и сделать очень простой программатор. Схема программатора находится в описании на Algorithm Builder. Запусти программу и нажми , после чего откроется manual. На странице 35 и представлена схема. Программатор я делал вообще без платы, просто по схеме спаял все в корпусе разъема для COM-порта.

Теперь открываем проект реобаса (Reobus 8535.alp). Ты можешь делать с ним все, что душе угодно (правда, не факт, что после этого он будет работать:)), но для начала советую проверить работоспособность спаянных плат. Подключаем программатор к COM-порту и к главной плате реобаса (расположение линий для программирования есть на схеме). Реобас питается от того же блока питания, что и системный блок, поэтому подключать от программатора к реобасу сигнальные 0 В просто нет смысла. Нажимаем «Программа» – > «Запуск с кристаллом».

Если ты нажмешь на счетчик, то Algorithm Builder обратится к кристаллу и покажет количество его перепрограммирований, а если что-то не так (нет связи между компьютером и кристаллом) – выдаст сообщение: «Кристалл недоступен». Если такое сообщение появилось, а у тебя все правильно подключено и питание на реобас подано, то заходим в «Опции» – > «Опции среды» – > «Порт». Галочка «Через адаптер» не (!) должна быть установлена (она устанавливается для программирования через активный программатор). Пробуем изменять номер порта, и если даже это не помогает, то ищем и удаляем в диспетчере устройств конфликтные устройства для COM-порта (у меня это оказался ИК-порт). Приступаем к прошивке кристалла: «Программа» – > «Запуск с кристаллом».

Из операций выставляем:

1. Проверка типа кристалла.
2. Очистка кристалла.
3. Запись в память программы.
4. Запись EEPROM.
5. Запись fuse битов.

Уверенно жмем «Старт». Это все. Теперь кристалл при подаче питания начинает выполнять записанную программу.

На заметку:

Устанавливать запись fuse битов вообще-то не обязательно, так как необходимая частота для этого проекта – 1 МГц, а Mega8535, как и многие другие кристаллы Atmel, поставляется именно с такой установленной частотой внутреннего резонатора. Но если на твоем кристалле fuse биты уже записывались, то лучше их перезаписать.

На заметку:

Внимание! Если ты захочешь самостоятельно изменить установки fuse битов или блокирующих битов, будь осторожен – это может закончиться проблемами с дальнейшим перепрограммированием кристалла и его чтением!

Тестирование

Прежде чем начать тестирование, надо разобраться, как же управляется реобас. Предлагаю подключить к нему какой-нибудь вентилятор (я для удобства сделал к каждому вентилятору свой кабель-удлинитель). Те «кнопки», которые находятся внизу под индикаторами, выполняют функцию селектора каналов. Если «нажать» на одну из них, то на соответствующем индикаторе загорится точка. Пока точка горит, а горит она примерно 6 секунд после «нажатия» одной из «кнопок», правой и левой верхними «кнопками» можно менять скорость вентилятора на данном канале. Центральная верхняя «кнопка» сохраняет текущее состояние всех четырех каналов в память микроконтроллера. А если никакая точка не горит, то правая и левая верхние «кнопки» управляют переключением режимов. Градация скорости вращения идет от L (вентилятор остановлен) до H (максимальные обороты), с промежуточными положениями от 1 до 9. После включения питания первые секунды все каналы открыты на максимум (это дает вентиляторам возможность раскрутиться), после этого из памяти грузится первый режим. При переходе скорости с L на 1 для этой же цели на протяжении двух секунд канал работает на максимуме, и лишь потом переходит на 1. За счет чего же изменяется скорость вращения вентиляторов? Конечно же, реобас управляет каналами широтно-импульсной модуляцией, то есть на каком-то определенном промежутке времени лишь часть этого времени присутствует положительный сигнал. Я много раз слышал о том, что ШИМ создает такой свист, который даже перекрывает шум самих вентиляторов. Это далеко не так. Нет, определенный шум возникает, но он тише шума вентиляторов и на их фоне практически не слышен. А вообще, если ты ярый ШИМоненавистник, то можно параллельно транзисторам поставить резисторы, тогда шум должен исчезнуть (правда, для каждого вентилятора нужно подбирать свой резистор). Проводок индикатора загрузки винчестера (это который припаивается на главную плату рядом со стабилитроном) присоединяется в цепь светодиода на передней панели корпуса и материнской платы. Программа делает десять выборок, делит общий результат на два и выводит его на индикатор загрузки винчестера. Но минимальное выводимое значение – одно деление. Я пробовал в качестве минимального значения вообще ничего не выводить, но это было не очень удобно для восприятия и сильно раздражало.

Схема подключения. Ну что, все работает? Переходим дальше.

Внешний вид

Это завершающий этап. От него и зависит, насколько эффектно будет выглядеть весь проект. Для платы дисплея надо сделать лицевую панель – я смастерил ее из обычной пятидюймовой заглушки. Распечатал на принтере печатную плату дисплея (уже на обычной бумаге) и приклеил ее к заглушке. С запасом обрисовал точки под отверстия для индикаторов и пошел на балкон сверлить тонким сверлом отверстия по намеченным линиям. Также просверлил отверстия под кнопки (их диаметр зависит от толщины шлифованных гвоздиков). Затем аккуратно выломал окошки под индикаторы и обработал их напильником. Особой красоты и идеальности окошек добиваться не стоит, самое главное – проверить, проходят ли в них индикаторы. После следующего действия обитатели квартиры со мной достаточно долго не разговаривали. Речь, конечно же, о покраске:).

На заметку:

Совет: не стоит красить на балконе – как бы ты ни старался, все равно в квартире появится запах краски. Есть смысл уйти красить на улицу.

Нужен баллончик черной краски (можно самой дешевой) и что-нибудь для обезжиривания. На обезжиренную заглушку в несколько слоев наносим краску, даем немного подсохнуть и несем все обратно домой (но лучше пока еще «ароматную» заглушку отнести на тот же балкон).

Теперь понадобится тонировочная пленка. Ее можно добыть на автомобильном рынке. У меня была в гараже (вот где красить надо было) – черная 50%. Я вырезал кусочек немного больше заглушки и пошел в ванную. Полил заглушку водой (чтобы не было воздушных пузырей) и очень осторожно приложил пленку. Затем, двигаясь все время в одном направлении, разглаживанием вытеснил воду.

Пора вспоминать о гвоздиках-кнопках. Выпаиваем то, что было припаяно в качестве кнопок. Вставляем дисплей в заглушку и скрепляем обе части припаиванием гвоздиков! Главное в этом деле – не поцарапать об стол тонированную заглушку.

Платы можно покрыть цапонлаком. Далее следует установка устройства на место работы – в системный блок. Делать полноценный закрытый корпус для основной платы реобаса я не стал – это лишние проблемы при подключении/отключении вентиляторов. Я хотел через изолирующую подложку прикрепить плату к боковой стенке корзины 5.25, но уперся в результат своей скупости: взял слишком короткий шлейф (менее 20 см) для соединения плат между собой. Пришлось проложить изолирующую подложку просто на низ корзины 5.25 и здесь же закрепить плату. Изоляция сделана просто из коврика для мышки.

Теперь точно все. Можно наслаждаться тишиной… Но у меня было не все так просто, так как перед окончательной установкой реобаса внутрь системника я еще какое-то время продолжал испытывать и дорабатывать его. Недели две у меня реобас просто висел в воздухе между открученной передней панелью корпуса и, собственно, самим корпусом. Все это время к нему был подключен программатор. Испытания он достойно выдержал. Я больше всего опасался за перегрев транзисторов, но этого не произошло. Да, при большой нагрузке радиатор охлаждения транзисторов нагревается, но в разумных пределах (ему ведь надо иметь какую-то разность температур с воздухом в комнате).

Какой общий итог проделанной работы?

Во-первых, стало намного тише. Теперь, когда я сажусь за компьютер, меня больше не раздражает шум вентиляторов (зато я слышу грохот винчестера:)). Если мне надо задействовать все ресурсы на максимум (что вызывает резкое увеличение выделения тепла), для перехода к эффективному охлаждению я могу просто переключить режим на реобасе. А во-вторых, я самостоятельно сделал полноценную цифровую железку, чего и тебе желаю!