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[專案:電腦風扇控制器-1] 構想與零件選用

發佈

前言

2017年10月初,我在虎尾科大裡加入了一個我也不知道算不算社團的社團,叫做Dream Maker築夢者,不難看出和自造者有很大的關係。我加入他們並成為所謂的第二屆黃豆學習生,而成為黃豆學習生有一個重要的任務就是要在12月底前完成並發表一個專案,所以我就開始執行這個電腦風扇控制器的製作計劃。

發想

我的電腦總共裝了5個系統散熱風扇,雖然說它們其實並不會吵,但平常用電腦只是上上網、看看影片之類的,也不用這麽多風扇,感覺有點浪費電,畢竟我現在在外租屋,一度電是5塊錢,要盡量的節能省碳。所以我之前就有想要做一個風扇控制器,可以個別調整風扇的轉速和電源,而現在剛好有個機會可以讓我把它實作出來。

製作概要

我的主控一樣會使用FPGA,程式使用VHDL,畢竟這些還是我目前最熟悉的方案。控制風扇轉速的部分很簡單,就用FPGA直接輸出PWM訊號就好了,而風扇電源的部分我會使用繼電器的方式來控制,雖然我之前沒用過繼電器,的相關知識還是有的。而顯示介面我選擇用128x64的單色OLED,介面操作的方式就用最簡單的4個按鈕。而整個電路都要塞入電腦的5.25前面板的空間內,且最多可以控制6個風扇。

零件列表

名稱型號規格數量
FPGAEP2C5T144C8N TQFP-1441
FPGA配置晶片EPCS4I81
FPGA轉接板1
FPGA燒錄座10Pin 公牛座2
石英震盪器有源 48MHz1
繼電器LEG-126
穩壓晶片LM1117S-3.31
大按鈕+蓋4
Reset按鈕1
OLEDSSD1306 128x64 單色 I2C1
按鈕接地電阻1KΩ5
按鈕防彈跳電容0.1μF4
I2C提升電阻4.7KΩ2
繼電器電晶體?6
繼電器電阻1KΩ6
繼電器二級體1N40046
風扇接座4Pin 莫士接座6
總電源接座大4Pin1
OLED接座4Pin 杜邦母座1
電源去耦電容10μF7
總電源開關雙刀單擲1
PWM 風扇12V 4Pin2
穩壓電路電容??
保險絲??
電源指示LEDSMD3
LED電阻1KΩ3

FPGA部分

FPGA我選擇使用Altera Cyclone II EP2C5T144C8N TQFP-144。核心電壓(VCCINT)使用1.2V,接腳電壓(VCCIO)我使用3.3V,運作頻率為48MHz。配置晶片我使用EPCS4I8。到時候會有JTAG和AS兩種燒錄座。

這個部分我覺得比較會有問題的是電路設計的部分,因為我之前都是用現成的FPGA實驗板來做東西,第一次自己設計FPGA的完整電路,可能有很多電氣的觀念要注意。還有就是我之前也沒有用過FPGA的配置晶片,但配置晶片的可以參考的電路有很多,只要照著Data Sheet內的電路做應該就沒問題了。

▲ EPCSxx AS模式接線圖。出自原廠Data Sheet P.4-8
▲ EPCSxx AS模式接線圖。出自原廠Data Sheet P.4-8

繼電器部分

繼電器我選擇使用LEG-12,它要用12V的電壓才能驅動,所以要搭配電晶體電路才能運作,並加上一個整流二極體1N4004來保護電路免於受到繼電器線圈的反電動勢破壞。

繼電器的電路應該不會有什麼問題,可能要比較注意的是電晶體和耐壓的部分。

▲ LEG-12 繼電器電路
▲ LEG-12 繼電器電路

穩壓晶片部分

我的3.3V穩壓晶片使用LM1117S-3.3,另外還有像是AMS1117、AMC1117之類的穩壓晶片應該也差不多。1.2V的穩壓晶片我還沒選擇好。

穩壓晶片我之前也沒有用過,但照著網路上找到的電路接應該就可以了,穩壓晶片的電路都很簡單,就幾個電容而已,但可能要注意的就是電容的規格。

▲ LM1117S的固定電壓電路。出自原廠Data Sheet P.2
▲ LM1117S的固定電壓電路。出自原廠Data Sheet P.2

參考資料

這些是我在網路上找到並覺得很有參考價值的資料。如有覺得連結侵犯的您的權益請告知,謝謝。

網站 :

  1. FPGA : Altera Cyclone II 系列官方介紹
  2. FPGA電路 : Altera Cyclone II EP2C5T144 FPGA Mini Development Board – FZ0697
  3. 繼電器 : Cooper Maa : Arduino 筆記 - Lab21 用繼電器控制 12V 風扇
  4. 穩壓晶片 : 小狐狸事務所 : 關於電源穩壓 IC
  5. LM1117 : 3.3V VOLTAGE REGULATOR
  6. LM1117S : LM1117S-3.3
  7. PWM風扇 : 呂阿谷 : PC散熱風扇之研究三:PWM風扇進階研究

Data Sheet :

  1. Cyclone II : Cyclone II Device Handbook - Altera
  2. EPCS4I8 : Serial Configuration (EPCS) Devices Datasheet - Altera
  3. LM1117S : LM1117S Datasheet(PDF) - HTC Korea TAEJIN Technology Co.
  4. LEG-12 : RAYEX ELECTRONICS LEG-12
  5. SSD1306 : SSD1306
  6. 1N4004 : 1N4001 datasheet - Adafruit Industries

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