Geïntegreerde proef: DE FANCONTROLLER

Transcriptie

1 Roegist Jeroen 7 de jaar Industriële Computertechnieken Geïntegreerde proef: DE FANCONTROLLER KTA Gent Schooljaar De Lindenlei

2 Roegist Jeroen 1 1. Projectomschrijving Ik heb als onderwerp voor mijn project een fancontroller genomen. Een fancontroller is een toestel waarmee je de snelheid van je fans (koelers) die intern in je pc zitten kan regelen en eventueel tot stilstand brengen. Je kunt de snelheid van je koelers gaan monitoren, gaan bijstellen in functie van het geluid dat je op dat moment kan verdragen van je pc. Bijvoorbeeld wanneer je naar een film wil kijken kan het soms irritant zijn als je pc heel veel lawaai staat te maken. Zo kan je hem dus stiller gaan maken door de koelers zachter te gaan zetten. Ook kan je bijvoorbeeld een geautomatiseerde controller hebben die de koelers vanzelf zal bijregelen naar gelang hoe intensief het gebruik is op dat moment. Hoe intensiever je pc gebruikt wordt, hoe heter je cpu, harde schijf, moederbord en eventueel case temperatuur zal zijn. Dus zal de controller het aantal toeren van je koelers de hoogte in gaan jagen. Kijk je op een ander moment gewoon naar een film of wordt je pc niet gebruikt dan zal hij minder warmte gaan produceren waardoor de controller het aantal toeren van de koelers kan laten zakken, omdat er minder koeling nodig is. Een voorbeeld van een fancontroller waar je zelf de toerentallen kan bijregelen: En een pc waar hij zit ingebouwd:

3 Roegist Jeroen 2 2. Hardware 2.1. Blokschema Vanuit LabView ga ik via het moederbord gaan communiceren met de fans die rechtstreeks aangesloten zitten op het moederbord. Er is wel een dubbele weg van communicatie. Enerzijds zal ik vanuit de software de fans gaan regelen, het toerental dus. Ik controleer vanuit LabView het toerental en stuur dit vervolgens door naar het moederbord, en deze stuurt dan op zijn beurt de regeling door naar de fans. Waardoor we onze aanpassing in de praktijk waarnemen. Anderzijds nadat onze fan bijgeregeld is, zal dit zijn gevolgen gaan hebben voor het toerental. De fan zal dus een ander signaal gaan uitsturen naar het moederbord. En het moederbord zal dan uiteindelijk terug de waarde gaan doorgeven naar LabView zodat we de waarde op ons scherm te zien krijgen.

4 Roegist Jeroen Aansluitschema Hierboven zie je een overzicht van de belangrijkste componenten van mijn moederbord. Ik werk met een Intel Desktop Board D815EEA2, dit type heeft twee 3pins-connectoren waarmee we dus twee fans kunnen gaan aansluiten op het moederbord. Deze poorten vinden we bij de letters H en E. Op poort E wordt meestal de cpu-koeler aangesloten, maar we kunnen er ook andere koelers op gaan aansluiten. We gaan nu even de 3pins connector van naderbij gaan bekijken.

5 Roegist Jeroen Hard- & software implementatie Beschikbare interface Ik maakte gebruik van de Coolermaster Aerogate II, hij diende als voorbeeld en als ijkinstrument voor de temperatuursensor.

6 Roegist Jeroen Eigen interface Inlezen van het toerental In deze tabel zien we op welke offset we onze fan tachometer registers kunnen gaan inlezen. Dit komt neer op het feit dat we dus om het toerental te gaan inlezen in labview, we moeten gaan lezen in poort 859 en 85A van ons moederbord. Deze informatie haalde ik uit de pdf van het component LPC47M13x. Dit is de fancontroller ic die zich op mijn moederbord bevindt. Ik vond de naam van deze component met behulp van een reeds bestaand programma dat Speedfan heet. Als je dit programma opstart dan detecteert hij automatisch alle fans en temperaturen van je moederbord, ik was zo in staat om de naam van het component te bemachtigen en op te gaan zoeken. In de kolom helemaal rechts zie je address staan. Bij het component die ons toerental inlees staat er $800, dit wil zeggen dat het adres om in te lezen hexadecimaal 800 is. Zie onderstaande screenshot Regelen van het toerental Dit gebeurt hetzelfde als bij het inlezen van het toerental. Zie onderstaande screenshot voor de offset van de poorten voor beide fans. Het basisadres is hier eveneens 800 hexadecimaal omdat we nog steeds met hetzelfde component aan het werken zijn.

7 Roegist Jeroen Het alarm De toon van de beeper wordt gestuurd door een Timer IC. Namelijk door de PIT: 8254-IC. We kunnen nu op internet de datasheet van deze ic opzoeken en uitzoeken hoe we deze kunnen sturen. Wanneer we dit doen zullen we zien dat wanneer we de timer willen sturen, dat we eerst een codewoord moeten sturen en pas dan de waarde. De poorten van de IC zijn als volgt: CW 43 (hex) T0 40 T1 41 T2 42 We kunnen het codewoord (code die naar de ic moet gestuurd worden) bepalen met volgende informatie: Voorbeeld: Teller 0 in mode 1 geen BCD. En de waarde 10B3 doorgeven. Controlewoord: Input: 10B3 Nu schrijven we eerst het controlewoord naar poort 43 (de teller). Daarna schrijven we de LSB naar timer dat we willen sturen. Dus B3 naar poort 40 en daarna de MSB. Dus 10 naar poort 40 sturen. Nu zal er een bepaalde beeptoon weerklinken. We gaan nu het codewoord schrijven en zien hoe we verschillende hoogtes van tonen creëren. We kunnen nu al het codewoord maken. Nu moeten we nog bepalen hoe we de toon veranderen. Wanneer we in de datasheet kijken, zien we dat de toon van onze beeper veranderd door frequentie. Nu kunnen we berekenen welke waarde we naar de IC moeten sturen om een bepaalde frequentie aan te spreken.

8 Roegist Jeroen 7 Formule: Hz / te bekomen Hz = decimaal getal. Voorbeeld: Teller 2 op 3KHz laten werken in mode 3 1,19/3 = 396, = 18C Nu kunnen we de code 18C naar de IC sturen, maar dan kunnen we de toon niet veranderen. Dus maken we er een controller van. Maar we moeten ons getal in 2 keer inbrengen. Eerst de LSB en pas daarna de MSB. Dit kunnen doen door er een bewerking tussen te zetten. We delen door onze controller. Deze uitkomst delen we door 256 (FF voor de LSB). Nu schrijven we eerst de rest (LSB), daarna het quotiënt (MSB). Dit ziet er als volgt uit in labview. Nu kunnen we de frequentie instellen en zal deze geschreven worden naar de IC. Hier in dit programma maken we gebruik van een flat sequence case. Dus hij doet eerst het linkse en schuift op naar rechts wanneer hij het vorige heeft uitgevoerd.

9 Roegist Jeroen Front Panel Inlezen van het toerental De gebruikersinterface voor het inlezen van het toerental ziet er als volgt uit: Er is voor beide fans een visuele wijzer voorzien die het toerental aanduidt op de wijzerplaat. Ik heb duidelijk alle zaken die met elkaar te maken hebben in een kader of een omlijning geplaatst zodat alles steeds overzichtelijk blijft. De linkse numerieke indicator CPU of 12cm fan toont de numerieke waarde die ik uit de poort lees en staat er ter informatie. De rechtse numerieke indicator toont al omgerekend, het toerental ter verduidelijking van de wijzerplaat. Onder de wijzerplaat zien we nog enkele led s met tekst naast. Deze lijst bestaat uit indicatoren die aanduiden als het toerental normaal is voor onze koeler of te laag, of te hoog Mocht het toerental te laag of te hoog worden bij een bepaalde koeler dan zal het alarm, indien ingeschakeld, actief worden. Merk op dat de cpu koeler duidelijk veel sneller draait dan de 12cm fan, dit is louter toeval.

10 Roegist Jeroen Het alarm De interface van het alarm ziet er zo uit: De bediening van het alarm bestaat uit 4 schakelaars en een led of alarm flikkerlicht. De led brandt wanneer het alarm actief is en kleurt rood. Ik heb het kleur van de led dus verandert op deze manier: Klik met de rechtermuisknop op de led en klik op properties.

11 Roegist Jeroen 10 Dit schermt verschijnt en we zien linksonder colors staan. De on color is wanneer het alarm actief is en de off wanneer het alarm niet actief is. Klik op een van de kleuren om het te wijzigen en dit schermpje krijg je te zien: Hier kan je de gewenste kleur kiezen. De schakelaar met de naam Alarm test dient om het alarm even te gaan testen en te zien als dit nog goed werkt. Het is er dus louter ter controle. De schakelaar met de naam Alarm aan/uit schakelt het alarm compleet in of uit. En door middel van de schakelaars met de namen CPU alarm aan/uit of 12cm fan alarm aan/uit kan je het alarm per fan in- en uitschakelen. Zo kan je als er bijvoorbeeld geen tweede fan aangesloten is. Het alarm enkel voor de eerste fan aanzetten en zo nog steeds het alarmsysteem gebruiken ondanks een fan minder!

12 Roegist Jeroen Regelen van het toerental Deze interface is de grootste van allemaal. De numerieke indicatoren Controle fan1 sturen en Controle fan2 sturen zijn waarden die ik rechtstreeks inlees van de poort waar ik de codes naartoe stuur om de fan te regelen, deze waardes dienen dus ter controle om eventueel te kunnen vergelijken met hetgeen het zou moeten zijn. Daaronder zien we bij elke fan 9 led s staan. Deze led s zijn eigenlijk hetzelfde dan de numerieke indicator erboven maar ontbundeld en naar led s gestuurd. Deze led s zijn ook ter controle.

13 Roegist Jeroen 12 Daaronder zien we bij elk van de fan een schuifschakelaar: Boven de schuifschakelaar staat nog een gewone drukschakelaar die dient om de controle van de schuifschakelaar in of uit te schakelen. Je moet dus eerst de drukschakelaar gaan indrukken voordat je de fan kan gaan bijregelen met behulp van de schuifschakelaar. Op de schuifschakelaar zien we de nummers 0 tot 100 lopen. Deze nummers stellen in % het toerental voor die onze koeler draait ten opzichte van het maximum aantal toeren dat de koeler draait als hij niet bijgeregeld is. Dit geldt eveneens voor beide fans. Met de numerieke controle rechts van de schuifschakelaar kan je in 1 druk van 0 tot 100% of in vier drukken zodat je telkens 25% verspringt Block diagram Inlezen van het toerental Hierboven zie je hoe het programma eruit ziet in labview. We lezen eerst onze poorten in door middel van een in port in labview. Deze leest de waarden van ons moederbord uit op dit adres. Direct daarna hangt een indicator waarop we de waarde kunnen lezen die we inlezen uit de poort. Maar dit is uiteraard niet het toerental. Het is de pulsduur of de duur van een halve periode.

14 Roegist Jeroen 13 Eerst ga ik de waarde gaan delen door 1000 om een getal uit te komen die in hertz zal staan later en niet in millihertz. Vervolgens doen we 1 gedeeld door onze waarde om een frequentie uit te komen. Maar dit klopt nog niet helemaal. We doen nu maal 60 om het in minuten om te zetten en als laatste vermenigvuldigen we met twee om de echte frequentie of toerental uit te komen omdat we nog bezig zaten met de pulsduur of de halve periode. Nu hebben we dus de frequentie of het aantal toeren dat onze fan draait in een tijdspanne van 1 minuut. Dit doen we twee keer, voor elke fan 1 maal. Als laatste gaan we onze waarden naar buiten gaan brengen door middel van 2 indicatoren, een grafische en een numerieke indicator. De grafische indicator brengt ons toerental op een teller die speciaal is aangepast met schaal naar het maximum en het minimum toerental. En de numerieke indicator vertelt ons precies wat het toerental is. Let wel op dat het toerental niet lineair kan wijzigen, het moederbord is slechts in staat om dit in stappen waar te nemen! Hoeveel stappen hangt af van moederbord tot moederbord en het bereik (maximum toeren) van je fan Het alarm In het programma van het alarm kunnen we duidelijk twee onderdelen gaan onderscheiden. Het gedeelte dat controleert wanneer het alarm in werking zal gaan treden, en het deel die de toonregeling van het alarm verzorgt. We beginnen met het deel dat het alarm controleert. Links zien we twee lijnen binnenkomen. Deze twee lijnen bevatten de toerentallen die we eerder al inlazen van de fans. Om nu het alarm te laten activeren is het zeer simpel. We bekijken de normale snelheden van onze fans, en gaan een beveiliging maken tegen een overspanning en te traag draaien. We nemen een waarde die iets hoger ligt dan de normale waarde van onze fan en vergelijken deze. Overstijgt het toerental van onze fan deze waarde dan klopt er iets niet en laten we het alarm in werking treden. Nu het tegenovergestelde, zijn we onze fan aan het regelen om een stillere pc te krijgen, dan moeten we opletten dat we onze fan niet te traag laten draaien want dit kan schadelijk zijn voor de computer! Een computer heeft nog altijd koeling nodig! We stellen dus ook hier een bepaalde waarde in en vergelijken deze met het toerental van onze fan. Daalt het toerental van onze fan onder de waarde dan wordt er eveneens alarm geslagen door de pc speaker van onze computer.

15 Roegist Jeroen 14 Al deze voorwaarden zijn dus zoals al eerder vermeld verbonden met de speaker van onze pc, maar eveneens met enkele visuele indicatoren of led s in labview. Als het alarm dan afgaat hoeven we enkel te gaan kijken welke led er brandt en er is direct bekend wat het probleem is en waar het zich bevindt. We hebben het nu al gehad over enkele voorwaarden die het alarm laten gaan, maar hoe laten we het alarm eigenlijk in werking gaan? We bekijken dit nu even. Links zien we twee OF-poorten waar de uitgangen van onze voorwaarden op toekomen. Nadat onze OF-poorten zijn samengesmolten per fan voegen we nog een schakelaar toe die ons in staat stelt om het alarm voor elke fan afzonderlijk aan een uit te schakelen. Achter dit gaan we met een OF-poort alles tot 1 datalijn samenvoegen en voegen we nog enkele controlefuncties toe. Zo voegen we door middel van een EN-poort een schakelaar bij waarmee we het alarm kunnen gaan in- en uitschakelen. Dit is handig voor eventuele werken aan de pc waarbij een koeler even wordt afgesloten en het alarm niet steeds blijft werken. Ook heb ik een alarm test schakelaar toegevoegd zodat we regelmatig de werking van het alarm kunnen controleren om eventuele defecten te kunnen vaststellen.

16 Roegist Jeroen 15 Na deze extra controlefuncties gaan we nu naar een case structure. Dit is een speciale case die we kunnen controleren door er een signaal op te sturen, in ons geval het signaal dat het alarm in werking doet treden. Krijgen we een true-signaal of een 1 toegestuurd op onze case dan krijgen we deze schakeling: In deze true sturen we de waarde 33 naar poort 61 van onze computer. Op poort 61 in onze computer bevindt zich de pc-speaker. En wanneer we er waarde 33 naar sturen wordt deze in werking gezet en zal hij dus lawaai beginnen maken. Sturen we een false signaal of een 0 op de case, dan zal het alarm niet in werking treden of zal het alarm uitgeschakeld worden indien het nog actief was van voordien. De waarde 30 wordt hier naar poort 61 of de pc-speaker gestuurd. De waarde 30 doet de pcspeaker zwijgen of schakelt deze uit.

17 Roegist Jeroen 16 Onderaan zie je dat we er nog een led op aangesloten hebben dit indiceert wanneer ons alarm actief is. Maar er hangt ook nog een local variable op aangesloten. Je herkent deze aan de groene dubbele rechthoek met de tekst erin. Dit blokje is in staat een waarde door te sturen van in een case structure of loop, naar een andere case structure of loop zonder dat je er hinder van ondervindt. Anders kunnen er hier grote problemen bij optreden. Het regelen van de toonhoogte van ons alarm gebeurt in een andere case omdat ik de toon wil laten veranderen om de halve seconde terwijl ons toerental elke 100 milliseconden in wordt gelezen. Ik geef even een overzicht van het programma die we tot nu toe hebben besproken:

18 Roegist Jeroen 17 U ziet dat het hele programma zich in 1 grote loop bevindt en zich om de 100milliseconden herhaalt door middel van het volgende componentje: Dit is dus de reden dat de toonregeling zich niet in deze loop bevindt omdat ik de tonen wil laten veranderen om de halve seconde, als een soort sirene dus. Hier komen we bij het tweede deel van het alarm, namelijk de toonregeling of de sirene. Het volledige deel ziet er zo uit: Ik neem nu even een iets grotere en duidelijkere foto van de helft van het programma, zodat we beter kunnen gaan zien wat er gebeurt. Links zien we de local variable die zoals ik al eerder uitlegde, in staat is om een signaal door te sturen en ontvangen zonder problemen vanuit verschillende loops en cases. De local variable is gelinkt aan de alarmvoorwaarden die we voorheen besproken hebben. Wordt er aan genoeg voorwaarden voldaan dan schakelt het alarm en de pc speaker in, en zal de local variable de case in true gaan zetten. Als de case in true staat komt er een flat sequence structure in. Deze case bestaat uit verschillende stappen. Is de eerste stap voltooid dan gaat de case over naar de tweede. Met behulp van deze case en twee stappen ga ik de toon van mijn pc speaker gaan bijsturen om zo een wisselende toon te vormen.

19 Roegist Jeroen 18 In elke stap staat nog een flat sequence structure die ditmaal uit drie stappen bestaat. In deze drie stappen sturen we de nodige codes naar de pc-speaker. De code die de toon bepaald moeten we eerst gaan berekenen. De code die we vervolgens naar de speaker sturen is eigenlijk de frequentie waarop die zal gaan spelen. In de eerste stap van de grote flat sequence structure sturen we een lagere toon dan in de tweede. Zo werkt de toonregeling van mijn alarm Regelen van het toerental Eerst even een overzicht van het totale programma die de toeren van de fan regelt: Ook dit deel bestaat uit twee onderdelen. Het eerste deel leest het signaal die ik naar de fan stuur terug in, ter controle en visuele informatie. Het tweede deel gaat de fan gaan aansturen en zo de snelheid gaan bijregelen. We beginnen met het eerste deel: Poort 856 wordt ingelezen en er hangt direct een indicator aan die de code visueel weergeeft. We gaan deze code ook ontbundelen naar allemaal led s die we dan later ook in onze interface met de bediening gaan weergeven. Zodat iedereen duidelijk kan zien welk signaal ik naar de fan, of met andere woorden, de poort op het moederbord stuur.

20 Roegist Jeroen 19 Het tweede deel dient om de fan te gaan aansturen en ziet er zo uit: Het besturen van de fan begint via een schakelaar, deze schakelaar schakelt de bediening van de fan in of uit. Wordt deze ingeschakeld dan kunnen we de schuifschakelaar (blauwe schakelaar) gaan bedienen en het toerental bijregelen. De schuifschakelaar en de case die eraan verbonden hangt zijn wel speciaal. De case is een case structure met 20 cases of 20 schakelmogelijkheden. De benaming loopt van 0 tot 20. Het probleem met een schakelaar is dat deze meestal alleen maar 0 of 1 kan sturen, daarom doen we properties op de schuifschakelaar:

21 Roegist Jeroen 20 Dan krijg je dit scherm te zien: Ga naar de tab text labels en zet 2 v-tjes bij de twee opties. Nu vul ik alle 21 waardes is die regelbaar zijn voor de fan, dus van 0% toeren tot 100% toeren. Elk label krijgt ook een waarde bij zich gevoegd. Zodat wanneer we bijvoorbeeld 20% sturen, de schakelaar de waarde 4 naar de case stuurt. De case op zijn beurt leest de waarde 4 binnen en zal de case met de naam 4 gaan activeren. En in deze case wordt dan de code naar de fan gestuurd die hem op 20% van zijn maximum toeren laat draaien. Het volledige deel voor het sturen van een fan heb ik uiteraard 2 keer, voor elke fan. Maar het lukt mij toch niet om de cpu fan te kunnen bijregelen, in de praktijk zou het moeten lukken maar mijn moederbord lijkt over een soort beveiliging te beschikken die het bijregelen van het toerental voor de cpu blokkeert. Ik ken geen manier om deze beveiliging te omzeilen en heb ook een sterk vermoeden dat deze niet bestaat omdat zelfs speedfan er niet in slaagt om de cpukoeler trager te doen draaien Gebruikte randapparatuur De Coolermaster Aerogate II Dimension 150 x 43 x 62 mm (L x W x H) Net weight 122 g / lb Display LCD with blue backlight Device fan size 40 x 40 x 20 mm Temperature monitor range 0 C - 90 C ±3% (32 F F ±3%) Fan input 12V / 1A ± 5%; 5V / 0.5A ± 5% Fan output 7-12V / 1A

22 Roegist Jeroen Philips PM 5131 Function Generator Metcix OX800 oscilloscope LPC47M13x 128pin enhanced I/O supercontroller Dit is de ic die ik gebruik om het toerental in te lezen en te schrijven, de pdf kan je downloaden op deze link: In deze tabel zie je bij adres 55 en 56 Fan1 en Fan2 staan. Dit zijn de adressen waarop ik de codes stuur om de fan te controleren. En op adres 59 en 5A kan ik de snelheden van de fans inlezen Intel D815EEA2 Motherboard De pdf met technische documentatie kan je vinden op volgende link: ftp://download.intel.com/support/motherboards/desktop/d815eea2/a pdf ADM1025 Hardware Monitor Deze ic bekijkt de temperaturen van de cpu en het moederbord,ik ben er helaas niet in geslaagd om hem succesvol te laten werken. De pdf kan je hier downloaden:

23 Roegist Jeroen Testen en resultaten. Ik kan nu vanuit labview de snelheden van mijn fans inlezen en bekijken, ze volgen met de visuele wijzer of de numerieke cijfers. Het alarmsysteem waarschuwt mij steeds als het toerental van mijn koelers in eender welke zin teveel wijzigt. Zo sta ik veilig tegen oververhitting mocht een koeler het begeven zonder dat ik het merk! Wil ik op mijn computer naar een film kijken, dan kan ik hem stiller maken door de koelers trager te laten werken. Het resultaat van mijn gip is dus een veiliger en meer stiller of gemakkelijker pc. Foto van mijn pc met lichtgevende koeler in. Screenshot van het front panel van mijn programma in werking.

24 Roegist Jeroen Besluiten. Uit mijn gip kan ik besluiten dat een moederbord veel meer is dan het op het eerste zicht lijkt. Als je een moederbord van naderbij bekijkt denk je dikwijls, of zie je dikwijls alleen de componenten die je computer doen werken, dus de pci-bussen, ide-bussen, enz Maar wanneer je met labview gaat werken en je de technische documentatie van het moederbord even nauwlettend gaat doornemen merk je al snel dat er veel meer is dan het oog kan zien. Talloze poorten, beveiligingen en toepassingen die je anders nooit leert kennen of nooit van hoort kom je nu tegen. Zo heb ik er enkele gebruikt voor mijn eindwerk te realiseren. Ik leerde ook bij dat een fan helemaal anders werkt dan dat je eerst zou gaan denken. Hij stuurt niet elke toer een signaal maar een constante frequentie van 15 khz uit. En hij wijzigt de lengte van de positieve pieken naargelang zijn toerental wijzigt. 4. Bibliografie. Het boek Repareer en upgrade je eigen pc. Het internet: en vele andere websites die pdf s bevatten van de componenten die zich op mijn moederbord bevinden.