Rev8.0 tinyFanduino

AVR-Fancon 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）

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FanduinaV2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キットの製作概要（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。	(キット部品）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。
基板には、背の低い部品から順番にハンダ付けしていきます。

（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。
		最終確認をお忘れなく
（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、FanduinaV3.0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、FanduinaV2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。
　

以上で、AVR-FanconRev8.0 tinyFanduinoが使えるようになりました。

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）
ＵＳＢ	LowspeedUSB×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FanduinaV2はWindowsXP、WindowsVista、Windows7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。

データはこちら

皆さんの製作のお手伝いとして、

http://ppp.atbbs.jp/fanduino/mode/adminmail

からお問い合せメール下されば、原価（実費）でお譲りします。

キット　 2000円、　組立済　2300円
（温度センサー1本、M/B用USBケーブル付、日本国内への送料込みです）

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