Entwicklung eines Case-Lüfter-Steuersystem
Moin zusammen,
wie bereits im MMU-Mod-Thread von Karl-Herbert angekündigt plane ich die Überarbeitung meiner aktiven Kühlung in meinem Case. Derzeit laufen diese Konstant bei voller Leistung, sobald der Drucker an ist. Da dies nicht effizient ist, möchte ich diese auf eine temperaturgesteuerte Lösung umstellen. Da im MMU-Thread bereits interesse an dieser Lösung angemeldet wurde, will ich euch direkt mit in die Planung einbinden. Villeicht habt ihr ja noch bessere Ideen oder Wünsche, die ich direkt mit einfließen lassen kann.
Folgender schematischer Plan:
Ein ESP32 steuert bis zu 6 Lüfter. Für jeden Lüfter ist ein Temperatursensor (DS18B20) vorgesehen, der die aktuelle Temperatur erfasst. Mittels Lüfterkurve wird ein PWM-Wert für den Lüfter berechnet und entsprechend der Lüfter gestellt. Falls an dem entsprechenden Temperatur-Port nichts angeschlossen ist, wird der vorherige Port als Fallback angesehen. So können bsp. 2 Lüfter direkt nebeneinander durch lediglich einen Temperatursensor gesteuert werden. Die folgende Grafik veranschaulicht dies nochmals:
Frage an euch: (Bitte das folgende FAQ lesen, manche Fragen/Hintergrundgedanken beantworte ich da schon)
- Besteht Interesse an diesem Projekt? (Falls keins besteht, nehme ich das euch nicht übel, aber ich spare mir hier die Updates 😉 )
- Fragen / Meinungen / Verbesserungsvorschläge / Lob / Kritik?
- MUST-Have-Erweiterungsideen?
Viele Grüße
Mathias
FAQ:
Warum planst du mit einem ESP-Dev-Board wenn du eh schon eine Platine erstellen möchtest?
Für mich wäre es durch das Eqipment auf der Arbeit kein Problem, SMD-Bauteile zu nutzen bzw. die Platinen direkt zu backen. Allerdings hat nicht jeder die Fähigkeiten, SMD zu löten. Der USB-Seriell-Wandler, den ich typischer Weise verwende, muss sogar per Reflow-Verfahren auf die Platine gebracht werden, weil ein GND-Pad unter dem Chip vorhanden ist. Zudem sind die benötigten Bauteile wegen der Chipkrise teilweise schwer zu bekommen. Die Dev-Boards sind da besser verfügbar und einfacher zu verwenden.
Warum planst du mehrere Temperatur-Ports für den DS18B20 ein? Es handelt sich doch um ein 1-Wire-Bus?
Nun, es wäre für mich Wünschenswert, wenn auch jemand ohne Programmiererfahrung diese Steuerung verwenden kann. Wenn alle Sensoren an einem Bus hängen, muss der Nutzer diese zunächst identifizieren und die ID jeweils einem Lüfter zuordnen.
(Hier bin ich selbst noch am überlegen, ob man dieses Konzept nicht zu gunsten von mehr Lüfteranschlüssen opfert.)
Wofür sind die I2C-Anschlüsse?
Falls jemand andere Temperatursensoren (z.B. BME280 oder DHT11) verwenden möchte, kann er diese Anschlüsse nutzen. Dafür werde ich aber vmtl. zunächst keine Software implementieren.
Was für Lüfter sind geeignet?
Ich plane bisher mit 4-Pin-5V-Lüfter wie z.B. diese: Noctua NF-A4x10 5V PWM . Natürlich können hier auch größere Lüfter als die verlinkten 40mm Lüfter sein und natürlich muss es auch nicht Noctua sein. Ich habe schlicht noch ein paar von diesen aus einem alten Projekt rumliegen. Ich überlege noch, ob es Sinn ergibt, non-PWM-Lüfter zu unterstützen. Allerdings wäre dann die Temperaturregelung auf Lüfter AN/AUS begrenzt. Ich zweifel ein wenig daran, dass sich hierfür der Aufwand lohnt.
Machst du das Projekt Open Source?
Natürlich. Wobei ich vmtl. das Git-Repo erst public schalte, wenn ich eine fertige Version habe.
Ich find das Projekt cool. Wann kann ich mich einem Release rechnen?
Ich hab durch meine Arbeit und meine Familie leider nicht die meiste Freizeit. Da ich die Regelung aber für meine MMU (spätestens im Sommer) brauche, hat das Projekt eine gewisse Priorität 🙂
Ich kann nicht Löten. Stellst du auch Platinen her?
Ich werde die Platinen nicht verkaufen o.ä.. Allerdings werde ich meine Platinen wohl in China bestellen und da ein sogenanntes Nutzen voll machen (Quasie ein Raster auf einer Träger-Platine). Je nach dem, wie die Nachfrage nach der Platine ist und wie viel Zeit ich habe, werde ich im Institut (Arbeit) das Nutzen bestücken und zum Selbstkostenpreis abgeben. Aber davon ist dieses Projekt noch weit entfernt 🙂
Was für Gedanken hast du dir über die Software gemacht?
Ich werde das ganze wohl zunächst mittels Arduino-Framework oder ESP-IDF-Framework in Rapid-Prototype-Manier fertig machen. Wem das "zu unprofessionell" ist, kann gerne eine Implementierung direkt auf Register-Ebene schreiben. Mir fehlt dafür schlicht die Zeit. In Software-Stufe 2 wäre natürlich ein Octoprint-Addon die Krönung. Aber auch hier kann man weiter schauen, wenn man soweit ist.
Ich find das Projekt super. Kann ich dich hier irgendwie unterstützen?
Danke, ich werd mich melden, wenn ich Unterstützung brauche 🙂
RE: Entwicklung eines Case-Lüfter-Steuersystem
Das Projekt finde ich grundsätzlich sehr interessant und lässt sich gut implementieren, da ich auch mehrere Bereiche (Netzteile, Extruder, MMU2....) kühle und meine Lüfter nicht temperaturgereglt sind und somit immer unter Volllast laufen.
Allerdings verwende ich verschiedene Lüfter (230V - dieser wird übers Pi, ein Bashscript und einen DS18B20 gesteuert. 12V und 5V sind ungeregelt, nur AN/AUS). Ich denke, dass Deine Schaltung sich auf eine einheitliche Spannung beziehen wird.
Die allerwenigsten haben die Möglichkeit und das Equipment zur Herstellung einer SMD Platine (ich auch nicht. Außerdem fehlt das knowhow), deshalb wäre es natürlich interessant, wenn es dazu einen Vetrieb geben würde.
Wie gesagt, ich steuere alles übers Pi und überwache ständig mit crontab jobs, was ich aber in Zukunft gerne anders gelöst hätte.
Ich melde mich jedenfalls als Interessent an und verfolge Deine Arbeit. Dass sich viele weitere Interessenten finden werden, bezeifle ich eher, soll Dich aber nicht von Deinen Plänen abhalten.
Vielen Dank für Deine Bemühungen!
Schöne Grüße,
Karl
Statt zu klagen, dass wir nicht alles haben, was wir wollen, sollten wir lieber dankbar sein, dass wir nicht alles bekommen, was wir verdienen.
RE: Entwicklung eines Case-Lüfter-Steuersystem
Moin,
ich hab ein bisschen in der FAN-Specification von Intel (jaja, die haben irgendwie überall ihre Finger mit drinne) gestöbert und bin dabei auf ein interessantes Detail gestoßen. Sowohl 12V- als auch 5V-Lüfter haben laut Spezifikation ein PWM-Input von 5V. Es wurde sogar spätestens 2011 empfohlen, für Neuentwicklungen auch 3,3V-Kompatibel zu sein. Ich hab leider keinen 12V-PWM-Lüfter zur Hand und kann das dementsprechend nicht testen, ob der auch mit einem 3.3V-PWM-Signal auskommt. Falls ja, könnte ich mir den Pegelwandler von 3,3V auf 5V sparen. Mein Bruder meinte, dass er davon noch welche Rumliegen hat. Da bin ihc aber erst am Wochenende.
Was dadurch aber auch möglich ist, ist die Verwendung von 12V und 5V Lüftern mit einer Platine. Man könnte mittels Jumper einfach die Spannungsversorgung umstecken. Das birgt natürlich die Gefahr, dass man einen 5V-Lüfter zerstört wenn man den Jumper auf 12V gesteckt hat. Ich überlege gerade, ob man dafür jeweils noch LEDs vorsieht, die anzeigen, welche Spannung "aktiv" ist.
230V-Lüfter würde ich nicht unterstützen wollen. Das wäre zwar technisch nicht umbedingt das Problem, allerdings weiß ich nicht, wer hier später ggf. mal mit der Platine hantiert und das macht mir dann doch zu große Bauchschmerzen.
Würdest du deine ungeregelten Lüfter (An/Aus) dann auch gegen PWM-Lüfter tauschen wollen oder eher nicht? Falls nein, würde ich mir hier noch ein paar Gedanken machen, da man bei diesen dann ja die Spannungsversorgung schalten müsste. Auch kein Hexenwerk, allerdings ein paar Bauteile mehr, die man sonst ggf. sparen kann.
Als Spannungsversorgung würde ich einen 12V-Input, vorsehen. Daraus würde ich mittels Schaltregler 5V und 3.3V generieren.
Verwenden könnte man dann einfach ein Meanwell oder ein Steckernetzteil (je nach Belieben)
Bezüglich SMD: Ich bin ja noch am Konzept planen. Wenn man es bei den SMD-Bauteilen nicht übertreibt, sind die meisten (LEDs, Widerstände, Keramikkondensatoren) ja auch noch per Hand lötbar (z.B. Bauform 0805 oder 1206). Kommt etwas darauf an, wie viel Platinenfläche ich später brauche. Alternativ überlege ich, ob ich (wenn der Prototyp funktioniert) eine Lochraster-Version plane. Die könnte man dann recht bequem nachbauen.
Viele Grüße
Mathias
P.S.: Ich hab auch nicht umbedingt erwartet, dass sich hier viele melden, aber die View's auf dem Thread verraten mir schon, dass das Thema scheinbar nicht ganz uninteressant ist 😉
RE: Entwicklung eines Case-Lüfter-Steuersystem
Servus Mathias,
Lüfter und Netzteile (Noctua bzw. Meanwell 5V, 12V) habe ich genügend herumliegen, sowohl 3, als auch 4-polige Lüfter. Die 230V würde ich eher aus der Steuerung herausnehmen, da die Regelung derzeit sowieso über's Pi bestens funktioniert. Der Lüfter ist nicht Speedgeregelt, er schaltet bei einer Temp. Abweichung von 0.5 Grad C. ein bzw. wieder aus. Das hat sich gut bewährt und werde ich so lassen.
Interessant wäre aber die Regelung der 5- und 12V Lüfter. Zum Selberbauen für einen "Nicht-SMDLötProfi" wie ich einer bin, wäre vorerst eine Lochrastervariante ganz interessant. Lochrasterschaltungen (Signalinverter) habe ich auch schon einige an den Druckern verbaut und ist Lochraster geblieben, da es gut funktioniert.
Bin mal gespannt auf die Weiterentwicklung und neue Ideen..
Schöne Grüße,
Karl
Statt zu klagen, dass wir nicht alles haben, was wir wollen, sollten wir lieber dankbar sein, dass wir nicht alles bekommen, was wir verdienen.
RE: Entwicklung eines Case-Lüfter-Steuersystem
Hi Mathias,
ein sehr interessantes Projekt was du da am Planen bist. Und wäre natürlich auch nicht abgeneigt, eine Platine abzunehmen.
Bin zwar relativ frisch in beidem ( 3D Druck/Arduino) habe mir diesbezüglich aber schon einige Sachen auf Google angeschaut für so eine Umsetzung.
Wie schaut es aus, auf deiner Platine noch einen extra Lüfter für einen Hepa Filter ( Gehäuse ) ? Der separat zu schalten ist wenn man Ihn braucht.
Gruß Daniel
RE: Entwicklung eines Case-Lüfter-Steuersystem
Ich habe nur Fragen für die FAQ.
- Welche(s) Problem(e) löst dieses System?
- Welche(s) Problem(e) kann dieses System nicht lösen?
- gibt es günstigere, oder einfachere Lösungen?
- in welchen Temperaturbereichen verbessert dieses System meine Druckerfahrung?
RE: Entwicklung eines Case-Lüfter-Steuersystem
Moin,
zunächst entschuldige ich mich für die längere Pause von mir. Da ich in letzter Zeit sehr viel (teilweise zu viel) Zeit auf der Arbeit verbracht habe, gehörte das längere Osterwochenende komplett meiner Familie.
Wie schaut es aus, auf deiner Platine noch einen extra Lüfter für einen Hepa Filter ( Gehäuse ) ? Der separat zu schalten ist wenn man Ihn braucht.
Was braucht der denn für eine Versorgung bzw. wie wird der Angeschlossen? Hast du da ein konkretes Beispiel für mich?
Allgemein: Ich hab bisher einfach nur die 6 Ports für Lüfter vorgesehen. Was du dann an diesen Ports anschließt, ist völlig egal, solange diese entsprechend kompatibel sind. Ich mache mir im Moment noch Gedanken, ob ich ggf. eine Möglichkei schaffen kann, auch Non-PWM-Lüfter zu schalten. (Also nur ON/OFF).
Im Bezug auf die Fragen von TXX:
Kurzer Hintergrund: Die Idee entstand drüben im MMU-Bereich des Forums. Es gibt da mehrere Aussagen, dass die MMU Temperaturprobleme bekommen kann und bei Temperaturen über 40 Grad die Zuverlässigkeit sinkt. Dem wollte ich mit einem temperaturgesteuerten Lüfter entgegenwirken. Da ich auch erwähnte, das ich hierfür ggf. eine Platine entwerfen würde, hat Karl-Herbert interesse an eben dieser angemeldet. Daher hab ich mir Gedanken gemacht, wie man dieses System ggf. noch Erweitern kann und welche weiteren Ziele man verfolgen kann.
Da ich die FAQ's oben leider nicht mehr Editieren kann, muss ich diese hier beantworten:
- Welche(s) Problem(e) löst dieses System?
Zunächst kann das System zur gezielten Kühlung von Baugruppen mittels Lüfter genutzt werden (z.B. MMU, Netzteil (ok, das ist eh nicht im Gehäuse)). Damit diese Lüfter nicht durchgehend auf voller Leistung laufen (was nerven kann), würde ich diese gerne Regeln.
Des weiteren dient (aus meiner Sicht) ein Drucker-Gehäuse für zwei Dinge. Zunächst soll es einen Luftzug usw unterbinden um z.B. Warping vorzubeugen. Zum zweiten soll es möglichst konstante Temperaturbedingungen bieten.
Gerade letzteres ist nicht ganz einfach, weil der Drucker ja letztendlich eine Heizung ist. Ich bin beispielsweise anfang des Jahres umgezogen. In meinem Arbeitszimmer (in dem auch der Drucker steht) wird es im Sommer wohl mindestens 30 Grad warm. Das könnte im Gehäuse für einen noch höheren Temperaturanstieg sorgen, was wiederrum Drucke mit z.B. PLA schwieriger machen kann. Die Belüftung des Cases durch Kühler ist hierbei die Lösung, allerdings kann dies den ersten zweck des Cases torpedieren. Um hier eine gewisse Balance zu finden, sollen die Lüfter geregelt werden können.
Ziel ist dementsprechend eine Klimaregelung innerhalb des Gehäuses.
- Welche(s) Problem(e) kann dieses System nicht lösen?
Alles, was nicht direkt mit dem Mikro-Klima im Druckergehäuse zutun hat. Sollten also z.B. Die Druckereinstellungen falsch sein, wird das System keinen Einfluss darauf haben.
- gibt es günstigere, oder einfachere Lösungen?
Lösungen für Einzellüfter sind mir bekannt (z.B.: die Hier). Eine regelung für mehrere Lüfter ist mir aber noch nicht untergekommen. Falls es sowas auch schon für eine Mehrzahl von Lüftern gibt, kann er diese hier gerne einbringen.
- in welchen Temperaturbereichen verbessert dieses System meine Druckerfahrung?
Das hängt natürlich von dem verwendeten Material usw ab. Ich hatte letzte Woche bsp. Probleme beim Drucken von PLA, weil sich mein Gehäuse auf fast 55 Grad aufgeheizt hatte. Nachdem ich die Türen geöffnet habe, hatte sich das Problem natürlich wieder erledigt, allerdings könnte ich dann das Gehäuse auch einfach weg lassen. Hier kommt es schlicht auf Erfahrungswerte an, zu denen ich bisher nur begrenzt Aussagen machen kann. Bei PLA & PETG hatte ich z.B. die besten Ergebnisse bei einer relativ konstanten Umgebungstemperatur von 30 Grad. Wie das bei anderen Materiealien aussieht, kann ich derzeit nicht sagen.
Villeicht verrenne ich mich hier auch komplett in einer Idee und am Ende stellt sich heraus, dass das System nichts bringt, wir werden sehen 🙂
Viele Grüße
Mathias
RE: Entwicklung eines Case-Lüfter-Steuersystem
Hi Mathias,
Was braucht der denn für eine Versorgung bzw. wie wird der Angeschlossen? Hast du da ein konkretes Beispiel für mich?
bin da selber noch nicht so weit, bei meiner kurzen Recherche bin ich auf das Sytem von Alveo3d gestoßen. Was einen recht guten Eindruck gemacht hat.
Der Lüfter läuft aber auf 24 Volt. Das reine Elektronik Set mit Filter, liegt bei 80 Euro.
Gruß Daniel
RE: Entwicklung eines Case-Lüfter-Steuersystem
Puh.... Theoretisch könnte ich, wenn ich nachher noch Pins am ESP frei habe, hier ein oder zwei Relais vorsehen, die 24V-fähig sind. Aber das wäre dann wirklich nur ein Schalter und nicht mehr. Muss ich die Tage schauen, die Arbeit....
Viele Grüße
Mathias
RE: Entwicklung eines Case-Lüfter-Steuersystem
Deine Idee klingt nicht schlecht und ich hätte durchaus Interesse.
2 Anregungen habe ich auch
Zum Einen hast Du nichts zum Interface gesagt, denn deine erste Überlegungen gingen m.E. in Richtung 'stand alone'. Somit wäre zumindest ein 2 zeiliges Display z.B. mit HD44780 Controller (den gibt es auch als i2c) mit einem Drehencoder eine Minimallösung, denn ein reines Webinterface finde ich pers. absolut unpraktisch.
Zum Zweiten fände ich einen optisch entkoppelten Niederspannungsausgang der sich mit dem Enclosure-Sensor verbinden lässt gut, damit könnte man eine Heizung schalten/regeln (wenn man weiss was man tut). Denn heizen und kühlen sollten vom gleichen Steuermodul übernommen werden.
Viele Grüße
RE: Entwicklung eines Case-Lüfter-Steuersystem
Moin,
zunächst eine kurze Entschuldigung, dass ich mich hier so lange nicht mehr gemeldet habe. Das Projekt ist definitiv nicht Tot, allerdings muss es erstmal pausieren:
Ich hatte mir Anfang Mai leider Corona eingefangen. Am ersten Arbeitstag danach hatte ich auf dem Weg zur Arbeit einen unverschuldeten schweren Autounfall. Ich hab zum Glück keine bleibenden Schäden, aber Schmerzmittel und Reha sorgen dafür, dass ich hierfür erstmal keine Konzentration bzw. Zeit habe.
Zu den Anregungen von Rieth:
Interface: Klingt interessant, kommt auf den Merkzettel. Ich hab kein Problem mit nem Webinterface, aber ein I2C oder SPI interface rausziehen sollte ja eigentlich kein Problem sein.
Niederspannungsausgang: Ich kann den Gedankengang gut nachvollziehen und prinziepiell hast du da auch recht. Allerdings habe ich ehrlich gesagt schiss, dass sich hier Leute mit zu wenig Ahnung von der Materie wegbruzzeln... Dazu kommt auch, dass ich "nur" technischer Informatiker bin und kein Elektroingenieur (soll heißen: Kleinspannungszeug a la Mikrocontroller usw ist kein Ding. Von Netzstrom lasse ich eig die Finger). Ich mach mir darüber noch ein paar Gedanken, wenn sich der Schmerzmittel-Nebel etwas lichtet 🙂
Viele Grüße,
Mathias
RE: Entwicklung eines Case-Lüfter-Steuersystem
Danke für dein Feed-Back und die besten Genesungswünsche von mir.
>Von Netzstrom lasse ich eig die Finger
Deshalb nur einen Niederspannungsausgang z.B. nur der Port (OC) oder wenn näher am Endergebnis ein Optokopplerausgang. Was der geneigte Wiederverwender Deiner Schaltung macht sollte Dir (fast) egal sein. Ein deutlicher Hinweis auf die nötige Befähigung desselben sollte m.E. reichen. Wir reden hier von einem Bauvorschlag/private Baudokumentation (und keinem Endgerät) die ohne einer Gewinnerzielungsabsicht veröffentlicht wurde. Damit greift weder die Niederspannungsrichtlinie noch das ProdHaftG. Ich verstehe deshalb die Angst vieler Autoren solcher Bauvorschläge nicht.
Viele Grüße
RE:
@mathias
Auch von meiner Seite die besten Genesungswünsche 👍
Meine Idee dazu:
Ich arbeite generell nur im Niederspannungsbereich (bis 24V) und verwende hauptsächlich Noktualüfter 5V und 12V. Eine Versorgungsspannung 24 V und mehrere steuerbare (z.B. 3.3-5V per GPIO) 12/5V Ausgänge wären für mich sinnvoll. Damit könnte ich mit einem sehr einfachen Pythonscript alles steuern wie es mir gefällt. Wenn man das Ganze temperaturgesteuert (nicht drehzahlgesteuert) haben will , wäre pro Ausgang ein zugordneter Sensoranschluss für z.B. einen DS18B20 o.Ä. sinnvoll. Bislang habe ich mir immer Einzellösungen "zusammengebastelt", aber eine einzige zentrale Platine zur Steuerung aller Komponenten (Platinen, Stepper, sonst. Elektronik usw...) am Drucker wäre für mich ein Fortschritt. Da ich noch (seit über einem Jahr) am Klipperprojekt mit MMU arbeite, einen neuen Drucker aufgebaut habe, bzw. noch aufbaue, wäre dies eine willkommene und passende Erweiterung.
Schöne Grüße,
Karl
Statt zu klagen, dass wir nicht alles haben, was wir wollen, sollten wir lieber dankbar sein, dass wir nicht alles bekommen, was wir verdienen.