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Lüfter mit Feedback

ESP32, Tachosignal, Interrupt

Der schwarz-weiße Lüfter von Arctic F8 verfügt neben den zwei Anschlüssen für Spannungsversorgung auch über einen weiteren Anschluss (Tacho-Ausgang), der es möglich macht, die aktuelle Drehzahl des Lüfters auszulesen. Ein solches Tachosignal kann für Drehzahlüberwachung oder diverse Regelungsaufgaben verwendet werden. Im Fall des Arctic F8 Lüfters liefert der Ausgang zwei Impulse pro Umdrehung. In dem Versuch werden diese Impulse erfasst und gezählt, um die aktuelle Drehzahl des Lüfters zu ermitteln. Die Rechenaufgabe übernimmt der Mikrocontroller ESP32. Die Impulse werden mithilfe der Interrupt-Methode erfasst.

Lüfter Arctic F8

Frontansicht.

Der Lüfter liefert auf seiner dritten Leitung (Tacho) pro Umdrehung 2 Signale, die erfasst und ausgewertet werden können. Mit einer einfachen Formel kann man dann schnell die aktuelle Drehzahl errechnen. Dank des Tachosignals kann der Lüfter auf Funktionalität überwacht werden. Bei Bedarf kann das Tachosignal auch für Regelungen verwendet werden. Das Tachosignal ist LOW-aktiv. Das bedeutet, die Tacholeitung wird pro Umdrehung zwei Mal mit Masse verbunden. High-Pegel kann dann z.B. mithilfe eines Pull-Up Widerstandes erzeugt werden.

Rückansicht

Technische Daten:
Versorgungsspannung: 12 VDC
Maximale Drehzahl: 2000 U/Min
Luftstrom: 52,7 m³/h
Geräuschpegel: 30 dB(A)
Stromaufnahme: 0,16 A
Anschluss: 3-Pin
Tacho: 2 Signale pro Umdrehung
Abmessungen: 80 x 80 x 25 mm
Gewicht: 71 g

Anschluss

Mikrocontroller ESP32

In der Schaltung hat der Mikrocontroller äußerst wenig zu tun. Mit einem Interrupt werden die Tachosignale erfasst und gezählt. Mithilfe einer einfachen Formel wird die aktuelle Drehzahl berechnet und anschließend auf einer 7-Segmentanzeige angezeigt. Das war‘s schon.

Spannungsregler

Die Schaltung ist mit zwei Spannungsreglern ausgestattet. Mit dem einen wird der Lüfter manuell gesteuert. Die Spannungsregler können als kompakte, fertige Module erworben werden. Sie sind mit einem Trimmer ausgestattet, mit dem die Ausgangsspannung eingestellt werden kann. Bei dem ersten Regler habe ich diesen Trimmer ausgebaut und mit einem 10K Potentiometer ersetzt. Mit zwei Widerständen wurde der Regelbereich auf max. 12 VDC begrenzt. Eine solche Maßnahme ist natürlich nicht zwingend notwendig.
Der zweite Spannungsregler liefert am Ausgang 3,3 VDC und dient als Spannungsversorgung für den Mikrocontroller.

7-Segmentanzeige

Die Anzeige der aktuellen Drehzahl übernimmt ein Modul mit dem Treiber TM1637 und 4-facher 7-Segmentanzeige. Für die Kommunikation mit dem Modul muss der Mikrocontroller zwei Pins zur Verfügung stellen.

Der Schaltplan

Der Schaltplan.
Bei dem ersten Spannungsregler habe ich den internen Trimmer rausgelötet und mit einem 10kOhm Potentiometer ersetzt. Diese Maßnahme ist natürlich nicht notwendig. Man könnte die gewünschte Ausgangsspannung auch mithilfe eines kleinen Schraubendrehers problemlos einstellen können.
Die Diode hat zur Aufgabe, die Induktionsspannungen, die hier eventuell entstehen könnten, abzufangen.

Die Testschaltung

Die Testschaltung

Das Programm (Sketch)

  #include "TM1637Display.h"                         // Bibliothek Display einbinden
  #define CLK 19                                     // GPIOs für CLK und
  #define DIO 18                                     // DIO Anschlüsse
  TM1637Display display(CLK, DIO);
 
  int Zaehler = 0;
  int TachoPin = 32;                                 // GPIO für Rückmeldung vom Lüfter

// ************************************************************************************
  void setup() {

      display.setBrightness(15);                     // Display Helligkeit
      display.clear();                               // Display löschen
      pinMode (TachoPin, INPUT_PULLUP);              // Eingang Tacho als PullUp
                                                     // Interrupt, fallende Flanke
      attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(TachoPin), Impuls_Zaehler, FALLING);
  }

// ************************************************************************************
  void loop() {

      int Drehzal = (Zaehler / 2) * 60;              // Drehzahl Berechnung
      String Ausgabe = String (Drehzal);             // Vorbereitung zur Ausgabe
                                                     // Ausgabe Display
      display.showNumberDecEx(Ausgabe.toInt(), 0b00000000, false, 4, 4);  
      Zaehler = 0;                                   // Zähler nullen
      delay (1000);                                  // Wartezeit 1 Sek.
  }

// ************************************************************************************
  void Impuls_Zaehler() {
                                                           
      Zaehler++;                                     // Zähler um 1 erhöhen
  }    
  

Das Programm hat nicht allzu viel zu tun. Im SetUp Bereich wird das Interrupt aktiviert. Sobald an dem Eingang „Tacho_Pin“ (GPIO 32) fallende Flanke erkannt wird, wird das Unterprogramm „Impuls_Zaehler“ aufgerufen und ausgeführt. Hier wird lediglich der Impulszähler inkrementiert. Parallel dazu läuft das Loop-Programm. In dem Teil des Programms wird im Sekundentakt die Drehzahl berechnet und angezeigt.
Wichtig ist, dass Interrupt seine Aufgaben immer erledigt, egal was andere Teile des Programms gerade veranstalten.
Damit alles richtig funktioniert, muss noch die Bibliothek "TM1637Display.h" eingebunden werden. Sie ist für die Kommunikation mit dem Treiber der 7-Segmentanzeige verantwortlich. Sie kann mit dem Bibliotheksverwalter installiert werden.

Kurzvideo

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