Lo schema elettrico comprendente tutta la componentistica necessaria

Il bay utilizza per il suo funzionamento un chip programmabile polifunzionale, il famoso 16F84, un chip molto noto fra gli appassionati di satelliti... Il chip è stato appositamente programmato sia per utilizzare la sezione di controllo che quella visiva. Certo il risultato estetico finale non ha lo stesso impatto di un display a matrice, ma il circuito svolge egregiamente il suo compito.

il circuito stampato visto dal lato componenti

Il circuito è capace di pilotare 3 canali indipendenti, ognuno escludibile o regolabile fra un minimo del 40 ed un massimo del 100 % della tensione di alimentazione fornita al circuito, che solitamente nei PC si attesta sul valore dei 12 volt. Praticamente abbiamo a disposizione sette valori di tensione per ogni canale, rispettivamente proporzionali allo 0-40-50-60-70-80-90-100 % . La potenza o il carico che possiamo applicare... (Vedere NOTA IMPORTANTE **) ... non ha teoricamente limiti (utilizzando mosfet adeguati e i necessari dissipatori) se non quelli dell'alimentatore.
Potremmo utilizzare un canale anche per il pilotaggio di una cella di pelier senza problemi...
Nonostante le molteplici funzioni il bay necessita di soli 4 pulsanti per la programmazione e visualizza tutte le operazioni con i suoi 6 led, è possibile quindi integrarlo con semplicità in uno slot floppy oppure anche aggiungendogli un termometro in un bay tipo CD-rom. Utilizzando un connettore a 5 poli tipo il minidin di una tastiera o di un mouse è possibile anche omettere sul pannello i 4 pulsanti, tramite tale presa minidin potremo costruirci un piccolo scatolotto portatile con i 4 pulsanti da utilizzare solo durante le fasi di regolazione/memorizzazione, che può naturalmente essere collegato e rimosso anche con PC acceso.

Digibay con termometro - Digibay semplice

La costruzione di un bay come questo non comporta grandi difficoltà, i principal ostacol risiedono forse nella realizzazione del circuito stampato e nella programmazione del chip stesso, ma in rete troviamo per questo tanti validi aiuti. Una volta scaricato il disegno in formato Circad98 è molto facile trasferirlo su un lucido con una stampante oppure modificarlo a seconda delle proprie esigenze. Forse è piu difficile praticare con precisione i vari fori sulla facciata dei led, pulsanti o di un eventuale termometro.

Un termometro commerciale - lo stampato di uno dei primi prototipi

...possiamo forare la maschera, che altro non è che il coperchio plastico di uno slot da PC, e assemblare led e pulsanti....

Maschera forata - Maschera e componenti

...si provvede a montare poi la componentistica e a serrarla alla maschera...

Maschera assemblata con pulsanti e led - Retro completamente assemblato

Per un uso normale ovvero per correnti fino ad 1A per ramo (3 A totali) i 3 mosfet non necessitano di raffreddamento. Il tipo di funzionamento per il controllo e la regolazione della tensione di uscita è denominato PWM, in pratica si tratta di tagliare ad intervalli regolari la tensione dei 12 volt fornita alle ventole, in modo da ottenere proporzionalmente i relativi abbassamenti di tensione.

rispettivamente onda PWM al 40 - 50 - 60 - 70 - 80 - 90 - 100 %

equivalenti a circa: 4.8 - 6 - 7.2 - 8.4 - 9.6 - 10.8 - 12 Volt

Questo tipo di funzionamento produce un disturbo (glitch) sulla linea CC dell'alimentatore di intensità proporzionale al carico regolato. Il problema più grosso che si temeva era la possibilità che tale residuo potesse sentirsi sotto forma di rumore sulle schede audio, in quanto la frequenza di PWM è molto bassa (sull'ordine dei 50-100 Hz) ma il test su alcuni sistemi con audio sia on-board che con scheda dedicata non ha evidenziato alcun inconveniente. Il residuo ondulatorio più importante si ha alla minima velocità di rotazione e si attenua proporzionalmente all'aumentare delle velocità impostate. Ricordo inoltre che tutti i canali lavorano "in fase" ovvero producono la frequenza PWM in maniera sincrona sulle 3 uscite. Questo genera un glitch alto poichè concentra gli assorbimenti/rilasci di corrente nello stesso momento per i 3 canali , ma purtroppo non è stato possibile utilizzare un funzionamento diverso a causa di certe routine interne. Posso assicurare che non esiste un solo bit libero nella memoria del chip, tutto quanto è stato sfruttato al 100%.
Qualsiasi ventola comunque durante il normale funzionamento a 12 volt produce un residuo (che in alcuni casi può arrivare a 50 mV). Se ne applichiamo diversi esemplari succede che ciclicamente le loro fasi si incontrino ed i ripple si sommino raggiungendo facilmente in alcuni momenti gli stessi valori prodotti dal baybus.
Appena sotto gli screen all'oscilloscopio del "glitch" PWM prodotto con la più potente delle famose delta da 8000 rpm ridotta al 40 % a confronto con il "glitch" proprio della stessa ventola connessa direttamente ai 12 volt senza circuiti.

Ripple con alimentatore a vuoto: delta al 40 % (180mV/pp) - Residuo delta a 12 volt diretta (40 mV/pp)

Ripple a vuoto con 1,5 ampere di ventole al 40 % (450mV/pp) - stesse ventole sul PC (190 mV/pp)

Allo scopo di sapere se eventualmente tale tensione ondulatoria potesse disturbare il normale funzionamento del pc e delle periferiche ci siamo rivolti con una mail tecnica ad alcuni dei principali produttori hardware per eventuali dettagli relativi a questo argomento,ma indovinate un po in quanti hanno risposto ?....Nessuno !!!
Solo dopo alcune ricerche fra le schede tecniche di hard disc abbiamo scoperto che il massimo ripple accettato da queste unità risulta di 200mV. Non sappiamo al momento se ci sono periferiche ancora piu intolleranti. Ricreando le condizioni di funzionamento di un PC abbiamo potuto attaccare al circuito un carico utile totale di circa 1,8 ampere prima di superare stabilmente la soglia dei 200 mV di disturbo. Resta inteso che la soglia viene superata solo tenendo tutte le velocità al minimo. Il carico era composto da:
1 delta black label 0,8 ampere 8000 rpm
1 ventola 120 mm da 0,4 ampere
3 ventole 80 mm da 0,2 ampere ciascuna.

Se effettuate delle prove di ripple con un vostro alimentatore da PC dovete simulare il carico alle varie uscite, altrimenti otterrete dei ripple di oltre 1 volt. Aggiungere 2 condensatori da 1000 microfarad sulla linea a 12 volt porta a piccoli benefici ma non significativi che potrebbero affaticare l'alimentatore durante lo spunto di partenza.

NOTA IMPORTANTE ** In conclusione quindi se utilizziamo questo bay prelevando la corrente dall'alimentatore del PC è consigliabile non superare i 1500 mA totali. Per carichi maggiori è altamente consigliato utilizzare un secondo alimentatore esclusivamente per questo circuito. I nostri test sono avvenuti sempre e soltanto collegando un massimo di 3/6 normali ventole da 200/250 mA /8cm
Utilizzando i circuiti alimentati dallo stesso alimentatore del PC con i carichi massimi consigliati, dopo 10 mesi di utilizzo non abbiamo rilevato alcun inconveniente hardware.

ecco elecante le funzioni possibili del bay:

• Frequenza fissa del PWM, non è disturbata durante le varie funzioni da pulsanti , da visualizzazione o da memorizzazione nessun disturbo sulla rotazione, cambiamenti casuali, quindi niente rumori indesiderati sull'onda quadra di pilotaggio
• 5 secondi di piena potenza alle ventole all'atto dell'accensione
• Alla prima accensione del chip appena programmato vengono caricati i valori di default, tutti e tre i carichi vanno al 40 %
• Premendo il tasto UP (o DOWN) si regola la velocità della ventola, i led si illuminano proporzionalmente. Allo Zero % (ventola OFF) è associata l'accensione dell'ultimo led a destra (rosso), al 40 % non è associato alcun led visualizzatore in quanto si presume che tale valore sia utilizzato di notte, dove anche la luce di un led può provocare insonnia....(è il caso del progettista :)) )
• Trovata la giusta velocità premendo il tasto STORE si memorizza tale valore, 2 led corrispondenti al canale o ventola che si sta regolando emettono un breve triplo lampeggio, il dato si fissa in memoria ed è mantenuto anche dopo uno spegnimento del PC.
• Il tasto CHANGE: Ci permette di visualizzare o cambiare il canale su cui modificare le velocità delle ventole, la prima pressione ci indica con un lampeggio di 2 led (1 e 2 verdi canale 1, 3 e 4 gialli canale 2, 5 e 6 rossi canale 3) su quale dei tre canali stiamo operando, 2 pressioni in sequenza veloce ci permettono di cambiare il canale su cui agire
• Possibilità di variazione delle velocità delle ventole senza salvataggio
• Possibilita' di resettare le impostazioni e portarle a DEFAULT (40% 40% 40%), basta accendere il pc tenendo premuto STORE
• Possibilità di accendere il PC senza accendere questo circuito, basta avviare il pc premendo contemporaneamente UP e DOWN
• Possibilità di avviare il circuto se abbiamo avviato il PC e lo abbiamo lasciato spento, basta premere CHANGE
• I tasti sono single shot, occorre rilasciarli e ripremerli per ottenere il funzionamento, in questo modo si evitano errate manovre
• Se si preme un tasto e viene tenuto premuto, il circuito continua a funzionare escludendo tale tasto, è possibile continuare a utilizzare gli altri tasti nel frattempo, lo stesso dicasi per piu tasti premuti in contemporanea.
• Al primo rilascio di un tasto precedentemente tenuto spinto, questo riprende a funzionare normalmente e vengono comunque tenuti sotto controllo per eventuali "lock" da parte dell'untente o malfunzionamenti meccanici (cortocircuiti) dei pulsanti stessi. Puo succedere infatti anche rompere un pulsante con il tempo o con la saldatura ... o a causa della loro bassa qualità.

Il circuito e' molto semplice ma è anche a prova di errori...considerandone tutte le caratteristiche d'insieme direi quindi che si tratta di un qualcosa di veramente unico. Lode a Simo@81 !!!!!!
Qui sotto una semplice animazione simula il funzionamento del circuito

Progettato da Simo@81 nell'Aprile 2002, realizzazione, collaudo e test by Tittopower.

Per richiedere il file HEX di programmazione

Per scaricare il disegno in formato Circad98 del Circuito stampato

Per scaricare il disegno in formato Circad98 dello Schema elettrico

Buon lavoro a tutti !!!!

Il circuito trattato in questa pagina può provocare danni notevoli all'hardware e al software e alla persona. Qualora chi si appresta alla realizzazione non abbia sufficienti cognizioni di elettricità, meccanica, elettronica, e buone doti manuali per metterle in pratica, è preferibile che si astenga dal realizzarle. In ogni caso lo scrivente non si ritiene responsabile di eventuali danni provocati dal progetto e dal suo utilizzo all'hardware a cose e/o persone.