Контроллер системы охлаждения

Назначение

Контроллер собственной разработки для управления иммерсионной системой охлаждения.

Основные функции

1. Мониторинг температуры

Система использует цифровые датчики DS18B20 для контроля температуры в ключевых точках:

• Температура жидкости в нижней точке подачи и верхней точке забора жидкости в ванне.
• температура жидкости на входе и выходе радиатора каждого цпу и гпу.
• температура воздуха в помещении.

2. Мониторинг потоков

• Использование датчиков потока (Flow meters) на основе эффекта Холла в каждом контуре циркуляции цпу и гпу. Подробное описание и схема 3D-печатного модуля приведено в Документации по модулю датчика потока.
• Модули работают как цифровые узлы (Smart Nodes) на общей шине (1-Wire или I2C), передавая главному контроллеру уже готовые оцифрованные данные о силе потока.
• Давление и поток теплоносителя от главной помпы (перед радиатором АКПП) для оценки эффективности теплосброса и диагностики. Датчик давления в магистрали позволяет системе понять: проблема в остановке помпы (давление падает) или в "засоре" фильтра/радиатора (помпа гудит, давление растет, поток падает).

3. Мониторинг уровня жидкости (Liquid Level)

• Падение уровня масла ниже критической отметки (оголение верхних чипов видеокарт) представляет фатальную угрозу, даже если помпа продолжает качать масло и датчик потока показывает норму.
• В баке устанавливается отдельный датчик уровня (Оптический на просвет, магнито-поплавковый или емкостной на стенке резервуара).
• При срабатывании датчика уровня контроллер немедленно инициирует аппаратный Power Cut-off, не дожидаясь перегрева или остановки потока.

4. Управление помпами (Децентрализованное)

• Цифровая шина: Вместо отправки аналогового ШИМ-сигнала и чтения импульсов тахометра напрямую с каждой помпы (что требует десятков проводов), управление выносится на общую цифровую шину (RS-485 Modbus или I2C через расширители).
• Мониторинг: Главный контроллер отправляет целевые обороты по шине и по ней же получает телеметрию (фактические RPM, ошибки) от каждой помпы. Если помпа не отвечает на цифровую команду — регистрируется отказ аппаратуры.

5. Аварийная защита (Hardware & Software)

• Программная защита: Плавное повышение оборотов помп при росте температуры. Сигнализация через зуммер и светодиоды.
• Аппаратная защита (Cut-off): Возможность аппаратно обесточить систему (перехват сигнала PS_ON блока питания ATX или управление мощными контакторами) при критическом перегреве или остановке потока.
• Watchdog: Сторожевой таймер самого микроконтроллера. При зависании контроллера система переходит в безопасный режим (помпы на 100%, отключение питания GPU).

6. Сервисный режим

• Система позволяет включить главную помпу при выключенном сервере для фильтрации масла от микрочастиц (прогон через in-line масляный фильтр) или для быстрого сервисного обслуживания. Через шланги с "сухими" быстросъемами (ISO 16028 flat face Quick Disconnects) главная помпа может безопасно откачать жидкость из бака напрямую в канистры без проливания.

7. Локальный дисплей (HMI) и Программная архитектура

Для визуального мониторинга статуса системы на лицевой панели контроллера устанавливается экран. Отрисовка сложной графики и жесткий real-time опрос датчиков разнесены по разным физическим ядрам контроллера RP2040 для обеспечения отказоустойчивости.

• Технологии экранов: TFT LCD по шине SPI (чипы ST7789 1.3"-2.0" IPS или ILI9341 2.4"-2.8" TN).
• Физический ввод: Блок из 2-4 навигационных кнопок для листания вкладок (Дашборд, Графики, Настройки).
• Библиотеки интерфейса: TFT_eSPI (драйвер) + LVGL (графический фреймворк для современных UI).
• Архитектура (Dual-Core):
  • Core 0: Отрисовка UI (LVGL), обработка кнопок, общение по USB с Linux-демоном.
  • Core 1: Жесткий Real-Time (опрос DS18B20 1-Wire, датчиков потока, вычисление ПИД, генерация ШИМ для помп). Подробное описание аппаратного подключения экрана, программных библиотек и логики ядер приведено в Документации по HMI дисплею.

7. Конфигурация и интеграция с ОС (Linux Daemon)

Из-за сложностей с сертификацией радиоустройств (Wi-Fi), основной упор делается на проводную работу. Контроллер подключается к серверу/материнской плате фермы по USB (Serial). На стороне ОС (Linux) должен работать специализированный системный сервис (Daemon).

• Функции Linux-демона:
  • Периодический опрос контроллера (получение телеметрии температур и помп для софтверных дашбордов Grafana/Prometheus).
  • Отправка конфигурационных параметров в контроллер (лимиты температур, оборотов, потока).
  • Софтовая реакция фермы: демон может инициировать корректный shutdown или hibernate серверов до того, как контроллер аппаратно отрубит питание по критическому перегреву.
• Резервирование: Если USB-кабель отключен или демон завис, контроллер продолжает полностью автономную работу, опираясь на зашитые в энергонезависимую память (EEPROM) уставки.

Ключевые уставки системы (задаваемые через демон или локальное меню):

1. Температурные лимиты: Порог агрессивного охлаждения (100% ШИМ помп) и порог аппаратного отключения (Hardware Cut-off) для спасения GPU.
2. Кривая охлаждения (PWM): Базовые обороты при простое (для поддержания потока) и кривая набора при нагреве.
3. Лимиты потока (Flow): Порог срабатывания защиты при падении потока жидкости ниже безопасного (засор, утечка или заклинивание).

8. Взаимодействие и аппаратные кнопки (Power, Reset)

Контроллер выступает прослойкой между пользователем и материнской платой.

• Power: При нажатии кнопки контроллер сначала запускает помпы, ожидает несколько секунд для создания давления и подтверждения потока, и только затем замыкает контакты Power_SW на материнской плате.
• Reset: Длинное нажатие — перезагрузка самого контроллера. Короткое — трансляция сигнала Reset на материнскую плату.

Выбор микроконтроллера (MCU): Глубокий анализ

Исходя из архитектуры, системе требуется опрашивать минимум 5-10 датчиков DS18B20 (1-Wire), минимум 3-5 датчиков потока (импульсы) и управлять 3-5 помпами (ШИМ 25 кГц + тахометры-импульсы). Чтение 6-10 высокочастотных импульсных сигналов одновременно с тайминг-чувствительным протоколом 1-Wire создает высокую нагрузку на обработчики прерываний (Interrupts) слабого процессора.

Рассмотренные платформы:

Итоговый выбор: Raspberry Pi Pico (чип RP2040). Наличие PIO является решающим фактором: микро-сопроцессоры аппаратно считают импульсы от всех датчиков потока и тахометров помп, разгружая основное ядро от "прерываний". Базовая версия (без Wi-Fi) идеально ложится в концепцию безопасного контроллера с локальной настройкой и связью с Linux-демоном через стабильный аппаратный USB. Программная база: C/C++ (Raspberry Pi Pico SDK) или Arduino IDE (ядро от Earle Philhower для полной поддержки PIO и многопоточности).

Дальнейшие задачи

• Разработка принципиальной электрической схемы (Схемотехника)
• Трассировка печатной платы (PCB) под выбранный MCU
• Написание базовой прошивки (чтение датчиков, генерация ШИМ)
• Разработка веб-интерфейса / API для мониторинга