树莓派控制风扇的几种方式

CHANBAEK 2023-03-22 4211

描述

为了提高树莓派的散热效率，可以加一个小风扇，网上那种5v-dc 25x25的就可以。我使用一个s9013三极管控制风扇的启停，电路原理图如下所示：

基极电阻的大小可以根据实际情况调整，如果电阻过大会导致基极电流太小，进而CE电流太小；如果电阻过小，可能会烧坏三极管。最佳状态是三极管导通后ce电流刚好是风扇的额定电流，可以根据风扇额定电流和三极管放大倍数大概算出基极的电流，然后根据gpio电压算出需要的电阻。

控制风扇可以有多种方式，c、python、shell脚本都可以，下面是我实现的代码。

1、使用linux文件IO函数，实现开关风扇操作，这是最直接简单的方式，不需要安装其他东西，就是要频繁开关文件。

#include
#include
#include
#include 
#include 
int get_temp()
{
    char  temp[8];
   int fd = open("/sys/class/thermal/thermal_zone0/temp",O_RDONLY);
   read(fd,&temp,5);
   close(fd);
   return atoi(temp);
}

uint8_t fan_on = 0;
void main()
{
    char* buff = "18";
	int fd = access("/sys/class/gpio/gpio18/value",F_OK);
	if(fd<0)
	{
		fd = open("/sys/class/gpio/export",O_WRONLY);
        write(fd,buff,1);
        close(fd);
	}
    fd = open("/sys/class/gpio/gpio18/direction",O_WRONLY);
    buff = "out";
    write(fd,buff,3);
    close(fd);
    while(1)
    {
        int temp = get_temp();
       // printf("temp:%f\\n",temp/1000.0);
        temp /=1000; 
        if((fan_on == 1)&&(temp <= 40))
        {
            
            fd = open("/sys/class/gpio/gpio18/value",O_WRONLY);
            buff = "0";
            write(fd,buff,1);
            close(fd);
            printf("fan off\\n");
            fan_on = 0;
        }
        else if((fan_on == 0)&&(temp >=45))
        {
            fd = open("/sys/class/gpio/gpio18/value",O_WRONLY);
            buff = "1";
            write(fd,buff,1);
            close(fd);
            printf("fan on\\n");
            fan_on = 1;
        }
        sleep(1);
    }   
}

2、使用bcm2835库，开关控制风扇，需要安装bcm2835库，编译需要加上-lbcm2835选项，另外需要sudo管理员权限运行。

#include 
#include
#include
#include 
#include 
#define PIN RPI_GPIO_P1_12

int get_temp()
{
    char  temp[8];
   int fd = open("/sys/class/thermal/thermal_zone0/temp",O_RDONLY);
   read(fd,&temp,5);
   close(fd);
   return atoi(temp);
}

int main(int argc,char **argv)
{
    if (!bcm2835_init())
        return 1;
 
  // 输出方式
  bcm2835_gpio_fsel(PIN, BCM2835_GPIO_FSEL_OUTP);
 
  while (1)
  {
        int temp = get_temp();
       // printf("temp:%f\\n",temp/1000.0);
        temp /=1000; 
     if((fan_on == 1)&&(temp <= 40))
    {
        bcm2835_gpio_write(PIN, HIGH);
        fan_on = 0;
    }
    else if((fan_on == 0)&&(temp >=45))
    {
        bcm2835_gpio_write(PIN, LOW);
        fan_on = 1;
    }
    bcm2835_delay(1000);
  }
  bcm2835_close();
  return 0;
}

3、使用bcm2835库，pwm方式控制，可以更精细的控制转速，不过pwm的频率不宜太高，否则高频噪音很大，还不如让其全速运行。另外pwm占空比过低风扇也不转，所以我直接让他从50%开始运转，并且在停止和运转有一个死区，避免在零界点频繁启停。具体大家可以根据自己的需求调整。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

// PWM output on RPi Plug P1 pin 12 (which is GPIO pin 18)
// in alt fun 5.
// Note that this is the _only_ PWM pin available on the RPi IO headers
#define PIN RPI_GPIO_P1_12
// and it is controlled by PWM channel 0
#define PWM_CHANNEL 0
// This controls the max range of the PWM signal
#define RANGE 200

int get_temp()
{
    char  temp[8];
   int fd = open("/sys/class/thermal/thermal_zone0/temp",O_RDONLY);
   read(fd,&temp,5);
   close(fd);
   return atoi(temp);
}

int temp;
int main(int argc, char **argv)
{
    if (!bcm2835_init())
	return 1;

    // Set the output pin to Alt Fun 5, to allow PWM channel 0 to be output there
    bcm2835_gpio_fsel(PIN, BCM2835_GPIO_FSEL_ALT5);

    bcm2835_pwm_set_clock(BCM2835_PWM_CLOCK_DIVIDER_2048);
    bcm2835_pwm_set_mode(PWM_CHANNEL, 1, 1);
    bcm2835_pwm_set_range(PWM_CHANNEL, RANGE);

    while (1)
    {
        temp= get_temp()/100;
        // printf("temp:%f\\n",temp/1000.0);
        if((temp <= 400))
        {
	        bcm2835_pwm_set_data(PWM_CHANNEL, 0);
        }
        else if(temp > 500)
        {
            bcm2835_pwm_set_data(PWM_CHANNEL, RANGE);
        }
        else if(temp > 450)
        { 
            bcm2835_pwm_set_data(PWM_CHANNEL, (temp-450)*2+100);
        }
        //printf("temp:%d\\n",temp);
        sleep(1);
    }
    bcm2835_close();
    return 0;
}

4、python开关控制

import RPi.GPIO as gpio
from time import sleep

Temper_HI = 47  # 风扇启动温度
Temper_LO = 40  # 风扇关闭温度
gpio_pin = 12
# 初始化GPIO针脚控制
gpio.setmode(gpio.BOARD)
gpio.setup(gpio_pin, gpio.OUT)

while True:
    with open("/sys/class/thermal/thermal_zone0/temp", "r") as f: 
        temper = int(f.read()) // 100 / 10  # 计算温度，保留一位小数
    # print(temper)
    if temper > Temper_HI:  
        gpio.output(gpio_pin, gpio.HIGH)  

    if temper < Temper_LO:
        gpio.output(gpio_pin, gpio.LOW)  
    sleep(1)

5、python pwm控制

import RPi.GPIO as gpio
import time 
fan_gpio_pin = 12
temp_max = 500
temp_on = 450
temp_min = 400
def get_cpu_temp():
    with open('/sys/class/thermal/thermal_zone0/temp') as f:
        cpu_temp = int(f.read())
    return cpu_temp/100 

def main():
    gpio.setwarnings(False)
    gpio.setmode(gpio.BOARD)
    gpio.setup(fan_gpio_pin, gpio.OUT, initial=gpio.LOW)
    pwm = gpio.PWM(fan_gpio_pin, 50)
    hasFanStarted = False
    while True:
        temp = get_cpu_temp()
        # print(temp)
        if temp < temp_min:
            if hasFanStarted:      
                pwm.start(0)         
                hasFanStarted = False
        elif temp >= temp_on and temp <= temp_max:
            pwm.start(temp-temp_on+50)
            hasFanStarted = True

        elif temp > temp_max:
            pwm.start(100)
            hasFanStarted = True
        time.sleep(1)

if __name__ == '__main__':
    main()

6、shell脚本开关控制（shell脚本语法有点麻烦，不熟悉不建议使用）

#! /bin/bash
fan_is_on=0
if [ ! -e "/sys/class/gpio/gpio18/value" ]
    then
    echo "export gpio 18"
    echo "18" > "/sys/class/gpio/export"
fi

echo "out" > "/sys/class/gpio/gpio18/direction"

while ((1))
do 
TEMP=$(cat /sys/class/thermal/thermal_zone0/temp)
echo $TEMP
if [[ $fan_is_on -eq 1 ]] && [[ $TEMP -lt 40000 ]]
    then
    fan_is_on=0
    echo "fan off"
    echo "0" > "/sys/class/gpio/gpio18/value"
elif [[ $fan_is_on -eq 0 ]] && [[ $TEMP -gt 45000 ]]
    then
    fan_is_on=1
    echo "fan on"
    echo "1" > "/sys/class/gpio/gpio18/value"
fi
sleep 1s
done

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