PID регулятор оборотов вентилятора

hddtempserial.ino

@@ -6,29 +6,33 @@
 
 #define FAN_COUNT 6 //Количество вентиляторов
 #define BAUDRATE 19200 //Скорость serial порта
-#define BEEP_INTERVAL 1000 //Частота пищания во время потери связи или перегрева
-#define BEEP_STRENGTH 100 //Уровень шима для пищалки. (При 255 не работает)
-#define BLINK_INTERVAL 200 //Частота мигания светодиода во время ожидания ответа от пк
-#define CHECK_TEMP_DELAY 1000 //Задержка перед очередным получением температуры от пк
-#define GET_TEMP_TIMEOUT 500 //Если в течение этого времени температура не была прислана, считается что пк не отвечает
-#define RPM_CHECK_INTERVAL 1000 //Частота подсчета rpm и обнуления tachRevs
-#define DEFAULT_PWM_DUTY_CYCLE 254 //Скважность ШИМ поумолчанию (до подулючения к пк)
+#define CHECK_TEMP_DELAY 200 //Интервал получения температуры от пк (мс)
+#define GET_TEMP_TIMEOUT 1000 //Если в течение этого времени температура не была прислана, считается что пк не отвечает (мс)
+
+#define RPM_CHECK_INTERVAL 200 //Интервал подсчета rpm и обнуления tachRevs (мс)
+#define RPM_VALUES_COUNT 5 //Количество значений RPM, которые записываются и усредняются (скользящее среднее)
 #define MAX_PWM_DUTY_CYCLE 254 //Максимальная скважность ШИМ
+#define DEFAULT_PWM_DUTY_CYCLE 254 //Скважность ШИМ по умолчанию (до подулючения к пк)
+
+#define BEEP_INTERVAL 1000 //Интервал пищания во время потери связи или перегрева (мс)
+#define BEEP_STRENGTH 255 //Уровень ШИМ для пищалки. (При 255 не работает, нужно чтобы был именно ШИМ)
+#define BLINK_INTERVAL 200 //Интервал мигания светодиода во время ожидания ответа от пк (мс)
 
-#define SOUND_PIN 10
-#define LED_PIN 13
+#define SOUND_PIN 10 //Номер пина пищалки
+#define LED_PIN 13 //Номер пина светодиода
 
 int pwmPins[3] = {3, 5, 6}; //Номера пинов ШИМ
-bool pwmState = 0; //Состояние ШИМ
+volatile bool pwmState = 0; //Состояние ШИМ
+volatile bool pwm_on = 1; // ==1, если ШИМ включен
 
 int tachPins[FAN_COUNT] = {14, 15, 16, 17, 18, 19}; //Номера пинов для считывания оборотов
-uint16_t tachRevs[FAN_COUNT] = {}; //Обороты (просто сколько насчитано оборотов, а не rpm)
-uint16_t tachRpm[FAN_COUNT] = {}; //rpm
-bool tachStates[FAN_COUNT] = {}; //Состояния  (оборот считывается только если состояние == 0, и считывается 0)
+volatile uint16_t tachRevs[FAN_COUNT] = {}; //Обороты (просто сколько насчитано оборотов, а не rpm)
+uint16_t tachRpm[FAN_COUNT][RPM_VALUES_COUNT] = {}; //rpm
+volatile bool tachStates[FAN_COUNT] = {}; //Состояния  (оборот считывается только если состояние == 0, и считывается 0)
 
 
-//Это пока не используется:
-struct fan { //Данные о вентиляторе
+/*
+  struct fan { //Данные о вентиляторе
   int tachPin; //Номер пина тахометра
   bool tachState; //Состояние тахометра
   bool tachType; //Тип датчика. 0 = униполярный, 1 = биполярный
@@ -36,20 +40,29 @@ struct fan { //Данные о вентиляторе
   uint16_t rpm; //Обороты в минуту
   uint32_t lastSignalStart; //Время начала последнего сигнала тахометра
   uint32_t lastSignalEnd; //Время окончания последнего сигнала тахометра
-};
+  };
 
-struct controll { //Данные о контроллерах вентилятора
+  struct control { //Данные о контроллерах вентилятора
   int pwmPin; //Номер пина ШИМ
   bool pwmState; //Состояние пина ШИМ
-};
-
+  };
+*/
 
 int temp;  //Температура, полученная от пк
+int target_rpm = 0;
 
 uint32_t last_beep_time = 0;
 uint32_t last_check_time = 0;
 uint32_t lastRpmCheck = 0;
+uint32_t lastRevTime = 0;
+
+float p = 0;
+float i = 0;
+float d = 0;
 
+float k_p = 0.3;
+float k_i = 0.0004;
+float k_d = 160;
 
 
 
@@ -92,15 +105,21 @@ void wait_for_connection(bool beep) { //функция, которая мига
 void tempFromPc()// получаем температуру от пк
 {
   String rpm_string = "send_rpm_";
-  for (int i = 0; i < FAN_COUNT; i++) {
+  for (int fan = 0; fan < FAN_COUNT; fan++) {
+    uint32_t avg_rpm = 0;
+
+    for (int val = 0; val < RPM_VALUES_COUNT; val++) {
+      avg_rpm += tachRpm[fan][val];
+    }
+    avg_rpm /= RPM_VALUES_COUNT;
 
-    rpm_string += String(tachRpm[i]);
-    if (i < 5) {
+    rpm_string += String(avg_rpm);
+    if (fan < 5) {
       rpm_string += "_";
     }
   }
 
-  Serial.println("req_temperature_" + rpm_string); //запрос к пк
+  Serial.println("req_temperature_" + rpm_string + "_debug_" + String(OCR2A)); //запрос к пк
   unsigned long query_time = millis();
   while (Serial.available() == 0) { //ждем пока ответит
     if (millis() >= query_time + GET_TEMP_TIMEOUT) { //если слишком долго не отвечает
@@ -122,49 +141,114 @@ void tempFromPc()// получаем температуру от пк
 void autocontrol()//Автоконтроль температуры
 {
   tempFromPc();//получаем температуру от пк
-  int pwmDutyCycle = 0;
+  /*
+    if (temp < 20) {      //<20     rpm = 600-630
+    target_rpm = 650;
+    //pwmDutyCycle = 50;
+    }
+    else if (temp < 40) { //20-39   rpm = 1080-1110
+    target_rpm = 1000;
+    //pwmDutyCycle = 100;
+    }
+    else if (temp < 60) { //40-59   rpm = 1380-1410
+    target_rpm = 1250;
+    //pwmDutyCycle = 150;
+    }
+    else if (temp < 80) { //60-79   rpm = 1620-1650
+    target_rpm = 1500;
+    //pwmDutyCycle = 200;
+    }
+    else {                //>=80    rpm = 1800-1830
+    target_rpm = 1700;
+    //pwmDutyCycle = 254;
+    }
+  */
+  target_rpm = temp;
+}
 
-  if (temp < 20) {      //<20 rpm = 600-630
-    pwmDutyCycle = 50;
+
+
+void rpm_control() {
+  for (int fan = 0; fan < FAN_COUNT; fan++) {
+    for (int val = 0; val < RPM_VALUES_COUNT - 1; val++) {
+      tachRpm[fan][val] = tachRpm[fan][val + 1];
+    }
+    tachRpm[fan][RPM_VALUES_COUNT - 1] = (tachRevs[fan] * (60000 / uint32_t(millis() - lastRpmCheck))) / 2;
+    tachRevs[fan] = 0;
   }
-  else if (temp < 40) { //20-39 rpm = 1080-1110
-    pwmDutyCycle = 100;
+
+  uint32_t avg_rpm = 0;
+  const int fan = 0;
+
+  for (int val = 0; val < RPM_VALUES_COUNT; val++) {
+    avg_rpm += tachRpm[fan][val];
   }
-  else if (temp < 60) { //40-59 rpm = 1380-1410
-    pwmDutyCycle = 150;
+  avg_rpm /= RPM_VALUES_COUNT;
+
+
+  float pwmDutyCycle = 0;
+  uint8_t byte_pwmDutyCycle = 0;
+
+  d = (target_rpm - int(avg_rpm) - p) / float(millis() - lastRpmCheck);
+  p = target_rpm - int(avg_rpm);
+  i = i + p * (millis() - lastRpmCheck);
+
+
+  pwmDutyCycle = round(p * k_p + i * k_i + d * k_d);
+
+  if (pwmDutyCycle <= 1) {
+    byte_pwmDutyCycle = 1;
   }
-  else if (temp < 80) { //60-79 rpm = 1620-1650
-    pwmDutyCycle = 200;
+  else if (pwmDutyCycle >= MAX_PWM_DUTY_CYCLE) {
+    byte_pwmDutyCycle = MAX_PWM_DUTY_CYCLE;
   }
-  else {                //>=80 rpm = 1800-1830
-    pwmDutyCycle = MAX_PWM_DUTY_CYCLE;
+  else {
+    byte_pwmDutyCycle = pwmDutyCycle;
   }
 
-  if (pwmDutyCycle == 0) {
-    TIMSK2 &= (0 << OCIE2A); //выкл. вызов прерывания
-    pwmState = 0;
-    for (int i = 0; i < 3; i++) {
-      digitalWrite(pwmPins[i], 0);
+  if (byte_pwmDutyCycle == 0) {
+    if (pwm_on == 1) {
+      pwm_on = 0; //выкл ШИМ
+      for (int i = 0; i < 3; i++) {//выкл пины ШИМ
+        digitalWrite(pwmPins[i], 0);
+      }
     }
   }
   else {
-    OCR2A = pwmDutyCycle; //установка скважности
+    if (pwm_on == 0) {
+      pwm_on = 1; //вкл ШИМ
+    }
+    OCR2A = byte_pwmDutyCycle; //установка скважности
   }
+  //Почему-то иногда может заглючить: скважность стоит 254, pwm_on равно 1, но вентилятор не крутится (но пищит). Похоже каким-то образом меняется pwmState, когда не надо
+  //Serial.println("debug_" + String(byte_pwmDutyCycle));
+
+  lastRpmCheck = millis();
 }
 
 
 
 
+
+
 ISR(TIMER2_COMPA_vect) { //Эта функия вызывается при прерывании по таймеру 2
-  pwmState = !pwmState;
+  
+  if (pwmState == 1) {
+    pwmState = 0;
+  }
+  else {
+    pwmState = 1;
+  }
 
   for (int i = 0; i < 3; i++) {//управление пинами ШИМ
     digitalWrite(pwmPins[i], pwmState);
   }
 
+
+
+
   if (pwmState == 1) { //Если питание включилось, то проверяем состояния тахометров
     for (int i = 0; i < FAN_COUNT; i++) {
-      //Пины тахометров подтянуты к 5в. Если digitalRead == 0, то считается, что тахометр активен, поэтому tachState[i] == 1
       if (digitalRead(tachPins[i]) == 0 && tachStates[i] == 0) { //сигнал тахометра появился
         tachStates[i] = 1;
         //digitalWrite(13, 1);
@@ -189,18 +273,18 @@ ISR(TIMER2_COMPA_vect) { //Эта функия вызывается при пр
 void setup()  {
   pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
   pinMode(SOUND_PIN, OUTPUT);
-  
+
   for (int i = 0; i < 3; i++) {
     pinMode(pwmPins[i], OUTPUT);
   }
 
   for (int i = 0; i < FAN_COUNT; i++) {
-    pinMode(tachPins[i], INPUT_PULLUP);  
+    pinMode(tachPins[i], INPUT_PULLUP);
   }
 
 
   TCCR2A |= (1 << WGM20); //запуск таймера
-  OCR2A = 1; //скважность
+  OCR2A = DEFAULT_PWM_DUTY_CYCLE; //скважность
   TIMSK2 |= (1 << OCIE2A); //вкл. вызов прерывания
 
 
@@ -218,8 +302,8 @@ void loop()  {
     last_check_time = millis();
     autocontrol(); //Получаем температуру от ПК, устанавливаем соотв. скорость вращения
 
-
-    if (temp >= 80) { //Если перегрев, включается пищалка
+    /*
+      if (temp >= 80) { //Если перегрев, включается пищалка
       if (millis() >= last_beep_time + BEEP_INTERVAL * 2) {
         analogWrite(SOUND_PIN, BEEP_STRENGTH);
         last_beep_time = millis();
@@ -227,18 +311,14 @@ void loop()  {
       else if (millis() >= last_beep_time + BEEP_INTERVAL) {
         analogWrite(SOUND_PIN, 0);
       }
-    }
-    else {
+      }
+      else {
       analogWrite(SOUND_PIN, 0); //Чтобы постоянно не пищал, если температура станет < 80 в то время, как пищалка включена
-    }
+      }
+    */
   }
 
-  if (uint32_t(millis() - lastRpmCheck) >= RPM_CHECK_INTERVAL) { //подсчет rpm
-    for (int i = 0; i < FAN_COUNT; i++) {
-      tachRpm[i] = (tachRevs[i] * (60000 / uint32_t(millis() - lastRpmCheck))) / 2;
-      tachRevs[i] = 0;
-    }
-    lastRpmCheck = millis();
-
+  if (uint32_t(millis() - lastRpmCheck) >= RPM_CHECK_INTERVAL) {
+    rpm_control();
   }
 }

hddtempserial.py

@@ -169,6 +169,13 @@ while True:
                 print('Fan RPMs: ' + rpm_str)
                 if args.manual: print('Enter the temperature value: ')
 
+            if 'debug' in incoming_line:
+                debug_pos = incoming_line.find('debug')
+                debug_str = incoming_line[debug_pos + 6:]
+                if args.manual: print()
+                print('debug: ' + debug_str)
+                if args.manual: print('Enter the temperature value: ')
+
     except OSError:
         if connected:
             print('Serial divice was disconnected. Trying to reconnect...')