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FAN-Control – Lüfter- und Schiebersteuerung

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README

FAN-Control – Lüfter- und Schiebersteuerung

Kompakte Embedded-Steuerung für Lüfter und Abgasschieber eines Gasdurchlauferhitzers, entwickelt mit eigener Hardware in KiCad und Firmware in AVRPascal auf einem ATmega328PB.

PCB Render

Überblick

FAN-Control überwacht den Betriebszustand eines Gasdurchlauferhitzers und steuert automatisch:

  • den Abgasschieber (motorisch, via H-Brücke) – öffnet beim Einschalten des Geräts
  • den Lüfter – schaltet temperaturabhängig zu

Die Steuerung erkennt den Gerätezustand über ein Analogsignal, misst die Abgastemperatur mit einem DS18B20-Sensor und reagiert zusätzlich auf einen manuellen Taster.

Systemarchitektur

pascal
24 V DC
   ???
   ???
Spannungsaufbereitung
   ???
   ???
ATmega328PB (PD2???PD7)
   ????????? PD3 ????????? LM358 (Analogsignal Ger??tezustand)
   ????????? PD4 ????????? DS18B20 (1-Wire Temperatursensor)
   ????????? PD7 ????????? Taster (manuell Ein/Aus)
   ????????? PD5/PD6 ????????? DRV8871DDA (H-Br??cke ??? Schieber-Motor)
   ????????? PD2 ????????? AO3400A (MOSFET ??? L??fter)

Hardware

Hauptkomponenten

Bauteil Bezeichnung Funktion
Mikrocontroller ATmega328PB Zentrale Steuerlogik
Temperatursensor DS18B20 1-Wire Temperaturmessung
Motortreiber DRV8871DDA H-Brücke für Schieber-Motor
Lüftertreiber AO3400A N-Kanal MOSFET zum Schalten des Lüfters
Signalaufbereitung LM358 Operationsverstärker für Geräte-Signal
Versorgung 24 V DC Externe Versorgungsspannung
Gehäuse Bernic Series 350 DIN-Schienenmontage

Gehäuse

Bernic Series 350

Pin-Belegung (ATmega328PB)

Pin Port Richtung Funktion
PD2 D2 OUTPUT Lüfter Ein/Aus (via AO3400A MOSFET)
PD3 D3 INPUT Betriebssignal Durchlauferhitzer (via LM358)
PD4 D4 I/O DS18B20 1-Wire Datenleitung
PD5 D5 OUTPUT DRV8871 IN1 – Motor Auf
PD6 D6 OUTPUT DRV8871 IN2 – Motor Zu
PD7 D7 INPUT Taster – manuell Schieber Ein/Aus

Firmware

Zustandslogik

Die Haupt-Schlaufe läuft kontinuierlich mit einer Pause von 250 ms pro Zyklus.

pascal
?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
???  Einschalten (SchieberOnOff = TRUE) wenn:       ???
???    GEon = 1  (Durchlauferhitzer l??uft)          ???
???    OR  Temperatur > 40 ??C                       ???
???    OR  Taster aktiv                             ???
?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
???  Ausschalten (SchieberOnOff = FALSE) wenn:      ???
???    GEon = 0  AND  Temperatur ??? 40 ??C            ???
???    AND  Taster nicht aktiv                      ???
???  Einschalten (SchieberOnOff = TRUE) wenn:       ???
???    GEon = 1  (Durchlauferhitzer l??uft)          ???
???    OR  Temperatur > 40 ??C                       ???
???    OR  Taster aktiv                             ???
?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
???  Ausschalten (SchieberOnOff = FALSE) wenn:      ???
???    GEon = 0  AND  Temperatur ??? 40 ??C            ???
???    AND  Taster nicht aktiv                      ???
?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

Temperatur-Schwellwert: TempFan = 40 °C (konfigurierbar als Konstante im Quellcode)

Fehlertoleranz: Bei einem Lesefehler des DS18B20 (seCRCError, seNoSensor) bleibt der zuletzt gültige Temperaturwert (lastGoodTemp) erhalten.

Motor-Ansteuerung

Der DRV8871-Motortreiber wird über zwei Ausgänge angesteuert:

Befehl IN1 IN2 Lüfter
Schieber AUF HIGH LOW EIN
Schieber ZU LOW HIGH AUS

Zwischen den Schaltzuständen werden kurze Mikrosekunden-Pausen eingehalten, um Stromspitzen zu vermeiden.

DS18B20 – Eigene 1-Wire Implementierung

Der Sensor wird über direktes Port-Bit-Banging (DDRD / PORTD / PIND) ohne externe Bibliothek angesprochen. Die Implementierung beinhaltet:

  • 1-Wire Reset mit Präsenzsignal-Erkennung
  • Bit-genaues Read/Write mit µs-Timing
  • CRC8 Dallas-Prüfsumme zur Datenvalidierung
  • Fehlerbehandlung über den Typ TSensorError:
Fehlercode Bedeutung
seNone Kein Fehler
seNoSensor Sensor nicht erkannt (kein Präsenzsignal)
seCRCError Prüfsummenfehler
seOutOfRange Temperaturwert ausserhalb −55…+125 °C

Projektstruktur

pascal
FAN-Control-mit-ATMEL-328P-programmiert-in-AVRPascal/
????????? Hardware/
???   ????????? 700000008-SCHIEBER-V3.kicad_sch   # Schaltplan
???   ????????? 700000008-SCHIEBER-V3.kicad_pcb   # PCB-Layout
???   ????????? 700000008-SCHIEBER-V3.kicad_pro   # KiCad Projektdatei
???
????????? Software/
???   ????????? P_700000008_V3_A.pas              # Hauptprogramm
???   ????????? DS18B20.pas                       # 1-Wire Sensor Unit
???   ????????? testDS18B20.pas                   # 1-Wire Sensor Test mit Ausgabe an UART
???   ????????? P_700000008_V3_A.hex              # Flash-fertige Hex-Datei
???   ????????? P_700000008_V3_A.elf              # ELF Debug-Binary
???   ????????? P_700000008_V3_A.bin              # Rohes Bin??rimage
???
????????? images/
???   ????????? render.jpg                        # PCB 3D-Render
???   ????????? bernicSeries350.jpg               # Geh??use DIN-Schiene
???
????????? LICENSE
????????? readme.md

Voraussetzungen

Hardware

  • Zielhardware mit ATmega328PB
  • 24 V DC Versorgung
  • DS18B20 Temperatursensor
  • Abgasschieber mit geeignetem DC-Motor
  • Lüfter
  • Programmer: USBasp oder kompatibel, NEU auch mit Arduino als ISP

Software

Build & Flash

Flashen (fertige Hex-Datei)

bash
avrdude -c usbasp -p m328pb -P usb -U flash:w:Software/P_700000008_V3_A.hex

Hinweis: Den Partcode -p m328pb verwenden (nicht m328p), da es sich um den ATmega328PB handelt.

Fuse-Konfiguration

Die Fuse-Bits müssen zur Taktquelle passen:

Fuse Empfehlung
CKSEL Externer 16 MHz Quarz
CKDIV8 Deaktiviert (kein Vorteiler)
BODLEVEL Je nach Anwendung (empfohlen: 2,7 V)

Beispiel (externer 16 MHz Quarz, BOD 2,7 V):

bash
avrdude -c usbasp -p m328pb -P usb \
  -U lfuse:w:0xFF:m \
  -U hfuse:w:0xD9:m \
  -U efuse:w:0xFF:m

⚠️ Falsche Fuse-Einstellungen können den Mikrocontroller unbrauchbar machen. Vor dem Setzen unbedingt mit dem Datenblatt abgleichen.

Projektstatus

Bereich Status
Hardware ✅ Entwickelt
Firmware ✅ Lauffähig
Taktquelle ✅ Externer 16 MHz Quarz getestet
Flash-Prozess ✅ USBasp / avrdude erfolgreich
Feldbetrieb 🔄 In Erprobung

Mögliche Erweiterungen

  • Serielle Diagnoseausgabe (UART) für Temperatur- und Zustandslogs
  • Fehlererkennung mit Status-LED oder Summerton
  • Parametrierung von TempFan über Taster oder EEPROM
  • Watchdog-Timer für erhöhte Ausfallsicherheit
  • Stückliste (BOM) als PDF oder CSV

Sicherheitshinweis

Dieses Projekt ist kein zertifiziertes Sicherheitsprodukt und kein freigegebenes Seriengerät. Der Einsatz erfolgt ausschliesslich auf eigene Verantwortung – insbesondere bei Anwendungen mit Gasgeräten, Wärmequellen oder beweglichen Aktoren. Vor dem Praxiseinsatz müssen alle elektrischen, thermischen und sicherheitstechnischen Aspekte eigenständig geprüft werden.

Lizenz

MIT License – siehe LICENSE

=======

Autor

Christof Biner (@staibisser)