التحكم في مروحة الكمبيوتر

الموسوعة الحرة
قد تحتوي صناديق الكمبيوتر ذات البرج الكامل على مراوح تبريد متعددة. ويوجد في الجزء العلوي من الصندوق وحدة تحكم بالمراوح.

التحكم في المروحة هو إدارة سرعة دوران المروحة الكهربائية. في أجهزة الكمبيوتر، تُستخدم أنواع مختلفة من مراوح الكمبيوتر لتوفير التبريد الكافي ، وتوازن آليات التحكم المختلفة بين قدرات التبريد ومستوى الضوضاء الناتج. ويتم ذلك عادةً من خلال اللوحات الأم التي تحتوي على دوائر مراقبة مادية ، والتي يمكن للمستخدم النهائي تهيئتها عبر نظام الإدخال والإخراج الأساسي (BIOS) أو برامج أخرى للتحكم في المروحة. [ 1 ]

الحاجة إلى التحكم في المروحة

مع ازدياد قوة أجهزة الكمبيوتر الحديثة ، تزداد متطلباتها من الطاقة الكهربائية . وتُصدر هذه الأجهزة الطاقة الكهربائية على شكل حرارة ناتجة عن جميع مكوناتها الرئيسية . ويتفاوت إنتاج الحرارة تبعًا لحمل النظام، حيث تُنتج فترات النشاط الحسابي المكثف حرارةً أكبر بكثير من تلك التي تُنتجها فترات الخمول . [ 1 ]

لم تكن المعالجات في معظم أجهزة الكمبيوتر القديمة التي تعمل بنظام x86، وصولاً إلى بعض أجهزة 486 الأولى، بحاجة إلى تهوية فعّالة. أما وحدات التزويد بالطاقة فكانت تحتاج إلى تبريد قسري، وكانت مراوحها تُوزّع الهواء البارد على باقي مكونات الكمبيوتر وفقًا لمعيار ATX . ونتيجةً لزيادة الحرارة المتولدة، تحتاج المراوح إلى تحريك كميات أكبر من الهواء، وبالتالي تحتاج إلى أن تكون أكثر قوة. ونظرًا لأنها تُحرّك كمية أكبر من الهواء عبر نفس المساحة، فإن المراوح تُصبح أكثر ضجيجًا.

يمكن أن تُصدر المراوح المُثبّتة داخل صندوق الحاسوب مستويات ضوضاء تصل إلى 70 ديسيبل . وبما أن ضوضاء المروحة تزداد مع القوة الخامسة لسرعة دورانها ، [ 2 ] فإن تقليل عدد دورات المروحة في الدقيقة (RPM) بمقدار بسيط قد يُؤدي إلى انخفاض كبير في مستوى الضوضاء. مع ذلك، يجب القيام بذلك بحذر، لأن التخفيض المفرط في السرعة قد يُؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة المكونات وتلفها. إذا تم ذلك بشكل صحيح، يمكن تقليل ضوضاء المروحة بشكل كبير.

موصلات المروحة

تستخدم مراوح التبريد الشائعة في أجهزة الكمبيوتر موصلات قياسية ذات دبابيس تتراوح بين اثنين وأربعة دبابيس. يُستخدم الدبوسان الأولان دائمًا لتزويد محرك المروحة بالطاقة، بينما يمكن أن تكون الدبابيس المتبقية اختيارية، وذلك حسب تصميم المروحة ونوعها.

  • أرض – أرضية مشتركة 
  • Vcc (الطاقة) - مصدر طاقة +12 فولت اسميًا، على الرغم من أنه قد يكون متغيرًا حسب نوع المروحة وسرعة دورانها المطلوبة  
  • يُخرج مستشعر سرعة الدوران (أو مقياس سرعة الدوران) من المروحة إشارة تنبض مرتين لكل دورة للمروحة على شكل سلسلة نبضات، ويتناسب تردد الإشارة مع سرعة المروحة. 
  • مدخل التحكم – إشارة دخل بتقنية تعديل عرض النبضة (PWM)، تُستخدم عندما تحتوي مروحة التبريد على دائرة تشغيل محرك داخلية. تتيح مراوح التبريد المزودة بهذا المدخل إمكانية ضبط سرعة دوران المروحة دون تغيير جهد الدخل المُوَصَّل إليها. تسمح سرعة الدوران المتغيرة بتعديل معدل التبريد حسب الحاجة، مما يُخفف من ضجيج المروحة ويوفر الطاقة عند عدم الحاجة إلى السرعة القصوى. 

يختلف لون الأسلاك المتصلة بهذه الدبابيس باختلاف عدد الموصلات، لكن وظيفة كل دبوس موحدة ومضمونة في جميع الأنظمة. عادةً ما تُصمَّم مراوح التبريد المزودة بموصلات ثنائية أو ثلاثية الدبابيس لقبول نطاق واسع من جهد الإدخال، مما يؤثر بشكل مباشر على سرعة دوران الشفرات.

أنواع التحكم

ترموستاتي

في هذا النوع من التحكم بالمراوح، تكون المروحة إما قيد التشغيل أو متوقفة. يتم فحص درجة الحرارة داخل الهيكل، وإذا تم رصد درجة حرارة خارج النطاق المسموح به، يتم ضبط المراوح على أقصى سرعة. وعندما تنخفض درجة الحرارة إلى ما دون الحد الأدنى، يتم إيقاف المراوح مرة أخرى. تقلل هذه الطريقة من مشاكل الضوضاء واستهلاك الطاقة خلال فترات الاستخدام المنخفض، ولكن عندما يعمل النظام بكامل طاقته، قد تصبح ضوضاء المروحة مشكلة مرة أخرى.

تنظيم الجهد الخطي

المروحة التبريدية القياسية عبارة عن محرك تيار مستمر مزود بشفرات. بتغيير جهد الإدخال ضمن النطاق المقبول للمروحة، تزداد سرعتها (عند زيادة الجهد) أو تنخفض (عند خفضه)؛ فالمروحة الأسرع تعني تدفق كمية أكبر من الهواء، وبالتالي معدل تبادل حراري أعلى. توجد عدة طرق لتنظيم هذه السرعة، كما هو موضح أدناه.

المقاومات

تُعدّ المقاومات الموصولة على التوالي مع طرف الطاقة للمروحة أبسط طريقة لتقليل ضجيجها، لكنها تزيد من الحرارة المتولدة داخل صندوق الحاسوب . ولأن انخفاض الجهد يتناسب طرديًا مع التيار، فقد لا تعمل المروحة. لذا، يجب أن تكون هذه المقاومات ذات قدرة مناسبة. للتحكم في سرعة المروحة، يمكن استخدام مقاومات متغيرة مع ترانزستور مثل MOSFET، حيث يتم التحكم في جهد خرجه بواسطة المقاومة المتغيرة. كما يمكن استخدام مقاومة متغيرة (ريوستات) بدلاً من ذلك.

الثنائيات

يؤدي توصيل ثنائي على التوالي مع المروحة إلى خفض الجهد الخارج إليها. يوفر ثنائي السيليكون انخفاضًا ثابتًا نسبيًا في الجهد يبلغ حوالي 0.7  فولت لكل ثنائي؛ وتحدد بيانات كل ثنائي مقدار انخفاض الجهد، فعلى سبيل المثال، يتراوح انخفاض الجهد في ثنائي السيليكون 1N4001 بين 0.7 و0.9  فولت تقريبًا مع تغير التيار من 0.01 إلى 1  أمبير. [ 3 ] يجب الانتباه إلى قدرة الثنائي ، وقد يتطلب تبريده للعمل عند التيار المقنن. ينخفض ​​انخفاض الجهد عبر الثنائي مع ارتفاع درجة الحرارة، مما يؤدي إلى زيادة سرعة المروحة.

مثل منظمات الجهد التسلسلية الأخرى، سيبدد الصمام الثنائي طاقة تساوي انخفاض الجهد مضروبًا في التيار المار من خلاله.

تعديل الجهد الكهربائي ("تعديل الجهد الكهربائي")

يُحدد الجهد الكهربائي الذي تتلقاه مروحة تبريد الكمبيوتر بالفرق بين سلك الجهد (+12  فولت) وسلك التأريض (+0  فولت). وبتوصيل أحد السلكين أو كليهما بجهد مختلف، سيختلف الجهد الذي تتلقاه المروحة عن الجهد الافتراضي 12  فولت الذي صُممت المروحة من أجله.

 يمكن زيادة الجهد الكهربائي عن 12 فولت عن طريق توصيل سلك الطاقة -12  فولت أو -5  فولت بدلاً من سلك التأريض في موصل المروحة، وتوصيل  سلك الطاقة 5 فولت بمدخل +12  فولت في موصل المروحة. [ 4 ] بهذه الطريقة،  يمكن الحصول على جهود 10 و17 و24 فولت، مع العلم أن الجهود التي تتجاوز 12  فولت قد تُتلف مراوح الكمبيوتر المصممة للعمل على 12  فولت. ومع ذلك، فإن الأنظمة الحديثة أقل ملاءمة لتعديل جهد المراوح، لأن مزودات الطاقة الحديثة لا توفر بالضرورة  سلك طاقة -5 فولت، وعادةً ما يسمح سلك -12  فولت بتيار أقل من 1  أمبير.

هناك طريقة أخرى لتقليل سرعة المروحة [ 5 ] وهي نقل  سلك 5 فولت في موصل الطاقة Molex المتصل بالمروحة إلى مكان سلك التأريض، مما يوفر جهدًا مقداره +7  فولت (12  فولت - 5  فولت = 7  فولت) للمروحة. مع ذلك، تُعد هذه الطريقة محفوفة بالمخاطر، لأن  خط +5 فولت في وحدة التزويد بالطاقة مُصمم لتزويد التيار فقط، وليس لسحبه، لذا قد تتلف وحدة التزويد بالطاقة نتيجة حمل  أقل من الحمل الناتج عن  مراوح 7 فولت (مثلًا، عند دخول الحاسوب في وضع الخمول أو السكون). كما أن المكونات الداخلية للحاسوب التي تستخدم  طاقة +5 فولت قد تتعرض لجهد يزيد عن 5  فولت في حالة حدوث ماس كهربائي في المروحة.

منظمات خطية متكاملة أو منفصلة

وحدة تحكم المروحة SMSC EMC2102 التي تعتمد على سرعة الدوران مع خاصية الإغلاق الحراري للأجهزة

تُستخدم دوائر تنظيم الجهد الشائعة، مثل سلسلة LM78xx الشهيرة، أحيانًا لتوفير جهد متغير أو ثابت للمراوح. عند تثبيتها حراريًا على هيكل الحاسوب، يمكن لإحدى هذه الدوائر توفير  تيار يصل إلى 1 أمبير عند جهد 6 أو 8 أو 9 أو 10  فولت، وذلك بالنسبة لـ LM7806 وLM7808 وLM7809 وLM7810 على التوالي. [ 6 ] كما توجد إصدارات قابلة للتعديل، مثل LM317 الشهيرة ؛ وعند دمجها مع مقياس جهد، تسمح هذه المنظمات القابلة للتعديل للمستخدم بتغيير سرعة عدة مراوح بتيارات تتجاوز بكثير ما يمكن أن يتحمله مقياس الجهد القياسي. [ 7 ]

بالنسبة للتيارات العالية، تُعدّ منظمات الجهد الخطية المنفصلة سهلة التركيب نسبيًا، حيث تستخدم ترانزستور طاقة أو MOSFET وترانزستور إشارة صغير أو ثنائي زينر كمرجع للجهد. ورغم أن هذه المنظمات تتطلب مكونات إضافية (ترانزستورين على الأقل، وثلاثة مقاومات، ومكثف صغير)، إلا أنها تسمح بتيارات عالية جدًا، مما يتيح تنظيم مراوح وملحقات إضافية.

كما هو الحال مع منظمات الجهد الخطي الأخرى، فإن الحرارة المهدرة التي يتم إنتاجها ستكون تقريبًا P = ( V in - V out ) I out . [ 8 ]

تعديل عرض النبضة

تُعدّ تقنية تعديل عرض النبضة (PWM) طريقة شائعة للتحكم في مراوح الحاسوب. عادةً ما تُوصل المروحة التي تدعم هذه التقنية بموصل رباعي الأطراف (ترتيب الأطراف: أرضي، +12  فولت، استشعار، تحكم). يُستخدم طرف الاستشعار لنقل سرعة دوران المروحة، بينما يكون طرف التحكم عبارة عن مخرج مفتوح التصريف أو مفتوح المجمع، مما يتطلب مقاومة سحب إلى 5  فولت أو 3.3  فولت في المروحة. على عكس تنظيم الجهد الخطي، حيث يتناسب جهد المروحة طرديًا مع سرعتها، تعمل المروحة في هذه التقنية بجهد تغذية ثابت؛ ويتم التحكم في السرعة بواسطة المروحة نفسها بناءً على إشارة التحكم.

إشارة التحكم عبارة عن موجة مربعة تعمل بتردد 25  كيلوهرتز، وتحدد دورة التشغيل سرعة المروحة.  يُستخدم تردد 25 كيلوهرتز لرفع مستوى صوت الإشارة فوق نطاق السمع البشري؛ إذ قد يؤدي استخدام تردد أقل إلى إصدار طنين أو أزيز مسموع. عادةً، يمكن تشغيل المروحة بنسبة تتراوح بين 30% و100% من سرعتها المقدرة، باستخدام إشارة بدورة تشغيل تصل إلى 100%. يختلف سلوك السرعة الدقيق عند مستويات التحكم المنخفضة (خطي، أو إيقاف التشغيل حتى قيمة عتبة، أو سرعة دنيا حتى قيمة عتبة) باختلاف الشركة المصنعة. [ 9 ]

تحتوي العديد من اللوحات الأم على برامج ثابتة وبرامج تقوم بتنظيم هذه المراوح بناءً على درجات حرارة المعالج وعلبة الكمبيوتر.

أجهزة التحكم في سرعة المروحة

وحدة تحكم بالمروحة مزودة بمؤشرات LED توضح حالة المروحة، ومقاييس جهد ومفاتيح للتحكم في سرعات المروحة.

هناك طريقة أخرى للتحكم في سرعة المروحة وهي استخدام وحدة تحكم يدوية. تتوفر هذه الوحدات تجاريًا، ويمكن تركيبها في فتحة توسعة أو في فتحة محرك أقراص بحجم 5.25 بوصة أو 3.5 بوصة ، أو تأتي مدمجة في هيكل الكمبيوتر. باستخدام المفاتيح أو المقابض، يمكن ضبط سرعة المراوح المتصلة بإحدى الطرق المذكورة أعلاه.

الأجهزة

تحتوي معظم اللوحات الأم الحديثة على رقائق مراقبة للأجهزة ، قادرة على التحكم في سرعة المراوح، [ 1 ] عادةً عبر تقنية تعديل عرض النبضة (PWM) كما هو موضح أعلاه. يمكن ضبط هذه الرقائق من خلال نظام الإدخال والإخراج الأساسي (BIOS) ، [ 10 ] : §11.1 أو باستخدام برامج متخصصة بعد تشغيل نظام التشغيل.

تُنتج المعالجات مستويات متفاوتة من الحرارة تبعًا لحمل النظام، لذا يُنصح بتقليل سرعة المراوح أثناء وضع الخمول لتقليل الضوضاء الناتجة عن تشغيلها بأقصى سرعة، إلى أن يزداد الحمل، وعندها يجب تعديل سرعة المروحة فورًا لتجنب ارتفاع درجة الحرارة. تتميز رقائق مراقبة الأجهزة الحديثة، بعد تهيئتها، بقدرتها على تشغيل حلقة المراقبة هذه بشكل مستقل دون الحاجة إلى نظام BIOS أو نظام تشغيل. يُطلق على هذا التحكم التلقائي الذي توفره بعض الرقائق اسم "وضع التحكم الحراري" للحفاظ على نطاق حراري مناسب، و"وضع التحكم في سرعة المروحة" للحفاظ على سرعة مروحة محددة تلقائيًا. [ 10 ] : §12

مع ذلك، لا تستطيع جميع البرامج الوصول إلى معلمات التكوين المتقدمة التي توفرها بعض الرقاقات، ومن الشائع أن تُنفذ البرامج العامة أبسط أنواع التفاعل مع الرقاقات، أي تحديد دورة التشغيل لكل إعداد تحكم في المروحة، ثم تُجري تعديلات دورة التشغيل بنفسها برمجياً، مما يتطلب استمرار تشغيل كل من نظام التشغيل وبرنامج الطرف الثالث على وحدة المعالجة المركزية الرئيسية لإتمام عملية المراقبة. [ 10 ] : §11.3 قد لا يُمثل هذا مشكلة حتى يتعطل النظام أو البرنامج المساعد، وعندها قد ترتفع درجة حرارة النظام بسبب فشل المراوح في توفير التبريد الكافي أثناء تشغيلها بجهد وسرعة منخفضين.

برمجة

توفر العديد من الشركات الآن برامج للتحكم في سرعات مراوح لوحاتها الأم التي تعمل بنظامي التشغيل مايكروسوفت ويندوز أو ماك أو إس إكس/ماك أو إس. وتختلف البرامج المستخدمة باختلاف اللوحات الأم. كما توجد برامج خارجية تعمل على مجموعة متنوعة من اللوحات الأم وتتيح تخصيصًا واسعًا لسلوك المروحة بناءً على قراءات درجة الحرارة من مستشعرات اللوحة الأم ووحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات، بالإضافة إلى إمكانية التحكم اليدوي. ومن هذه البرامج SpeedFan [ 11 ] وArgus Monitor [ 12 ] .

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 قسطنطين أ. مورينين (17 أبريل 2007). "1. الخلفية". الربط المعمم مع أجهزة مراقبة أنظمة المعالجات الدقيقة . وقائع المؤتمر الدولي لشبكات الاستشعار والتحكم لعام 2007، 15-17 أبريل 2007. لندن، المملكة المتحدة: IEEE . الصفحات 901-906 . doi : 10.1109/ICNSC.2007.372901 . ISBN  978-1-4244-1076-7. IEEE ICNSC 2007، ص. 901–906.
  2. ↑ باربر، أنتوني (1992). دليل التحكم في الضوضاء والاهتزازات - أنتوني باربر - كتب جوجل . إلسيفير للتكنولوجيا المتقدمة. ISBN 9781856170796تم الاطلاع عليه بتاريخ 2014-01-01 .
  3. ↑ "نسخة مؤرشفة" (PDF) . مؤرشفة من الأصل (PDF) بتاريخ 2012-09-04 . تم الاطلاع عليها بتاريخ 2015-02-26 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title ( link )
  4. ↑ "أفرط في إبهار معجبيك" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 9 يونيو 2002. تم الاطلاع عليه بتاريخ 5 أبريل 2017 .
  5. ↑ "احصل على 12 فولت أو 7 فولت أو 5 فولت لمراوحك" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 18-09-2008 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 03-09-2016 .
  6. ↑ "LM7808" . fairchildsemi.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2015-04-02 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2014-08-13 .
  7. ↑ "LM317 - منظم جهد خطي أحادي القناة - الوصف والمعلمات" . ti.com .
  8. ↑ "الاعتبارات الحرارية للمنظمات الخطية" . 28 نوفمبر 2006. مؤرشف من الأصل في 2 أبريل 2015. تم الاطلاع عليه في 26 فبراير 2015 .
  9. ↑ "مواصفات مراوح التحكم بتقنية PWM ذات 4 أسلاك" (ملف PDF) . سبتمبر 2005. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 26 يوليو 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 يوليو 2011 .
  10. 1 2 3 قسطنطين أ. مورينين (21-05-2010). أجهزة استشعار OpenBSD - مراقبة البيئة والتحكم في المراوح ( رسالة ماجستير في الرياضيات ). جامعة واترلو : UWSpace. hdl : 10012/5234 . معرف المستند: ab71498b6b1a60ff817b29d56997a418.
  11. ↑ "SpeedFan - الوصول إلى مستشعر درجة الحرارة في جهاز الكمبيوتر الخاص بك" .
  12. ↑ "برنامج Argus Monitor - برنامج للتحكم في مراوح وحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات ومراوح النظام باستخدام أي مصدر متاح لدرجة حرارة الكمبيوتر" . 9 يوليو 2021.