Kệ quạt 1U rack 10" WiFi điều khiển nhiệt độ (ESPHome + Home Assistant, OLED)

Mùa hè sắp tới nên mình muốn gắn thêm một fan shelf cho rack 10" để giữ nhiệt độ ổn định, nhất là sau khi lắp thêm vài thiết bị mới.

Mình muốn quạt tự điều khiển theo nhiệt độ, và vì đang dùng Home Assistant sẵn rồi nên cách dễ nhất với mình là dùng một microcontroller nằm trong hệ sinh thái ESPHome.

Mình tìm được một project rất hay trên github về quạt thông gió enclosure có điều khiển theo nhiệt độ, và dùng nó làm nền tảng cho phần điện tử: https://github.com/patrickcollins12/esphome-fan-controller

Cấu hình ESPHome này đọc nhiệt độ từ sensor và dùng cơ chế PID control để cố gắng giữ một mức nhiệt cố định bằng cách điều chỉnh tốc độ quạt theo nhu cầu. Với các project ESPHome thì có tích hợp đầy đủ với Home Assistant để theo dõi, điều khiển và set các tham số.

Thông thường ESPHome nhắm tới ESP32 microcontrollers (mình cũng có dư vài cái), nhưng mình biết không gian cho phần điện tử và cụm 4 x 40mm mà mình muốn sẽ khá chật. Vấn đề của các ESP32 dev board là không vừa đẹp trên breadboard, làm prototyping hơi khó—nên mình chọn Pi Pico 2 W, cũng được ESPHome hỗ trợ nhưng mỏng hơn, dễ cắm và prototype trên breadboard.

Để làm thiết bị cuối cho gọn, mình dùng một breadboard PCB hỗ trợ cả rail 3v3 cho Pi Pico, display và temp sensor, và rail 12v cho quạt PC case 40mm 12v. Nhờ vậy mình chuyển từ breadboard sang PCB hàn rất nhanh. PCB mình dùng là: https://www.ebay.co.uk/itm/133530666074

BOM cho bản build:

• Sợi nhựa Sunlu matt black PLA

• 4 x quạt case 40mm 12v PWM - mình dùng ARCTIC S4028-6K - có thể mua pack 5 cái trên amazon: https://www.amazon.co.uk/dp/B09RK5DS9P

• Raspberry Pi Pico 2 W (nhưng Pico W cũng có thể chạy được theo mình nghĩ)

• Màn hình OLED 1.3" I2C 128x64 - mình mua loại này trên amazon: https://www.amazon.co.uk/dp/B09Z2CB7H3

• Sensor nhiệt độ & độ ẩm I2C - có nhiều model để chọn. Mình dùng SHT30-D từ amazon: https://www.amazon.co.uk/Fasizi-SHT30-D-Temperature-Humidity-Breakout/dp/B09Z2FQJKS

• Mottramlabs breadboard PCB có sẵn mạch stepdown 12v xuống 5v và 3v3: https://www.ebay.co.uk/itm/133530666074
  Nhớ set jumper đúng cho rail 12v và 3v3. Lưu ý rail 12v và 3v3 dùng chung ground—điều này là bắt buộc cho bản build này.

• Nguồn 12v PSU có barrel connector để cấp điện

• Header 2.54mm SIL đực cho dây màn hình và sensor nhiệt độ

• Header 2.54mm SIL cái nếu bạn muốn không hàn trực tiếp Pi Pico lên PCB

• 4 x PWM fan headers - mình mua loại này: https://www.ebay.co.uk/itm/232601413009 hoặc bạn có thể dùng header 2.54mm SIL

• Dây cho breadboard

• Dây Dupont cho OLED và sensor nhiệt độ

• Dây rút (cable ties)

• 4 x ốc M3 x 8-10mm đầu chìm (countersunk) và ê-cu cho màn hình OLED

• 4 x ốc M2 x 4mm cho PCB

Print settings:

• Layer Height 0.2mm

• 5 perimeters

• 25% gyroid infill

• Mình xoay model 40 độ để nằm vừa giường in dễ hơn, nên mình đổi fill angle thành 85 độ

Mạch và đấu dây (Circuit and Wiring) – xem hình để biết layout mình dùng.

• Dùng 2 GPIO cho bus I2C (ESPHome chỉ hỗ trợ I2C0)

• 1 GPIO cho PWM quạt - cả 4 quạt dùng chung một tín hiệu PWM

• 4 GPIO để đọc tín hiệu tacho từ từng quạt để đo RPM

• Nguồn 3v3 cho Pico, display và temp sensor

• Nguồn 12v cho quạt

• Thêm các điểm nối ground về pico gần các GPIO đang dùng

• Hai bên màn hình có 2 lỗ/lug để quản lý dây bằng dây rút — mình cũng quấn dây quạt quanh thân quạt để đi dây gọn hơn.

ESPHome Config:

• Xem file YAML nén (zipped) đính kèm

• Thông tin chi tiết hơn xem tại https://esphome.io/ và project của Patrick Collins ở đây: https://github.com/patrickcollins12/esphome-fan-controller

Cảm ơn Flywheel Mistress về model màn hình OLED, mình dùng nó trong model của mình làm nền tảng cho phần ngàm/khung gắn display.