在之前的《盘一下最近收到的二手DC非隔离降压模块》里，我有提到自建的简易NAS：

这个迷你NAS运行的是CentOS系统，拥有3*6TB HDD，2*3TB SSD，1*1TB SSD以及512GB NVME存储，16GB内存。CPU似乎是六代I5，工程品我不是很确定。

现在聊一聊这个自建NAS中的有趣玩意儿：散热风扇。

现状

这个自建NAS是用一个迷你的收纳箱来做机箱的，塑料材质，如下图所示：

当然，拿来做机箱的话，是要撇掉盖子的。

3个6TB硬盘，使用若干年前买的亚克力硬盘笼支架：

这个三盘位亚克力支架可以安装三块3.5寸的机械硬盘。安装后，我把NUC6的主板倒扣在支架最上面，这时候硬盘和主机之间还有大概4公分的高度，于是我用3D打印了一个三盘位的固态硬盘支架放在这里面。还有最后一块1TB的固态硬盘，使用双面胶贴在支架侧面。

由于NUC6有三个USB3.0接口，而SATA接口只有一个，因此这七块硬盘，有六块是通过SATA-USB3.0转接卡来挂到系统里的：

• 一个USB3.0口通过一个四口的USB3.0 HUB挂载了三块3.5寸的HDD
• 一个三星860EVO的SSD直接连接到主板上的SATA口，采用主板的供电
• 两块SSD分别通过SATA-USB3.0转接卡直接挂到两个USB3.0口上
• Realtek的2.5G USB网卡挂到第四个USB3.0口上
• 一块1TB的SSD插在上述的四口HUB上

系统使用的是前面文章里提到的200W单路12V16A电源进行供电，这个电源的体积足够小正好放在盒子的缝隙中。2.5G的USB3.0网卡使用双面胶贴在壁上。

SSD的供电基本上可以直接由USB3.0口提供，三个机械硬盘由转接卡供电，而转接卡的12V供电统一由上述电源进行供电。

散热？

上面的支架仔细看看，会发现有一端有一个安装风扇的槽位，可以安装8cm的风扇。考虑到这台主机装完了就扔在客厅，而这三伏天气客厅气温在30度朝上，机械硬盘如果使用的话连续读写，那温度不可小觑，所以散热风扇是必须的。

除此以外，对于固态硬盘和电源，都有可能会有高温。所以，为了稳定可靠起见（也为了省空调电费），我最初设计了三路风扇，分别是：三块机械硬盘的8cm风扇；两块SSD的5cm风扇，开关电源的4cm风扇。

由于风扇么，大家懂的，还是有声音的，所以我对风扇做出了如下的设计要求：

1. 不需要转的时候不转（比如机械硬盘都在休眠中，发热不高，没有必要散热）
2. 需要的时候以最低要求转（能控制住温度即可，转速越低越好，省电+降噪+减灰）
3. 能够多路输入源控制，比如三块硬盘其中任何一块硬盘温度升高达到散热要求，那么都启动

而备选方案有如下这些方案：

1. 恒速恒开
2. 温控开关控制开启
3. DC调速
4. PWM调速

恒速恒开方案很明显满足不了我的需求，所以此方案最先排除。

温控开关控制开启方案简单，成本低，但问题在于温控开关的温控精度不准（一般在5度的误差范围），且只有开或不开的两个状态，转速无法调节，所以排除。

DC调速在之前的将便携冷热杯的风扇改成温控风扇文章中已经出现过，优点么就是稳定简单。但DC温控的缺点在：

1. DC调速做不到停转。如果为了让风扇停转调低最低输出电压，那么在风扇起转电压左右的时候风扇会不稳定，出现抖动
2. DC调速如果使用NTC的话，那么温控范围不容易做窄

温控范围不容易做窄的意思是，如果你想要30-60摄氏度范围内线性可控，那么它很容易做，但想在很窄的范围内（比如我希望硬盘温度，到40摄氏度的时候开启散热，到55摄氏度全速），那么这15摄氏度的温差的NTC阻值变化不足以让风扇在这个区间内实现0%-100%的调速。

所以方案最终只剩下一个PWM调速了。

淘宝上有不少类似的模块，几块钱到十几块钱不等。考察了一番后都放弃了，虽然它们的功能很完善（比如转速和温度可调神马的），但是在我这个场景下，它们还是显得不太够用，而且成本也颇高。

所以，最终我选择自己DIY。

选型

考虑到整个主机采用12V电源供电，于是风扇我选择了台达的EFB0812HHB风扇，标称是12V0.4A，四线转速可控风扇，这是一个标准的PWM风扇，尺寸8cm，刚好装在支架上。

风扇选好了，那温控呢？这时候我想到了以前买的Arduino。翻出来看了一圈后，我最终决定使用Arduino mini pro来作为控制板。

为了实现风扇的停转，还额外使用了一枚D882三极管来控制风扇电源，这是一枚30V3A的NPN三极管。

除此以外还需要电阻若干。

电路

简易图纸如下（非专业人士，画的图粗糙，给点面子不要嘲笑哈）。

Arduino一共有8路的模拟AD输入，从A0一直到A7。根据这里的需要，使用的是A0~A5一共六路输入（分别是硬盘三路+固态硬盘两路+电源一路）。

温度测量采用NTC+上拉电阻来实现，选用的规格均为10KΩ。由于Arduino的AD模拟精度是10位的（也就是1024级），Arduino会根据模拟端口的输入电压读出一个0-5V ~ 0-1023 的映射数值。

根据NTC的温度特性，可知A0~A5的电压对温度的电压以及AD读数大概如下表所示：

预期设计的温度控制范围是40到52摄氏度，也就是温度达到40摄氏度的时候期望启动风扇散热，直到52摄氏度达到满速，而40摄氏度以下的时候，关闭风扇。根据上面的表格可知，我们当AD输入读数低于336的时候打开风扇、低于256的时候让风扇达到满速即可。

那风扇转速如何控制呢？自然是PWM。我们这里使用的是四线PWM风扇，除电源正负引线外，还有两根线，分别是转速感应及转速控制。对于一个风扇来说，一般4Pin插头，黑线是电源负极，红线（或挨着黑线的）是电源正极，第三根线是转速感应，而第四根线是PWM控制线。

如果不确定转速感应和PWM控制线也好办，风扇供电转起来后另外两根线分别对地短路下，哪个短路了转速很低哪个就是PWM控制线。

PWM控制是通过控制方波脉冲的占空比来实现的，对于PWM风扇来说，占空比从0%到100%，对应着转速从0%到100%。所以对地短路后相当于一个0%占空比的信号，自然恒定低速。

Arduino单片机有六个PWM输出口，参考下图。

可见六个PWM口分别是1/9/10/13/14/15这六个端口。我们三个风扇，意味着只用到其中三个PWM端口。后面需要的话可以再搞几个风扇来……

那要实现关断呢？就靠切断风扇电源了。这里选的是2SD882（不要问我为啥，我就是随便选的🤣），它是一枚NPN三极管，Ic是3A，足够这个风扇了。

B极通过一枚2K的电阻（限流）接到Arduino的数字输出引脚上。这个2K的阻值……也是拍脑袋的🤣，虽然有大致计算。使用的三极管为NPN管，hfe测了下大概在270，取Ic为0.5A（实际上风扇标称为0.4A），取饱和时Vbe为0.7V，B极所需电流为 0.5A/270=1.85ma，则限流电阻大概阻值为 (高电平5v-Vbe0.7V/1.85ma)=2324KΩ，留点空间取了个2K。

LED为对应通道的启动指示，通过一个1KΩ的限流电阻到开关引脚上。

供电

Arduino的供电电压为5V。由于整台机器没有5V的供电，所以原来我还在琢磨着是不是得加个DC-DC的降压模块搞出来5V。后来想了想……这个NUC6的板子上有个USB2.0的接线座空着不用，我直接用它的5V不就好了……

风扇的电压是12V，这个就简单了，直接干在主供电上就好。

搭板子

画PCB？太麻烦了吧？本鱼还不会（主要是也还没学，以后再学）。

先用双面胶把Arduino和三极管直接贴在硬盘笼侧面（靠近风扇那边），然后直接开始搭棚（请忽略乱七八糟的布局和狗啃式的焊功，随便搞搞了，不讲究这些）。

💥💥注意 图中10KΩ电阻写成10Ω了，手动修正下，懒得重新搞图了。

NTC那边有三个，四根线，其中地线公用，另外三根线分别接一个10KΩ的NTC。

NTC用的是火柴头那种小的，用导热胶直接贴在硬盘钢壳上（远离风扇那一端，散热时这边是热端），再用704硅橡胶固定。

最后完成后大概样子是这样的。

程序

还好Arduino的程序简单。

void control(int* status, uint8_t ledPin, uint8_t fanPin, int val, int low, int high);

void setup() {
	// 设置各引脚模式
	pinMode(11, OUTPUT);
	pinMode(13, OUTPUT);
	pinMode(12, OUTPUT);
	pinMode(10, OUTPUT);
	pinMode(9, OUTPUT);
	pinMode(8, OUTPUT);

	// 全速运转保持三秒
	analogWrite(11, 255);
	analogWrite(10, 255);
	analogWrite(9, 255);
	digitalWrite(13, HIGH);
	digitalWrite(12, HIGH);
	digitalWrite(8, HIGH);

	delay(3000);

	// 关断风扇
	analogWrite(11, 0);
	analogWrite(10, 0);
	analogWrite(9, 0);
	digitalWrite(13, LOW);
	digitalWrite(12, LOW);
	digitalWrite(8, LOW);
}

long lastTempControlTime;
int fan1Status = 0, fan2Status = 0, fan3Status = 0;
int aGap = 20;

void loop() {
	long time = millis();

	if (time - lastTempControlTime > 500)
	{
		//500ms控制1次风扇
		lastTempControlTime = time;

		//硬盘		3路输入/1路输出
		//温度输入	A0/A1/A2
		//温度源		SATA HDD
		//低温		42（335）
		//高温		52（255）
		//LED		13
		//FAN PWM	11
		int temp = min(analogRead(A1), min(analogRead(A2), analogRead(A0)));
		control(&fan1Status, 13, 11, temp, 255, 335);

		//硬盘		2路输入/1路输出
		//温度输入	A3/A4
		//温度源		NVME SSD+SATA SSD
		//低温		52（250）
		//高温		70（150）
		//LED		12
		//FAN PWM	10
		temp = min(analogRead(A3), analogRead(A4));
		control(&fan2Status, 12, 10, temp, 150, 250);

		//电源		1路输入/1路输出
		//温度输入	A5
		//温度源		电源
		//低温		52（250）
		//高温		70（150）
		//LED		8
		//FAN PWM	9
		temp = analogRead(A5);
		control(&fan3Status, 8, 9, temp, 150, 250);
	}
}

void control(int* status, uint8_t ledPin, uint8_t fanPin, int val, int low, int high)
{
	if (*status == 0 && val >= high - aGap)
	{
		//如果当前关闭，且温度没有比最高值低一个gap值，则不改变当前状态
		return;
	}

	if (val > high)
	{
		*status = 0;
		analogWrite(fanPin, 0);
		digitalWrite(ledPin, LOW);
	}
	else if (val < low)
	{
		*status = 1;
		analogWrite(fanPin, 255);
		digitalWrite(ledPin, HIGH);
	}
	else
	{
		*status = 1;
		val = map(high - val, 0, high - low, 0, 255);
		digitalWrite(ledPin, HIGH);
		analogWrite(fanPin, val);
	}
}

为了防止风扇转速抖动，设定了每500毫秒检测一次温度。

中间有个aGap的设计，大概值是20，相当于2.5摄氏度。之所以设计了这个变量（其实是后面迭代出来的，因为发现了问题了嘛），是因为在测试中发现了一种情况，就是当温度在启动温度附近时，由于风扇一转读数就变，导致风扇会快速地在转和不转之间徘徊，导致抖动，一方面有噪音，一方面我觉得这样对风扇不好，所以设计了这么个变量。

这个变量会延迟启动，如原定在42摄氏度启动，则会延迟到44.5摄氏度启动，但是一旦启动，则会等到温度降回42摄氏度以下时才会关闭，从而解决这个风扇在临界温度时跳动的问题。

最后

最后的系统大概是这样的。

最后电源的温度大概在50-60摄氏度，其实还没有那块2.5G的有线网卡烫手，我也就懒得管了。

值得一提的是图上的USB3.0-SATA桥接模块我全部拆了外壳，因为我发现这个芯片其实还是蛮热的，所以为了长时间高温下的稳定工作，我把外壳都拆了，并给芯片加了一块小散热片。

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