Come raffreddare un Raspberry Pi automaticamente

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Come raffreddare un Raspberry Pi automaticamente

Perché è importante raffreddare Raspberry Pi

Quando il tuo Raspberry Pi lavora a lungo o sotto carico, la temperatura della CPU può superare facilmente i 70°C, causando rallentamenti o throttling termico.
Per evitare problemi di stabilità e allungare la vita del dispositivo, è fondamentale raffreddare il Raspberry Pi con un sistema automatico e silenzioso.

In questo progetto vedrai come realizzare un sistema di raffreddamento intelligente che accende e regola la ventola in base alla temperatura della CPU.
Il tutto con un semplice circuito elettronico e uno script Python che sfrutta la libreria gpiozero.

Come funziona il sistema per raffreddare Raspberry Pi

Il principio è semplice: il Raspberry Pi legge la temperatura della CPU e attiva una ventola a diverse velocità grazie a un transistor TIP120 usato come interruttore.
Il controllo è gestito via PWM (Pulse Width Modulation), che consente di variare la velocità del motore in base al calore.

Lo script Python misura continuamente la temperatura e applica una logica di isteresi per evitare accensioni e spegnimenti frequenti:

  • Ventola spenta: parte solo se la CPU supera i 60°C
  • Ventola accesa: si spegne quando la temperatura scende sotto i 50°C
  • Tra 50°C e 65°C gira al 50%
  • Tra 65°C e 70°C sale al 75%
  • Sopra i 70°C lavora al 100%

Grazie a questa logica, il sistema di raffreddamento è silenzioso, efficiente e automatico, ideale per chi usa il Raspberry Pi come server, media center o nodo IoT.

Componenti necessari per costruire il circuito

Per realizzare questo progetto e raffreddare efficacemente il Raspberry Pi, ti servono pochi componenti economici e facili da reperire:

  • 🌀 Ventola 5V (modello 3010 o 4010)
  • 🔌 Raspberry Pi Model B (qualsiasi versione, anche Pi 4 o 5)
  • ⚙️ Transistor TIP120 (NPN Darlington, per gestire la corrente della ventola)
  • 🔩 Resistenza da 1 kΩ (limita la corrente sul pin di controllo GPIO)
  • 🔗 Cavi jumper maschio-femmina

Collegamenti elettrici

Segui lo schema mostrato nell’immagine (vedi figura allegata):

circuito-tip120.webp

  1. Collega la ventola:

    • il filo rosso al pin 5V (pin 2 del Raspberry Pi)
    • il filo nero al collettore del TIP120

  2. Collega l’emettitore del TIP120 al GND del Raspberry Pi (pin 6 o 14).

  3. Collega una resistenza da 1kΩ tra il pin GPIO18 e la base del TIP120.

  4. Assicurati che tutti i GND siano in comune.

In questo modo, il Raspberry Pi può controllare la ventola in modo proporzionale tramite il segnale PWM.

💡Puoi verificare la piedinatura del tuo modello consultando la documentazione ufficiale di Raspberry Pi.

Lo script Python per controllare la ventola

Per automatizzare il sistema e raffreddare Raspberry Pi in base alla temperatura, puoi usare lo script seguente.

#!/usr/bin/env python3
from gpiozero import PWMOutputDevice
import time
FAN_PIN = 18
fan = PWMOutputDevice(FAN_PIN, frequency=100)
# Stato ventola (per gestire l'isteresi)
fan_active = False
def get_cpu_temp():
    """Legge la temperatura della CPU"""
    with open('/sys/class/thermal/thermal_zone0/temp', 'r') as f:
        return float(f.read()) / 1000.0
def calculate_fan_speed(temp, current_fan_active):
    """
    Calcola la velocità della ventola con isteresi:
    VENTOLA SPENTA:
    - Se temp >= 60°C → Ventola parte al 50% (minimo)
    VENTOLA ACCESA:
    - Se temp < 50°C → Ventola si spegne
    - 50-65°C: Resta al 50% (minimo)
    - 65-70°C: 75% (alta)
    - > 70°C: 100% (massima)
    """
    global fan_active
    # Se ventola spenta, parte solo se temp >= 60°C
    if not current_fan_active:
        if temp >= 60:
            fan_active = True
            return 0.50  # Parte al 50%
        else:
            return 0.0  # Resta spenta
    # Se ventola accesa, si spegne solo se temp < 50°C
    else:
        if temp < 50:
            fan_active = False
            return 0.0  # Si spegne
        elif temp < 65:
            return 0.50  # Minimo 50%
        elif temp < 70:
            return 0.75  # Alta 75%
        else:
            return 1.0   # Massima 100%
def main():
    global fan_active
    print("🌡️  Controllo Temperatura Ventola con Isteresi")
    print("=" * 60)
    print("📊 Logica controllo:")
    print("   Ventola SPENTA → Parte a 60°C (minimo 50%)")
    print("   Ventola ACCESA → Si spegne sotto 50°C")
    print()
    print("📊 Velocità quando accesa:")
    print("   50-65°C: 50% (minimo)")
    print("   65-70°C: 75% (alta)")
    print("   > 70°C: 100% (massima)")
    print("=" * 60)
    print()
    previous_speed = -1
    try:
        while True:
            temp = get_cpu_temp()
            speed = calculate_fan_speed(temp, fan_active)
            # Aggiorna ventola solo se la velocità cambia
            if speed != previous_speed:
                fan.value = speed
                previous_speed = speed
            # Barra visiva
            percentage = speed * 100
            bars = "█" * int(percentage / 10)
            # Emoji temperatura
            if temp < 50:
                emoji = "❄️ "
            elif temp < 60:
                emoji = "🌡️ "
            elif temp < 70:
                emoji = "🔥"
            else:
                emoji = "🚨"
            # Stato ventola
            if fan_active:
                status = "ON "
            else:
                status = "OFF"
            print(f"{emoji} Temp: {temp:5.1f}°C | Ventola: {status} {percentage:3.0f}% [{bars:<10}]", end='\r')
            time.sleep(5)
    except KeyboardInterrupt:
        print("\n")
        print("=" * 60)
        print("⛔ Arresto del controllo ventola")
        fan.off()
        fan.close()
        print("✅ Ventola spenta - Script terminato")
if __name__ == "__main__":
    main()

Salvalo in un file, ad esempio fan_control.py, e rendilo eseguibile con:

chmod +x fan_control.py

Come installare e testare il progetto

Segui questi passaggi per completare e testare il sistema di raffreddamento automatico del Raspberry Pi:

  1. Installa le librerie necessarie:

    sudo apt update
sudo apt install python3-gpiozero

  2. Copia lo script nella directory /home/pi/ e rendilo eseguibile.

  3. Eseguilo manualmente con:

    python3 fan_control.py

  4. Monitora il terminale: vedrai la temperatura e la velocità della ventola in tempo reale.

  5. Se funziona correttamente, passa alla configurazione automatica con systemd (vedi sezione seguente).

Come mantenere lo script sempre attivo con systemd

Per assicurarti che lo script di controllo della ventola venga avviato automaticamente all’accensione e resti sempre attivo, puoi creare un servizio systemd.

1. Crea il file di servizio

Apri un nuovo file di configurazione:

sudo nano /etc/systemd/system/fan-control.service

2. Inserisci il contenuto seguente

[Unit]
Description=Controllo automatico ventola Raspberry Pi
After=multi-user.target

[Service]
ExecStart=/usr/bin/python3 /home/pi/fan_control.py
WorkingDirectory=/home/pi
StandardOutput=inherit
StandardError=inherit
Restart=always
User=pi

[Install]
WantedBy=multi-user.target

3. Salva e abilita il servizio

sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl enable fan-control.service
sudo systemctl start fan-control.service

4. Verifica che sia in esecuzione

sudo systemctl status fan-control.service

Se tutto è configurato correttamente, lo script si avvierà automaticamente ad ogni riavvio del Raspberry Pi e manterrà la ventola sempre sotto controllo, garantendo un raffreddamento automatico e continuo.

Domande frequenti

🔧 Come collegare una ventola al Raspberry Pi?

Collega la ventola ai pin 5V e GND per l’alimentazione, e usa un transistor TIP120 controllato da un pin GPIO (ad esempio GPIO18) per regolare la velocità.

🌡️ Qual è la temperatura ideale del Raspberry Pi?

Il Raspberry Pi lavora in sicurezza fino a 80°C, ma è consigliabile mantenerlo sotto i 70°C per garantire stabilità e lunga durata.

💻 Posso modificare lo script per usare un sensore diverso?

Sì, puoi adattarlo facilmente per leggere la temperatura da un sensore esterno come il DS18B20, modificando la funzione `get_cpu_temp()`.

⚙️ Funziona anche con Raspberry Pi 5?

Sì, lo script e il circuito sono compatibili con tutte le versioni del Raspberry Pi, purché la ventola funzioni a 5V e il pin PWM sia configurato correttamente.

In sintesi, questo progetto ti permette di raffreddare il Raspberry Pi in modo automatico, efficiente e silenzioso, migliorando la stabilità del sistema con pochi componenti e poche righe di codice Python.

Se ti dovesse piacere l’immagine iniziale ho utilizzato questo case stampato in 3D che utilizza una ventola 4010 (4cm di diametro per 1cm di altezza) per cui ho realizzato una versione alternativa che si adatta alle ventole 3010 (3cm di diametro per 1cm di altezza)

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