Ekrani i temperaturës dhe lagështisë termokromike - Versioni i PCB: 6 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:12

Pak kohë më parë, bëri një projekt të quajtur Temperatura dhe Temperatura dhe Lagështia e Termokromit, ku ndërtova një ekran me 7 segmente nga pllaka bakri që ishin ngrohur/ftohur nga elementë më të fortë. Pllakat e bakrit ishin të mbuluara me një fletë termokromike që ndryshon ngjyrën me temperaturën. Ky projekt është një version më i vogël i ekranit i cili në vend të peltiers përdor një PCB me gjurmë ngrohjeje siç sugjerohet nga përdoruesi DmitriyU2 në pjesën e komenteve. Përdorimi i një ngrohës PCB lejon një dizajn shumë më të thjeshtë dhe më kompakt. Ngrohja është gjithashtu më efikase gjë që çon në një ndryshim më të shpejtë të ngjyrës.

Shikoni videon për të parë se si funksionon ekrani.

Meqenëse më kishin mbetur disa PCB, unë gjithashtu po e shes këtë ekran në dyqanin tim Tindie.

Furnizimet

• PCB ngrohës (shiko GitHub -in tim për skedarët Gerber)
• Kontrolloni PCB -në (shihni GitHub -in tim për skedarët Gerber dhe BoM)
• Sensori DHT22 (p.sh. ebay.de)
• Qëndrim i printuar 3D (shihni GitHub tim për skedarin stl)
• Fletë ngjitëse termokromike, 150x150 mm, 30-35 ° C (SFXC)
• M2x6 rrufe në qiell + arrë
• Koka 2x pin 1x9, 2.54 mm (p.sh. mouser.com)
• Lidhës 2x i bordit SMD 1x9, 2.54 mm (p.sh. mouser.com)

Hapi 1: Projektimi i PCB -së së Ngrohëses

PCB e ngrohësit është projektuar në Eagle. Dimensionet e PCB -së janë 100x150 mm sepse 150x150 mm është madhësia standarde e fletëve termokromike që kam përdorur. Në fillim bëra një skicë të segmenteve në Fusion360 e cila u ruajt si dxf dhe më pas u importua në Eagle. Segmentet kanë zbrazëtira midis tyre dhe lidhen vetëm me ura të vogla. Kjo përmirëson izolimin termik të segmenteve individuale dhe për këtë arsye lejon ngrohje më të shpejtë dhe zvogëlon 'kryqëzimin termik'. Segmentet u mbushën me gjurmë PCB në shtresën e sipërme (shihet me të kuqe) duke përdorur mjetin meandër në Eagle. Kam përdorur një gjerësi dhe distancë prej 6 mil, e cila është madhësia minimale që mund të prodhohet nga PCBWay pa kosto shtesë. Çdo gjurmë gjarpëron midis dy vias të cilat më pas lidhen me kunjat përmes shtresës së poshtme (shihet me ngjyrë blu) duke përdorur gjurmë shumë më të trasha 32 mil. Të gjitha segmentet ndajnë një bazë të përbashkët.

Unë nuk kam bërë asnjë llogaritje për fuqinë e ngrohjes të kërkuar për një rritje të caktuar të temperaturës dhe as nuk kam llogaritur rezistencën e pritshme të një segmenti. Mendova se çdo rregullim i fuqisë së ngrohjes mund të bëhet duke përdorur një sinjal PWM me cikël detyre të ndryshëm. Më vonë zbulova se segmentet nxehen mjaft shpejt kur mundësohen përmes portës USB 5V duke përdorur një cikël pune ~ 5%. Rryma e përgjithshme kur ngrohni të 17 segmentet është rreth 1.6 A.

Të gjithë skedarët e bordit mund të gjenden në GitHub tim.

Hapi 2: Dizajnimi i PCB -së së Kontrolluesit

Për të kontrolluar ngrohësin e PCB -së unë zgjedh një SAMD21E18 MCU të cilën e kam përdorur edhe në projektin tim GlassCube. Ky mikrokontrollues ka kunja të mjaftueshme për të kontrolluar të 17 segmentet e ngrohësit dhe për të lexuar sensorin DHT22. Ai gjithashtu ka USB amtare dhe mund të ndizet me bootloader të Adafruit's CircuitPython. Një lidhës mikro USB u përdor si furnizim me energji dhe për programimin e MCU. Segmentet e ngrohësit kontrollohen nga 9 MOSFET me dy kanale (SP8K24FRATB). Këto mund të trajtojnë deri në 6 A dhe të kenë një prag të tensionit të portës <2.5 V, kështu që ato mund të ndërrohen nga sinjali logjik 3.3 V nga MCU. Unë e gjeta këtë fije shumë të dobishme për të më ndihmuar të hartoj qarkun e kontrollit të ngrohësit.

I porosita PCB -të nga PCBWay dhe pjesët elektronike veçmas nga Mouser dhe i mblodha PCB -të vetë për të kursyer shpenzimet. Kam përdorur një shpërndarës të saldimit të saldimit të vendosur pjesët me dorë dhe i bashkova ato me një ngrohës IC infra të kuqe. Sidoqoftë, për shkak të sasisë relativisht të madhe të komponentëve të përfshirë dhe ripunimit të kërkuar, kjo ishte mjaft e lodhshme dhe po mendoj të përdor një shërbim montimi në të ardhmen.

Përsëri skedarët e bordit mund të gjenden në GitHub tim. Aty mund të gjeni një version të përmirësuar të PCB i cili përdor një lidhës USB-C në vend të mikro USB. Unë gjithashtu korrigjova ndarjen e vrimave përmes sensorit DHT22 dhe shtova një lidhës me 10 kunja për ndezjen më të lehtë të ngarkuesit të ngarkesës përmes J-Link.

Hapi 3: Ngarkuesi CircuitPython

Në fillim, unë ndezja SAMD21 me një bootloader UF2 bazuar në Trinket M0 të Adafruit. Ngarkuesi i ngarkimit duhej të modifikohej pak sepse Trinket ka një LED të lidhur me një nga kunjat që unë përdor për ngrohje. Përndryshe, kjo kunj do të shkojë lart për një kohë të shkurtër pas nisjes dhe do të ngrohë segmentin e lidhur me fuqi të plotë. Ndezja e bootloader bëhet duke lidhur një J-Link me MCU përmes porteve SWD dhe SWC. I gjithë procesi përshkruhet në detaje në faqen e internetit të Adafruit. Pas instalimit të bootloader, MCU njihet si një flash drive kur lidhet përmes portës mikro USB dhe ngarkuesit e mëvonshëm mund të instalohen thjesht duke tërhequr një skedar UF2 në disk.

Si hap tjetër, doja të instaloja një bootloader CircuitPython. Sidoqoftë, meqenëse bordi im përdor shumë kunja që nuk janë të lidhura në Trinket M0, së pari më duhej të modifikoja pak konfigurimin e bordit. Përsëri ka një udhëzues të shkëlqyeshëm për këtë në faqen e internetit të Adafruit. Në thelb, thjesht duhet të komentoni disa kunja të injoruara në mpconfigboard.h dhe pastaj të rikompiloni gjithçka. Skedarët e personalizuar të bootloader janë gjithashtu të disponueshëm në GitHub tim.

Hapi 4: Kodi CircuitPython

Pasi të jetë instaluar bootloader CircuitPython, thjesht mund të programoni bordin duke e ruajtur kodin tuaj si një skedar code.py direkt në USB flash drive. Kodi që kam shkruar lexon sensorin DHT22 dhe më pas shfaq alternativisht temperaturën dhe lagështinë duke ngrohur segmentet përkatëse. Siç është përmendur tashmë, ngrohja bëhet duke ndërruar MOSFET me një sinjal PWM. Në vend që të konfiguroja kunjat si dalje PWM, unë krijova një sinjal "të rremë" PWM me një frekuencë të ulët kalimi prej 100 Hz në kod duke përdorur vonesa. Për të ulur më tej konsumin aktual, nuk i ndez segmentet njëkohësisht, por në mënyrë sekuenciale, siç tregohet në skemën e mësipërme. Ekzistojnë gjithashtu disa truke për ta bërë ngrohjen e segmenteve më të barabartë. Para së gjithash, cikli i punës është pak më ndryshe për çdo segment. Për shembull, vija e shenjës "%" ka nevojë për një cikël shumë më të madh detyre për shkak të rezistencës së saj më të lartë. Gjithashtu zbulova se segmentet të cilat janë të rrethuara nga shumë segmente të tjera duhet të nxehen më pak. Përveç kësaj, nëse një segment ishte ndezur në "drejtimin" e mëparshëm, cikli i punës mund të zvogëlohet në tjetrin. Së fundi, koha e ngrohjes dhe ftohjes i përshtatet temperaturës së ambientit e cila matet me lehtësi nga sensori DHT22. Për të gjetur konstante të arsyeshme kohore, në të vërtetë kalibrova ekranin në një dhomë klimatike, për të cilën për fat kam akses në punë.

Ju mund të gjeni kodin e plotë në GitHub tim.

Hapi 5: Asambleja

Montimi i ekranit është mjaft i lehtë dhe mund të ndahet në hapat e mëposhtëm

1. Saldoni titujt e gjilpërave femra për të ngrohur PCB
2. Bashkangjitni fletë termokromike vetë-ngjitëse në ngrohësin e PCB
3. Saldoni sensorin DHT22 në PCB kontrollues dhe fiksoheni me rrufe në qiell dhe arrë M2
4. Bashkoni titujt e kunjave meshkuj në PCB kontrollues
5. Lidhni të dy PCB -të dhe vendosini në stendën e printuar 3D

Hapi 6: Projekti i përfunduar

Unë jam mjaft i kënaqur me diagramin e përfunduar i cili tani po vazhdon vazhdimisht në dhomën tonë të jetesës. Qëllimi për të bërë një version më të vogël dhe më të thjeshtë të ekranit tim origjinal termokromik u arrit përfundimisht dhe do të doja të falënderoja edhe një herë përdoruesin DmitriyU2 për sugjerimin. Projekti gjithashtu më ndihmoi të përmirësoja aftësitë e mia të dizajnimit të PCB në Eagle dhe mësova rreth përdorimit të MOSFET -eve si ndërprerës.

Dikush mund të përmirësojë më tej modelin duke bërë një mbyllje të bukur për PCB -të. Po mendoj gjithashtu të bëj një orë dixhitale në të njëjtin stil.

Nëse ju pëlqen ky projekt, thjesht mund ta ribërni ose ta blini në dyqanin tim Tindie. Gjithashtu konsideroni të votoni për mua në sfidën e projektimit të PCB.

Çmimi i Gjyqtarëve në Sfidën e Dizajnimit të PCB