Ekrani i temperaturës dhe lagështisë termokromike: 10 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:17

Unë kam punuar në këtë projekt për një kohë të gjatë. Ideja origjinale më erdhi pasi ndërtova një demonstrues kontrollues TEC në punë për një panair tregtar. Për të treguar aftësitë e ngrohjes dhe ftohjes të TEC -ve ne përdorëm bojë termokromike që ndryshon nga e zeza në transparente.

Në këtë projekt unë e çova idenë më tej dhe ndërtova një ekran dyshifror me 7 segmente duke përdorur pllaka bakri të mbuluara me fletë termokromike të bazuara në kristale të lëngëta. Pas çdo pllake bakri qëndron një element TEC që kontrollon temperaturën dhe kështu ndryshon ngjyrën e fletës së kristalit të lëngët. Numrat do të tregojnë temperaturën dhe lagështinë nga një sensor DHT22.

Ju mund ta vlerësoni ironinë e të pasurit një pajisje që shfaq temperaturën e ambientit duke ndryshuar temperaturën e saj;-)

Furnizimet

• 3 copë, fletë kristali të lëngët 150x150 mm (29-33 ° C) (shih këtu).
• 17 copë, pllaka bakri, 1 mm të trasha (dimensionet shihni më poshtë)
• Pllakë alumini 401 x 220 x 2 mm (e anodizuar gri/e zezë)
• Pllakë akrilike 401 x 220 x 2 mm (e bardhë)
• 18 copë, TES1-12704 element peltier
• 9 copë, shofer me motor të dyfishtë TB6612FNG
• 6 copë, Arduino Nano
• 2 copë, tifoz ftohës 40x40x10 mm
• 18 copë, lavaman 25x25x10 mm
• Furnizimi me energji 12 V, 6 A
• Sensori i temperaturës dhe lagështisë DHT22 (AM2302)
• 6 copë, bllokime PCB të gjata 40 mm

Për më tepër, kam përdorur këtë epoksi përçues termikisht, i cili ishte mjaft i lirë dhe ka një jetë të gjatë tenxhere. Një mjet stërvitje dhe dremel u përdor për të bërë vrimat e nevojshme në pllakat e aluminit dhe akrilik. Mbajtësi për arduinos dhe PCB -të e drejtuesve të motorëve u printuan 3D dhe u ngjitën me zam të nxehtë. Gjithashtu, kam përdorur shumë dhe shumë tela dupont për të bërë të gjitha lidhjet. Për më tepër, ky PCB me terminalet e vidave doli shumë i dobishëm për të shpërndarë furnizimin me energji 12 V.

Kujdes: Me sa duket, shumë prej bordeve TB6612FNG kanë instaluar kondensatorë të gabuar. Megjithëse të gjithë shitësit specifikojnë tabelën për tensionet motorike deri në 15 V, kondensatorët shpesh vlerësohen vetëm për 10 V. Pasi i hodha kondensatorët në dy dërrasat e mia të para, i shkriva të gjithë dhe i zëvendësova me ato të duhurat.

Hapi 1: Bërja e pllakave të bakrit

Për pllakat e bakrit kam përdorur një shërbim të prerjes me lazer në internet (shiko këtu) ku mund të ngarkoja skedarët e bashkangjitur dxf. Sidoqoftë, meqenëse format nuk janë shumë të ndërlikuara, prerja me lazer nuk është një domosdoshmëri dhe ndoshta ka teknika më të lira prodhimi (p.sh. grushta, sharra). Në total, 14 nga segmentet, dy rrathë dhe një vijë e shkurtër janë të nevojshme për ekranin. Trashësia e pllakave të bakrit ishte 1 mm por ndoshta mund të ulet në 0.7 ose 0.5 mm të cilat do të kishin nevojë për më pak fuqi ngrohje/ftohje. Kam përdorur bakër sepse kapaciteti i nxehtësisë dhe përçueshmëria termike është më e lartë se alumini, por ky i fundit gjithashtu duhet të funksionojë mirë.

Hapi 2: Bashkimi i fletës së kristaltë të lëngët

Komponenti kryesor i këtij projekti është fleta kristale e lëngshme termokromike të cilën e kam marrë nga SFXC. Petë është në dispozicion në diapazone të ndryshme të temperaturës dhe ndryshon ngjyrën nga e zeza në temperatura të ulëta mbi të kuqe, portokalli dhe jeshile në blu në temperatura të larta. Provova dy gjerësi brezi të ndryshme 25-30 ° C dhe 29-33 ° C dhe përfundova duke zgjedhur këtë të fundit. Për shkak se ngrohja me një element më të fortë është më e lehtë sesa ftohja, diapazoni i temperaturës duhet të jetë pak mbi temperaturën e dhomës.

Petë e kristaltë e lëngët ka një mbështetës vetë ngjitës që ngjitet shumë mirë në pllakat e bakrit. Petë e tepërt është prerë rreth pllakës duke përdorur një thikë ekzakte.

Hapi 3: Bashkimi i Elementit TEC

Peltiers ishin ngjitur në qendër të secilës pllakë bakri duke përdorur epoksi përçues termikisht. Pllakat janë pak më të mëdha se peltiers në mënyrë që të qëndrojnë plotësisht të fshehura prapa. Për pllakën më të gjatë që përbën vijën e simbolit të përqindjes kam përdorur dy peltiers.

Hapi 4: Përgatitja e pllakës së aluminit

Për të kursyer para, unë vetë shpova të gjitha vrimat në pllakën e aluminit. Sapo e printova pdf -në e bashkangjitur në letër A3 dhe e përdor atë si model shpimi. Ekziston një vrimë për çdo segment ku kalojnë kabllot TEC dhe 6 vrima në skajet për ngjitjen e pllakës akrilike më vonë.

Hapi 5: Bashkimi i segmenteve

Një nga pjesët më të vështira në këtë projekt ishte lidhja e saktë e segmenteve në pllakën e pasme. Unë printova 3D disa komponentë që do të më ndihmonin në shtrirjen e segmenteve, por kjo funksionoi vetëm pjesërisht sepse segmentet rrëshqisnin vazhdimisht. Përveç kësaj, kabllot shtyjnë mbi peltier në mënyrë që të lirohet nga pllaka. Unë disi arrita t'i ngjis të gjitha segmentet në vendin e duhur, por një nga peltiers në segmentin dash ka bashkim termik shumë të keq. Mund të jetë më mirë të përdorni pads termike vetë-ngjitëse në vend të epoksisë edhe pse dyshoj se mund të lirohen me kalimin e kohës.

Hapi 6: Bashkimi i Ngrohësve dhe Mbajtësve

Ideja ime origjinale ishte që thjesht të përdor pllakën e aluminit si ngrohës ngrohës për peltiers edhe pa asnjë tifoz. Mendova se temperatura totale e pllakës do të rritet vetëm pak pasi disa segmente janë ftohur ndërsa të tjerat janë ndezur. Sidoqoftë, doli që pa ngrohje shtesë dhe pa tifoz ftohës temperatura do të vazhdojë të rritet në një pikë ku pllakat e bakrit nuk mund të ftohen më. Kjo është veçanërisht problematike pasi nuk përdor asnjë termistor për të kontrolluar fuqinë e ngrohjes/ftohjes, por gjithmonë përdor një vlerë fikse. Prandaj, bleva ngrohje të vogla me një jastëk vetë-ngjitës që ishin ngjitur në pjesën e pasme të pllakës së aluminit pas çdo peltier.

Pas kësaj, mbajtëset e printuara 3D për drejtuesit e motorëve dhe arduinos u ngjitën gjithashtu në pjesën e pasme të pllakës duke përdorur ngjitës të nxehtë.

Hapi 7: Ngarkimi i Kodit

Çdo arduino mund të kontrollojë vetëm deri në dy drejtues motorësh pasi kanë nevojë për dy kunja PWM dhe 5 dixhitale IO. Ekzistojnë gjithashtu drejtues motorësh që mund të kontrollohen përmes I2C (shiko këtu), por ato nuk janë në përputhje me logjikën 5 V të arduinos. Në qarkun tim ekziston një arduino "master" që komunikon me 5 arduino "skllevër" përmes I2C që nga ana e tij kontrollojnë drejtuesit e motorëve. Kodi për arduinos mund të gjendet këtu në llogarinë time GitHub. Në kodin për arduinos "skllevër" adresa I2C duhet të ndryshohet për çdo arduino në kokë. Ekzistojnë gjithashtu disa ndryshore që lejojnë ndryshimin e fuqisë së ngrohjes/ftohjes dhe konstantet përkatëse kohore.

Hapi 8: Çmenduri e telave

Lidhja e këtij projekti ishte një makth i plotë. Unë i kam bashkangjitur një diagramë të fortë që tregon lidhjet për master arduino dhe një skllav arduino si shembull. Përveç kësaj, ekziston një pdf që dokumenton se cili TEC është i lidhur me cilin drejtues motorik dhe arduino. Siç mund ta shihni në fotografi për shkak të sasive të mëdha të lidhjeve, instalimet elektrike bëhen shumë të çrregullta. Kam përdorur lidhës dupont kudo që të ishte e mundur. Furnizimi me energji 12 V u shpërnda duke përdorur një PCB me terminale vidë. Në hyrjen e energjisë unë bashkangjita një kabllo DC me priza fluturuese. Për të shpërndarë lidhjet 5 V, GND dhe I2C, kam pajisur disa PCB prototip me tituj meshkuj.

Hapi 9: Përgatitja e pllakës akrilike

Tjetra, unë shpova disa vrima në pllakën akrilike në mënyrë që ajo të mund të ngjitet në pllakën e aluminit përmes bllokimeve të PCB. Për më tepër, bëra disa prerje për tifozët dhe një çarje për kabllon e sensorit DHT22 duke përdorur mjetin tim dremel. Pas kësaj tifozët u ngjitën në pjesën e pasme të pllakës akrilike dhe kabllot u ushqyen përmes disa vrimave që kam shpuar. Herën tjetër ndoshta do ta bëj pjatën me prerje me lazer.

Hapi 10: Projekti i përfunduar

Së fundi, pllaka akrilike dhe pllaka alumini u lidhën me njëra -tjetrën duke përdorur bllokime PCB të gjata 40 mm. Pas kësaj projekti ka përfunduar.

Kur lidhen me furnizimin me energji, segmentet do të tregojnë temperaturën dhe lagështinë, në mënyrë alternative. Për temperaturën, vetëm pika e sipërme do të ndryshojë ngjyrën, ndërsa pika e poshtme dhe pika e poshtme theksohen kur shfaqet lagështia.

Në kod çdo segment aktiv nxehet për 25 sekonda ndërsa njëkohësisht ftoh segmentet jo aktive. Pas kësaj peltiers fiken për 35 sekonda në mënyrë që temperatura të stabilizohet përsëri. Sidoqoftë, temperatura e pllakave të bakrit do të rritet me kalimin e kohës dhe duhet pak kohë derisa segmentet të ndryshojnë plotësisht ngjyrën. Tërheqja aktuale për një shifër të vetme (7 segmente) u mat të jetë rreth 2 A, kështu që tërheqja totale aktuale për të gjitha segmentet është ndoshta afër maksimumit 6 A që mund të sigurojë furnizimi me energji elektrike.

Dikush me siguri mund të zvogëlojë konsumin e energjisë duke shtuar termistorë si reagime për të rregulluar fuqinë e ngrohjes/ftohjes. Shkuarja një hap më tej do të ishte përdorimi i një kontrolluesi të dedikuar TEC me lak PID. Kjo ndoshta duhet të lejojë funksionimin e vazhdueshëm pa shumë konsum të energjisë. Aktualisht jam duke menduar për ndërtimin e një sistemi të tillë duke përdorur drejtuesit e TEC të Thorlabs MTD415T.

Një disavantazh tjetër me konfigurimin aktual është se mund të dëgjoni daljen PWM 1 kHz të drejtuesve të motorit. Gjithashtu do të ishte mirë nëse dikush mund të heqë qafe tifozët sepse ata janë gjithashtu mjaft të zhurmshëm.

Çmimi i parë në Konkursin e Metalit