Termohromisks temperatūras un mitruma displejs - PCB versija: 6 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:52

Pirms kāda laika a veica projektu ar nosaukumu Termohromiskais temperatūras un mitruma displejs, kurā es izveidoju 7 segmentu displeju no vara plāksnēm, kuras sildīja/atdzesēja ar peltier elementiem. Vara plāksnes tika pārklātas ar termohromisku foliju, kas maina krāsu līdz ar temperatūru. Šis projekts ir mazāka displeja versija, kas peltiers vietā izmanto PCB ar sildīšanas pēdām, kā komentāru sadaļā ieteica lietotājs DmitriyU2. Izmantojot PCB sildītāju, ir iespējams izveidot daudz vienkāršāku un kompaktāku dizainu. Apkure ir arī efektīvāka, kas nodrošina ātrāku krāsu maiņu.

Noskatieties video, lai redzētu, kā darbojas displejs.

Tā kā man bija palikuši daži PCB, es arī pārdodu šo displeju savā Tindie veikalā.

Piegādes

• Sildītāja PCB (skatiet manu GitHub, lai uzzinātu Gerber failus)
• Kontrolēt PCB (skatiet manu GitHub par Gerber failiem un BoM)
• DHT22 sensors (piemēram, ebay.de)
• 3D drukāts statīvs (skatiet manu GitHub, lai iegūtu stl failu)
• Termohroma līmplēve, 150x150 mm, 30-35 ° C (SFXC)
• M2x6 skrūve + uzgrieznis
• 2x tapas galvene 1x9, 2,54 mm (piemēram, mouser.com)
• 2x SMD plates savienotājs 1x9, 2,54 mm (piemēram, mouser.com)

1. solis: sildītāja PCB projektēšana

Sildītāja PCB tika izstrādāts Eagle. PCB izmēri ir 100x150 mm, jo 150x150 mm ir manu izmantoto termohromo loksņu standarta izmērs. Sākumā es izveidoju Fusion360 segmentu skici, kas tika saglabāta kā dxf un pēc tam importēta Eagle. Starp segmentiem ir frēzētas spraugas, un tos savieno tikai mazi tilti. Tas uzlabo atsevišķu segmentu siltumizolāciju un tādējādi ļauj ātrāk uzsildīties un samazina “termisko šķērsruna”. Segmenti tika piepildīti ar PCB pēdām augšējā slānī (redzams sarkanā krāsā), izmantojot līkuma rīku Eagle. Es izmantoju sliežu platumu un atstarpi 6 mil, kas ir minimālais izmērs, ko PCBWay var ražot bez papildu izmaksām. Katra pēdas ir izvietotas starp divām vijām, kuras pēc tam tiek savienotas ar tapām caur apakšējo slāni (redzams zilā krāsā), izmantojot daudz biezākas 32 mil pēdas. Visiem segmentiem ir kopīgs pamats.

Es neveicu nekādus aprēķinus par sildīšanas jaudu, kas nepieciešama noteiktai temperatūras paaugstināšanai, kā arī neaprēķināju segmenta paredzamo pretestību. Es sapratu, ka jebkuru sildīšanas jaudas regulēšanu var veikt, izmantojot PWM signālu ar dažādu darba ciklu. Vēlāk es atklāju, ka segmenti sakarst samērā ātri, ja tiek darbināti caur 5V USB portu, izmantojot ~ 5% darba ciklu. Kopējā strāva, sildot visus 17 segmentus, ir aptuveni 1,6 A.

Visus tāfeles failus var atrast manā GitHub.

2. darbība: kontroliera PCB projektēšana

Lai kontrolētu PCB sildītāju, es izvēlos SAMD21E18 MCU, kuru izmantoju arī savā GlassCube projektā. Šim mikrokontrolleram ir pietiekami daudz tapu, lai kontrolētu visus 17 sildītāja segmentus un nolasītu DHT22 sensoru. Tam ir arī vietējais USB, un to var aktivizēt, izmantojot Adafruit sāknēšanas ielādētāju CircuitPython. Mikro USB savienotājs tika izmantots kā barošanas avots un MCU programmēšanai. Sildītāju segmentus kontrolē 9 divkanālu MOSFET (SP8K24FRATB). Tie var apstrādāt līdz 6 A, un vārtu sliekšņa spriegums ir <2,5 V, tāpēc tos var pārslēgt ar 3,3 V loģisko signālu no MCU. Es atklāju, ka šis pavediens ir ļoti noderīgs, lai palīdzētu man izveidot sildītāja vadības ķēdi.

Es pasūtīju PCB no PCBWay un elektroniskās detaļas atsevišķi no Mouser un pats samontēju PCB, lai ietaupītu izmaksas. Es izmantoju lodēšanas pastas dozatoru, kas novietoja detaļas ar rokām un pielodēja ar infrasarkano staru sildītāju. Tomēr, ņemot vērā samērā lielo sastāvdaļu daudzumu un vajadzīgo pārstrādi, tas bija diezgan garlaicīgi, un es domāju, ka nākotnē izmantošu montāžas pakalpojumu.

Atkal tāfeles failus var atrast manā GitHub. Tur jūs varat atrast uzlabotu PCB versiju, kurā mikro USB vietā tiek izmantots USB-C savienotājs. Es arī izlaboju DHT22 sensora caurumu atstarpes un pievienoju 10 kontaktu savienotāju, lai atvieglotu sāknēšanas ielādētāja mirgošanu, izmantojot J-Link.

3. darbība: CircuitPython sāknēšanas programma

Sākumā es pazibēju SAMD21 ar UF2 sāknēšanas ielādētāju, kuras pamatā bija Adafruit Trinket M0. Bootloader bija nedaudz jāpārveido, jo piekariņam ir gaismas diode, kas savienota ar vienu no tapām, ko izmantoju apkurei. Pretējā gadījumā šī tapa īsu laiku pēc palaišanas būs augsta un sasildīs pievienoto segmentu ar pilnu jaudu. Sāknēšanas ielādētāja mirgošana tiek veikta, savienojot J-Link ar MCU, izmantojot SWD un SWC portus. Viss process ir sīki aprakstīts Adafruit vietnē. Pēc sāknēšanas ielādētāja instalēšanas MCU tiek atpazīts kā zibatmiņas disks, kad tas ir pievienots, izmantojot mikro USB portu, un nākamos sāknēšanas ielādētājus var vienkārši instalēt, velkot UF2 failu uz diskdzini.

Kā nākamo soli es vēlējos instalēt CircuitPython sāknēšanas ielādētāju. Tomēr, tā kā mana dēlis izmanto daudzas tapas, kas nav savienotas ar Trinket M0, man vispirms bija nedaudz jāmaina tāfeles konfigurācija. Atkal ir lieliska apmācība par to Adafruit vietnē. Būtībā ir vienkārši jāiekomentē dažas ignorētās tapas mpconfigboard.h un pēc tam viss jāpārkompilē. Pielāgotie sāknēšanas ielādētāja faili ir pieejami arī manā GitHub.

4. darbība: CircuitPython kods

Pēc tam, kad ir instalēts sāknēšanas ielādētājs CircuitPython, jūs varat vienkārši ieprogrammēt dēli, saglabājot kodu kā code.py failu tieši USB zibatmiņā. Manis rakstītais kods nolasa DHT22 sensoru un pēc tam pārmaiņus parāda temperatūru un mitrumu, sildot atbilstošos segmentus. Kā jau minēts, apkure tiek veikta, pārslēdzot MOSFET ar PWM signālu. Tā vietā, lai konfigurētu tapas kā PWM izejas, es, izmantojot aizkavi, kodā ģenerēju "viltotu" PWM signālu ar zemu pārslēgšanās frekvenci 100 Hz. Lai vēl vairāk samazinātu pašreizējo patēriņu, es neieslēdzu segmentus vienlaicīgi, bet secīgi, kā parādīts iepriekšējā shēmā. Ir arī daži triki, lai segmentu sildīšana būtu vienmērīgāka. Pirmkārt, darba cikls katram segmentam ir nedaudz atšķirīgs. Piemēram, zīmes "%" svītrai ir vajadzīgs daudz lielāks darba cikls, jo tai ir lielāka pretestība. Es arī atklāju, ka segmentus, kurus ieskauj daudzi citi segmenti, jāsilda mazāk. Turklāt, ja segments tika uzkarsēts iepriekšējā "braucienā", darba ciklu var samazināt nākamajā. Visbeidzot, sildīšanas un dzesēšanas laiks tiek pielāgots apkārtējās vides temperatūrai, ko ērti mēra ar DHT22 sensoru. Lai atrastu saprātīgas laika konstantes, es faktiski kalibrēju displeju klimata kamerā, kas man, par laimi, ir pieejama darbā.

Pilnu kodu varat atrast manā GitHub.

5. solis: montāža

Displeja montāža ir diezgan vienkārša, un to var sadalīt šādās darbībās

1. Lodēt sieviešu tapas uz sildītāja PCB
2. Pievienojiet pašlīmējošo termohromisko loksni sildītāja PCB
3. Lodēt DHT22 sensoru pie kontroliera PCB un piestiprināt ar M2 skrūvi un uzgriezni
4. Lodēt vīriešu tapas galvenes kontroliera PCB
5. Pievienojiet abas PCB un ievietojiet 3D drukātā statīvā

6. darbība: pabeigts projekts

Esmu diezgan apmierināts ar gatavo diplay, kas tagad pastāvīgi darbojas mūsu dzīvojamā istabā. Mērķis izveidot mazāku, vienkāršāku sava sākotnējā termohromiskā displeja versiju noteikti tika sasniegts, un es vēlos vēlreiz pateikties lietotājam DmitriyU2 par ieteikumu. Projekts man arī palīdzēja uzlabot savas PCB projektēšanas prasmes programmā Eagle, un es uzzināju par MOSFET izmantošanu kā slēdžus.

Varētu vēl uzlabot dizainu, izveidojot jauku korpusu PCB. Es arī domāju par tāda paša stila digitālā pulksteņa izgatavošanu.

Ja jums patīk šis projekts, varat to vienkārši pārtaisīt vai iegādāties manā Tindie veikalā. Apsveriet arī iespēju balsot par mani PCB dizaina izaicinājumā.

Tiesnešu balva PCB dizaina izaicinājumā