Termohromisks temperatūras un mitruma displejs: 10 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:54

Es diezgan ilgu laiku strādāju pie šī projekta. Sākotnējā ideja man radās pēc TEC kontroliera demonstrētāja uzbūvēšanas darbā gadatirgū. Lai parādītu TEC sildīšanas un dzesēšanas iespējas, mēs izmantojām termohromisku krāsu, kas mainās no melnas uz caurspīdīgu.

Šajā projektā es turpināju šo ideju un izveidoju divciparu 7 segmentu displeju, izmantojot vara plāksnes, kas pārklātas ar termohromām loksnēm, kuru pamatā ir šķidro kristāli. Aiz katras vara plāksnes atrodas TEC elements, kas kontrolē temperatūru un tādējādi maina šķidro kristālu loksnes krāsu. Skaitļi parādīs temperatūru un mitrumu no DHT22 sensora.

Jūs varētu novērtēt ironiju par to, ka ir ierīce, kas parāda apkārtējās vides temperatūru, mainot savu temperatūru;-)

Piegādes

• 3 gab., 150x150 mm šķidro kristālu loksne (29-33 ° C) (skatīt šeit).
• 17 gab., Vara plāksnes, 1 mm biezas (izmērus skatīt zemāk)
• 401 x 220 x 2 mm alumīnija plāksne (pelēka/melna anodēta)
• 401 x 220 x 2 mm akrila plāksne (balta)
• 18 gab., Peltier elements TES1-12704
• 9 gab., TB6612FNG divu motoru draiveris
• 6 gab., Arduino Nano
• 2 gab., 40x40x10 mm dzesēšanas ventilators
• 18 gab., 25x25x10 mm radiators
• 12 V, 6 A barošanas avots
• DHT22 (AM2302) temperatūras un mitruma sensors
• 6 gab., 40 mm gari PCB atdalījumi

Turklāt es izmantoju šo siltumvadošo epoksīdu, kas bija diezgan lēts un ar ilgu kalpošanas laiku. Lai izveidotu nepieciešamos caurumus alumīnija un akrila plāksnēs, tika izmantots urbis un dremel instruments. Arduino un motoru draivera PCB turētājs tika izdrukāts 3D un piestiprināts ar karstu līmi. Turklāt, lai izveidotu visus savienojumus, es izmantoju daudz un daudz dupont vadu. Turklāt šī PCB ar skrūvējamiem spailēm bija ļoti noderīga, lai sadalītu 12 V barošanas avotu.

Uzmanību: Acīmredzot daudzās TB6612FNG plāksnēs ir uzstādīti nepareizi kondensatori. Lai gan visi pārdevēji norāda plāksni motora spriegumam līdz 15 V, kondensatori bieži tiek vērtēti tikai līdz 10 V. Pēc tam, kad es izpūšu kondensatorus pirmajās divās plāksnēs, es tos visus atkausēju un nomainīju ar atbilstošiem.

1. solis: Vara plākšņu izgatavošana

Vara plāksnēm es izmantoju tiešsaistes lāzera griešanas pakalpojumu (skat. Šeit), kur varēju augšupielādēt pievienotos dxf failus. Tomēr, tā kā formas nav ļoti sarežģītas, griešana ar lāzeru nav obligāta un, iespējams, ir lētākas ražošanas metodes (piemēram, štancēšana, zāģēšana). Kopumā displejam nepieciešami 14 no segmentiem, divi apļi un viena domuzīme. Vara plākšņu biezums bija 1 mm, bet, iespējams, to varēja samazināt līdz 0,7 vai 0,5 mm, kam būtu nepieciešama mazāka sildīšanas/dzesēšanas jauda. Es izmantoju varu, jo siltuma jauda un siltumvadītspēja ir pārāka par alumīniju, bet pēdējam arī vajadzētu strādāt pietiekami labi.

2. darbība: šķidro kristālu loksnes piestiprināšana

Šī projekta galvenā sastāvdaļa ir termohroma šķidro kristālu folija, kuru es ieguvu no SFXC. Folija ir pieejama dažādos temperatūras diapazonos un maina krāsu no melnas zemās temperatūrās virs sarkanas, oranžas un zaļas uz zilu augstā temperatūrā. Es izmēģināju divus dažādus joslas platumus 25-30 ° C un 29-33 ° C un galu galā izvēlējos pēdējo. Tā kā sildīšana ar peltier elementu ir vieglāka nekā dzesēšana, temperatūras diapazonam vajadzētu būt nedaudz augstākam par istabas temperatūru.

Šķidro kristālu folijai ir pašlīmējoša pamatne, kas ļoti labi pielīp pie vara plāksnēm. Liekā folija tika sagriezta ap plāksni, izmantojot precīzu nazi.

3. darbība: TEC elementa piestiprināšana

Peltieri tika piestiprināti katras vara plāksnes centram, izmantojot siltumvadošu epoksīdu. Plāksnes ir nedaudz lielākas nekā peltiers, tāpēc tās paliek pilnībā paslēptas. Garākai plāksnei, kas veido procentu simbola domuzīmi, es izmantoju divus peltierus.

4. solis: Alumīnija plāksnes sagatavošana

Lai ietaupītu naudu, es pats izurbju visus caurumus alumīnija plāksnē. Es tikko izdrukāju pievienoto pdf uz A3 papīra un izmantoju to kā urbšanas veidni. Katram segmentam ir caurums, caur kuru iet TEC kabeļi, un 6 caurumi malās, lai vēlāk piestiprinātu akrila plāksni.

5. darbība: segmentu piestiprināšana

Viena no grūtākajām daļām šajā projektā bija segmentu pareiza piestiprināšana pie aizmugurējās plāksnes. Es 3D izdrukāju vairākas džigus, kas man palīdzētu segmentu izlīdzināšanā, taču tas darbojās tikai daļēji, jo segmenti nepārtraukti slīdēja prom. Turklāt kabeļi spiež uz peltier tā, lai tas atslābtos no plāksnes. Man kaut kā izdevās pielīmēt visus segmentus pareizajā vietā, bet vienam no paneļiem segmenta segmentā ir ļoti slikta termiskā sakabe. Varētu būt labāk izmantot pašlīmējošus termo spilventiņus epoksīda vietā, lai gan man ir aizdomas, ka tas laika gaitā var atslābināties.

6. darbība: radiatoru un turētāju piestiprināšana

Mana sākotnējā ideja bija izmantot alumīnija plāksni kā dzesētāju peltiers pat bez ventilatora. Es domāju, ka plāksnes kopējā temperatūra tikai nedaudz paaugstināsies, jo daži segmenti tiek atdzesēti, bet citi tiek uzkarsēti. Tomēr izrādījās, ka bez papildu radiatoriem un bez dzesēšanas ventilatora temperatūra turpinās paaugstināties līdz vietai, kurā vara plāksnes vairs nevar atdzist. Tas ir īpaši problemātiski, jo sildīšanas/dzesēšanas jaudas kontrolei neizmantoju nekādus termistorus, bet vienmēr izmantoju fiksētu vērtību. Tāpēc es nopirku mazus radiatorus ar pašlīmējošu spilventiņu, kas tika piestiprināti alumīnija plāksnes aizmugurē aiz katra peltiera.

Pēc tam, izmantojot karstās līmes, plāksnes aizmugurē tika piestiprināti arī 3D drukāti turētāji motoru vadītājiem un arduino.

7. darbība: koda augšupielāde

Katrs arduino var kontrolēt tikai divus motora draiverus, jo tiem ir vajadzīgas divas PWM un 5 digitālās IO tapas. Ir arī motoru draiveri, kurus var kontrolēt, izmantojot I2C (skatīt šeit), taču tie nav saderīgi ar arduinos 5 V loģiku. Manā ķēdē ir viens "galvenais" arduino, kas sazinās ar 5 "vergu" arduinos, izmantojot I2C, kas savukārt kontrolē motoru draiverus. Arduinos kodu var atrast šeit, manā GitHub kontā. "Vergu" arduinos kodā I2C adrese ir jāmaina katram arduino galvenē. Ir arī daži mainīgie, kas ļauj mainīt sildīšanas/dzesēšanas jaudu un atbilstošās laika konstantes.

8. solis: vadu trakums

Šī projekta vadība bija pilnīgs murgs. Esmu pievienojis fritzes diagrammu, kurā kā piemērs parādīti savienojumi galvenajam arduino un vienam vergam arduino. Turklāt ir pdf dokumentācija, kuram TEC ir pievienots, kuram motora vadītājam un arduino. Kā redzat attēlos, jo ir daudz savienojumu, elektroinstalācija kļūst ļoti netīra. Es visur izmantoju dupont savienotājus. 12 V barošanas avots tika sadalīts, izmantojot PCB ar skrūvējamiem spailēm. Strāvas padevei es pievienoju līdzstrāvas kabeli ar lidojošiem vadiem. Lai izplatītu 5 V, GND un I2C savienojumus, es aprīkoju dažus PCB prototipus ar vīriešu kontaktu galviņām.

9. solis: akrila plāksnes sagatavošana

Tālāk es urbju dažus caurumus akrila plāksnē, lai to varētu piestiprināt pie alumīnija plāksnes, izmantojot PCB ierobežojumus. Turklāt, izmantojot manu dremel rīku, izveidoja dažus izgriezumus ventilatoriem un spraugu DHT22 sensora kabelim. Pēc tam ventilatori tika piestiprināti pie akrila plāksnes aizmugures, un kabeļi tika padoti caur dažiem urbtajiem caurumiem. Nākamreiz, iespējams, gatavošu šķīvi ar lāzergriešanu.

10. solis: pabeigts projekts

Visbeidzot, akrila plāksne un alumīnija plāksne tika piestiprinātas viena otrai, izmantojot 40 mm garus PCB ierobežojumus. Pēc tam projekts ir pabeigts.

Kad segmenti ir pievienoti barošanas avotam, pārmaiņus tiek rādīta temperatūra un mitrums. Attiecībā uz temperatūru tikai augšējais punkts mainīs krāsu, bet, parādot mitrumu, tiek izcelta arī domuzīme un apakšējais punkts.

Kodā katrs aktīvais segments tiek uzkarsēts 25 sekundes, vienlaikus atdzesējot neaktīvos segmentus. Pēc tam peltiers tiek izslēgts uz 35 sekundēm, lai temperatūra atkal stabilizētos. Neskatoties uz to, vara plākšņu temperatūra laika gaitā paaugstināsies, un paies zināms laiks, līdz segmenti pilnībā mainīs krāsu. Tika mērīts, ka pašreizējais viencipara (7 segmenti) patēriņš ir aptuveni 2 A, tāpēc kopējais strāvas patēriņš visiem segmentiem, iespējams, ir tuvu maksimālajam 6 A, ko var nodrošināt barošanas avots.

Varētu noteikti samazināt enerģijas patēriņu, pievienojot termistorus kā atgriezenisko saiti, lai pielāgotu apkures/dzesēšanas jaudu. Viens solis tālāk būtu izmantot īpašu TEC kontrolieri ar PID cilpu. Tam, iespējams, vajadzētu ļaut pastāvīgi darboties bez liela enerģijas patēriņa. Pašlaik domāju par šādas sistēmas izveidi, izmantojot Thorlabs MTD415T TEC draiverus.

Vēl viens pašreizējās konfigurācijas trūkums ir tas, ka var dzirdēt motora draiveru 1 kHz PWM izeju. Būtu arī jauki, ja varētu atbrīvoties no līdzjutējiem, jo tie ir arī diezgan skaļi.

Pirmā balva metāla konkursā