Thermochrome temperatuur- en humiditeitsweergawe: 10 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:25

Ek werk al 'n geruime tyd aan hierdie projek. Die oorspronklike idee het by my opgekom nadat ek 'n demonstrateur van die TEC -kontroleerder by die werk vir 'n beurs gebou het. Om die TEC's se verwarmings- en verkoelingseienskappe aan te toon, gebruik ons termochrome verf wat van swart na deursigtig verander.

In hierdie projek het ek die idee verder gevoer en 'n tweesyferige 7-segment-skerm met koperplate gebou wat bedek is met termochromiese velle gebaseer op vloeibare kristalle. Agter elke koperplaat sit 'n TEC -element wat die temperatuur beheer en daardeur die kleur van die vloeibare kristalplaat verander. Die getalle toon die temperatuur en humiditeit van 'n DHT22 -sensor.

U sal die ironie waardeer om 'n toestel te hê wat die omgewingstemperatuur vertoon deur sy eie temperatuur te verander;-)

Voorrade

• 3 stuks, 150x150 mm vloeibare kristalvel (29-33 ° C) (sien hier).
• 17 stuks, koperplate, 1 mm dik (afmetings sien hieronder)
• 401 x 220 x 2 mm aluminiumplaat (grys/swart geanodiseerd)
• 401 x 220 x 2 mm akrielplaat (wit)
• 18 stuks, TES1-12704 peltier-element
• 9 stuks, TB6612FNG dubbelmotorbestuurder
• 6 stuks, Arduino Nano
• 2 stuks, 40x40x10 mm koelwaaier
• 18 stuks, 25x25x10 mm hittebak
• 12 V, 6 A kragtoevoer
• DHT22 (AM2302) sensor vir temperatuur en humiditeit
• 6 stuks, 40 mm lange PCB -afstande

Daarbenewens het ek hierdie termies geleidende epoxy gebruik, wat redelik goedkoop was en 'n lang lewensduur het. 'N Boor- en dremelgereedskap is gebruik om die nodige gate in die aluminium- en akrielplate te maak. Houer vir die arduino's en motorbestuurder se PCB's is 3D gedruk en met warm gom vasgemaak. Ek het ook baie dupont -drade gebruik om al die verbindings te maak. Verder was hierdie PCB met skroefaansluitings baie handig om die 12 V -kragtoevoer te versprei.

Aandag: Baie van die TB6612FNG -borde het blykbaar die verkeerde kapasitors geïnstalleer. Alhoewel alle verkopers die bord spesifiseer vir motorspannings tot 15 V, word die kondensators dikwels slegs vir 10 V. aangewys.

Stap 1: Maak die koperplate

Vir die koperplate gebruik ek 'n aanlyn lasersnydiens (sien hier) waar ek die aangehegte dxf -lêers kan oplaai. Aangesien die vorms egter nie baie ingewikkeld is nie, is laser sny nie 'n moet nie en is daar waarskynlik goedkoper vervaardigingstegnieke (byvoorbeeld pons, saag). In totaal is 14 van die segmente, twee sirkels en een strepie nodig vir die vertoning. Die dikte van die koperplate was 1 mm, maar kan waarskynlik verminder word tot 0,7 of 0,5 mm, wat minder verwarmings-/verkoelingskrag benodig. Ek het koper gebruik omdat die hittevermoë en termiese geleidingsvermoë beter is as aluminium, maar laasgenoemde behoort ook redelik goed te werk.

Stap 2: Bevestig vloeibare kristalblad

Die belangrikste komponent van hierdie projek is die termochrome vloeibare kristalfoelie wat ek by SFXC gekry het. Die foelie is beskikbaar in verskillende temperatuurreekse en verander kleur van swart by lae temperature oor rooi, oranje en groen na blou by hoë temperature. Ek het twee verskillende bandwydtes 25-30 ° C en 29-33 ° C probeer en uiteindelik laasgenoemde gekies. Omdat dit makliker is om te verhit met 'n peltier -element as om af te koel, moet die temperatuur effens hoër wees as kamertemperatuur.

Die vloeibare kristalfoelie het 'n selfklevende agterkant wat baie goed aan die koperplate kleef. Die oortollige foelie is met 'n exacto -mes om die bord gesny.

Stap 3: Bevestig TEC -element

Die peltiers is met behulp van termiese geleidende epoksie aan die middel van elke koperplaat vasgemaak. Die borde is 'n bietjie groter as die peltiers, sodat hulle heeltemal weggesteek bly. Vir die langer bord wat die streep van die persentasiesimbool uitmaak, het ek twee peltiers gebruik.

Stap 4: Berei aluminiumplaat voor

Om geld te spaar, het ek self alle gate in die aluminiumplaat geboor. Ek het pas die aangehegte pdf op A3 -papier afgedruk en dit as 'n boorsjabloon gebruik. Daar is 'n gat vir elke segment waar die TEC -kabels deurloop en 6 gate aan die kante om die akrielplaat later vas te maak.

Stap 5: Heg segmente aan

Een van die moeilikste dele in hierdie projek was om die segmente korrek aan die agterplaat vas te maak. Ek het verskeie jigs in 3D gedruk wat my sou help met die belyning van die segmente, maar dit het net gedeeltelik gewerk omdat die segmente voortdurend weggly. Boonop druk die kabels die peltier aan sodat dit van die bord loskom. Ek het dit reggekry om al die segmente op die regte plek vas te plak, maar een van die peltiers in die strepiesegment het 'n baie slegte termiese koppeling. Dit is miskien beter om selfklevende termiese pads in plaas van epoxy te gebruik, alhoewel ek vermoed dat dit mettertyd kan verslap.

Stap 6: Heatsinks en houers aanheg

My oorspronklike idee was om die aluminiumplaat net as 'n heatsink vir die peltiers te gebruik, selfs sonder waaier. Ek het gedink dat die totale temperatuur van die bord slegs effens sal styg omdat sommige segmente afgekoel word terwyl ander verhit word. Dit het egter geblyk dat die temperatuur sonder bykomende heatsinks en geen koelwaaier sal styg tot 'n punt waar die koperplate nie meer afgekoel kan word nie. Dit is veral problematies, aangesien ek geen termistors gebruik om die verwarmings-/verkoelingskrag te beheer nie, maar altyd 'n vaste waarde gebruik. Daarom het ek klein koelblaaie gekoop met 'n selfklevende laag wat aan die agterkant van die aluminiumplaat agter elke peltier vasgemaak is.

Daarna is 3D -gedrukte houers vir die motorbestuurders en arduino's ook aan die agterkant van die bord vasgemaak met behulp van lijm.

Stap 7: Laai kode op

Elke arduino kan slegs tot twee motorbestuurders beheer, aangesien hulle twee PWM- en 5 digitale IO -penne benodig. Daar is ook motorbestuurders wat via I2C bestuur kan word (sien hier), maar dit is nie versoenbaar met die 5 V -logika van die arduino's nie. In my kring is daar 'n 'meester' arduino wat kommunikeer met 5 'slawe' arduino's via I2C wat weer die motorbestuurders beheer. Die kode vir die arduinos kan hier op my GitHub -rekening gevind word. In die kode vir die "slaaf" arduino's moet die I2C -adres vir elke arduino in die kop verander word. Daar is ook 'n paar veranderlikes wat die verwarmings-/verkoelingskrag en die ooreenstemmende tydkonstante kan verander.

Stap 8: Wiring Madness

Die bedrading van hierdie projek was 'n totale nagmerrie. Ek het 'n fritzdiagram aangeheg wat die verbindings vir die meester arduino en 'n enkele slawe -arduino as voorbeeld toon. Daarbenewens is daar 'n pdf waarin die TEC gekoppel is aan watter motorbestuurder en arduino. Soos u op die foto's kan sien, word die bedrading baie morsig as gevolg van die groot aantal verbindings. Ek het dupont -verbindings gebruik waar moontlik. Die 12 V -kragtoevoer is versprei met behulp van 'n PCB met skroefaansluitings. Op die kraginvoer het ek 'n GS -kabel met vlieënde leidings gekoppel. Om die 5 V-, GND- en I2C -verbindings te versprei, het ek 'n paar prototipe PCB's met penpenkoppe toegerus.

Stap 9: Berei akrielplaat voor

Vervolgens het ek 'n paar gate in die akrielplaat geboor sodat dit aan die aluminiumplaat vasgemaak kan word deur PCB -afstande. Boonop het ek 'n paar snitte vir die waaiers gemaak en 'n spleet vir die DHT22 -sensorkabel met behulp van my dremel -instrument. Daarna is die waaiers aan die agterkant van die akrielplaat vasgemaak en die kabels deur 'n paar gate wat ek geboor het. Die volgende keer sal ek die bord waarskynlik met laser sny.

Stap 10: Voltooide projek

Laastens is die akrielplaat en aluminiumplaat aan mekaar vasgemaak deur middel van 40 mm lange PCB -afstande. Daarna is die projek voltooi.

As die segmente om die beurt aan die kragtoevoer gekoppel is, sal die temperatuur en humiditeit afwisselend wys. Vir die temperatuur sal slegs die boonste kol kleur verander, terwyl ook die streep en die onderste punt uitgelig word as die humiditeit getoon word.

In die kode word elke aktiewe segment vir 25 sekondes verhit terwyl die nie-aktiewe segmente gelyktydig afgekoel word. Daarna word die peltiers vir 35 sekondes afgeskakel sodat die temperatuur weer kan stabiliseer. Tog sal die temperatuur van die koperplate mettertyd styg, en dit neem 'n geruime tyd totdat die segmente 'n volkleur verander. Die huidige trekking vir 'n enkele syfer (7 segmente) is ongeveer 2 A gemeet, dus die totale stroomtrek vir alle segmente is waarskynlik naby die maksimum van 6 A wat die kragtoevoer kan lewer.

U kan die kragverbruik beslis verminder deur termistors as terugvoer by te voeg om die verwarmings-/verkoelingskrag aan te pas. Om 'n stap verder te gaan, is om 'n toegewyde TEC -beheerder met 'n PID -lus te gebruik. Dit moet waarskynlik konstante werking moontlik maak sonder veel kragverbruik. Ek dink tans daaraan om so 'n stelsel te bou met behulp van Thorlabs MTD415T TEC -bestuurders.

'N Ander nadeel met die huidige konfigurasie is dat 'n mens die 1 kHz PWM -uitset van die motorbestuurders kan hoor. Dit sal ook lekker wees as 'n mens van die waaiers ontslae kan raak, want hulle is ook baie hard.

Eerste prys in die metaalwedstryd