תוכן עניינים:

תצוגת טמפרטורה ולחות תרמוכרומית - גרסת PCB: 6 שלבים (עם תמונות)
תצוגת טמפרטורה ולחות תרמוכרומית - גרסת PCB: 6 שלבים (עם תמונות)

וִידֵאוֹ: תצוגת טמפרטורה ולחות תרמוכרומית - גרסת PCB: 6 שלבים (עם תמונות)

וִידֵאוֹ: תצוגת טמפרטורה ולחות תרמוכרומית - גרסת PCB: 6 שלבים (עם תמונות)
וִידֵאוֹ: תיכנות בקר טמפרטורה דיגיטלי חום / קור 2024, יולי
Anonim
Image
Image
עיצוב ה- PCB של החימום
עיצוב ה- PCB של החימום

לפני זמן מה עשיתי פרויקט בשם Thermochromic Temperature & Humidity Display שבו בניתי תצוגה בת 7 פלחים מתוך לוחות נחושת שחוממו/מקוררו על ידי אלמנטים פלטריים. לוחות הנחושת היו מכוסים ברדיד תרמוכרומי שמשנה את צבעו עם הטמפרטורה. פרויקט זה הוא גרסה קטנה יותר של התצוגה שבמקום פלטרים משתמש במחשב PCB עם עקבות חימום כפי שהציע המשתמש DmitriyU2 בסעיף ההערות. שימוש בתנור דוד PCB מאפשר עיצוב הרבה יותר פשוט וקומפקטי. החימום גם יעיל יותר מה שמוביל לשינוי צבע מהיר יותר.

צפה בסרטון כדי לראות כיצד התצוגה פועלת.

מכיוון שנותרו לי כמה מחשבים אישיים, אני גם מוכר את התצוגה הזו בחנות Tindie שלי.

אספקה

  • חימום PCB (עיין ב- GitHub שלי לקבצי גרבר)
  • שליטה ב- PCB (ראה GitHub שלי עבור קבצי Gerber ו- BoM)
  • חיישן DHT22 (למשל ebay.de)
  • מעמד מודפס בתלת מימד (עיין בקובץ ה- STL שלי ב- GitHub)
  • גיליון דבק תרמוכרומי, 150x150 מ"מ, 30-35 ° C (SFXC)
  • בורג M2x6 + אגוז
  • כותרת 2x פינים 1x9, 2.54 מ"מ (למשל mouser.com)
  • 2x מחבר לוח SMD 1x9, 2.54 מ"מ (למשל mouser.com)

שלב 1: עיצוב ה- PCB של החימום

עיצוב ה- PCB של החימום
עיצוב ה- PCB של החימום
עיצוב ה- PCB של החימום
עיצוב ה- PCB של החימום

תנור הלוח PCB תוכנן בנשר. מידות ה- PCB הן 100x150 מ"מ מכיוון ש -150x150 מ"מ הוא הגודל הסטנדרטי של הסדינים התרמוכרומיים בהם השתמשתי. בהתחלה הכנתי סקיצה של הקטעים ב- Fusion360 שנשמרה כ- dxf ולאחר מכן מיובאת לנשר. הקטעים טווחו פערים ביניהם והם מחוברים רק באמצעות גשרים קטנים. זה משפר את הבידוד התרמי של הקטעים הבודדים ולכן מאפשר חימום מהיר יותר ומפחית את 'התקשרות התרמית'. הקטעים התמלאו עקבות PCB בשכבה העליונה (נראים באדום) באמצעות הכלי המתפתל ב- Eagle. השתמשתי ברוחב מסלול ומרווח של 6 מיל שהוא הגודל המינימלי שניתן לייצר על ידי PCBWay ללא עלויות נוספות. כל עקבה מתפתלת בין שתי ויאסות המחוברות לאחר מכן לפינים באמצעות השכבה התחתונה (נראית בכחול) באמצעות עקבות עבות בהרבה של 32 מיל. כל הקטעים חולקים בסיס משותף.

לא ביצעתי חישובים לגבי הספק החימום הנדרש לעליית טמפרטורה מסוימת וגם לא חישבתי את ההתנגדות הצפויה של קטע. הבנתי שכל התאמה של כוח החימום יכולה להתבצע באמצעות אות PWM עם מחזור עבודה משתנה. מאוחר יותר גיליתי שהקטעים מתחממים מהר למדי כשהם מופעלים דרך יציאת ה- USB של 5V באמצעות מחזור עבודה של ~ 5%. הזרם הכולל בחימום כל 17 הקטעים הוא כ -1.6 א.

ניתן למצוא את כל קבצי הלוח ב- GitHub שלי.

שלב 2: תכנון ה- PCB של הבקר

עיצוב ה- PCB של הבקר
עיצוב ה- PCB של הבקר
עיצוב ה- PCB של הבקר
עיצוב ה- PCB של הבקר
עיצוב ה- PCB של הבקר
עיצוב ה- PCB של הבקר

לשליטה על מחמם ה- PCB אני בוחר ב- SAMD21E18 MCU שבו השתמשתי גם בפרויקט GlassCube שלי. למיקרו -בקר זה יש מספיק סיכות לשליטה בכל 17 קטעי החימום ולקריאת חיישן DHT22. יש לו גם USB מקורי וניתן להבהב עם מטען האתחול של CircuitPython של Adafruit. מחבר מיקרו USB שימש כאספקת חשמל ולתכנות ה- MCU. קטעי החימום נשלטים על ידי 9 ערוצי MOSFET כפולים (SP8K24FRATB). אלה יכולים להתמודד עם עד 6 A ויש להם מתח סף שער <2.5 V כך שניתן יהיה לעבור אותם על ידי אות לוגי 3.3 V מה- MCU. מצאתי שרשור זה מאוד עוזר לי לעצב את מעגל הבקרה של תנור החימום.

הזמנתי את ה- PCB מ- PCBWay ואת החלקים האלקטרוניים בנפרד מ- Mouser והרכבתי בעצמי את ה- PCB כדי לחסוך בעלויות. השתמשתי במכשיר להדבקת הלחמות שהניח את החלקים ביד והלחמתי אותם עם תנור חימום IC אינפרא אדום. עם זאת, בשל כמות המרכיבים הגדולה יחסית והעיבוד הנדרש הדבר היה די מייגע ואני שוקל להשתמש בשירות הרכבה בעתיד.

שוב ניתן למצוא את קבצי הלוח ב- GitHub שלי. שם תוכל למצוא גרסה משופרת של הלוח המודרני המשתמש במחבר USB-C במקום מיקרו USB. תיקנתי גם את המרווח בין חורי החוצה לחיישן DHT22 והוספתי מחבר בן 10 פינים להבהבה קלה יותר של מטעין האתחול באמצעות J-Link.

שלב 3: מטען אתחול CircuitPython

בהתחלה הבזקתי את SAMD21 עם מטען אתחול UF2 המבוסס על ה- Trinket M0 של Adafruit. היה צריך לשנות מעט את מטען האתחול מכיוון של- Trinket יש נורית LED המחוברת לאחד הפינים שבהם אני משתמש לחימום. אחרת סיכה זו תעלה לזמן קצר לאחר האתחול ותחמם את הקטע המחובר בעוצמה מלאה. מהבהב מטעין האתחול מתבצע על ידי חיבור J-Link ל- MCU דרך יציאות SWD ו- SWC. כל התהליך מתואר בפירוט באתר Adafruit. לאחר התקנת מטען האתחול ה- MCU מזוהה ככונן הבזק כאשר הוא מחובר באמצעות יציאת מיקרו USB וניתן להתקין את מטעי האתחול הבאים פשוט על ידי גרירת קובץ UF2 לכונן.

כשלב הבא רציתי להתקין מטעין אתחול של CircuitPython. עם זאת, מכיוון שהלוח שלי משתמש בסיכות רבות שאינן מחוברות ל- Trinket M0, הייתי צריך קודם לשנות מעט את תצורת הלוח. שוב יש הדרכה מצוינת לכך באתר Adafruit. בעיקרון, צריך רק להעיר כמה סיכות שהתעלמו מ- mpconfigboard.h ולאחר מכן לאסוף מחדש הכל. קבצי מטעין האתחול המותאמים אישית זמינים גם ב- GitHub שלי.

שלב 4: קוד CircuitPython

קוד CircuitPython
קוד CircuitPython
קוד CircuitPython
קוד CircuitPython

לאחר התקנת מטען האתחול של CircuitPython תוכל פשוט לתכנת את הלוח על ידי שמירת הקוד כקובץ code.py ישירות לכונן הבזק מסוג USB. הקוד שכתבתי קורא את חיישן DHT22 ולאחר מכן מציג לסירוגין את הטמפרטורה והלחות על ידי חימום הקטעים המתאימים. כפי שכבר צוין החימום מתבצע על ידי החלפת ה- MOSFETs עם אות PWM. במקום להגדיר את הפינים כיציאות PWM, יצרתי אות PWM "מזויף" עם תדר מיתוג נמוך של 100 הרץ בקוד באמצעות עיכובים. כדי להוריד עוד יותר את הצריכה הנוכחית אני לא מפעיל את הקטעים בו זמנית אלא ברצף כפי שמוצג בסכימה למעלה. יש גם כמה טריקים להפוך את חימום הקטעים לאחיד יותר. קודם כל מחזור העבודה הוא קצת שונה עבור כל קטע. לדוגמה מקף הסימן "%" זקוק למחזור עבודה גדול בהרבה בגלל ההתנגדות הגבוהה שלו. כמו כן גיליתי שצריך לחמם פחות קטעים המוקפים בקטעים רבים אחרים. בנוסף, אם קטע היה מחומם ב"ריצה "הקודמת, ניתן לצמצם את מחזור העבודה בזמן הבא. לבסוף, זמן החימום והקירור מותאם לטמפרטורת הסביבה הנמדדת בנוחות על ידי חיישן DHT22. כדי למצוא קבועי זמן סביר למעשה כייילתי את התצוגה בחדר אקלים שלמזלי יש לי גישה אליו בעבודה.

אתה יכול למצוא את הקוד המלא ב- GitHub שלי.

שלב 5: הרכבה

הַרכָּבָה
הַרכָּבָה
הַרכָּבָה
הַרכָּבָה
הַרכָּבָה
הַרכָּבָה

הרכבה של הצג די קלה וניתנת לחלוקה בשלבים הבאים

  1. הלחמות סיכות נקבות לחימום PCB
  2. צרף גיליון תרמוכרומי דביק למעגל הלוח המחמם
  3. חיישן הלחמה DHT22 ללוח הבקר והידוק בעזרת בורג ואום M2
  4. כותרות סיכה זכר הלחמה לבקר PCB
  5. חבר את שני ה- PCB והנח במעמד מודפס בתלת -ממד

שלב 6: סיום הפרויקט

פרוייקט סיים
פרוייקט סיים
פרוייקט סיים
פרוייקט סיים

אני די שמח מהדיפליי המוגמר שרץ כעת כל הזמן בסלון שלנו. המטרה ליצור גרסה קטנה ופשוטה יותר של התצוגה התרמוכרומית המקורית שלי הושגה בהחלט ואני רוצה להודות למשתמש DmitriyU2 פעם נוספת על ההצעה. הפרויקט גם עזר לי לשפר את כישורי עיצוב ה- PCB שלי ב- Eagle ולמדתי על השימוש ב- MOSFET כמתגים.

אפשר אולי לשפר עוד יותר את העיצוב על ידי יצירת מארז נחמד למחשבי הלוח. אני גם חושב להכין שעון דיגיטלי באותו סגנון.

אם אתה אוהב את הפרויקט הזה אתה יכול פשוט ליצור אותו מחדש או לקנות אותו בחנות Tindie שלי. שקלו גם להצביע עבורי באתגר עיצוב ה- PCB.

אתגר עיצוב PCB
אתגר עיצוב PCB
אתגר עיצוב PCB
אתגר עיצוב PCB

פרס השופטים באתגר העיצוב PCB

מוּמלָץ: