תצוגת טמפרטורה ולחות תרמוכרומית: 10 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:14

עבדתי על הפרויקט הזה די הרבה זמן. הרעיון המקורי עלה בי לאחר שבנינו מפגן בקר TEC בעבודה עבור יריד סחר. כדי להציג את יכולות החימום והקירור של TEC השתמשנו בצבע תרמוכרומי שמשתנה משחור לשקוף.

בפרויקט הזה לקחתי את הרעיון הלאה ובניתי תצוגה דו-ספרתית בת 7 מגזרים באמצעות לוחות נחושת המכוסים ביריעות תרמוכרומיות המבוססות על גבישים נוזליים. מאחורי כל צלחת נחושת יושב אלמנט TEC השולט על הטמפרטורה ובכך משנה את צבע יריעת הגביש הנוזלי. המספרים יראו את הטמפרטורה והלחות מחיישן DHT22.

אתה עשוי להעריך את האירוניה שיש מכשיר המציג את טמפרטורת הסביבה על ידי שינוי הטמפרטורה שלו;-)

אספקה

• 3 יח ', גיליון גביש נוזלי 150x150 מ"מ (29-33 ° C) (ראה כאן).
• 17 יח ', לוחות נחושת, בעובי 1 מ"מ (מידות ראו להלן)
• צלחת אלומיניום 401 x 220 x 2 מ"מ (אפור/שחור אנודייז)
• צלחת אקריליק 401 x 220 x 2 מ"מ (לבן)
• 18 יח ', אלמנט פלטר TES1-12704
• 9 יחידות, נהג מנוע כפול TB6612FNG
• 6 יח ', ארדואינו ננו
• 2 יחידות, מאוורר קירור 40x40x10 מ"מ
• 18 יח ', גוף קירור 25x25x10 מ"מ
• ספק כוח 12 V, 6 A
• חיישן טמפרטורה ולחות DHT22 (AM2302)
• 6 יחידות, עמידות PCB באורך 40 מ"מ

בנוסף, השתמשתי באפוקסי מוליך תרמי זה שהיה זול למדי ובעל אורך חיים ארוך. כלי מקדחה ודרמל שימשו ליצירת החורים הדרושים בלוחות האלומיניום והאקריליק. מחזיק למחשבי הלוח של הארדואינים ומנועי המנוע הודפסו בתלת מימד והוצמדו עם דבק חם. כמו כן, השתמשתי בהמון חוטי דופונט לביצוע כל החיבורים. יתר על כן, PCB זה עם מסופי בורג היה שימושי מאוד להפצת אספקת החשמל של 12 וולט.

שימו לב: ככל הנראה, ברבים מלוחות TB6612FNG אכן מותקנים הקבלים הלא נכונים. למרות שכל המוכרים מציינים את הלוח למתח מנוע עד 15 וולט, הקבלים לרוב מדורגים רק ל- 10 V. לאחר שפוצתי את הקבלים על שני הלוחות הראשונים שלי, הסרתי את כולם והחלפתי אותם בלוחות תקינים.

שלב 1: הכנת צלחות הנחושת

עבור לוחות הנחושת השתמשתי בשירות חיתוך לייזר מקוון (ראה כאן) שבו אוכל להעלות את קבצי ה- dxf המצורפים. עם זאת, מכיוון שהצורות אינן מסובכות במיוחד, חיתוך בלייזר אינו הכרחי ויש כנראה טכניקות ייצור זולות יותר (למשל ניקוב, ניסור). בסך הכל, 14 מהקטעים, שני עיגולים ומקף אחד נחוצים לתצוגה. עובי לוחות הנחושת היה 1 מ"מ אך יכול להיות שניתן להוריד אותו ל -0.7 או 0.5 מ"מ מה שיצריך פחות כוח חימום/קירור. השתמשתי בנחושת מכיוון שקיבול החום והמוליכות התרמית עדיפים על האלומיניום אך גם האחרון צריך לעבוד בצורה סבירה.

שלב 2: חיבור גיליון קריסטל נוזלי

מרכיב המפתח בפרויקט זה הוא רדיד הגביש הנוזלי התרמוכרומי שהשגתי מ- SFXC. נייר הכסף זמין בטווחי טמפרטורות שונים ומשנה את צבעו משחור בטמפרטורות נמוכות על פני אדום, כתום וירוק לכחול בטמפרטורות גבוהות. ניסיתי שני רוחבי פס שונים 25-30 ° C ו- 29-33 ° C ובסוף בחרתי באחרון. מכיוון שהחימום עם אלמנט פלטרי קל יותר מקירור טווח הטמפרטורות צריך להיות מעט מעל לטמפרטורת החדר.

לסכל הגביש הנוזלי יש גיבוי דביק שנדבק היטב ללוחות הנחושת. עודף נייר הכסף נחתך סביב הצלחת בעזרת סכין מדויקת.

שלב 3: חיבור אלמנט TEC

הפלטירים הוצמדו למרכז כל צלחת נחושת באמצעות אפוקסי מוליך תרמית. הצלחות קצת יותר גדולות מהפלטרים, כך שהם נשארים מוסתרים לגמרי מאחור. בצלחת הארוכה יותר המהווה מקף של סמל האחוז השתמשתי בשני פלטרים.

שלב 4: הכנת לוח אלומיניום

כדי לחסוך קצת כסף, קידחתי בעצמי את כל החורים בצלחת אלומיניום. הרגע הדפסתי את קובץ ה- PDF המצורף על נייר A3 והשתמשתי בו כתבנית קידוח. יש חור לכל קטע בו כבלי TEC עוברים ו -6 חורים בקצוות לחיבור צלחת האקריליק מאוחר יותר.

שלב 5: צירוף פלחים

אחד החלקים הקשים ביותר בפרויקט זה היה להצמיד את הקטעים בצורה נכונה ללוח האחורי. הדפסתי בתלת מימד כמה ג'יגים שיעזרו לי ביישור הקטעים אבל זה עבד רק באופן חלקי כי הקטעים כל הזמן החליקו משם. בנוסף, הכבלים דוחפים את הפלייר כך שהוא משתחרר מהצלחת. איכשהו הצלחתי להדביק את כל הקטעים במקום הנכון אבל לאחד הפלטיסטים בקטע המקף יש צימוד תרמי רע מאוד. אולי עדיף להשתמש ברפידות תרמיות הדבקות לעצמן במקום באפוקסי למרות שאני חושד שזה עלול להתרופף עם הזמן.

שלב 6: חיבור כיורי קירור ומחזיקים

הרעיון המקורי שלי היה פשוט להשתמש בצלחת האלומיניום כגוף קירור לפלטרים גם ללא מאוורר. חשבתי שהטמפרטורה הכוללת של הצלחת תעלה רק מעט מכיוון שחלקים מסוימים מקוררים בעוד שאחרים מחוממים. עם זאת, התברר כי ללא גוף קירור נוסף וללא מאוורר קירור הטמפרטורה תמשיך לעלות עד לנקודה שבה לא ניתן לצנן את צלחות הנחושת יותר. זה בעייתי במיוחד מכיוון שאני לא משתמש בכל תרמיסטורים כדי לשלוט על הספק החימום/הקירור אבל תמיד משתמש בערך קבוע. לכן קניתי קירור קירור קטן עם כרית הדבקה עצמית שהוצמדו לחלק האחורי של צלחת האלומיניום מאחורי כל פלטייר.

לאחר מכן, מחזיקים מודפסים בתלת מימד עבור נהגי המנוע והארדואינים הוצמדו גם הם לחלק האחורי של הצלחת באמצעות דבק חם.

שלב 7: העלאת קוד

כל ארדואינו יכול לשלוט בעד שני נהגים בלבד מכיוון שהם זקוקים לשני סיכות PWM ו- 5 סיכות IO דיגיטליות. ישנם גם נהגי מנוע הניתנים לשידור באמצעות I2C (ראה כאן) אך הם אינם תואמים את ההיגיון של 5 V של הארדואינים. במעגל שלי יש ארדואינו "מאסטר" המתקשר עם 5 ארדואינים "עבדים" באמצעות I2C, אשר בתורם שולטים על נהגי המנוע. הקוד עבור הארדואינים ניתן למצוא כאן בחשבון GitHub שלי. בקוד עבור הארדואינים "העבדים" יש לשנות את כתובת I2C עבור כל ארדואינו בכותרת. ישנם גם כמה משתנים המאפשרים לשנות את עוצמת החימום/הקירור ואת קבועי הזמן המתאימים.

שלב 8: שיגעון חיווט

החיווט של הפרויקט הזה היה סיוט מוחלט. צירפתי תרשים מזעזע המציג את החיבורים של הארדואינו הראשי וארדואינו העבד יחיד כדוגמה. בנוסף, קיים קובץ pdf המתעד איזה TEC מחובר לאיזה נהג מנוע וארדואינו. כפי שאתה יכול לראות בתמונות בשל כמויות החיבורים הגדולות החיווט הופך להיות מבולגן מאוד. השתמשתי במחברי דופונט בכל מקום שאפשר. ספק הכוח של 12 וולט הופץ באמצעות לוח PCB עם מסופי בורג. בכניסת החשמל חיברתי כבל DC עם מוליכים מעופפים. כדי להפיץ את חיבורי 5 V, GND ו- I2C ציידתי כמה אב -טיפוס PCB בכותרות סיכות גבריות.

שלב 9: הכנת צלחת אקריליק

לאחר מכן, קידחתי כמה חורים בצלחת האקריליק כך שניתן לחבר אותה לצלחת האלומיניום באמצעות עמידות PCB. בנוסף, ביצעתי כמה ניתוקים למאווררים וחריץ לכבל החיישן DHT22 בעזרת הכלי dremel שלי. לאחר מכן המאווררים היו מחוברים לחלק האחורי של צלחת האקריליק והכבלים הוזנו דרך כמה חורים שקדחתי. בפעם הבאה כנראה שאכין את הצלחת על ידי חיתוך בלייזר.

שלב 10: סיום הפרויקט

לבסוף, לוחית האקריליק וצלחת האלומיניום הוצמדו זה לזה באמצעות עמידות PCB באורך 40 מ מ. לאחר מכן הפרויקט מסתיים.

כאשר הם מחוברים לספק הכוח, הקטעים יראו את הטמפרטורה והלחות, לסירוגין. מבחינת הטמפרטורה, רק הנקודה העליונה תשנה את הצבע ואילו גם המקף והנקודה התחתונה מודגשים בעת הצגת הלחות.

בקוד כל קטע פעיל מתחמם למשך 25 שניות ובמקביל מקרר את הקטעים הלא פעילים. לאחר מכן הפלטרים כבויים למשך 35 שניות, כך שהטמפרטורה תוכל להתייצב שוב. אף על פי כן, הטמפרטורה של לוחות הנחושת תעלה עם הזמן ולוקח זמן עד שהקטעים מבצעים שינוי בצבע מלא. השיווי הנוכחי של ספרה אחת (7 מקטעים) נמדד כ -2 א ', כך שהסכום הכולל הנוכחי של כל הקטעים קרוב ככל הנראה למקסימום של 6 א' שאספקת החשמל יכולה לספק.

אפשר בהחלט להפחית את צריכת החשמל על ידי הוספת תרמיסטורים כמשוב להתאמת כוח החימום/הקירור. צעד אחד קדימה יהיה שימוש בבקר TEC ייעודי עם לולאת PID. זה כנראה צריך לאפשר פעולה מתמדת ללא צריכת חשמל רבה. אני חושב כרגע לבנות מערכת כזו באמצעות נהלי Thorlabs MTD415T TEC.

חיסרון נוסף בתצורה הנוכחית הוא שניתן לשמוע את פלט ה- PWM של 1 קילוהרץ של מנהלי ההתקנים. זה יהיה גם נחמד אם אפשר להיפטר מהמעריצים כי הם גם די רועשים.

פרס ראשון בתחרות המתכת