صفحه نمایش دما و رطوبت ترموکرومیک: 10 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:54

مدتی است که روی این پروژه کار می کنم. ایده اولیه پس از ساختن یک تظاهرکننده کنترل TEC در محل کار برای یک نمایشگاه تجاری به ذهن من رسید. برای نشان دادن قابلیت های گرمایش و سرمایش TEC ها از رنگ ترموکرومیک استفاده کردیم که از سیاه به شفاف تغییر می کند.

در این پروژه من ایده را بیشتر پیش بردم و یک صفحه نمایش دو رقمی 7 بخش با استفاده از صفحات مسی که با ورقه های ترموکرومیک بر اساس کریستالهای مایع پوشانده شده اند ، ساختم. پشت هر صفحه مسی یک عنصر TEC قرار دارد که دما را کنترل می کند و در نتیجه رنگ ورق کریستال مایع را تغییر می دهد. اعداد دما و رطوبت را از سنسور DHT22 نشان می دهند.

شاید از کنایه داشتن دستگاهی که با تغییر دمای خود دمای محیط را نمایش می دهد ، قدردانی کنید ؛-)

تدارکات

• 3 عدد ، ورق کریستال مایع 150x150 میلی متر (29-33 درجه سانتی گراد) (اینجا را ببینید).
• 17 عدد ، صفحات مسی ، ضخامت 1 میلی متر (ابعاد زیر را ببینید)
• صفحه آلومینیومی 401 x 220 x 2 میلی متر (خاکستری/مشکی آنودایز)
• صفحه اکریلیک 401 در 220 در 2 میلی متر (سفید)
• 18 عدد ، TES1-12704 عنصر peltier
• 9 عدد ، درایور دو موتور TB6612FNG
• 6 عدد ، آردوینو نانو
• 2 عدد ، فن خنک کننده 40x40x10 میلی متر
• 18 عدد ، هیت سینک 25x25x10 میلی متر
• منبع تغذیه 12 ولت ، 6 آمپر
• سنسور دما و رطوبت DHT22 (AM2302)
• 6 عدد ، مقاومت PCB به طول 40 میلی متر

علاوه بر این ، من از این اپوکسی رسانای حرارتی استفاده کردم که نسبتاً ارزان بود و عمر قابلمه ای طولانی دارد. برای ایجاد سوراخ های لازم در صفحات آلومینیومی و اکریلیک از یک ابزار مته و dremel استفاده شد. دارنده PCB های آردوینو و راننده موتور به صورت سه بعدی چاپ و با چسب حرارتی متصل شد. همچنین ، من از تعداد زیادی سیم دوپونت برای ایجاد همه اتصالات استفاده کردم. علاوه بر این ، این PCB با پایانه های پیچ برای توزیع منبع تغذیه 12 ولت بسیار مفید است.

توجه: ظاهراً بسیاری از بردهای TB6612FNG خازن های اشتباهی نصب کرده اند. اگرچه همه فروشندگان صفحه ولتاژ موتور تا 15 ولت را مشخص می کنند ، اما خازنها اغلب فقط 10 ولت نامیده می شوند. بعد از اینکه خازنها را در دو برد اولم منفجر کردم ، همه آنها را از حالت لحیم کاری جدا کردم و با مناسب آنها جایگزین کردم.

مرحله 1: ساخت صفحات مسی

برای صفحات مسی من از خدمات برش لیزری آنلاین استفاده کردم (اینجا را ببینید) که می توانم فایل های ضمیمه dxf را بارگذاری کنم. با این حال ، از آنجا که اشکال بسیار پیچیده نیستند ، برش لیزری ضروری نیست و احتمالاً تکنیک های ارزان تری برای ساخت وجود دارد (به عنوان مثال مشت زدن ، اره کردن). در مجموع ، 14 قسمت ، دو دایره و یک خط تیره برای نمایش مورد نیاز است. ضخامت صفحات مسی 1 میلی متر بود اما احتمالاً می تواند به 0.7 یا 0.5 میلی متر کاهش یابد که به قدرت گرمایش/سرمایش کمتری نیاز دارد. من از مس استفاده کردم زیرا ظرفیت حرارتی و رسانایی حرارتی نسبت به آلومینیوم برتر است ، اما دومی نیز باید به خوبی کار کند.

مرحله 2: اتصال ورق کریستال مایع

جزء کلیدی این پروژه فویل کریستال مایع ترموکرومیک است که من از SFXC به دست آوردم. فویل در محدوده های مختلف درجه حرارت موجود است و در دمای پایین رنگ را از سیاه در قرمزهای نارنجی و سبز به آبی در دمای بالا تغییر می دهد. من دو پهنای باند مختلف 25-30 درجه سانتیگراد و 29-33 درجه سانتی گراد را آزمایش کردم و در نهایت دومی را انتخاب کردم. از آنجا که گرمایش با عنصر peltier راحت تر از سرد شدن است ، محدوده دما باید کمی بالاتر از دمای اتاق باشد.

فویل کریستال مایع دارای یک پشت چسب است که بسیار خوب به صفحات مسی می چسبد. فویل اضافی در اطراف صفحه با استفاده از چاقوی دقیق بریده شد.

مرحله 3: اتصال TEC Element

پلتی ها با استفاده از اپوکسی رسانای حرارتی به مرکز هر صفحه مسی متصل شدند. صفحات کمی بزرگتر از پلتیرها هستند به طوری که کاملا در پشت پنهان می مانند. برای صفحه بلندتر که خط فاصله نماد درصد را تشکیل می دهد ، من از دو پلتی استفاده کردم.

مرحله 4: آماده سازی صفحه آلومینیوم

برای صرفه جویی در هزینه ، من خودم تمام سوراخ های صفحه آلومینیومی را ایجاد کردم. من فقط PDF پیوست شده را روی کاغذ A3 چاپ کردم و از آن به عنوان الگوی حفاری استفاده کردم. برای هر بخش سوراخ هایی وجود دارد که کابل های TEC از آن عبور می کنند و 6 سوراخ در لبه ها برای اتصال صفحه اکریلیک بعدا وجود دارد.

مرحله 5: پیوستن بخش ها

یکی از سخت ترین قسمت ها در این پروژه اتصال صحیح قطعات به پشتی بود. من چندین دستگاه چاپ سه بعدی را چاپ کردم که به من در ترازبندی بخش ها کمک می کرد ، اما این فقط تا حدی کار کرد زیرا بخش ها دائماً در حال دور شدن بودند. علاوه بر این ، کابل ها روی پلتیه فشار می آورند تا از صفحه شل شود. من به نحوی موفق به چسباندن همه قسمت ها در محل مناسب شدم ، اما یکی از پلتی ها در بخش خط دارای اتصال حرارتی بسیار بدی است. شاید بهتر باشد از پدهای حرارتی خود چسبنده به جای اپوکسی استفاده کنید ، اگرچه من فکر می کنم ممکن است با گذشت زمان شل شود.

مرحله 6: اتصال هیت سینک ها و نگهدارنده ها

ایده اصلی من این بود که فقط از صفحه آلومینیومی به عنوان هیت سینک برای پلتیرها حتی بدون هیچ فن استفاده کنم. من فکر کردم که دمای کل صفحه فقط کمی افزایش می یابد زیرا برخی از قسمت ها سرد می شوند در حالی که برخی دیگر گرم می شوند. با این حال ، مشخص شد که بدون هیت سینک اضافی و بدون فن خنک کننده ، دما به حدی افزایش می یابد که صفحات مسی دیگر خنک نمی شوند. این امر به ویژه مشکل ساز است زیرا من از هیچ ترمیستوری برای کنترل قدرت گرمایش/سرمایش استفاده نمی کنم اما همیشه از مقدار ثابتی استفاده می کنم. بنابراین ، من بخاری های کوچکی را با یک پد چسبنده خریدم که به پشت صفحه آلومینیومی پشت هر پلتیر متصل شده بود.

پس از آن ، نگهدارنده های پرینت سه بعدی برای رانندگان موتور و آردوینو نیز با استفاده از چسب داغ به پشت صفحه وصل شدند.

مرحله 7: بارگذاری کد

هر آردوینو تنها می تواند دو راننده موتور را کنترل کند زیرا به دو پین PWM و 5 پین IO دیجیتال نیاز دارند. رانندگان موتورهایی نیز وجود دارند که می توان آنها را از طریق I2C کنترل کرد (اینجا را ببینید) اما با منطق 5 ولت آردوینو سازگار نیستند. در مدار من یک آردوینو "اصلی" وجود دارد که با 5 آردوینو "برده" از طریق I2C ارتباط برقرار می کند و به نوبه خود درایورهای موتور را کنترل می کند. کد arduinos را می توانید در حساب GitHub من پیدا کنید. در کد آردوینوهای "slave" آدرس I2C باید برای هر arduino موجود در هدر تغییر کند. همچنین برخی متغیرها وجود دارند که اجازه می دهند قدرت گرمایش/سرمایش و ثابتهای زمان مربوطه تغییر کند.

مرحله 8: جنون سیم کشی

سیم کشی این پروژه یک کابوس تمام عیار بود. من یک نمودار برجسته را ضمیمه کرده ام که به عنوان مثال اتصالات اصلی arduino و یک arduino برده را نشان می دهد. علاوه بر این ، یک فایل PDF وجود دارد که مستند است کدام TEC به کدام درایور موتور و آردوینو متصل است. همانطور که در تصاویر مشاهده می کنید به دلیل اتصالات زیاد ، سیم کشی بسیار کثیف می شود. من تا جایی که امکان داشت از کانکتورهای dupont استفاده کردم. منبع تغذیه 12 ولت با استفاده از PCB با پایانه های پیچ توزیع شد. در ورودی برق ، یک کابل DC را با سرنشینان پرواز وصل کردم. برای توزیع اتصالات 5 V ، GND و I2C ، برخی از نمونه های اولیه PCB ها را با هدرهای پین مردانه مجهز کردم.

مرحله 9: آماده سازی صفحه اکریلیک

در مرحله بعد ، من چند سوراخ در صفحه اکریلیک ایجاد کردم تا بتوان آن را از طریق سطوح PCB به صفحه آلومینیوم متصل کرد. علاوه بر این ، با استفاده از ابزار dremel من مقداری برش برای طرفداران و شکافی برای کابل سنسور DHT22 ایجاد کردم. پس از آن فن ها به پشت صفحه اکریلیک متصل شده و کابل ها از طریق سوراخ هایی که من ایجاد کردم تغذیه می شوند. دفعه بعد احتمالاً صفحه را با برش لیزری می سازم.

مرحله 10: پروژه به پایان رسید

در نهایت ، صفحه اکریلیک و صفحه آلومینیومی با استفاده از استندهای PCB به طول 40 میلی متر به یکدیگر متصل شدند. پس از آن پروژه به پایان می رسد.

هنگام اتصال به منبع تغذیه ، بخش ها به طور متناوب دما و رطوبت را نشان می دهند. برای درجه حرارت ، فقط نقطه بالا تغییر رنگ می دهد در حالی که خط تیره و نقطه پایین هنگام نشان دادن رطوبت برجسته می شوند.

در کد ، هر بخش فعال به مدت 25 ثانیه گرم می شود و همزمان قسمتهای غیر فعال را خنک می کند. پس از آن پلتیرها به مدت 35 ثانیه خاموش می شوند تا دما دوباره تثبیت شود. با این وجود ، دمای صفحات مسی با گذشت زمان افزایش می یابد و مدتی طول می کشد تا قسمت ها تغییر رنگ کامل دهند. قرعه کشی فعلی برای یک رقم (7 بخش) حدود 2 A اندازه گیری شد ، بنابراین جریان کلی برای همه بخش ها احتمالاً نزدیک به حداکثر 6 A است که منبع تغذیه می تواند ارائه دهد.

مطمئناً می توان با افزودن ترمیستورها به عنوان بازخورد برای تنظیم قدرت گرمایش/سرمایش ، مصرف برق را کاهش داد. یک قدم جلوتر استفاده از کنترلر اختصاصی TEC با حلقه PID است. این احتمالاً باید به طور مداوم و بدون مصرف زیاد برق کار کند. من در حال حاضر در مورد ساخت چنین سیستمی با استفاده از درایورهای Thorlabs MTD415T TEC فکر می کنم.

یکی دیگر از معایب پیکربندی فعلی این است که می توان خروجی PWM 1 کیلوهرتز درایورهای موتور را شنید. همچنین خوب است اگر بتوانید طرفداران را از بین ببرید زیرا آنها نیز بسیار بلند هستند.

جایزه اول در مسابقه فلز