Termokroomne temperatuuri ja niiskuse ekraan: 10 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:47

Olen selle projektiga tegelenud juba tükk aega. Algne idee tuli mulle pärast seda, kui ehitasin messile tööl TEC kontrolleri demonstraatori. TEC -de kütte- ja jahutusvõimaluste näitamiseks kasutasime termokroomvärvi, mis muutub mustast läbipaistvaks.

Selles projektis olen ideed edasi viinud ja ehitanud kahekohalise 7-segmendilise ekraani, kasutades vaskplaate, mis on kaetud vedelkristallidel põhinevate termokroomsete lehtedega. Iga vaskplaadi taga on TEC -element, mis kontrollib temperatuuri ja muudab seeläbi vedelkristallpleki värvi. Numbrid näitavad DHT22 anduri temperatuuri ja niiskust.

Võite hinnata irooniat, kui teil on seade, mis kuvab ümbritseva õhu temperatuuri, muutes selle enda temperatuuri;-)

Tarvikud

• 3 tk, 150x150 mm vedelkristallplekk (29-33 ° C) (vt siit).
• 17 tk, vaskplaadid, paksusega 1 mm (mõõtmed vt allpool)
• 401 x 220 x 2 mm alumiiniumplaat (hall/must anodeeritud)
• 401 x 220 x 2 mm akrüülplaat (valge)
• 18 tk, TES1-12704 peltier element
• 9 tk, kahe mootoriga draiver TB6612FNG
• 6 tk, Arduino Nano
• 2 tk, 40x40x10 mm jahutusventilaator
• 18 tk, 25x25x10 mm jahutusradiaator
• 12 V, 6 A toiteallikas
• DHT22 (AM2302) temperatuuri ja niiskuse andur
• 6 tk, 40 mm pikkused trükkplaatide eraldusjooned

Lisaks kasutasin seda soojusjuhtivat epoksüüd, mis oli üsna odav ja pika kasutusiga. Alumiinium- ja akrüülplaatidele vajalike aukude tegemiseks kasutati puuri ja dremeli tööriista. Arduino ja mootorsõidukijuhi trükkplaatide hoidja trükiti 3D -vormingus ja kinnitati kuuma liimiga. Samuti kasutasin kõikide ühenduste tegemiseks palju ja palju dupontjuhtmeid. Lisaks oli see kruviklemmidega trükkplaat väga kasulik 12 V toiteallika jaotamiseks.

Tähelepanu: ilmselt on paljudele TB6612FNG plaatidele paigaldatud valed kondensaatorid. Kuigi kõik müüjad määravad plaadi mootori pingele kuni 15 V, on kondensaatorid sageli hinnatud ainult 10 V. Pärast kondensaatorite puhumist kahel esimesel plaadil võtsin kõik need lahti ja asendasin need korralikega.

Samm: vaskplaatide valmistamine

Vaskplaatide jaoks kasutasin veebipõhist laserlõikamisteenust (vt siit), kuhu sain lisada lisatud dxf -failid. Kuna vormid ei ole aga väga keerulised, pole laserlõikamine kohustuslik ja tõenäoliselt on olemas odavamad tootmistehnikad (nt mulgustamine, saagimine). Kokku on kuvamiseks vaja 14 segmenti, kahte ringi ja ühte kriipsu. Vaskplaatide paksus oli 1 mm, kuid tõenäoliselt võis seda vähendada 0,7 või 0,5 mm -ni, mis vajaks vähem kütte-/jahutusvõimsust. Kasutasin vaske, kuna soojusmahtuvus ja soojusjuhtivus on alumiiniumist paremad, kuid viimane peaks ka mõistlikult hästi töötama.

2. samm: vedelkristalllehe kinnitamine

Selle projekti põhikomponent on termokroomne vedelkristallfoolium, mille sain SFXC -lt. Foolium on saadaval erinevates temperatuurivahemikes ja muudab värvi madalatel temperatuuridel mustast punaseks, oranžiks ja roheliseks siniseks kõrgel temperatuuril. Proovisin kahte erinevat ribalaiust 25-30 ° C ja 29-33 ° C ning valisin lõpuks viimase. Kuna soojendamine peltier -elemendiga on lihtsam kui jahutamine, peaks temperatuurivahemik olema veidi toatemperatuurist kõrgem.

Vedelkristallfooliumil on isekleepuv alus, mis kleepub vaskplaatide külge väga hästi. Liigne foolium lõigati plaadi ümber täppisnuga.

3. samm: TEC -elemendi kinnitamine

Peltierid kinnitati iga vaskplaadi keskele, kasutades soojusjuhtivat epoksiidi. Plaadid on pisut suuremad kui peltierid, nii et need jäävad täielikult peidetud. Pikema plaadi jaoks, mis moodustab protsendimärgi kriipsu, kasutasin kahte peltieri.

Samm: alumiiniumplaadi ettevalmistamine

Raha säästmiseks puurisin kõik augud alumiiniumplaadile ise. Prindisin lihtsalt lisatud pdf -i A3 -paberile ja kasutasin seda puurimallina. Iga segmendi jaoks, kus TEC -kaablid läbi jooksevad, on auk ja servadel 6 auku akrüülplaadi kinnitamiseks.

Samm: segmentide kinnitamine

Selle projekti üks raskemaid osi oli segmentide korrektne kinnitamine tagaplaadile. 3D -trükkisin mitu rakist, mis aitaksid mul segmente joondada, kuid see töötas ainult osaliselt, kuna segmendid libisesid pidevalt eemale. Lisaks lükkavad kaablid peltieri peale nii, et see plaadilt lahti tuleb. Mul õnnestus kuidagi kõik segmendid õigesse kohta liimida, kuid ühel kriipsisegmendi peltieril on väga halb termiline haakeseade. Võib olla parem kasutada epoksü asemel isekleepuvaid termopadjakesi, kuigi kahtlustan, et see võib aja jooksul lahti saada.

6. samm: jahutusradiaatorite ja hoidikute kinnitamine

Minu algne idee oli kasutada alumiiniumist plaati soojendajana isegi ilma ventilaatorita. Ma arvasin, et plaadi kogutemperatuur tõuseb vaid veidi, kuna mõned segmendid jahutatakse, teised aga kuumutatakse. Siiski selgus, et ilma täiendavate jahutusradiaatorite ja jahutusventilaatorita ei tõuse temperatuur nii kaugele, et vaskplaate ei saa enam maha jahutada. See on eriti problemaatiline, kuna ma ei kasuta kütte-/jahutusvõimsuse reguleerimiseks ühtegi termistorit, vaid alati fikseeritud väärtust. Seetõttu ostsin väikesed isekleepuva padjaga jahutusradiaatorid, mis kinnitati alumiiniumplaadi tagaküljele iga peltier taga.

Pärast seda kinnitati kuumliimiga plaadi tagaküljele ka 3D -trükitud hoidikud mootorsõidukijuhtidele ja arduinodele.

Samm: koodi üleslaadimine

Iga arduino saab juhtida ainult kuni kahte mootorijuhti, kuna neil on vaja kahte PWM -i ja 5 digitaalset IO -nööpi. On ka mootorsõidukeid, mida saab I2C kaudu kottreerida (vt siit), kuid need ei ühildu arduino 5 V loogikaga. Minu vooluringis on üks "master" arduino, mis suhtleb I2C kaudu 5 "orja" arduinoga, mis omakorda juhib mootori draivereid. Arduino kood on siin minu GitHubi kontol. "Alam" arduino koodis tuleb I2C aadressi muuta iga päises oleva arduino jaoks. Samuti on mõned muutujad, mis võimaldavad muuta kütte-/jahutusvõimsust ja vastavaid ajakonstante.

8. samm: juhtmestiku hullus

Selle projekti juhtmestik oli täielik õudusunenägu. Olen lisanud fritzeerimisskeemi, mis näitab näiteks kapteni arduino ja ühe orja arduino ühendusi. Lisaks on olemas pdf -dokument, mis TEC millise mootorsõidukijuhi ja arduinoga on ühendatud. Nagu piltidelt näha, suure hulga ühenduste tõttu läheb juhtmestik väga sassi. Ma kasutasin duponti pistikuid kõikjal, kus see oli võimalik. 12 V toiteallikat jaotati kruviklemmidega trükkplaadi abil. Toitesisendile kinnitasin lendavate juhtmetega alalisvoolukaabli. 5 V, GND ja I2C ühenduste levitamiseks varustasin mõned prototüüpi PCB -d, millel on isast tihvtiga päised.

Samm: akrüülplaadi ettevalmistamine

Järgmisena puurisin akrüülplaadile mõned augud, et seda oleks võimalik PCB eraldusjoonte kaudu alumiiniumplaadi külge kinnitada. Lisaks tegin oma dremeli tööriista abil ventilaatoritele mõned väljalõiked ja pilu DHT22 anduri kaablile. Pärast seda kinnitati ventilaatorid akrüülplaadi tagaküljele ja kaablid juhiti läbi mõnede puuritud aukude. Järgmine kord valmistan plaadi ilmselt laserlõikamise teel.

10. samm: projekt valmis

Lõpuks kinnitati akrüülplaat ja alumiiniumplaat üksteise külge, kasutades 40 mm pikkuseid trükkplaate. Pärast seda on projekt lõpetatud.

Toiteallikaga ühendatud segmendid näitavad vaheldumisi temperatuuri ja niiskust. Temperatuuri korral muudab värvi ainult ülemine punkt, niiskust näidates on esile tõstetud ka kriips ja alumine punkt.

Koodis kuumutatakse iga aktiivset segmenti 25 sekundiks, samal ajal jahutades mitteaktiivseid segmente. Pärast seda lülitatakse peltiers 35 sekundiks välja, et temperatuur saaks uuesti stabiliseeruda. Sellegipoolest tõuseb vaskplaatide temperatuur aja jooksul ja kulub veidi aega, kuni segmendid muudavad värvi täielikult. Ühekohalise (7 segmendi) voolutugevus oli umbes 2 A, seega on kõigi segmentide voolutarve tõenäoliselt lähedal maksimaalsele 6 A, mida toide suudab pakkuda.

Kindlasti võiks energiatarbimist vähendada, lisades kütte-/jahutusvõimsuse reguleerimiseks tagasisideks termistore. Üks samm edasi läheks spetsiaalse PID -ahelaga TEC -kontrolleri kasutamisega. See peaks ilmselt võimaldama pidevat töötamist ilma suure energiatarbimiseta. Mõtlen praegu sellise süsteemi ehitamisele, kasutades Thorlabs MTD415T TEC draivereid.

Praeguse konfiguratsiooni teine puudus on see, et kuulda on mootori draiverite 1 kHz PWM väljundit. Samuti oleks tore, kui saaks fännidest lahti, sest nad on ka üsna valjud.

Metallikonkursi esimene auhind