Paparan Suhu & Kelembapan Termokromik: 10 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:09

Saya telah mengusahakan projek ini sejak beberapa lama. Idea asal datang kepada saya setelah membina demonstrasi pengawal TEC di tempat kerja untuk pameran perdagangan. Untuk menunjukkan kemampuan pemanasan dan penyejukan TEC, kami menggunakan cat termokromik yang berubah dari hitam menjadi telus.

Dalam projek ini saya telah mengambil idea lebih jauh dan membina paparan dua segmen 7 digit menggunakan plat tembaga yang ditutup dengan kepingan termokromik berdasarkan kristal cair. Di belakang setiap plat tembaga terdapat elemen TEC yang mengawal suhu dan dengan itu mengubah warna kepingan kristal cecair. Angka-angka akan menunjukkan suhu dan kelembapan dari sensor DHT22.

Anda mungkin menghargai ironi kerana mempunyai peranti yang memaparkan suhu persekitaran dengan mengubah suhunya;-)

Bekalan

• 3 pcs, kepingan kristal cecair 150x150 mm (29-33 ° C) (lihat di sini).
• 17 pcs, plat tembaga, tebal 1mm (dimensi lihat di bawah)
• Plat aluminium 401 x 220 x 2 mm (kelabu / hitam anodized)
• Plat akrilik 401 x 220 x 2 mm (putih)
• 18 pcs, elemen pelikat TES1-12704
• 9 pcs, pemacu motor berkembar TB6612FNG
• 6 biji, Arduino Nano
• 2 pcs, kipas penyejuk 40x40x10 mm
• 18 keping, sink haba 25x25x10 mm
• 12 V, 6 A bekalan kuasa
• Sensor suhu dan kelembapan DHT22 (AM2302)
• 6 pcs, kebuntuan PCB panjang 40 mm

Sebagai tambahan, saya menggunakan epoksi konduktif termal ini yang agak murah dan mempunyai jangka hayat periuk yang panjang. Alat gerudi dan dremel digunakan untuk membuat lubang yang diperlukan pada plat aluminium dan akrilik. Pemegang untuk PCB arduino dan pemandu motor dicetak 3D dan dilekatkan dengan gam panas. Saya juga menggunakan banyak wayar dupont untuk membuat semua sambungan. Selanjutnya, PCB dengan terminal skru ini sangat berguna untuk mengedarkan bekalan kuasa 12 V.

Perhatian: Nampaknya, banyak papan TB6612FNG mempunyai kapasitor yang salah dipasang. Walaupun semua penjual menentukan papan untuk voltan motor hingga 15 V, kapasitor biasanya hanya diberi nilai 10 V. Setelah saya meletupkan kapasitor pada dua papan pertama saya, saya melepaskan semua itu dan menggantinya dengan yang betul.

Langkah 1: Membuat Plat Tembaga

Untuk plat tembaga saya menggunakan perkhidmatan pemotongan laser dalam talian (lihat di sini) di mana saya boleh memuat naik fail dxf yang dilampirkan. Namun, kerana bentuknya tidak terlalu rumit, pemotongan laser bukanlah suatu keharusan dan mungkin ada teknik pembuatan yang lebih murah (misalnya menebuk, menggergaji). Secara keseluruhan, 14 dari segmen, dua bulatan dan satu tanda hubung diperlukan untuk paparan. Ketebalan plat tembaga adalah 1 mm tetapi mungkin dapat diturunkan menjadi 0,7 atau 0,5 mm yang memerlukan daya pemanasan / penyejukan yang lebih sedikit. Saya menggunakan tembaga kerana kapasiti haba dan kekonduksian haba lebih tinggi daripada aluminium tetapi yang terakhir juga harus berfungsi dengan baik.

Langkah 2: Melampirkan Lembaran Kristal Cecair

Komponen utama projek ini adalah kerajang kristal cecair termokromik yang saya perolehi dari SFXC. Kerajang ini tersedia dalam julat suhu yang berbeza dan berubah warna dari hitam pada suhu rendah berbanding merah, oren dan hijau menjadi biru pada suhu tinggi. Saya mencuba dua lebar jalur yang berbeza 25-30 ° C dan 29-33 ° C dan akhirnya memilih yang terakhir. Kerana pemanasan dengan elemen pelet lebih mudah daripada menyejukkan julat suhu mestilah sedikit di atas suhu bilik.

Kerajang kristal cair mempunyai sokongan pelekat diri yang melekat dengan baik pada plat tembaga. Kelebihan foil dipotong di sekitar piring menggunakan pisau tepat.

Langkah 3: Melampirkan Elemen TEC

Peltiel itu dilekatkan pada pusat setiap plat tembaga menggunakan epoksi konduktif terma. Pinggannya sedikit lebih besar daripada peleti sehingga ia tersembunyi sepenuhnya di belakang. Untuk plat yang lebih panjang yang menjadi tanda simbol persen saya menggunakan dua peltier.

Langkah 4: Menyiapkan Plat Aluminium

Untuk menjimatkan sejumlah wang, saya sendiri menggerudi semua lubang di plat aluminium. Saya baru sahaja mencetak pdf yang dilampirkan pada kertas A3 dan menggunakannya sebagai templat penggerudian. Terdapat lubang untuk setiap segmen di mana kabel TEC melintasi dan 6 lubang di tepi untuk memasang plat akrilik kemudian.

Langkah 5: Melampirkan Segmen

Salah satu bahagian yang paling sukar dalam projek ini adalah memasang segmen dengan betul pada plat belakang. Saya 3D mencetak beberapa jig yang akan membantu saya dalam penjajaran segmen tetapi ini hanya berfungsi sebahagiannya kerana segmen itu terus melencong. Selain itu, kabel menekan pelikat sehingga melonggarkan dari piring. Entah bagaimana saya berjaya merekatkan semua segmen di tempat yang betul tetapi salah satu peleti di segmen dash mempunyai gandingan terma yang sangat buruk. Mungkin lebih baik menggunakan pelindung haba pelekat sendiri dan bukannya epoksi walaupun saya mengesyaki ia boleh melonggarkan dari masa ke masa.

Langkah 6: Melampirkan Tangki Pendingin dan Pemegang

Idea asal saya adalah hanya menggunakan plat aluminium sebagai heatsink untuk peliak walaupun tanpa kipas. Saya berpendapat bahawa suhu keseluruhan plat hanya akan meningkat sedikit kerana beberapa bahagian disejukkan sementara yang lain dipanaskan. Namun, ternyata tanpa pendingin panas dan tanpa kipas penyejuk, suhu akan terus meningkat ke titik di mana plat tembaga tidak dapat didinginkan lagi. Ini sangat bermasalah kerana saya tidak menggunakan termistor untuk mengawal kuasa pemanasan / penyejukan tetapi selalu menggunakan nilai tetap. Oleh itu, saya membeli heatsink kecil dengan pelekat diri yang dilekatkan pada bahagian belakang plat aluminium di belakang setiap pelikat.

Selepas itu, pemegang cetakan 3D untuk pemandu motor dan arduino juga dipasang di bahagian belakang plat menggunakan hotglue.

Langkah 7: Memuat naik Kod

Setiap arduino hanya dapat mengawal sehingga dua pemandu motor kerana mereka memerlukan dua pin PWM dan 5 IO digital. Terdapat juga pemandu motor yang boleh dikawal melalui I2C (lihat di sini) tetapi tidak sesuai dengan logik arduino 5 V. Di rangkaian saya ada satu "master" arduino yang berkomunikasi dengan 5 "budak" arduino melalui I2C yang seterusnya mengawal pemandu motor. Kod untuk arduino boleh didapati di sini di akaun GitHub saya. Dalam kod untuk "hamba" arduino alamat I2C harus diubah untuk setiap arduino di tajuk. Terdapat juga beberapa pemboleh ubah yang memungkinkan mengubah kuasa pemanasan / penyejukan dan pemalar masa yang sepadan.

Langkah 8: Kegilaan Pendawaian

Pendawaian projek ini adalah mimpi buruk. Saya telah melampirkan rajah fritzing yang menunjukkan hubungan untuk arduino induk dan arduino hamba tunggal sebagai contoh. Di samping itu, terdapat pdf yang mendokumentasikan TEC mana yang disambungkan dengan pemandu motor dan arduino mana. Seperti yang anda lihat pada gambar kerana banyaknya sambungan, pendawaian menjadi sangat tidak kemas. Saya menggunakan penyambung dupont sedapat mungkin. Bekalan kuasa 12 V diedarkan menggunakan PCB dengan terminal skru. Pada input kuasa saya memasang kabel DC dengan petunjuk terbang. Untuk mengedarkan sambungan 5 V, GND dan I2C, saya melengkapkan beberapa prototaip PCB dengan header pin lelaki.

Langkah 9: Menyiapkan Plat Akrilik

Seterusnya, saya menggerudi beberapa lubang di plat akrilik sehingga dapat dilekatkan pada plat aluminium melalui penyekat PCB. Di samping itu, buat beberapa potongan untuk peminat dan celah untuk kabel sensor DHT22 menggunakan alat dremel saya. Selepas itu kipas dipasang pada bahagian belakang plat akrilik dan kabel dimasukkan melalui beberapa lubang yang saya gerudi. Lain kali saya mungkin akan membuat plat dengan memotong laser.

Langkah 10: Projek Selesai

Akhirnya, plat akrilik dan plat aluminium dipasang satu sama lain dengan menggunakan PCB panjang 40 mm. Selepas itu projek itu selesai.

Apabila disambungkan ke bekalan kuasa, segmen akan menunjukkan suhu dan kelembapan, secara bergantian. Untuk suhu, hanya titik atas yang akan berubah warna sementara titik dan titik bawah diserlahkan ketika menunjukkan kelembapan.

Dalam kod tersebut setiap segmen aktif dipanaskan selama 25 saat dan pada masa yang sama menyejukkan segmen yang tidak aktif. Selepas itu pelet dimatikan selama 35 saat sehingga suhu dapat kembali stabil. Walaupun begitu, suhu plat tembaga akan meningkat dari masa ke masa dan memerlukan sedikit masa sehingga segmen melakukan perubahan warna sepenuhnya. Cabutan semasa untuk satu digit (7 segmen) diukur menjadi kira-kira 2 A sehingga jumlah arus semasa untuk semua segmen mungkin mendekati maksimum 6 A yang dapat disediakan oleh bekalan kuasa.

Kita tentu dapat mengurangkan penggunaan tenaga dengan menambahkan termistor sebagai maklum balas untuk menyesuaikan kuasa pemanasan / penyejukan. Melangkah lebih jauh adalah menggunakan pengawal TEC khusus dengan gelung PID. Ini mungkin membenarkan operasi berterusan tanpa banyak penggunaan tenaga. Saya sedang memikirkan untuk membina sistem seperti itu menggunakan pemacu Thorlabs MTD415T TEC.

Kelemahan lain dengan konfigurasi semasa ialah seseorang dapat mendengar output PWM 1 kHz pemandu motor. Alangkah baiknya jika seseorang dapat menyingkirkan peminat kerana mereka juga cukup kuat.

Hadiah Pertama dalam Peraduan Logam