Thermochromic Temperature & Humidity Display: 10 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:12

Nagtatrabaho ako sa proyektong ito nang medyo matagal. Ang orihinal na ideya ay dumating sa akin pagkatapos ng pagbuo ng isang demonstrador ng TEC controller sa trabaho para sa isang trade fair. Upang maipakita ang mga kakayahan ng pag-init at paglamig ng TEC gumagamit kami ng thermochromic na pinturang nagbabago mula sa itim hanggang sa transparent.

Sa proyektong ito kumuha ako ng karagdagang ideya at bumuo ng isang dalawang digit na 7-segment na display gamit ang mga plate na tanso na natatakpan ng mga sheet ng thermochromic batay sa mga likidong kristal. Sa likod ng bawat plate na tanso ay nakaupo ang isang elemento ng TEC na kumokontrol sa temperatura at sa gayon binabago ang kulay ng likidong kristal na sheet. Ipapakita ng mga numero ang temperatura at halumigmig mula sa isang sensor ng DHT22.

Maaari mong pahalagahan ang kabalintunaan ng pagkakaroon ng isang aparato na nagpapakita ng temperatura sa paligid sa pamamagitan ng pagbabago ng sariling temperatura;-)

Mga gamit

• 3 mga PC, 150x150 mm likidong kristal na sheet (29-33 ° C) (tingnan dito).
• 17 mga PC, mga plate na tanso, 1mm makapal (sukat makita sa ibaba)
• 401 x 220 x 2 mm aluminyo plate (kulay abo / itim na anodized)
• 401 x 220 x 2 mm acrylic plate (puti)
• 18 mga PC, elemento ng TES1-12704 peltier
• 9 mga PC, dalawahang driver ng motor na TB6612FNG
• 6 pcs, Arduino Nano
• 2 pcs, 40x40x10 mm fan fan
• 18 pcs, 25x25x10 mm heat sink
• 12 V, 6 Isang supply ng kuryente
• DHT22 (AM2302) sensor ng temperatura at kahalumigmigan
• 6 na PC, 40 mm ang haba ng standoff ng PCB

Bilang karagdagan, ginamit ko ang thermally conductive epoxy na ito na sa halip ay mura at may mahabang buhay na palayok. Ang isang drill at dremel tool ay ginamit upang gawin ang mga kinakailangang butas sa mga plato ng aluminyo at acrylic. Ang may hawak para sa mga arduino at motor driver ng PCB ay naka-print na 3D at nakakabit na may mainit na pandikit. Gayundin, gumamit ako ng maraming at maraming mga dupont wires upang gawin ang lahat ng mga koneksyon. Bukod dito, ang PCB na ito na may mga terminal ng tornilyo ay madaling magamit upang ipamahagi ang 12 V na supply ng kuryente.

Pansin: Maliwanag, marami sa mga board ng TB6612FNG ay mayroong maling naka-install na mga capacitor. Kahit na ang lahat ng mga nagbebenta ay tinukoy ang board para sa mga voltages ng motor hanggang sa 15 V, ang mga capacitor ay madalas na na-rate lamang para sa 10 V. Matapos kong hinipan ang mga capacitor sa aking unang dalawang board, sinira ko ang lahat sa kanila at pinalitan ang mga ito ng maayos.

Hakbang 1: Paggawa ng Mga Plato ng Copper

Para sa mga plate na tanso ginamit ko ang isang online na laser cutting service (tingnan dito) kung saan maaari kong mai-upload ang mga nakalakip na dxf file. Gayunpaman, dahil ang mga hugis ay hindi masyadong kumplikado, ang pagputol ng laser ay hindi kinakailangan at marahil ay may mga murang diskarte sa pagmamanupaktura (hal. Pagsuntok, paglalagari). Sa kabuuan, 14 ng mga segment, dalawang bilog at isang dash ang kinakailangan para sa display. Ang kapal ng mga plate na tanso ay 1 mm ngunit maaaring nabawasan sa 0.7 o 0.5 mm na kakailanganin ng mas kaunting pag-init / paglamig na lakas. Gumamit ako ng tanso sapagkat ang kapasidad ng init at thermal conductivity ay nakahihigit sa aluminyo ngunit ang huli ay dapat ding gumana nang makatwiran.

Hakbang 2: Pag-attach ng Liquid Crystal Sheet

Ang pangunahing bahagi ng proyektong ito ay ang thermochromic liquid crystal foil na nakuha ko mula sa SFXC. Ang foil ay magagamit sa iba't ibang mga saklaw ng temperatura at binabago ang kulay mula sa itim sa mababang temperatura sa paglipas ng pula, kahel at berde hanggang sa asul sa mataas na temperatura. Sinubukan ko ang dalawang magkakaibang bandwidth na 25-30 ° C at 29-33 ° C at natapos ang pagpili ng huli. Dahil ang pag-init na may isang elemento ng peltier ay mas madali kaysa sa paglamig ng saklaw ng temperatura ay dapat na bahagyang mas mataas sa temperatura ng kuwarto.

Ang likidong kristal na foil ay may isang self adhesive backing na dumidikit nang maayos sa mga plate na tanso. Ang sobrang foil ay pinutol sa paligid ng plato gamit ang isang exacto na kutsilyo.

Hakbang 3: Paglalakip sa Elementong TEC

Ang mga peltier ay nakakabit sa gitna ng bawat plato ng tanso gamit ang thermally conductive epoxy. Ang mga plato ay medyo mas malaki kaysa sa mga peltier upang manatili silang ganap na nakatago sa likod. Para sa mas mahabang plate na bumubuo sa dash ng porsyento na simbolo na ginamit ko ang dalawang peltier.

Hakbang 4: Paghahanda ng Plato ng Aluminium

Upang makatipid ng kaunting pera, binarena ko mismo ang lahat ng mga butas sa plate na aluminyo. Inilimbag ko lamang ang nakalakip na pdf sa papel na A3 at ginamit ito bilang template ng pagbabarena. Mayroong isang butas para sa bawat segment kung saan ang TEC cables ay dumaan at 6 na butas sa mga gilid para sa paglakip sa acrylic plate sa paglaon.

Hakbang 5: Pag-attach ng Mga Segment

Ang isa sa mga pinakamahirap na bahagi sa proyektong ito ay upang ikabit nang tama ang mga segment sa backplate. Nag-print ako ng 3D ng maraming mga jigs na makakatulong sa akin sa pagkakahanay ng mga segment ngunit ito ay bahagyang gumana lamang dahil ang mga segment ay patuloy na dumadulas. Bilang karagdagan, pinipilit ng mga kable ang peltier upang lumuwag ito mula sa plato. Sa paanuman ay nagawa kong idikit ang lahat ng mga segment sa tamang lugar ngunit ang isa sa mga peltier sa dash segment ay may napakasamang thermal coupling. Maaaring mas mahusay na gumamit ng self-adhesive thermal pads sa halip na epoxy bagaman naghihinala ako na maaari itong lumuwag sa paglipas ng panahon.

Hakbang 6: Pag-attach ng Heatsinks at May-ari

Ang aking orihinal na ideya ay gamitin lamang ang plate na aluminyo bilang heatsink para sa mga peltier kahit na walang anumang tagahanga. Naisip ko na ang kabuuang temperatura ng plato ay babangon lamang ng bahagya dahil ang ilang mga segment ay pinalamig habang ang iba ay nainit. Gayunpaman, ito ay naka-out na walang karagdagang heatsinks at walang paglamig fan ang temperatura ay patuloy na tumataas sa isang punto kung saan ang mga plato ng tanso ay hindi maaaring palamig pa. Lalo na may problema ito dahil hindi ako gumagamit ng anumang mga thermistor upang makontrol ang pag-init / paglamig ng kuryente ngunit laging gumagamit ng isang nakapirming halaga. Samakatuwid, bumili ako ng maliliit na heatsink na may isang self-adhesive pad na nakakabit sa likuran ng plato ng aluminyo sa likod ng bawat peltier.

Pagkatapos nito, ang mga naka-print na may-hawak ng 3D para sa mga driver ng motor at arduino ay nakakabit din sa likuran ng plato gamit ang hotglue.

Hakbang 7: Code sa Pag-upload

Ang bawat arduino ay makokontrol lamang hanggang sa dalawang mga driver ng motor dahil kailangan nila ng dalawang PWM at 5 digital IO pin. Mayroon ding mga driver ng motor na maaaring ma-cotroll sa pamamagitan ng I2C (tingnan dito) ngunit hindi sila katugma sa 5 V na lohika ng mga arduino. Sa aking circuit mayroong isang "master" arduino na nakikipag-usap sa 5 "alipin" na mga arduino sa pamamagitan ng I2C na siya namang kumokontrol sa mga driver ng motor. Ang code para sa mga arduino ay matatagpuan dito sa aking GitHub account. Sa code para sa "alipin" na mga arduino ang I2C address ay dapat mabago para sa bawat arduino sa header. Mayroon ding ilang mga variable na pinapayagan ang pagbabago ng pag-init / paglamig ng lakas at ang kaukulang mga pare-pareho sa oras.

Hakbang 8: Kabaliwan sa Mga Kable

Ang mga kable ng proyektong ito ay isang kabuuang bangungot. Nag-attach ako ng isang fritzing diagram na nagpapakita ng mga koneksyon para sa master arduino at isang solong alipin na arduino bilang isang halimbawa. Bilang karagdagan, mayroong isang dokumentong pdf na kung saan ang TEC ay konektado sa aling driver ng motor at arduino. Tulad ng nakikita mo sa mga larawan dahil sa maraming mga koneksyon ang mga kable ay nagiging napaka-kalat. Gumamit ako ng mga konektor ng dupont saan man posible. Ang 12 V power supply ay ipinamahagi gamit ang isang PCB na may mga screw terminal. Sa input ng kuryente ay nakakabit ko ang isang DC cable na may lumilipad na mga lead. Upang ipamahagi ang 5 V, GND at I2C na koneksyon ay nilagyan ko ang ilang mga prototype PCB na may mga male pin header.

Hakbang 9: Paghahanda ng Acrylic Plate

Susunod, nag-drill ako ng ilang mga butas sa acrylic plate upang maaari itong mai-attach sa plate ng aluminyo sa pamamagitan ng mga standoff ng PCB. Bilang karagdagan, gumawa ng ilang mga ginupit para sa mga tagahanga at isang slit para sa DHT22 sensor cable gamit ang aking dremel tool. Matapos nito ang mga tagahanga ay nakakabit sa likuran ng acrylic plate at ang mga kable ay pinakain sa pamamagitan ng ilang mga butas na drill ko. Sa susunod ay malamang na gagawin ko ang plato sa pamamagitan ng paggupit ng laser.

Hakbang 10: Tapos na Project

Sa wakas, ang acrylic plate at aluminyo plate ay nakakabit sa bawat isa gamit ang 40 mm na haba ng PCB standoffs. Pagkatapos nito ay natapos ang proyekto.

Kapag nakakonekta sa power supply ang mga segment ay magpapakita ng temperatura at halumigmig, halili. Para sa temperatura, ang pang-itaas na tuldok lamang ang magbabago ng kulay habang ang dash at lower dot ay naka-highlight kapag ipinapakita ang halumigmig.

Sa code ang bawat aktibong segment ay naiinitan ng 25 segundo habang sabay na pinapalamig ang mga hindi aktibong segment. Pagkatapos nito ay pinapatay ang mga peltier sa loob ng 35 segundo upang ang temperatura ay maaaring tumatag muli. Gayunpaman, ang temperatura ng mga plate na tanso ay tataas sa paglipas ng panahon at tumatagal ng ilang oras hanggang sa ang mga segment ay gumawa ng isang buong pagbabago ng kulay. Ang kasalukuyang gumuhit para sa isang solong digit (7 mga segment) ay sinusukat na halos 2 A kaya ang kabuuang kasalukuyang gumuhit para sa lahat ng mga segment ay marahil malapit sa maximum na 6 A na maibibigay ng suplay ng kuryente.

Tiyak na mabawasan ng isang tao ang pagkonsumo ng kuryente sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga thermistor bilang puna upang ayusin ang pag-init / paglamig na kuryente. Ang pagpunta sa isang hakbang pa ay ang paggamit ng isang nakatuon na TEC controller na may PID loop. Marahil ay maaaring pahintulutan nito ang patuloy na operasyon nang walang labis na pagkonsumo ng kuryente. Kasalukuyan kong iniisip ang tungkol sa pagbuo ng gayong sistema na gumagamit ng mga driver ng Thorlabs MTD415T TEC.

Ang isa pang kawalan sa kasalukuyang pagsasaayos ay maaaring marinig ng isa ang 1 kHz PWM na output ng mga driver ng motor. Maganda rin kung ang isa ay makawala sa mga tagahanga dahil ang mga ito ay medyo malakas din.

Unang Gantimpala sa Paligsahan sa Metal