თერმოქრომიული ტემპერატურა და ტენიანობის ჩვენება: 10 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:17

ამ პროექტზე საკმაოდ დიდი ხანია ვმუშაობ. ორიგინალური იდეა მომივიდა მას შემდეგ, რაც შევქმენი TEC კონტროლერის დემონსტრანტი სამსახურში სავაჭრო ბაზრობაზე. TEC– ების გათბობისა და გაგრილების შესაძლებლობების საჩვენებლად ჩვენ ვიყენებდით თერმოქრომულ საღებავს, რომელიც შავიდან გამჭვირვალედ იცვლება.

ამ პროექტში მე გავაგრძელე იდეა და ავაშენე ორნიშნა 7-სეგმენტიანი დისპლეი სპილენძის ფირფიტების გამოყენებით, რომლებიც დაფარულია თერმოქრომული ფურცლებით თხევადი კრისტალების საფუძველზე. თითოეული სპილენძის ფირფიტის უკან ზის TEC ელემენტი, რომელიც აკონტროლებს ტემპერატურას და ამით ცვლის თხევადი ბროლის ფურცლის ფერს. ციფრები აჩვენებს ტემპერატურასა და ტენიანობას DHT22 სენსორიდან.

თქვენ შეიძლება დააფასოთ ირონია იმისა, რომ გქონდეთ მოწყობილობა, რომელიც აჩვენებს გარემოს ტემპერატურას საკუთარი ტემპერატურის შეცვლით;-)

მარაგები

• 3 ცალი, 150x150 მმ თხევადი ბროლის ფურცელი (29-33 ° C) (იხ. აქ).
• 17 ცალი, სპილენძის ფირფიტები, 1 მმ სისქით (ზომები იხილეთ ქვემოთ)
• 401 x 220 x 2 მმ ალუმინის ფირფიტა (ნაცრისფერი/შავი ანოდირებული)
• 401 x 220 x 2 მმ აკრილის ფირფიტა (თეთრი)
• 18 ცალი, TES1-12704 პელტიერის ელემენტი
• 9 ცალი, TB6612FNG ორმაგი ძრავის მძღოლი
• 6 ცალი, არდუინო ნანო
• 2 ცალი, გამაგრილებელი ვენტილატორი 40x40x10 მმ
• 18 ცალი, 25x25x10 მმ გამათბობელი
• 12 V, 6 A კვების ბლოკი
• ტემპერატურისა და ტენიანობის სენსორი DHT22 (AM2302)
• 6 ცალი, 40 მმ სიგრძის PCB ჩამორჩენილ მდგომარეობაში

გარდა ამისა, მე გამოვიყენე ეს თერმულად გამტარი ეპოქსია, რომელიც საკმაოდ იაფი იყო და ქოთნის ხანგრძლივი სიცოცხლე აქვს. საბურღი და დრემელის ინსტრუმენტი გამოიყენებოდა ალუმინის და აკრილის ფირფიტებში საჭირო ხვრელების გასაკეთებლად. არდუინოსა და ძრავის მძღოლის PCB- ების მფლობელი იყო 3D დაბეჭდილი და მიმაგრებული ცხელი წებოთი. ასევე, მე გამოვიყენე ბევრი და ბევრი დუპონტის მავთული ყველა კავშირის დასამყარებლად. გარდა ამისა, ეს PCB ხრახნიანი ტერმინალებით ძალიან მოსახერხებელი იყო 12 ვ ელექტროენერგიის მიწოდების გასანაწილებლად.

ყურადღება: როგორც ჩანს, ბევრ TB6612FNG დაფას აქვს არასწორი კონდენსატორები დაყენებული. მიუხედავად იმისა, რომ ყველა გამყიდველი განსაზღვრავს დაფას ძრავის ძაბვისთვის 15 ვ -მდე, კონდენსატორები ხშირად მხოლოდ 10 ვ -ით არის შეფასებული. მას შემდეგ, რაც ჩემს პირველ ორ დაფაზე კონდენსატორები ააფეთქეს, მე გავთიშე ყველა მათგანი და შევცვალე შესაბამისით.

ნაბიჯი 1: სპილენძის ფირფიტების დამზადება

სპილენძის ფირფიტებისთვის გამოვიყენე ონლაინ ლაზერული ჭრის სერვისი (იხ. აქ), სადაც შემეძლო გადმომეცა თანდართული dxf ფაილები. თუმცა, ვინაიდან ფორმები არ არის ძალიან რთული, ლაზერული ჭრა არ არის აუცილებელი და ალბათ არსებობს იაფი წარმოების ტექნიკა (მაგ. დარტყმა, ხერხი). საერთო ჯამში, ჩვენებისათვის საჭიროა 14 სეგმენტი, ორი წრე და ერთი ტირე. სპილენძის ფირფიტების სისქე იყო 1 მმ, მაგრამ შესაძლოა შემცირდეს 0.7 ან 0.5 მმ -მდე, რასაც ნაკლები გათბობა/გაგრილება სჭირდება. მე გამოვიყენე სპილენძი, რადგან სითბოს გამტარობა და თერმული კონდუქტომეტი აღემატება ალუმინს, მაგრამ ეს უკანასკნელი ასევე უნდა მუშაობდეს გონივრულად.

ნაბიჯი 2: თხევადი ბროლის ფურცლის მიმაგრება

ამ პროექტის მთავარი კომპონენტია თერმოქრომული თხევადი ბროლის კილიტა, რომელიც მე მივიღე SFXC– დან. კილიტა ხელმისაწვდომია სხვადასხვა ტემპერატურის დიაპაზონში და ცვლის ფერს შავიდან დაბალ ტემპერატურაზე, წითელზე, ნარინჯისფერზე და მწვანეზე ლურჯზე მაღალ ტემპერატურაზე. მე გამოვცადე ორი განსხვავებული გამტარუნარიანობა 25-30 ° C და 29-33 ° C და ამ უკანასკნელის არჩევით დავასრულე. ვინაიდან პელტიერის ელემენტით გათბობა უფრო ადვილია ვიდრე გაცივება, ტემპერატურის დიაპაზონი უნდა იყოს ოდნავ ზემოთ ოთახის ტემპერატურაზე.

თხევადი ბროლის კილიტა აქვს თვითწებვადი საფარი, რომელიც ძალიან კარგად იჭერს სპილენძის ფირფიტებს. ჭარბი კილიტა ფირფიტის გარშემო გაჭრა ზუსტი დანის გამოყენებით.

ნაბიჯი 3: TEC ელემენტის მიმაგრება

პელტიერები იყო მიმაგრებული თითოეული სპილენძის ფირფიტის ცენტრში თერმულად გამტარი ეპოქსიდის გამოყენებით. ფირფიტები ოდნავ უფრო დიდია ვიდრე პელტიერები ისე, რომ ისინი მთლიანად იმალებიან უკან. უფრო გრძელი ფირფიტისთვის, რომელიც წარმოადგენს პროცენტის სიმბოლოს ტირეს, მე გამოვიყენე ორი პელტიერი.

ნაბიჯი 4: ალუმინის ფირფიტის მომზადება

ფულის დაზოგვის მიზნით მე თვითონ გავაღე ყველა ხვრელი ალუმინის ფირფიტაზე. მე მხოლოდ ამობეჭდილი თანდართული pdf A3 ქაღალდზე და გამოიყენება როგორც საბურღი შაბლონი. თითოეული სეგმენტისთვის არის ხვრელი, სადაც გადის TEC კაბელები და 6 ხვრელი კიდეებზე, რათა შემდგომში აკრილის ფირფიტა დაიმაგროს.

ნაბიჯი 5: სეგმენტების მიმაგრება

ამ პროექტის ერთ -ერთი უმძიმესი ნაწილი იყო სეგმენტების სწორად მიმაგრება ზურგზე. მე 3D- ზე დაბეჭდილ რამდენიმე ჯიგს, რომლებიც დამეხმარებოდნენ სეგმენტების გასწორებაში, მაგრამ ეს მხოლოდ ნაწილობრივ მუშაობდა, რადგან სეგმენტები მუდმივად იშლებოდა. გარდა ამისა, კაბელები უბიძგებენ პელტიერს ისე, რომ ის იშლება ფირფიტიდან. მე როგორღაც მოვახერხე ყველა სეგმენტის წებოვანა სწორ ადგილას, მაგრამ ტირის სეგმენტში ერთ პელტიერს აქვს ძალიან ცუდი თერმული შეერთება. შეიძლება უკეთესი იყოს ეპოქსიდურის ნაცვლად გამოიყენოთ თვითწებვადი თერმული ბალიშები, თუმცა ეჭვი მაქვს, რომ დროთა განმავლობაში ის შეიძლება შესუსტდეს.

ნაბიჯი 6: გამაცხელებლების და დამჭერების მიმაგრება

ჩემი თავდაპირველი იდეა იყო მხოლოდ ალუმინის ფირფიტის გამოყენება გამაცხელებლად პელტიერებისათვის ყოველგვარი ვენტილატორის გარეშეც. მე ვფიქრობდი, რომ ფირფიტის მთლიანი ტემპერატურა მხოლოდ ოდნავ მოიმატებს, რადგან ზოგი სეგმენტი გაცივდა, ზოგი კი თბება. თუმცა, აღმოჩნდა, რომ დამატებითი გამაცხელებლებისა და გამაგრილებლის გარეშე, ტემპერატურა კვლავ მოიმატებს იმ წერტილამდე, სადაც სპილენძის ფირფიტების გაცივება აღარ იქნება შესაძლებელი. ეს განსაკუთრებით პრობლემურია, რადგან მე არ ვიყენებ თერმისტორებს გათბობის/გაგრილების სიმძლავრის გასაკონტროლებლად, მაგრამ ყოველთვის ვიყენებ ფიქსირებულ მნიშვნელობას. ამიტომ, შევიძინე პატარა გამაცხელებლები თვითწებვადი ბალიშებით, რომლებიც დამაგრებული იყო ალუმინის ფირფიტის უკანა ნაწილზე ყოველი პელტიერის უკან.

ამის შემდეგ, 3D ბეჭდვის დამჭერები საავტომობილო მძღოლებისთვის და არდუინოსთვის ასევე იყო მიმაგრებული ფირფიტის უკანა მხარეს ცხელი წებოს გამოყენებით.

ნაბიჯი 7: კოდის ატვირთვა

თითოეულ arduino– ს შეუძლია გააკონტროლოს მხოლოდ ორი ძრავის მძღოლი, რადგან მათ სჭირდებათ ორი PWM და 5 ციფრული IO ქინძი. ასევე არის საავტომობილო დრაივერები, რომელთა კოტროლირება შესაძლებელია I2C საშუალებით (იხ. აქ), მაგრამ ისინი არ შეესაბამება არდუინოს 5 ვ ლოგიკას. ჩემს წრეში არის ერთი "ოსტატი" არდუინო, რომელიც კომუნიკაციას უწევს 5 "მონა" არდუინოს I2C საშუალებით, რაც თავის მხრივ აკონტროლებს ძრავის დრაივერებს. არდუინოს კოდი შეგიძლიათ იხილოთ აქ ჩემს GitHub ანგარიშზე. "მონა" არდუინოს კოდში I2C მისამართი უნდა შეიცვალოს სათაურში ყველა არდუინოსთვის. ასევე არსებობს რამდენიმე ცვლადი, რომელიც იძლევა გათბობის/გაგრილების სიმძლავრის და შესაბამისი დროის მუდმივების შეცვლის საშუალებას.

ნაბიჯი 8: გაყვანილობის სიგიჟე

ამ პროექტის გაყვანილობა სრული კოშმარი იყო. მე დავამატე მომხიბლავი დიაგრამა, რომელიც აჩვენებს კავშირს სამაგისტრო არდუინოს და ერთი მონა არდუინოს მაგალითად. გარდა ამისა, არსებობს pdf დოკუმენტირება, რომელი TEC არის დაკავშირებული რომელ ძრავის მძღოლთან და არდუინოსთან. როგორც ხედავთ სურათებზე კავშირების დიდი რაოდენობის გამო გაყვანილობა ძალიან ბინძურდება. მე ვიყენებდი დუპონტის კონექტორებს, სადაც ეს შესაძლებელი იყო. 12 ვ ელექტროენერგიის მიწოდება განაწილდა PCB– ის გამოყენებით ხრახნიანი ტერმინალებით. დენის შეყვანაზე დავამაგრე DC კაბელი საფრენი ხაზებით. 5 V, GND და I2C კავშირების გასანაწილებლად მე აღჭურვილი მაქვს რამდენიმე PCB პროტოტიპი მამრობითი სათაურებით.

ნაბიჯი 9: აკრილის ფირფიტის მომზადება

შემდეგი, მე გავაღე რამდენიმე ხვრელი აკრილის ფირფიტაზე ისე, რომ იგი შეიძლება მიმაგრდეს ალუმინის ფირფიტაზე PCB ჩამორჩენის საშუალებით. გარდა ამისა, მოვამზადე გულშემატკივრებისთვის რამდენიმე ნაკაწრი და DHT22 სენსორული კაბელის ჩარჩო ჩემი დრემელის ინსტრუმენტის გამოყენებით. ამის შემდეგ თაყვანისმცემლები მიმაგრებულნი იყვნენ აკრილის ფირფიტის უკანა ნაწილზე და კაბელები იკვებებოდა რამდენიმე ხვრელით, რომელიც მე გავაღე. შემდეგ ჯერზე მე ალბათ ფირფიტას გავაკეთებ ლაზერული ჭრით.

ნაბიჯი 10: დასრულებული პროექტი

დაბოლოს, აკრილის ფირფიტა და ალუმინის ფირფიტა ერთმანეთზე იყო დამაგრებული 40 მმ სიგრძის PCB ჩამორჩენის გამოყენებით. ამის შემდეგ პროექტი დასრულდება.

კვების ბლოკთან დაკავშირებისას სეგმენტები აჩვენებენ ტემპერატურას და ტენიანობას, მონაცვლეობით. ტემპერატურისთვის, მხოლოდ ზედა წერტილი იცვლის ფერს, ხოლო ტენიანობის ჩვენებისას ხაზგასმულია ტირე და ქვედა წერტილი.

კოდში თითოეული აქტიური სეგმენტი თბება 25 წამის განმავლობაში, ხოლო ერთდროულად გაცივდება არააქტიური სეგმენტები. ამის შემდეგ პელტიერები გამორთულია 35 წამის განმავლობაში, რათა ტემპერატურა კვლავ სტაბილიზირდეს. მიუხედავად ამისა, სპილენძის ფირფიტების ტემპერატურა გაიზრდება დროთა განმავლობაში და ამას გარკვეული დრო სჭირდება, სანამ სეგმენტები სრულად არ შეიცვლება. მიმდინარე ციფრული ერთნიშნა ციფრისთვის (7 სეგმენტი) იზომება დაახლოებით 2 A, ასე რომ მთლიანი მიმდინარე გათამაშება ყველა სეგმენტისთვის ალბათ ახლოს არის მაქსიმუმ 6 A– სთან, რაც ელექტროენერგიის მიწოდებას შეუძლია.

რა თქმა უნდა, შეიძლება შემცირდეს ენერგიის მოხმარება თერმისტორების დამატებით, გათბობის/გაგრილების სიმძლავრის შესაცვლელად. ერთი ნაბიჯის გადადგმა იქნება გამოსაყენებელი TEC კონტროლერის გამოყენება PID მარყუჟით. ეს ალბათ უნდა უზრუნველყოფდეს მუდმივ მუშაობას ენერგიის დიდი მოხმარების გარეშე. მე ამჟამად ვფიქრობ სისტემის შექმნაზე Thorlabs MTD415T TEC დრაივერების გამოყენებით.

მიმდინარე კონფიგურაციის კიდევ ერთი მინუსი არის ის, რომ შეიძლება მოისმინოს ძრავის დრაივერების 1 kHz PWM გამომავალი. ასევე კარგი იქნება, თუკი გულშემატკივრების მოშორება შეიძლება, რადგან ისინიც საკმაოდ ხმამაღლა საუბრობენ.

პირველი პრიზი ლითონის კონკურსში