عرض درجة الحرارة والرطوبة بالحرارة - إصدار ثنائي الفينيل متعدد الكلور: 6 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:37

منذ فترة ، تم تنفيذ مشروع يسمى Thermochromic Temperature & Humidity Display حيث قمت ببناء شاشة من 7 أجزاء من الألواح النحاسية التي تم تسخينها / تبريدها بواسطة عناصر بلتيير. كانت الألواح النحاسية مغطاة بورق حراري يتغير لونه مع درجة الحرارة. هذا المشروع هو نسخة مصغرة من الشاشة التي تستخدم ثنائي الفينيل متعدد الكلور مع آثار تسخين بدلاً من pelters كما اقترحه المستخدم DmitriyU2 في قسم التعليقات. يسمح استخدام سخان PCB بتصميم أبسط وأكثر إحكاما. كما أن التسخين أكثر كفاءة مما يؤدي إلى تغيير أسرع للون.

شاهد الفيديو لترى كيف تعمل الشاشة.

منذ أن تركت عددًا قليلاً من مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، أقوم أيضًا ببيع هذه الشاشة في متجر Tindie الخاص بي.

اللوازم

• سخان PCB (راجع GitHub الخاص بي لملفات Gerber)
• التحكم في PCB (راجع GitHub الخاص بي لملفات Gerber و BoM)
• مستشعر DHT22 (مثل ebay.de)
• حامل مطبوع ثلاثي الأبعاد (راجع GitHub الخاص بي لملف stl)
• لوح لاصق حراري ، 150 × 150 مم ، 30-35 درجة مئوية (SFXC)
• M2x6 الترباس + الجوز
• 2x رأس الدبوس 1x9 ، 2.54 مم (مثل mouser.com)
• موصل لوحة 2x SMD 1x9 ، 2.54 مم (مثل mouser.com)

الخطوة 1: تصميم سخان ثنائي الفينيل متعدد الكلور

تم تصميم سخان PCB في Eagle. أبعاد PCB هي 100x150 مم لأن 150x150 مم هو الحجم القياسي للألواح الحرارية التي استخدمتها. في البداية ، قمت بعمل رسم تخطيطي للقطاعات في Fusion360 والذي تم حفظه كـ dxf ثم استيراده إلى Eagle. تحتوي الأجزاء على فجوات مطحونة فيما بينها ولا يتم توصيلها إلا بجسور صغيرة. يعمل هذا على تحسين العزل الحراري للقطاعات الفردية وبالتالي يسمح بالتسخين بشكل أسرع ويقلل من "الحديث المتبادل الحراري". تمتلئ المقاطع بآثار ثنائي الفينيل متعدد الكلور على الطبقة العليا (تظهر باللون الأحمر) باستخدام أداة التعرج في Eagle. لقد استخدمت عرض مسار ومسافة 6 مل وهو الحد الأدنى للحجم الذي يمكن تصنيعه بواسطة PCBWay دون تكاليف إضافية. يتعرج كل أثر بين شقين يتم توصيلهما بعد ذلك بالدبابيس عبر الطبقة السفلية (التي تظهر باللون الأزرق) باستخدام آثار أكثر سمكًا تبلغ 32 مللي. تشترك جميع القطاعات في أرضية مشتركة.

لم أقم بأي حسابات لقدرة التسخين المطلوبة لارتفاع معين في درجة الحرارة ولم أحسب المقاومة المتوقعة لقطعة ما. لقد أدركت أنه يمكن إجراء أي تعديل لقوة التسخين باستخدام إشارة PWM بدورة عمل متغيرة. اكتشفت لاحقًا أن الأجزاء تسخن بسرعة معقولة عند تشغيلها من خلال منفذ USB 5 فولت باستخدام دورة عمل بنسبة 5 ٪ تقريبًا. يبلغ إجمالي التيار عند تسخين جميع الأجزاء الـ 17 حوالي 1.6 أ.

يمكن العثور على جميع ملفات اللوحة على GitHub الخاص بي.

الخطوة 2: تصميم وحدة تحكم PCB

للتحكم في سخان PCB ، اخترت SAMD21E18 MCU والذي استخدمته أيضًا في مشروع GlassCube الخاص بي. يحتوي هذا المتحكم الدقيق على دبابيس كافية للتحكم في جميع قطاعات السخان الـ 17 وقراءة مستشعر DHT22. يحتوي أيضًا على USB أصلي ويمكن وميضه باستخدام أداة تحميل التشغيل في Adafruit's CircuitPython. تم استخدام موصل USB الصغير كمصدر للطاقة ولبرمجة MCU. يتم التحكم في مقاطع السخان بواسطة 9 وحدات MOSFET ثنائية القناة (SP8K24FRATB). يمكن أن تتعامل هذه مع ما يصل إلى 6 أ ولها جهد عتبة بوابة <2.5 فولت بحيث يمكن تبديلها بواسطة إشارة المنطق 3.3 فولت من وحدة MCU. لقد وجدت هذا الخيط مفيدًا جدًا لمساعدتي في تصميم دائرة التحكم في السخان.

لقد طلبت ثنائي الفينيل متعدد الكلور من PCBWay والأجزاء الإلكترونية بشكل منفصل عن صائد الفئران وقمت بتجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور بنفسي لتوفير التكاليف. لقد استخدمت موزع معجون اللحام الذي وضع الأجزاء باليد ولحمتهم بمسخن IC بالأشعة تحت الحمراء. ومع ذلك ، نظرًا للكمية الكبيرة نسبيًا من المكونات المتضمنة وإعادة العمل المطلوبة ، كان هذا أمرًا شاقًا للغاية وأنا أعتبر استخدام خدمة التجميع في المستقبل.

مرة أخرى ، يمكن العثور على ملفات اللوحة على GitHub الخاص بي. هناك يمكنك العثور على نسخة محسنة من PCB تستخدم موصل USB-C بدلاً من micro USB. لقد قمت أيضًا بتصحيح التباعد بين الثقوب الموجودة في مستشعر DHT22 وأضفت موصلًا مكونًا من 10 سنون لتسهيل وميض أداة تحميل التشغيل عبر J-Link.

الخطوة 3: أداة تحميل برنامج CircuitPython Bootloader

في البداية ، قمت بوميض SAMD21 باستخدام أداة تحميل التشغيل UF2 استنادًا إلى Adafruit's Trinket M0. كان لابد من تعديل أداة تحميل التشغيل بشكل طفيف لأن Trinket يحتوي على مؤشر LED متصل بأحد المسامير التي أستخدمها للتدفئة. خلاف ذلك ، سوف يرتفع هذا الدبوس لفترة قصيرة بعد التمهيد ويسخن الجزء المتصل بالطاقة الكاملة. يتم وميض محمل الإقلاع عن طريق توصيل J-Link بوحدة MCU عبر منافذ SWD و SWC. العملية برمتها موصوفة بالتفصيل على موقع Adafruit. بعد تثبيت أداة تحميل التشغيل ، يتم التعرف على MCU كمحرك أقراص محمول عند الاتصال عبر منفذ USB الصغير ويمكن تثبيت محمل الإقلاع التالي ببساطة عن طريق سحب ملف UF2 إلى محرك الأقراص.

كخطوة تالية ، أردت تثبيت أداة تحميل التشغيل CircuitPython. ومع ذلك ، نظرًا لأن لوحي يستخدم العديد من المسامير غير المتصلة بـ Trinket M0 ، فقد اضطررت أولاً إلى تعديل تكوين اللوحة قليلاً. مرة أخرى ، يوجد برنامج تعليمي رائع لهذا على موقع Adafruit. بشكل أساسي ، يتعين على المرء فقط التعليق على بعض الدبابيس التي تم تجاهلها في mpconfigboard.h ثم إعادة تجميع كل شيء. تتوفر أيضًا ملفات أداة تحميل التشغيل المخصصة على GitHub الخاص بي.

الخطوة 4: كود CircuitPython

بعد تثبيت أداة تحميل التشغيل CircuitPython ، يمكنك فقط برمجة اللوحة عن طريق حفظ الكود الخاص بك كملف code.py مباشرة على محرك أقراص فلاش USB. يقرأ الكود الذي كتبته مستشعر DHT22 ثم يعرض بالتناوب درجة الحرارة والرطوبة عن طريق تسخين الأجزاء المقابلة. كما ذكرنا سابقًا ، يتم التسخين عن طريق تبديل MOSFETs بإشارة PWM. بدلاً من تكوين المسامير كمخرجات PWM ، قمت بإنشاء إشارة PWM "وهمية" بتردد تحويل منخفض يبلغ 100 هرتز في الكود باستخدام التأخيرات. لمزيد من خفض الاستهلاك الحالي ، لا أقوم بتشغيل المقاطع في وقت واحد ولكن بالتتابع كما هو موضح في المخطط أعلاه. هناك أيضًا بعض الحيل لجعل تسخين الأجزاء أكثر تساويًا. بادئ ذي بدء ، تختلف دورة العمل قليلاً لكل جزء. على سبيل المثال ، تحتاج شرطة علامة "٪" إلى دورة عمل أكبر بكثير بسبب مقاومتها العالية. كما أنني وجدت أن الأجزاء المحاطة بالعديد من القطاعات الأخرى تحتاج إلى تسخين أقل. بالإضافة إلى ذلك ، إذا تم تسخين مقطع ما في "التشغيل" السابق ، فيمكن تقليل دورة العمل في الدورة التالية. أخيرًا ، يتم تكييف وقت التسخين والتبريد مع درجة الحرارة المحيطة والتي يتم قياسها بسهولة بواسطة مستشعر DHT22. للعثور على ثوابت زمنية معقولة ، قمت بالفعل بمعايرة الشاشة في غرفة المناخ التي يمكنني الوصول إليها لحسن الحظ في العمل.

يمكنك العثور على الكود الكامل على جيثب الخاص بي.

الخطوة 5: التجميع

يعد تجميع الشاشة أمرًا سهلاً إلى حد ما ويمكن تقسيمه بالخطوات التالية

1. رؤوس دبوس أنثى لحام لتسخين ثنائي الفينيل متعدد الكلور
2. إرفاق ورقة حرارية ذاتية اللصق بسخان ثنائي الفينيل متعدد الكلور
3. مستشعر DHT22 لحام للتحكم في PCB وربطه بمسمار وصمولة M2
4. رؤوس دبوس لحام ذكر للتحكم في ثنائي الفينيل متعدد الكلور
5. قم بتوصيل كل من ثنائي الفينيل متعدد الكلور ووضعه في حامل مطبوع ثلاثي الأبعاد

الخطوة 6: مشروع منتهي

أنا سعيد جدًا بالدبلوم المكتمل الذي يعمل الآن باستمرار في غرفة المعيشة لدينا. لقد تحقق بالتأكيد هدف إنشاء نسخة أصغر وأبسط من شاشتي الأصلية الحرارية ، وأود أن أشكر المستخدم DmitriyU2 مرة أخرى على الاقتراح. ساعدني المشروع أيضًا على تحسين مهاراتي في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور في Eagle وتعلمت استخدام MOSFETs كمفاتيح.

يمكن للمرء تحسين التصميم بشكل أكبر عن طريق صنع غلاف جميل لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور. أفكر أيضًا في صنع ساعة رقمية بنفس الأسلوب.

إذا كنت تحب هذا المشروع ، فيمكنك إعادة صياغته أو شرائه من متجر Tindie الخاص بي. ضع في اعتبارك أيضًا التصويت لي في تحدي تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

جائزة الحكام في تحدي تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور