عرض درجة الحرارة والرطوبة بالحرارة: 10 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

لقد كنت أعمل في هذا المشروع منذ بعض الوقت. خطرت لي الفكرة الأصلية بعد أن قمت ببناء وحدة تحكم TEC في العمل لمعرض تجاري. لإظهار قدرات التدفئة والتبريد TECs ، كنا نستخدم طلاءًا حراريًا يتغير من الأسود إلى الشفاف.

في هذا المشروع ، أخذت الفكرة إلى أبعد من ذلك وقمت ببناء شاشة مكونة من رقمين مكونة من 7 أجزاء باستخدام ألواح نحاسية مغطاة بألواح حرارية تعتمد على البلورات السائلة. يوجد خلف كل لوح نحاسي عنصر TEC يتحكم في درجة الحرارة وبالتالي يغير لون لوح الكريستال السائل. ستظهر الأرقام درجة الحرارة والرطوبة من مستشعر DHT22.

قد تقدر السخرية من وجود جهاز يعرض درجة الحرارة المحيطة عن طريق تغيير درجة حرارته ؛-)

اللوازم

• 3 قطع ، لوح بلوري سائل 150 × 150 مم (29-33 درجة مئوية) (انظر هنا).
• 17 قطعة ، ألواح نحاسية ، بسماكة 1 مم (الأبعاد انظر أدناه)
• لوح ألومنيوم 401 × 220 × 2 مم (رمادي / أسود مؤكسد)
• 401 × 220 × 2 مم لوح أكريليك (أبيض)
• 18 قطعة ، TES1-12704 عنصر بلتيير
• 9 قطع ، محرك مزدوج TB6612FNG
• 6 قطع اردوينو نانو
• 2 قطعة ، مروحة تبريد 40x40x10 مم
• 18 قطعة ، بالوعة الحرارة 25x25x10 مم
• مصدر طاقة 12 فولت ، 6 أمبير
• جهاز استشعار درجة الحرارة والرطوبة DHT22 (AM2302)
• 6 قطع ، 40 مم مواجهات PCB طويلة

بالإضافة إلى ذلك ، استخدمت هذا الإيبوكسي الموصّل حرارياً والذي كان رخيصًا إلى حد ما وله وعاء طويل العمر. تم استخدام أداة حفر و dremel لعمل الثقوب اللازمة في ألواح الألمنيوم والأكريليك. تم طباعة حامل اردوينو وثنائي الفينيل متعدد الكلور للسائق ثلاثي الأبعاد وإرفاقه بالغراء الساخن. أيضًا ، لقد استخدمت الكثير والكثير من الأسلاك المزدوجة لإجراء جميع الاتصالات. علاوة على ذلك ، أصبح ثنائي الفينيل متعدد الكلور مع أطراف لولبية في متناول اليد لتوزيع مصدر الطاقة 12 فولت.

انتباه: من الواضح أن العديد من لوحات TB6612FNG بها مكثفات خاطئة مثبتة. على الرغم من أن جميع البائعين يحددون اللوحة لجهد المحرك حتى 15 فولت ، إلا أنه غالبًا ما يتم تصنيف المكثفات بـ 10 فولت فقط بعد أن قمت بتفجير المكثفات في أول لوحين ، قمت بفكها جميعًا واستبدالها بأخرى مناسبة.

الخطوة الأولى: عمل الألواح النحاسية

بالنسبة للألواح النحاسية ، استخدمت خدمة القطع بالليزر عبر الإنترنت (انظر هنا) حيث يمكنني تحميل ملفات dxf المرفقة. ومع ذلك ، نظرًا لأن الأشكال ليست معقدة للغاية ، فإن القطع بالليزر ليس ضروريًا وربما تكون هناك تقنيات تصنيع أرخص (مثل التثقيب والنشر). في المجموع ، هناك حاجة إلى 14 مقطعًا ودائرتين وشرطة واحدة للعرض. كان سمك الألواح النحاسية 1 مم ولكن من المحتمل أن ينخفض إلى 0.7 أو 0.5 مم مما قد يحتاج إلى طاقة تسخين / تبريد أقل. لقد استخدمت النحاس لأن السعة الحرارية والتوصيل الحراري متفوقان على الألمنيوم ولكن الأخير يجب أن يعمل جيدًا بشكل معقول.

الخطوة 2: إرفاق ورقة الكريستال السائل

المكون الرئيسي لهذا المشروع هو رقائق الكريستال السائل الحرارية التي حصلت عليها من SFXC. تتوفر الرقائق في نطاقات درجات حرارة مختلفة ويتغير لونها من الأسود في درجات حرارة منخفضة فوق الأحمر والبرتقالي والأخضر إلى الأزرق في درجات الحرارة العالية. لقد جربت عرضين مختلفين للنطاق الترددي 25-30 درجة مئوية و29-33 درجة مئوية وانتهى بي الأمر باختيار الأخير. نظرًا لأن التسخين باستخدام عنصر بلتيير أسهل من التبريد ، يجب أن يكون نطاق درجة الحرارة أعلى قليلاً من درجة حرارة الغرفة.

تحتوي رقائق الكريستال السائل على دعامة ذاتية اللصق تلتصق جيدًا بالصفائح النحاسية. تم قطع الرقاقة الزائدة حول اللوحة باستخدام سكين دقيق.

الخطوة 3: إرفاق عنصر TEC

تم ربط الدعامات بمركز كل لوح نحاسي باستخدام إبوكسي موصل حرارياً. الألواح أكبر قليلاً من القوالب بحيث تظل مخفية تمامًا خلفها. بالنسبة للوحة الأطول التي تشكل شرطة رمز النسبة المئوية ، استخدمت اثنين من pelters.

الخطوة 4: تحضير لوح الألمنيوم

لتوفير بعض المال ، قمت بحفر جميع الثقوب في لوح الألمنيوم بنفسي. لقد قمت للتو بطباعة ملف pdf المرفق على ورق A3 واستخدمته كقالب حفر. يوجد ثقب لكل جزء حيث تمر كبلات TEC و 6 فتحات على الحواف لتوصيل لوح الأكريليك لاحقًا.

الخطوة 5: إرفاق الشرائح

كان أحد أصعب الأجزاء في هذا المشروع هو إرفاق الأجزاء بشكل صحيح باللوح الخلفي. لقد قمت بطباعة العديد من الرقصات ثلاثية الأبعاد التي من شأنها أن تساعدني في محاذاة المقاطع ولكن هذا لم ينجح إلا جزئيًا لأن المقاطع كانت تنزلق باستمرار بعيدًا. بالإضافة إلى ذلك ، تضغط الكابلات على بلتيير بحيث يتم فكها من اللوحة. تمكنت بطريقة ما من لصق جميع المقاطع في المكان المناسب ، لكن أحد القواطع الموجودة في جزء لوحة القيادة بها اقتران حراري سيء للغاية. قد يكون من الأفضل استخدام ضمادات حرارية ذاتية اللصق بدلاً من الإيبوكسي على الرغم من أنني أظن أنها قد تتحلل بمرور الوقت.

الخطوة 6: إرفاق المبردات والحوامل

كانت فكرتي الأصلية هي استخدام لوح الألمنيوم كمبرد للحرارة حتى بدون مروحة. اعتقدت أن درجة الحرارة الإجمالية للوحة سترتفع قليلاً فقط لأن بعض الأجزاء يتم تبريدها بينما يتم تسخين البعض الآخر. ومع ذلك ، اتضح أنه بدون مبددات حرارة إضافية ولا توجد مروحة تبريد ، ستستمر درجة الحرارة في الارتفاع إلى درجة لا يمكن فيها تبريد الألواح النحاسية بعد الآن. هذا يمثل مشكلة خاصة لأنني لا أستخدم أي مقاومات حرارية للتحكم في طاقة التدفئة / التبريد ولكني استخدم دائمًا قيمة ثابتة. لذلك ، اشتريت خافضات حرارة صغيرة مع وسادة ذاتية اللصق تم تثبيتها على الجانب الخلفي من لوحة الألومنيوم خلف كل بلتيير.

بعد ذلك ، تم أيضًا إرفاق حوامل مطبوعة ثلاثية الأبعاد لسائقي المحركات واردوينو على الجانب الخلفي من اللوحة باستخدام الغراء الساخن.

الخطوة السابعة: تحميل الكود

يمكن لكل اردوينو التحكم في ما يصل إلى اثنين من سائقي المحركات فقط لأنهم يحتاجون إلى دبابيس PWM و 5 دبابيس IO رقمية. هناك أيضًا برامج تشغيل محركات يمكن التحكم فيها عبر I2C (انظر هنا) ولكنها غير متوافقة مع منطق 5 V من arduinos. يوجد في دائرتي اردوينو "رئيسي" واحد يتصل بـ 5 اردوينو "تابعين" عبر I2C والتي بدورها تتحكم في سائقي المحركات. يمكن العثور على رمز arduinos هنا على حساب GitHub الخاص بي. في الكود الخاص بـ arduinos "التابع" ، يجب تغيير عنوان I2C لكل اردوينو في الرأس. هناك أيضًا بعض المتغيرات التي تسمح بتغيير طاقة التسخين / التبريد وثوابت الوقت المقابلة.

الخطوة 8: الأسلاك الجنون

كان توصيل هذا المشروع كابوسا كاملا. لقد أرفقت مخططًا فريتزينج يوضح الاتصالات الخاصة بـ اردوينو الرئيسي واردوينو الرقيق الفردي كمثال. بالإضافة إلى ذلك ، هناك وثيقة pdf التي توثق TEC التي يتصل بها سائق المحرك واردوينو. كما ترى في الصور بسبب الكميات الكبيرة من التوصيلات ، فإن الأسلاك تصبح فوضوية للغاية. لقد استخدمت موصلات دوبونت حيثما كان ذلك ممكنًا. تم توزيع مصدر الطاقة 12 فولت باستخدام ثنائي الفينيل متعدد الكلور مع أطراف لولبية. على مدخل الطاقة ، قمت بتوصيل كبل تيار مستمر مع خيوط متطايرة. لتوزيع اتصالات 5 V و GND و I2C ، قمت بتجهيز بعض نماذج ثنائي الفينيل متعدد الكلور برؤوس ذكور.

الخطوة 9: تحضير طبق الأكريليك

بعد ذلك ، قمت بحفر بعض الثقوب في لوحة الأكريليك بحيث يمكن توصيلها بلوحة الألومنيوم عبر مواجهات ثنائي الفينيل متعدد الكلور. بالإضافة إلى ذلك ، تم عمل بعض القواطع للمراوح وفتحة لكابل مستشعر DHT22 باستخدام أداة dremel الخاصة بي. بعد ذلك ، تم توصيل المراوح بالجانب الخلفي للوحة الأكريليك وتم تغذية الكابلات من خلال بعض الثقوب التي قمت بحفرها. في المرة القادمة سأقوم على الأرجح بصنع اللوحة عن طريق القطع بالليزر.

الخطوة 10: مشروع منتهي

أخيرًا ، تم ربط صفيحة الأكريليك وصفيحة الألمنيوم ببعضها البعض باستخدام مواجهات PCB بطول 40 مم. بعد ذلك يتم الانتهاء من المشروع.

عند الاتصال بمصدر الطاقة ، ستظهر الأجزاء درجة الحرارة والرطوبة بالتناوب. بالنسبة لدرجة الحرارة ، فإن النقطة العلوية فقط هي التي ستغير لونها بينما يتم أيضًا تمييز لوحة القيادة والنقطة السفلية عند إظهار الرطوبة.

في الكود يتم تسخين كل جزء نشط لمدة 25 ثانية مع تبريد الأجزاء غير النشطة في نفس الوقت. بعد ذلك ، يتم إغلاق المسامير لمدة 35 ثانية حتى تستقر درجة الحرارة مرة أخرى. ومع ذلك ، سترتفع درجة حرارة الألواح النحاسية بمرور الوقت ويستغرق الأمر بعض الوقت حتى تقوم القطع بتغيير اللون بالكامل. تم قياس السحب الحالي لرقم واحد (7 مقاطع) ليكون حوالي 2 أ لذا من المحتمل أن يكون إجمالي السحب الحالي لجميع المقاطع قريبًا من الحد الأقصى البالغ 6 أ الذي يمكن أن يوفره مصدر الطاقة.

يمكن للمرء بالتأكيد تقليل استهلاك الطاقة عن طريق إضافة الثرمستورات كرد فعل لضبط طاقة التدفئة / التبريد. قد يكون الذهاب إلى أبعد من ذلك هو استخدام وحدة تحكم TEC مخصصة مع حلقة PID. يجب أن يسمح هذا على الأرجح بالتشغيل المستمر دون استهلاك الكثير من الطاقة. أفكر حاليًا في بناء مثل هذا النظام باستخدام برامج تشغيل Thorlabs MTD415T TEC.

عيب آخر في التكوين الحالي هو أنه يمكن للمرء سماع خرج 1 كيلو هرتز PWM لمحركات المحركات. سيكون من الرائع أيضًا أن يتخلص المرء من المعجبين لأن صوتهم مرتفع أيضًا.

الجائزة الأولى في مسابقة المعادن