Termokróm hőmérséklet és páratartalom kijelző - NYÁK verzió: 6 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Nemrégiben készült egy Thermochromic Temperature & Humidity Display nevű projekt, ahol egy 7 szegmenses kijelzőt építettem rézlemezekből, amelyeket peltier elemek fűtöttek/hűtöttek. A rézlemezeket termokróm fóliával borították, amely a hőmérsékletnek megfelelően megváltoztatja a színét. Ez a projekt a kijelző egy kisebb változata, amely a peltiers helyett fűtési nyomokkal rendelkező PCB -t használ, amint azt DmitriyU2 felhasználó javasolta a megjegyzések részben. A PCB fűtés használata sokkal egyszerűbb és kompaktabb kialakítást tesz lehetővé. A fűtés is hatékonyabb, ami gyorsabb színváltozáshoz vezet.

Nézze meg a videót, hogy megtudja, hogyan működik a kijelző.

Mivel maradt néhány PCB -m, ezt a kijelzőt is eladom a Tindie boltomban.

Kellékek

• Fűtő NYÁK (lásd GitHubom a Gerber fájlokért)
• PCB vezérlése (lásd a GitHubomban a Gerber fájlokat és a BoM -et)
• DHT22 érzékelő (pl. Ebay.de)
• 3D nyomtatott állvány (lásd a GitHub -ot az stl fájlhoz)
• Termokróm ragasztólap, 150x150 mm, 30-35 ° C (SFXC)
• M2x6 csavar + anya
• 2x tűs fej 1x9, 2,54 mm (pl. Mouser.com)
• 2x SMD kártya csatlakozó 1x9, 2,54 mm (pl. Mouser.com)

1. lépés: A fűtő NYÁK tervezése

A fűtőlapot Eagle -ben tervezték. A NYÁK méretei 100x150 mm, mert 150x150 mm az általam használt termokróm lemezek szabványos mérete. Először vázlatot készítettem a Fusion360 szegmenseiről, amelyet dxf néven mentett, majd importált az Eagle -be. A szegmensek között marások vannak, és csak kis hidak kötik össze őket. Ez javítja az egyes szegmensek hőszigetelését, és ezáltal gyorsabb felmelegedést tesz lehetővé, és csökkenti a „termikus áthallást”. A szegmenseket PCB nyomokkal töltöttük fel a felső rétegen (pirossal látható) az Eagle kanyargó eszközével. 6 mm -es nyomtávolságot és távolságot használtam, ami a minimális méret, amelyet a PCBWay gyárthat külön költségek nélkül. Mindegyik nyom két kád között kanyarog, amelyeket az alsó rétegen keresztül (kék színnel) csatlakoztatnak a csapokhoz, sokkal vastagabb 32 mil nyomok segítségével. Valamennyi szegmens közös vonással rendelkezik.

Nem számítottam az adott hőmérséklet -emelkedéshez szükséges fűtőteljesítményt, és nem számítottam ki egy szegmens várható ellenállását. Arra gondoltam, hogy a fűtőteljesítmény bármilyen beállítása elvégezhető a PWM jel használatával, változó teljesítményciklus mellett. Később azt tapasztaltam, hogy a szegmensek viszonylag gyorsan felmelegszenek, ha az 5 V -os USB -porton keresztül táplálják őket ~ 5% -os teljesítményciklus mellett. A teljes áram mind a 17 szegmens fűtésekor körülbelül 1,6 A.

Az összes táblafájl megtalálható a GitHub -on.

2. lépés: A vezérlő NYÁK tervezése

A NYÁK fűtés vezérléséhez egy SAMD21E18 MCU -t választok, amelyet a GlassCube projektemben is használtam. Ennek a mikrovezérlőnek elegendő csapja van mind a 17 fűtőszegmens vezérléséhez és a DHT22 érzékelő leolvasásához. Natív USB -vel is rendelkezik, és az Adafruit CircuitPython rendszerbetöltőjével is villoghat. Tápellátásként és az MCU programozásához mikro USB -csatlakozót használtak. A fűtőszegmenseket 9 kétcsatornás MOSFET vezérli (SP8K24FRATB). Ezek akár 6 A -t is képesek kezelni, és a kapu küszöbfeszültsége <2,5 V, így az MCU -ból származó 3,3 V -os logikai jel segítségével kapcsolhatók. Ezt a szálat nagyon hasznosnak találtam a fűtésvezérlő áramkör megtervezésében.

A PCBWay -től rendeltem a nyomtatott áramköri lapokat, a Mouser -től külön az elektronikus alkatrészeket, és a költségtakarékosság érdekében magam szereltem össze a NYÁK -okat. Forrasztópaszta -adagolót használtam, az alkatrészeket kézzel helyeztem el, és forrasztottam infravörös IC -fűtővel. Azonban a viszonylag nagy mennyiségű alkatrész és a szükséges átdolgozás miatt ez meglehetősen fárasztó volt, és fontolóra veszem, hogy a jövőben összeszerelési szolgáltatást veszek igénybe.

A táblafájlok ismét megtalálhatók a GitHub -on. Itt megtalálhatja a NYÁK továbbfejlesztett változatát, amely USB-C csatlakozót használ a mikro USB helyett. Javítottam a DHT22 érzékelő furatának távolságát, és hozzáadtam egy 10 tűs csatlakozót a rendszerbetöltő könnyebb villogásához a J-Linken keresztül.

3. lépés: CircuitPython rendszerbetöltő

Eleinte az Adafruit Trinket M0 -ján alapuló UF2 rendszerbetöltővel villantottam a SAMD21 -et. A rendszerbetöltőt kissé módosítani kellett, mert a Trinket egy LED -et csatlakoztatott az egyik tűhöz, amelyet fűtésre használok. Ellenkező esetben ez a csap rövid ideig magas lesz a rendszerindítás után, és teljes erővel felmelegíti a csatlakoztatott szegmenst. A rendszerbetöltő villogása úgy történik, hogy egy J-Linket csatlakoztat az MCU-hoz az SWD és SWC portokon keresztül. Az egész folyamatot részletesen ismertetjük az Adafruit weboldalán. A rendszerbetöltő telepítése után az MCU -t flash meghajtóként ismeri fel, amikor a mikro -USB -porton keresztül csatlakozik, és a későbbi rendszerbetöltők egyszerűen telepíthetők az UF2 -fájl meghajtóra húzásával.

Következő lépésként egy CircuitPython rendszerbetöltőt akartam telepíteni. Mivel azonban a táblám sok olyan érintkezőt használ, amelyek nincsenek csatlakoztatva a Trinket M0 -hoz, először kissé módosítanom kellett a kártya konfigurációját. Ismét van egy nagyszerű oktatóanyag ehhez az Adafruit weboldalán. Alapvetően csak ki kell írni néhány figyelmen kívül hagyott gombot az mpconfigboard.h -ban, majd mindent újra kell fordítani. Az egyéni rendszerbetöltő fájlok a GitHubon is elérhetők.

4. lépés: CircuitPython kód

A CircuitPython rendszerbetöltő telepítése után egyszerűen programozhatja a táblát úgy, hogy a kódot code.py fájlként közvetlenül az USB flash meghajtóra menti. Az általam írt kód kiolvassa a DHT22 érzékelőt, majd felváltva megjeleníti a hőmérsékletet és a páratartalmat a megfelelő szegmensek melegítésével. Amint már említettük, a fűtés a MOSFET -ek PWM jellel történő kapcsolásával történik. Ahelyett, hogy a csapokat PWM kimenetként konfiguráltam volna, "hamis" PWM jelet generáltam, alacsony, 100 Hz -es kapcsolási frekvenciával a kódban késleltetések segítségével. Az áramfogyasztás további csökkentése érdekében nem egyszerre, hanem egymás után kapcsolom be a szegmenseket, amint azt a fenti sematika mutatja. Van néhány trükk is, hogy egyenletesebbé tegye a szegmensek melegítését. Először is, a munkaciklus minden szegmensben kissé eltérő. Például a "%" jel kötőjele sokkal nagyobb működési ciklust igényel a nagyobb ellenállás miatt. Azt is megállapítottam, hogy a szegmenseket, amelyeket sok más szegmens vesz körül, kevésbé kell fűteni. Ezenkívül, ha egy szegmenst az előző "futás" során felmelegítettek, akkor a következő ciklus csökkenthető. Végül a fűtési és hűtési időt a környezeti hőmérséklethez igazítják, amelyet a DHT22 érzékelő kényelmesen mér. Az ésszerű időállandók megtalálásához valójában kalibráltam a kijelzőt egy klímakamrában, amelyhez szerencsére hozzáférhetek a munkahelyemen.

A teljes kódot megtalálod a GitHub -on.

5. lépés: Összeszerelés

A kijelző összeszerelése meglehetősen egyszerű, és a következő lépésekre osztható

1. Forrasztó hüvelyes csatlakozófej a fűtőlaphoz
2. Rögzítse az öntapadó termokróm lemezt a fűtőlapra
3. Forrasztja a DHT22 érzékelőt a vezérlő NYÁK -ra, és rögzítse M2 csavarral és anyával
4. Forrasztó hüvelyes fejlécek a vezérlő NYÁK -hoz
5. Csatlakoztassa mindkét NYÁK -t, és helyezze 3D nyomtatott állványba

6. lépés: Kész projekt

Nagyon elégedett vagyok a kész diplay -el, amely most folyamatosan fut a nappalinkban. A cél, hogy eredeti, termokróm kijelzőm kisebb, egyszerűbb verzióját készítsem, határozottan megvalósult, és ezúton is szeretném megköszönni DmitriyU2 felhasználónak a javaslatot. A projekt segített abban is, hogy fejlesszem a PCB tervezési készségeimet az Eagle -ben, és megtanultam a MOSFET -ek kapcsolóként való használatát.

Lehet, hogy tovább lehetne javítani a tervezésen, ha egy szép burkolatot készítenek a NYÁK -okhoz. Gondolkodom azon is, hogy hasonló stílusban készítsek digitális órát.

Ha tetszik ez a projekt, akkor csak remake -elheti, vagy megvásárolhatja a Tindie boltomban. Azt is fontolja meg, hogy rám szavaz a NYÁK tervezési kihívásban.

Bírói díj a PCB Design Challenge versenyen