Носимые устройства с водяным охлаждением: 6 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Некоторые из вас могут вспомнить мой 5-минутный USB-кулер для запястий - проект, который использовался для охлаждения моего тела без необходимости потеть. Обратной стороной этого было то, что это длилось всего около 5 минут. Благодаря спонсорской поддержке DFRobot я смог увеличить это время примерно до трех часов и охладить не только мое левое запястье.

В этом проекте использовалось охлаждение воды в алюминиевом блоке с помощью модуля Пельтье и вентилятора ПК, а затем ее проталкивание по трубке с помощью насоса постоянного тока. Они питаются от перезаряжаемых литий-ионных батарей, которые можно заряжать от установленной на задней панели солнечной панели. Трубка Liquid Cooling Wearable предназначена для ношения под облегающей майкой для максимального контакта с кожей. Используя Dfrduino, я даже добавил автоматический регулятор температуры, который использует DHT22 для активации носимого устройства.

Скоро появятся фотографии со мной в нем (версия 2), а пока приступим!

Шаг 1. Инструменты и материалы

Для этого проекта вам понадобятся (все они открываются в новых вкладках автоматически):

Повышающий преобразователь

DFRduino Uno Rev3

Водяной насос 12VDC

Контроллер заряда солнечной батареи 12VDC

Умное многофункциональное зарядное устройство

Комплект вентилятора Пельтье

5/16 виниловые трубки

Провода перемычки (для тестирования)

Макетная плата (для тестирования)

Литий-ионные аккумуляторы

Внешний аккумулятор Аккумулятор

Мультиметр

Датчик температуры и влажности DHT-22

Солнечная панель мощностью 5 Вт

Шаг 2: Сборка охлаждающего устройства

Сначала покройте алюминиевый охлаждающий блок термопрокладкой, термопастой или термопастой. Не кладите слишком много, так как это затруднит процесс теплопередачи. Теперь прикрепите модуль Пельтье стороной с этикеткой не к вам.

Во-вторых, убедитесь, что комбинация радиатора и вентилятора работает. Накрутите вентилятор на радиатор и включите его. Нижняя часть радиатора должна быть немного холоднее окружающей среды, но не слишком сильно, поскольку вентилятор сейчас просто выдувает воздух. Если работает, переходите к следующему шагу.

Наконец, смажьте другую сторону элемента Пельтье и приклейте его к радиатору. Теперь ваш алюминиевый блок будет охлаждать воду, которая будет течь через него, а вентилятор, прикрепленный к Пельтье, избавится от лишнего тепла. Я использовал клейкую ленту, чтобы усилить механическое соединение, но в этом нет необходимости. Теперь мы готовы подключить его к насосу и резервуару с помощью нашей трубки. Соедините два провода в один, чтобы упростить электромонтаж. Это компоненты для сильноточного рисования 12 В, поэтому обязательно используйте провода большого сечения.

Шаг 3: насосы и сантехника

Электроника насоса

Насос поставляется со стандартной вилкой с оголенными проводами на конце. Припаяйте эти провода к повышающему преобразователю, так как наше стандартное напряжение в 5 вольт его не режет. Мы будем использовать бустер, чтобы получить 11 В постоянного тока от наших батарей. С другой стороны припаиваем USB-кабель. С помощью потенциометра установите выходное напряжение примерно на 11 вольт. Насос рассчитан на 6-12 В, но я решил остаться в безопасности с 11, а также не слишком нагружать повышающий преобразователь, поскольку он не имеет дополнительного радиатора. Проверьте свою электронику, подключив насос и погрузив его в воду. Он должен быть включен.

Резервуар и трубки

Для хранения воды для системы я использовал алюминиевую банку диаметром 2 дюйма. Я попытался использовать 2-дюймовую трубу из ПВХ, но она оказалась слишком толстой для насоса, поэтому мне пришлось либо подпиливать насос, либо сбрить всю внутреннюю часть. Труба ПВХ. В следующей версии обновлю проект на PVC. Подсоедините к нему трубку, которая идет в комплекте с помпой, а затем к алюминиевому блоку. Используя виниловую трубку, подсоедините другую сторону алюминиевого охлаждающего блока и прикрепите липкой лентой к внутренней части резервуара для воды (в данном случае - алюминиевой банке). Как только это будет сделано, проверьте свою помпу внутри бака, наполнив ее и включив. Это также важно сделать для проверки на утечки.

Шаг 4: охлаждение, код и схемы

Охлаждение

Используя Dfrduino, вам нужно будет установить минимальный температурный индекс, чтобы активировать комбинированное охлаждение Пельтье и вентилятором. Сделаем это с помощью недорогого, но надежного датчика температуры и влажности DHT22. Я буду использовать аналоговый вывод 0 для провода данных, но вы можете использовать другой, если хотите. Подключите VCC и GND к соответствующим точкам на Dfrduino. Это даст нам информацию, но ничего не сделает само по себе. Чтобы включить (и выключить) созданное нами охлаждающее устройство, нам нужно настроить реле для электромеханического включения и выключения питания. У меня есть только реле на 12 В, а на выходе Arduinos максимум 5 В, поэтому я использую повышающий преобразователь, чтобы повысить напряжение с 5 до 12 В для его активации.

Схема

Вышеупомянутая схема питается от солнечной энергии с помощью солнечного контроллера DFRobot Sunflower. Он принимает входной сигнал от моей фотоэлектрической панели 12 В (5 Вт) и регулирует его до пригодных для использования напряжения и тока. Интеллектуальное многофункциональное зарядное устройство от DFRobot также использует его для зарядки батарей, показанных на изображении, но также служит источником энергии для обеспечения работы охлаждающего устройства.

Код

Ссылка на код для триггера индекса температуры.

Скопируйте и вставьте код в Dfrduino, чтобы вентилятор (и, соответственно, модуль Пельтье) включился, если он достаточно горячий.

Шаг 5: как это работает

Как и в других моих сборках Пельтье, термоэлектрический охладитель получает заданное напряжение (в данном случае 12 вольт) и перекачивает тепло от одной стороны модуля к другой. Это резко охладит одну сторону керамического квадрата и нагреет другую сторону. Чтобы предотвратить повреждение нашего компонента из-за обратного распространения тепла, мы должны использовать активное охлаждение в виде большого радиатора и вентилятора. В этом проекте холодная сторона используется для отвода тепла от воды, проходящей через алюминиевый блок, а затем используется насос постоянного тока, который проталкивает его по телу пользователя с помощью виниловой трубки. Чтобы усилить контакт с кожей, поверх нее надевают обтягивающую рубашку.

Чтобы сэкономить немного энергии в наиболее энергоемких частях, вентилятор и элемент Пельтье отключаются, если становится слишком холодно (например, вы заходите в помещение). Dfrduino подключается к повышающему преобразователю, чтобы включить реле и запитать охлаждающий узел, если и только если это подтверждают данные датчика температуры и влажности DHT22.

Шаг 6: Особая благодарность DFRobot

Это был довольно большой проект, поэтому я рад, что меня спонсировала DFRobot. Отличное качество продукции и как всегда быстрая доставка. Посетите их магазин здесь.