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Ebbene si, prima di cimentarci nella costruzione vera e propria ho pensato che fosse propedeutico farlo “a pezzi”, in modo da poterlo riportare su una breadboard e costruirselo piano piano senza dover saldare o perdere componenti.

Se non avete BreadBoard potete acquistarla qua LINK e vi converrà anche comprarvi un kit di cavetti dupont e ponticelli. Vi conviene prenderli sia Femmina Femmina – LINK che Maschio Maschio – Link

Andiamo a iniziare. Ho scritto tutto in un unico lungo articolo, onde evitare di spezzettare troppo il discorso. In questo modo vi basterà consultare questa pagina per poter creare la vostra base sperimentale e avere tutto l’esploso del progetto in unica soluzione…puff puff..pant pant.

ALIMENTAZIONE

Il circuito è progettato per essere alimentato con una comune 12V da una batteria d’auto, essendo considerato uno strumento “da campo”

Ho previsto un led per “segnalarci” che il circuito è alimentato, al cui “capo” vi è installata una resistenza da 470 ohm. Inoltre è presente un interruttore ON OFF, come si vede dal circuito che vi allego e che potete già iniziare a riprodurre su breadboard di progettazione

Molto semplicemente, abbiamo in entrata direttamente da Batteria, la 12V. Il collegamento prevede un interruttore a una via. Dopodichè partono tre pieste

a) una per alimentare il led a cui va collegata una resistenza da 470 Ohm che si accenderà quando si agisce sull’interruttore di ON

B) una pista andrà ad alimentare Arduino nel pin VIN.

c) una terza pista andrà invece ad alimentare il circuito da cui otterremo la 5V come nella prossima immagine.

Fatelo, usate un tester per verificare le tensioni in circolazione,  provatelo un attimo e proseguiamo.

CIRCUITO 5V

Abbiamo detto all’inizio di questa serie di articoli che il dispositivo può alimentare anche apparecchiature a 5V, purchè non superino 1,5 ampere giusto? Bene…avevo due strade per fornire la 5V. La prima era prenderla direttamente da arduino e togliermi il problema di creare il circuito. La seconda invece era ottenerla partendo dai 12V e trasformandola. Ho scelto la seconda strada, piu complicata, per poter garantire almeno 1,5 ampere di assorbimento, in quanto arduino non raggiunge tale corrente. Certo, 1,5 ampere non sono un’enormità, ma nemmeno pochi se pensiamo che potremmo alimentarci un caricabatterie USB per cellulari. Se comunque vogliamo avere ancora piu ampere, basta prendere altre versioni del LM7805 che arrivano fino a 2 ampere e qualcosina in piu (vi rimando alla ricerca in rete). E’ raccomandabile inserire un dissipatore, da acquistare insieme all’integrato, che trovate nelle pagine che vi ho segnalato nell’articolo “La lista della spesa”.

Bene, iniziamo. Questo è il circuito:

Vediamolo in dettaglio…presa la 12V, il primo componente che incontriamo è un condensatore elettrolitico da 10uf. Questi condensatori hanno una polarità quindi collegateli nel verso giusto (dovete osservare il piede piu lungo che sarebbe il + oppure la banda laterale che indica il )

La linea del positivo prosegue il suo cammino e trova il cercamico 104 (questi non hanno polarità) e arriva al primo piedino dell LM7805.

Collegare l’integrato è semplice:

  1. Il primo piedino va collegato al positivo +12v
  2. il secondo piedino va collegato al –
  3. dal terzo piedino avremo la +5v

Un uscita dal terzo piedino si replicherà la configurazione dei condensatori come nel passaggio precedente, dove l’elettrolitico stavolta sarà da 1uf e non 10uf. Prelevate dai capi la +5v e collegateci un’uscita (può essere USB o un plug o quello che volete voi)

Questa circuiteria ci fornirà anche alimentazione per lo schermo LCD, per le pulsantiere, per il sensore di temperatura. In questo modo non stresseremo  arduino.

Usate un tester per osservare che venga fornita correttamente la 5V.

LO SCHERMO LCD

Come abbiamo visto nella lista della spesa, lo schermo LCD previsto è quello Seriale, quindi con 4 pin di collegamento. La configurazione è semplicissima, basta osservare la parte dietro dell’adattatore seriale posto sul LCD e si intuisce già:

Dove

  1. GND  è Ground
  2. VCC è +5V (e la prendiamo dal circuito che abbiamo creato)
  3. SDA va al pin A4
  4. SCL va al pin A5

Nota: anche se posso prelevare la +5v dal circuito, qualsiasi componente deve essere collegato al GND DI ARDUINO altrimenti ovviamente non funziona

Vediamolo in schema:

Ora colleghiamo il sensore NTC di Temperatura

IL SENSORE DI TEMPERATURA NTC

Il sensore di temperatura NTC o “Termistore” è un componente che varia la sua resistenza al variare della temperatura. Ve ne sono di diverse forme e modelli ma uno degli aspetti piu interssanti è che ne vengono prodotti di ogni forma e dimensione e questo fa al caso nostro perchè nella versione FLAT per PC è veramente sottile e si può inserire ovunque.

Ve ne sono di due tipi:

  1. Tipo “A” che all’aumentare della temperatura aumenta la resistenza
  2. Tipo “B” che all’aumentare della temperatura diminuisce la resistEnza

A noi servono quelli del tipo A, che sono quelli comuni. Normalmente se sono del tipo “B” viene indicato nella descrizione del prodotto. Comunque sia provatelo con un tester, è la cosa piu semplice.

La logica di funzionamento è molto semplice, si tratta di effettuare una lettura della tensione su un pin analogico e rapportare poi questa alla temperatura, lo vedremo nello schetch. Ricordatevi sempre che la +5V possiamo prenderla dal circuito che abbiamo creato, mentre la GND va collegata ad Arduino con una resistenza da 10Kohm. Il pin analogico utilizzato per la letttura è A0

PWM E ALIMENTAZIONE PELTIER

Arriviamo ora al punto piu complesso del sistema, o meglio quello che mi ha dato piu problemi.

Logica di funzionamento:  La faccio breve: applicando una tensione sul Gate di un transistor N-Enhancement, posso permettere il passaggio di corrente tra Gate e Source. Trovate un bell’approfondimento a questo LINK cosi mi evito di scrivere mille cose ed evito anche di affrontare argomenti di cui non sono padrone al 100% per poterli correttamente spiegare (il sito è proprietario anche dell’immagine inserita qua sopra).

L’importante è che questo componente sia un Logic Level. Io sono riuscito a trovare il componente dentro un vecchio alimentatore per PC raccattato d’urgenza in un negozio a Forte dei Marmi un sabato pomeriggio, quando purtroppo s’è bruciato il componente che avevo inserito in precedenza che era sbagliato. Ma ve ne sono altri, oltre a quello da me citato nella “lista della spesa” che vanno bene..sono indicati sempre al link appena citato

In parole povere, applicando un’onda quadra al gate del transistor, i Source e il Drain si chiuderanno lasciando passare corrente. Se questo avviene ad una frequenza di 488hz…cito..”e la commutazione è piuttosto frequente (qualche KHz) a causa della presenza di un induttore la corrente media è sostanzialmente costante e proporzionale al duty cycle del segnale sulla base del MOS.” Quindi tradotto in soldoni, posso ottenere un passaggio di tensione in scala da 0 a 12V a seconda di quanto è frequente il mio Duty Cicle.

Du Balle… Vediamo.

Ricordate che va inserita una resistenza da 10K0hm sul Ground (sempre collegato ad arduino), la 12V è presa direttamente dalla batteria e che il pin utilizzato per lanciare onde spaziali pwm è il pin D3.

E’ opportuno anche prelevare la 12V per la ventola che dovrà sempre essere in funzione e non gestita via PWM, in modo da poter garantire la corretta dissipazione del calore generato dalla superficie calda della cella di peltier. Questa verrà collegata insieme alla peltier tramite il cavo che costruiremo su porta COM, come spiegato nella “Lista della Spesa” alla apposita voce. Ovviamente la ventola dovrà essere 12V. Si veda l’immagine successiva per osservare la presenza della voce “ventola”. Nello schema è rappresentata da un PLUG perchè non ho trovato il corrispettivo simbolo.

 

I BOTTONI E IL LED DI STATO

Arriviamo infine alla conclusione di questa fase di progettazione su breadboard con questo semplice passaggio. Avremo 3 bottoni con queste funzioni

  • Pulsante di UP: il suo funzionamento è legato al pulsante di Automode. Se siamo n modalità manuale, questo pulsante aumenta la potenza erogata, su base percentuale. Se invece siamo in modalità Automatica, questo pulsante aumenta la temperatura selezionata
  • Pulsante di DOWN: il suo funzionamento è legato al pulsante di Automode. Se siamo n modalità manuale, questo pulsante diminuisce la potenza erogata, su base percentuale. Se invece siamo in modalità Automatica, questo pulsante diminuisce la temperatura selezionata
  • Pulsante di AUTOMODE ON OFF: stabilisce il funzionamento dei pulsanti di cui sopra.
  • LED DI STATO: quando siamo in modalità Automode ON si accende, quando siamo in modalità Auotmode OFF, si spegne.

Il collegamento dei bottoni è il classico che si vede i ogni schema di Arduino….abbiamo la 5V su un capo del pulsante, GND di arduino sull’altro capo con resistenza da 10 K0hm, e sempre sullo stesso viene collegato il PIN che dovrà effettuare la lettura.

Per il led valgono le stesse condizioni, salvo che la 5V non è presa esternamente ma viene fornita dal PIN di Arduino.

I pin utilizzati sono

  • D4 = UP
  • D5 = DOWN
  • D6 = AUTOMODE
  • D7 = LED

 

 

Nota: se volete dotare il dispositivo di uscite ausiliarie 12V basta stendere due cavi a partire dall’interruttore e collegare un plug.

Direi che ci siamo. Ora non vi rimane che stendere questo circuito, nel prossimo articolo  iniziamo a vederne lo schetck da inserire.

Buon Lavoro e chiedete se non è chiaro o segnalate se trovate incongruenze.

 

Bene. Come anticipato nella parte 1, adesso diamo un’occhio alla lista della spesa.

Per replicare il progetto “Controller per Peltier” ci serve il seguente materiale:

N.1 Switch ON/OFF da pannello a una via

Acquisto

N.2 Led (colore a piacere)

 

N. 1 Arduino Nano

Scelgo la versione NANO per questioni sia di costi che di comodità

Sono molto piccoli, costano pochissimo (si trovano a 2 euro su ebay o poco piu ed hanno

lo stesso funzionamento e piedinatura di quelli originali)

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N.1 LM 7805

Questo integrato serve per fornire la 5V in uscita  e volendo anche per alimentare Arduino (io alla fine lo alimento con la 12V che va bene uguale) o per alimentare lo schermo LCD. E’ utile, nel caso si voglia inserire ulteriori opzioni sulle ventole di raffreddamento (alcune girano a 5V) oppure se si volesse collegare un hub USB considerando però che LM7805 di cui fornisco link NON FORNISCE piu di 1,5 Ampere. SE ne trovano anche piu performanti, l’importante è che sia sempre LM7805.

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N.2 Condensatori Ceramici 104
N.2 Condensatori Elettrolitici da 1 uf e 10 uf
N.1 schermo LCD con interfaccia seriale

L’interfaccia seriale di un LCD è un dispositivo che permette di ricevere segnali da un canale Bus. Questo significa ad esempio che anzichè utilizzare tutti i piedini dell’LCD e connetterli ad Arduino con notevole dispendio di pin, l’LCD esce con 4 soli pin  (+,-,SDA,SCL).  Sda e SCL sono i canali di comunicazione e vanno impostati OBBLIGATORIAMENTE sui pin A4 e A5 di Arduino, gli unici in grado di trasmettere come Bus. Quindi tolti il + e il -, i pin che si utilizzano con questa configurazione seriale sono solo 2. Mica male eh?

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N.3 Pulsanti da pannello, due neri e uno rosso

Questi sono ovviamente i pulsanti per l’Automode e l’inserimento dei valori di temperatura o Potenza da erogare. E’ importante che siano da pannello perchè vanno inseriti nel coperchio.

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N.1 Sensore NTC da 10Kohm FLAT.

Si tratta di sensori NTC comunemente usati per monitorare le temperature dei processori. E’ stato scelto questo in quanto molto molto sottili e particolarmente sensibili. Il costo è accessibile, se ne trovano a partire da 2 euro (cercati pochi giorni fa). Questi sensori è possibile posizionarli praticamente ovunque soprattutto inserirli in fessure, plastiche, tra due superfici adiacenti etc.etc.

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N.1 Mosfet Logico N-Channel sigla CEP603/AL

Questo è uno dei componenti piu importanti perchè è da qui che verrà data continuità al circuito da 12V di alimentazione alla peltier tramite l’utilizzo in modalità ON/OFF del transistor che avviene per impulsi di 5V generati dai pin di Arduino. In pratica, il mosfet rilevando i 5V dal pin, chiuderà il circuito e lascerà passare la 12V alla peltier. Il segnale dal pin di arduino però non arriverà in maniera continuativa, ma ad impulsi in onda quadra (ad una frequenza  intorno ai 488 Hz ) pertanto causerà rapide chiusure del circuito limitando cosi la reale corrente erogata. Vedremo meglio poi..l’importante è che il transistor sia logico.

NOTA: vanno benissimo anche quelli indicati al seguente LINK di cui consiglio la lettura approfondita! Quello che ho inserito qua l’ho trovato su un vecchio alimentatore da PC e non è detto che sia di facile reperibilità

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N.1 Conneettore Femmina da pannello 3.5 mm(quelli per cuffie) + il Maschio

Questi ci serviranno per connettere il sensore di temperatura NTC che quindi sarà scollegabile dal controller.

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N.1 Porta Com completa (Maschio e Femmina da pannello)

Ho scelto questa soluzione per alimentare la ventola e la peltier. In questo modo viene del tutto evitata la possibiltà di invertire cavi (se saldato con la piedinatura giusta). La Com si può isnerire solo in un verso, e quindi non sarà possibile invertire i collegamenti tra piu  e meno. In buona sostanza si tratterà di costruire poi un “polipo” che culmini in una porta com, ma con un polipo solo si alimenta tutto il sistema di raffreddamento.

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N.2 Connettori a vite da PCB a due Vie

Soluzione opzionale e rapida per connettere i cavi di alimentazione durante le fasi di test. Io mi ci trovo bene e li inserisco sempre, ma se volete potete evitarvi questa spesa (circa 0.5 a connettore) e saldare i cavi direttamente sulla board.

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N.3 Connettori da 2.5 mm da pannello

Anche questi possono essere opzionali, dipende da voi come volete collegare le alimentazioni ausiliarie in uscita e l’alimentazione in entrata. Io uso questi perchè sono quelli che vanno per la maggiore e si trovano su molti dispositivi (tipo Eq6, CCD, alimentatori tramite accendisigari etc.etc.)

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N.4 Stripline Femmina da PCB

Meglio usarle. In questo modo si può “zoccolare” arduino e rimuoverlo molto semplicemente qualora si voglia rifare la scheda da zero a causa di errori o integrazioni nella circuiteria. Io sono solito operare in questo modo…

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N.1 Basetta presensibilizzata da 10×16

Questa dipende poi dal metodo che utilizzate per stampare i circuiti. SE usate il BROMOGRAFO allora ci vogliono quelle presensibilizzate. Sennò va bene qualsiasi piastra ramata o preforata o quel che volete….

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N.1 Contenitore da 15x20x6 o giu di li

Prendete le misure…non è che devo dirvi tutto io eh.

N.5 resistenze dei seguenti valori:

N.3 da 10 Kohm per i pin dei pulsanti

N.1 da 10 Kohm per il pin del sensore NTC

N.1 da 10 Kohm per il pin del PWM

N.1 da 470 ohm per il led di alimentazione

N.1 da 100ohm per il led indicatore di Automode

Ovviamente a tutto questo vanno aggiunti: la peltier (per questo progetto, obbligatoria a 12V), il dissipatore, la ventola.

Bene.

Come materiale “di consumo” vi servirà poi guaina termorestringente, fili vari da 1mm di diametro, stagno, saldatore, cloruro ferrico per sciogliere la basetta e tutto quanto necessario per lavorare comodi. Detto questo, con tutta quella roba, il progetto “si fa”.

Tutto quello indicato qua è normalmente e facilmente reperibile online, inutile dire che il consiglio è quello di fare un ordine unico da un fornitore di elettronica in modo da limitare le spese ma a conti fatti con meno di 40 euro dovreste starci comodamente dentro.

Alla prossima vediamo di iniziare a muovere i primi passi nel progetto con la spiegazione del PCB, mentre voi penserete a procurarvi il materiale.

A presto!

 

 

Buttiamola lì, con una Peltier 😆 

Nell’estate del 2016 insieme ad un mio grande amico abbiamo affrontato insieme un progetto homemade per raffreddare una reflex. Lui ha gestito tutta la parte meccanica di trasmissione del freddo (e non parlerò di questo nel tutorial perchè fa parte di un contesto che non ho dovutamente approfondito, ma lascio a lui lo spazio nel caso abbia intenzione di scrivere) mentre io ho gestito la parte elettronica.

Ne è scaturito un progetto interessante, niente di particolarmente complesso, che voglio rendere libero in tutte le sue parti. Il perchè è presto detto…io non essendo un esperto di questa materia ma un semplice smanettone, ritengo che mettere online un progetto significhi anche dare la possibilità ad altri di completarlo, migliorarlo, espanderlo, etc.etc. Motivo per il quale io non solo mi limiterò a spiegare l’insieme e vederne la costruzione nel dettaglio, ma fornirò anche i codici sorgenti del firmware che ho scritto, il PCB da stampare, i file originali creati con Fritzing (software di progettazione semplicissimo) e i datasheet di alcuni componenti in modo che chiunque possa provarlo a casa, costruirselo, migliorarlo.

Certo, se avete intenzione di migliorarlo o riuscite a trovare soluzioni piu efficaci, chiedo semplicemente di darmene comunicazione in modo da rendere disponibile ad altri il progressivo miglioramento rendendo cosi tutto questo un bel lavoro “di insieme”.

Rimane inteso che, anche se è odioso dirlo, dovete sapere ciò che fate e io non sono responsabile per qualsiasi danno derivante da errori nel progetto o incuria di costruzion eetc.etc. Insomma..fatelo con la testa e il cervello attivo.

Bene iniziamo.

OBIETTIVO  DEL PROGETTO

Il progetto che ho sviluppato permette di:

a) Fornire alimentazione alla Peltier

b) Termostatare una reflex

c) Porsi come controller per un CCD raffreddato  non termostatato (esempio, la Orion G3 che ha una peltier a delta T fisso e renderlo a delta T variabile e gestibile (con il quale è anche possibile farsi una libreria di dark!)

d) Fornire 12V esterna per utilizzi ausiliari di apparecchi elettronici da 12V (ad esempio il CCD che volete termostatare cosi con un solo apparecchio alimentate sia peltier che CCD)

e) Fornire 5V in esterna per utilizzi ausiliari di apparecchi elettronici da 5V (esempio, potete inserire una presa USB per ricaricarvi il cellulare) oppure alimentare un Hub USB

f) Consentire una doppia modalità di funzionamento:

  1. Manuale: permette di gestire manualmente la potenza da erogare alla peltier e sviluppato su base percentuale (10%, 20% etc.)
  2. Automatica: permette di impostare una temperatura voluta e controllare quindi la potenza erogata alla peltier modulandola in base al raggiungimento della stessa, per step

g) controllare, ovviamente, lo stato di funzionamento del sistema a colpo d’occhio, sia con indicatore LED per il tipo di modalità utilizzato, sia tramite uno schermo LCD che riporta i valori

h) Consentire un risparmio sulla batteria, che in questo modo non dovrà fornire costantemente la massima potenza alla peltier ma appunto modulare i consumi, diminuendoli nell’arco dell’intera sessione.

Finisco questa prima parte di spiegazione con un video esemplificativo, forse piu chiaro di mille parole

 

Pronti a Incominciare? Alla prossima con la lista della spesa!