热致变色时钟

由热致变色液晶片和自制 PCB 板创建

Cherry

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项目状态:已完成
开放度:公开
所属分类:电子
发布时间:2022-01-20
最近更新:2022-01-24

详细说明


热致变色液晶片是一种很神奇的材料,随着温度的变化,热致变色液晶片能呈现出颜色的变化。

用这种材料 DIY 一台时钟,数字的显示、变化过程尤为奇特!

时钟采用四位七段显示,小时和分钟垂直排列,略有偏移。每个部分都含有控制器 PCB 同时配有一块热致变色液晶片,控制器加热时晶片就会改变颜色。

https://www.bilibili.com/video/BV1aq4y1w7k8/ (下方视频如无法显示请点此链接查看)

链接表


文件库

Thermochromic-Clock-Frame-main.zip
[1260579 Bytes at 2022-01-23, 4 次下载]



教程

组件清单

显示段 PCB X 28
控制器 PCB X 1
350x450mm 热致变色液晶片(30-35°C) X 若干
280x350x20mm 铝制外框 X 1
280x350x2mm 黑色氧化铝板 X 1
5mm PCB 垫片 X 56
30cm JST PH 杜邦电缆 X 28
5V 5A 电源 X 1
烙铁 X 1
热熔胶枪 X 1
工具刀 X 1

定制 PCB


显示段 PCB 板是在 KiCAD 中设计的。它是一个两层 PCB 板,顶层带有伴热电线,底部带有 JST PH SMD 型连接器。底部带有丝网印刷的 PCB 垫片,这些垫片稍后会连接到铝板上。我购买的是带有黑色阻焊层的 PCB。

1、使用焊枪连接至连接器。

2、使用热熔胶枪将两个 PCB 支架粘在 PCB 上。

3、将热致变色液晶片粘在顶部,并使用工具刀切割剩余的箔片。

定制的 PCB 板的文件可在本项目文件库中下载:
https://make.quwj.com/project/416

控制器 PCB


控制器 PCB 也是在 KiCad 中设计的。它基于 WEMOS D1 mini ESP8266 板,并使用 74HC595 移位寄存器连接到 n-channel MOSFETs 来加热。它们通过公排针连接到控制器 PCB。

其中还带有一个 DS18B20 温度传感器,以便根据环境温度来调整加热功率和时间。

控制器 PCB 的文件可在本项目文件库中下载:
https://make.quwj.com/project/416

时钟框架


时钟采用 280x350x20mm 铝制外框架。这个框架将连接到一个黑色氧化铝板定制板上,注意打孔时要小心处理,以便能够对齐。你也可以考虑采用 3D 打印的亚克力板,厚度大概 2mm,整体质感会比铝制版的更美观。

框架的文件可在本项目文件库中下载:
https://make.quwj.com/project/416

组装


1、整体框架由四个铝制材料组装而成,将一侧打开,放入前板和背面板,使用 PCB 支架将这些部分固定在铝板上。

2、将电线连接到每个部分。使用 PCB 支架将控制器 PCB 粘在铝板背面。
3、使用扎带固定电线,在背面板上开一个孔将电源线穿过。

4、在底部添加了个人标记。

代码原理说明

1、ESP8266 从 NTP 服务器获取当前时间,并通过加热相应的部分来显示时间。

2、每个部分的电阻约为 6 欧姆,当 5V 供电时,每段的电流约为 1A。为了减少总电流消耗,每一部分使用软件 PWM 加热。下一次,我将使用具有 PWM 功能的移位寄存器(例如 PCA9685)来实现。

3、获得适量的加热功率并不容易,占空比需要根据 DS18B20 测量的环境温度进行不断的调整。为了使所有部分均匀加热,未激活的部分会以更高的占空比加热。

在视频中可见,最后一个数字不能非常清楚显现,因为所有部分都需要相当长的时间才能达到热平衡。目前这个版本在每个部分都连接了一个温度传感器,以便始终达到相同的温度。

可以得出的结论是时钟消耗的电源大于3A,因此电源使用 5A。

代码文件可在本项目文件库中下载:
https://make.quwj.com/project/416

可改进的部分


完成代码部分后,时钟就完成了。

后期,我可能会制作另一个版本,其中每个部分都包含一个温度传感器。可以使每个部分与前板保持平整,同时用整块的液晶片覆盖,但这肯定会导致“褪色效应”。