Svetelektro.com

Svetelektro.com

Meno:
Heslo:

Autochladnička s peltierovým článkom

Kategória: Mikroprocesory | 06.05.2012 | Autor: zawin 

Realizácia autochladničky riadenej mikrokontolérom ATmega8
Blíži sa čas letných mesiacov a s nimi sú spojené aj rôzne akcie ako stanovačky, grilovačky a pod. Často sa stretávame pri takýchto akciách s problémom ako uskladniť potraviny tak aby nám vydržali dlhšiu dobu. Preto som sa rozhodol postaviť si vlastnú autochladničku s peltierovým článkom riadenú mikrokontrolérom ATmega8.

Konštrukcia krabice

Chladnička je zhotovená s tvrdeného (exdurovaného) polystyrénu hrúbky 3cm. Tento polystyrén má vynikajúce izolačné vlastnosti, čo som si predtým overil najmä s balónových projektov. Pri výrobe som si najskôr narezal jednotlivé časti krabice a zlepil som ich duvilaxom (biele lepidlo na drevo) a následne dotiahol samoreznými skrutkami. Toto lepidlo sa mi osvedčilo najlepšie, pretože iné lepidlá mi polystyrén rozpúšťali. Na vrchnú odnímateľnú časť som umiestnil na seba dve vrstvy polystyrénu tak, aby vnútorná vrstva zapadla do krabice a minimalizovali sa úniky tepla. Moja autochladnička má rozmery rozmery 30x40x30cm.


Konštrukcia krabice autochladničky

Peltierov článok

Peltierov článok je polovodičový prvok, ktorý funguje ako malé tepelné čerpadlo. Po pripojení nízkonapäťového zdroja na Peltierov článok začne teplo prechádzať z jednej strany článku na druhú. Tým pádom a jedna strana modulu začne ochladzovať, kým druhá sa začne zohrievať. Je dôležité spomenúť, že tento proces môže byť obrátený a pomocou Peltierových článkov sa dá získať elektrický prúd alebo po zmene polarity je možné zmeniť smer prechodu tepla cez článok. Takže Peltierov článok a dá použiť na chladenie, ohrev aj výrobu elektrického prúdu. V našom prípade budeme teda peltierov článok využívať na chladenie potravín v chladničke.


Štruktúra peltierového článku

Peltierov článok má relatívne malú účinnosť (okolo 30%) a to pri nulovom rozdiely teplôt. Čím sa rozdiel teplôt zväčšuje, tým sa zväčšuje i tento pomer a znižuje sa účinnosť. Ja som meraním zistiť, že ešte rozumná účinnosť na odvod tepla s chladničky sa mi podarila pri rozdiely teplôt 30°C. To znamená, že čím nižšiu teplotu chceme dosiahnuť v chladničke tým musíme znížiť teplotu na teplej strane. Preto netreba tento fakt zanedbávať a treba zabezpečiť dostatočný odvod tepla z teplej strany peltierového článku aktívnym chladením a dostočným chladičom.

V mojom prípade som použil peltier s výkonom 136W ktorý som kúpil na cez ebay.com. Pri účinnosti 30% treba z teplej strany odviesť 90W tepla. To som zabezpečil rebrovaným chladičom rozmerov 150x200x15mm a dvoma ventilátormi. Na chladnú stranu som umiestnil menší chladič v ventilátorom ktorý zabezpečuje lepší presun tepla. Pri testoch chladničky sa mi podarilo dosiahnuť najnižšiu teplotu chladničky 5°C pri teplote teplej strany 40°C.

Konštrukcia zariadenia

Srdcom celého zariadenia je mikropočítač ATmega8 ktorý riadi všetky funkcie chladničky. Vstupnými prvkami sú tri tlačidla (UP,DOWN,ENTER), ktorými možno pohodlne nastaviť všetky parametre chladničky. Na zobrazovanie parametrov chladničky slúži displej 1x16znakov. Na získavanie teplôt potrebných pre správne chladenie slúžia senzory DS18S20. Na riadenie chladničky sú použité tri výstupy. Dva výstupy slúžia na pripojenie vonkajšieho a vnútorného ventilátora pričom rýchlosť vonkajšieho ventilátora je riadená cez PWM. Tretí výstup slúži na ovládanie výkonu peltierového článku pomocou PWM regulácie. Výkonový unipolárny tranzistor treba voliť s nízkym Rds(ON) aby sme minimalizovali tepelné straty. Ja som použil MOSFET IRF1010N ktorý má Rds(ON) 11mOhm. Pre zlepšenie efektivity riadenia peltierového článku doporučujem na výstup umiestniť LC filter ktorý zabezpečí konštantný neprerušovaný prúd do peltiera.

Napájanie celého zariadenia je s autobatérie pričom hodnota napätia je snímaná pomocou vnútorného AD prevodníka mikropočítača čo slúži na prípadne vypnutie chladničky pri nízkom stave batérie.


Schéma zapojenia riadenia autochladničky

Plošný spoj je vyrobený na jednostrannej doske plošného spoja a je prispôsobený pre umiestnenie v krabičke KM33.


Doska plošného spoja

Schému zapojenia a návrh plošného spoja vytvoreného v programe Eagle 6.1 si môžete stiahnuť tu.

Riadenie autochladničky

Riadenie autochladničky je zabezpečuje mikropočítač Atmega8, ktorý ponúka nasledovné možnosti:
- Nastavenie želanej teploty chladenia
- Nastavenie kritickej hodnoty napätia pre vypnutie chladničky
- Meranie teplôt studenej a teplej strany pomocou senzorov DS18S20
- PWM regulácia ventilátorov a peltierového článku
- Vypnutie chladničky pri dosiahnutí kritickej teploty chladiča
- Efektívne riadenie chladenia
- Ovládanie chladničky pomocou troch tlačidiel
- Zobrazovanie možností na znakovom displeji 1x16znakov

Proces chladenia

Po nastavení želanej teploty sa skontroluje či nastavená hodnota je nižšia ako vnútorná teplota. Ak áno začne proces chladenia. Počas tohto procesu je vonkajší aj vnútorný ventilátor nastavený na plný výkon. Na plný výkon je taktiež nastavený aj peltierový článok. Pokiaľ počas procesu chladenia bude rozdiel vnútornej a vonkajšej teploty viac ako 35°C začne sa znižovať výkon peltierového článku tak, aby sa ochladila teplá strana pod rozdiel týchto teplôt. Takéto riadenie je indikované príznakom „thermal“. Toto riadenie je potrebné s toho hľadiska že pri rozdiely teplôt viac ako 35°C je už účinnosť chladenia veľmi malá. Po dosiahnutí želanej teploty sa snaží riadenie o jej udržanie postupným znižovaním výkonu peltieru.

Pri procese chladenia sa taktiež neustále kontroluje vonkajšia teplota a napätie batérie. Pri dosiahnutí kritickej hodnoty napätia (možno nastaviť) sa vypnú ventilátory a peltierov článok. Proces chladenia začne znova pokiaľ napätia stúpne o 0,5V. Pri presiahnutí vonkajšej teploty nad 50C sa z hľadiska bezpečnosti vypne peltierov článok a vonkajší ventilátor sa zapne na 100% výkon. Proces chladenia začne až keď teplota klesne pod 45°C.

Nastavenie a zobrazenie parametrov autochladničky:
Jednotlivé parametre možno prepínať stlačením tlačidla ENTER.
Na jednotlivých obrazovkách sú teda zobrazené nasledovné parametre:
1. Nastavenie požadovanej teploty chladenia pomocou tlačidiel UP a DOWN. Nastavovací krok je 0,5°C.
2. Nastavenie kritickej úrovne napätia pri ktorom sa vypne chladnička. Nastavovací krok je 0,1V
3. Informácia o aktuálnej vnútornej teplote
4. Informácia o aktuálnej vonkajšej teplote
5. Informácia o aktuálnom napätí batérie
6. Informácia o stave PWM regulácie peltiera (0-max. výkon, 255-min. výkon)
7. Informácia o stave PWM regulácie vonkajšieho ventilátora (0 – min. výkon, 255 – max. výkon)
8. Informácia o thermal regulácií (ak rozdiel vonkajšej a vnútornej teploty presiahol hodnotu 35°C)
9. Informácia o stave batérie

Nastavenia ako aj funkčnosť chladničky možno vidieť na nasledovnom videu:


Zdrojový kód riadenia autochladničky si môžete stiahnuť ako projekt vytvorený v AVR studio 4 - zdrojaky.zip

Fotografie hotového výrobku





 

15.04.2013

MMC Datalogger

 3155   5  Hodnotenie: 4.2Hodnotenie: 4.2Hodnotenie: 4.2Hodnotenie: 4.2Hodnotenie: 4.2

09.05.2009

Autonómny mobilný robot Kyoto2

 14428   21  Hodnotenie: 4.51724137931Hodnotenie: 4.51724137931Hodnotenie: 4.51724137931Hodnotenie: 4.51724137931Hodnotenie: 4.51724137931

Priemerné hodnotenie: 5
Hlasov: 9

Vynikajúci

Zvoľte počet hviezdičiek:
Vynikajúci
Veľmi dobrý
Dobrý
Priemerný
Zlý



Za obsah komentárov je zodpovedný užívateľ, nie prevádzkovateľ týchto stránok.

Re: Autochladnička s peltierovým článkom (Hodnotenie: 1)
Od: Peťus - 06.05.2012
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu) http://www.chiptron.wz.cz
pěkná DPS, nechal sis dělat nebo děláš doma?
Re: Autochladnička s peltierovým článkom (Hodnotenie: 1)
Od: zawin - 06.05.2012
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu) http://svetelektro.com
 
Home-made vyroba :)
Re: Autochladnička s peltierovým článkom (Hodnotenie: 1)
Od: PeterKeral - 06.05.2012
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
 
pekna praca. bude to mať aj finalnu podobu alebo len tak z polystyrenu? neunika ti chlad cez horny poklop? ako vidim neni tam nijaka izolacia. ale elektroniku maš urobenu profesianalne to musim uznať.
Re: Autochladnička s peltierovým článkom (Hodnotenie: 1)
Od: zune96 - 09.05.2012
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
 
polystyren je na to najlepší

Re: Autochladnička s peltierovým článkom (Hodnotenie: 1)
Od: MaCrackster - 06.05.2012
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
poslednou dobou je to tu stale nejaka atmega :D
Re: Autochladnička s peltierovým článkom (Hodnotenie: 1)
Od: zawin - 06.05.2012
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu) http://svetelektro.com
 
Mam ich kopec :)

Re: Autochladnička s peltierovým článkom (Hodnotenie: 1)
Od: r1996x - 06.05.2012
Ved ATmega je super mikropocitac..
Re: Autochladnička s peltierovým článkom (Hodnotenie: 1)
Od: MaCrackster - 08.05.2012
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
 
no jasne ale do autochladnicky mikropocitac :D
Re: Autochladnička s peltierovým článkom (Hodnotenie: 1)
Od: Peťus - 08.05.2012
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu) http://www.chiptron.wz.cz
 
super, tak udělej přesně tuhle chladničku bez uP ;-) ... a ATMega8 stojí 34Kč na vaše cca 1.5E. Odpustíš si jedno pivo ;-)
Re: Autochladnička s peltierovým článkom (Hodnotenie: 1)
Od: iqlogic - 13.05.2012
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
 
No ATMega nie je drahý, ale všetko okolo toho ťa dokopy vyjde na cca 20€ a to je už tých pív celkom dosť :D

Re: Autochladnička s peltierovým článkom (Hodnotenie: 1)
Od: mjankovic - 08.05.2012
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
A aký to má výkon v porovnaní trebárs s chladničkou , vzhladom na rovnaký vnutorný objem ? Inak povedané , keby mám trebárs 3 pivá , kde ich rýchlejšie ochladím ? V chladničke kompresorovej bežnej , alebo v konkrétne tejto chladničke ? Koľko by to trvalo ? Celkom ma zaujíma problematika ohladom peltierov. A ešte jedna otázka , keby povedzme že potrebujem zvýšiť chladiaci výkon , samozrejme všetko musím spravit čo najviac symetricky (chladiče , ventilátory...) v akej veľkej presnosti vedia tie peltiere vyrobiť ? Povedzme žeby som ich chcel zapojit sériovo na jeden impulzák na 24V , dokažu sa dostatočne vhodne rozložit napatia ? Ďakujem
Re: Autochladnička s peltierovým článkom (Hodnotenie: 1)
Od: zune96 - 09.05.2012
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
 
to nie je chladnička doslovne to len ochladene veci z kompresorovej chladničky ,necha dlhšie chladne aj na cestách nevravím že neochladí ale teple pivo to bude trvať dlho peltier tak tu maš nejake rozmery,rezať to asi nepôjde http://www.avelmak.sk/index.php?lm=382 väčšinou sú na 15,4V ale pozri si radšej prúdy autochladničky z Lidlu maju len jeden peletier asi 50W priamo na 12V ,jeden vypínač ,riadiť teplotu netreba,chladič poriadny a chladí to ,stačí na 20l objem
Re: Autochladnička s peltierovým článkom (Hodnotenie: 1)
Od: j0hnyPP - 10.05.2012
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
 
Aby si nemusel riadit teplotu, museli by byt chladice na obidvoch stranach aktivne (opatrene ventilatormi) pretoze väcsina peltierov zvlada max rozdiel teploty na oboch stranach cca 65°C Velky vyber peltierov je napr. v gme. Inac neni problem peltierom aj mrazit. Ale kto ho nakrmi :D Na tych 24V by to slo napr. s tymto http://www.gme.sk/peltierovy-clanky/m-tec1-24120-50x50-p601-027/ a na obidve strany 5mm hrube medene platne 15x15cm a na ne nasrubovat po 4 chladice z AMD procesorov. 1 dvojica tychto cpu chladicov uchladi cca 60W peltier.
Re: Autochladnička s peltierovým článkom (Hodnotenie: 1)
Od: mjankovic - 10.05.2012
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
 
zune96-autochladnička z lidlu ma nezaujíma... Na riadenie som sa taktiež napýtal.Povedzme že vravíme o cca 130W Peltierovom článku. Povedzme že kompresorová chladnička má príkon taktiež tých 130W. Uvažujeme o tom že obe zariadenia budu pracovat bez prestávky. Netuším ako by sa to mohlo pohybovat ohladom učinnosti a moc ohladom kompresorovej chladničky a stláčaniu plynov... nerozumiem. Preto sa pýtam že čo má väčší chladiaci výkon? Keby mám kompresorovu chladničku alebo peltierovu. Odvody tepla by boli samozrejme aktívne a zároven dostatočne veľkým chladičom. j0hnyPP- na výber peltierov som sa taktiež nepýtal , existuje e-bay , dealextreme... kde sa to dá zohnat za zlomok ceny ako na GME , avelmak... zbytok to isté čo píšem vyššie. - Takže hlavná otázka , oplatí sa mi postavit takuto chladničku o objeme trebárs presne na tie 3 plechovky piva ? A za aký čas sa to pivo ochladí z teploty 23°C na tú správno teplotu "ako ze sedmýho" ? Uvažujeme o nepretržitej prevádzke počas chladenia.
Re: Autochladnička s peltierovým článkom (Hodnotenie: 1)
Od: j0hnyPP - 13.05.2012
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
 
Tak ok, si to mohol formulovat inac. Kompresorova chladnicka ma pri tak velkom rozdiele teplot minimalne 10x vyssiu ucinnost bez ohladu na pouzite chladivo a teplotu okolia. Staci ? Na 3 plechovky piva ti nejaky ten 250-300W peltier staci, ale vypocitaj si kolko energie ta to bude stat. Pocitaj ze na ochladenie 1L piva o 1°C potrebujes cca 4,2KJ to jest cca 1,2Wh za idealnych podmienok (idealna izolacia, dajmetomu 5cm styrodur alebo nobasil) Ucinnost peltieru pri takom rozdiele teplot (v chladnicke 10°C a vonku je 30°C) je tak 5 percent (v priemere). Takze ochladenie 1L piva o 10 stupnov za hodinu potrebuje chladiaci vykon 12W, vzhladom na ucinnost peltieru je to prikon cca 240W. Ak chces ochladit 3 pivecka za pol hodiny, potrebujes 720W peltier. Alebo cca 50W kompresor :D ale s kompresorom pocitaj s 10 nasobne vyssou hmotnostou a dvojnasobnymi rozmermi
Re: Autochladnička s peltierovým článkom (Hodnotenie: 1)
Od: j0hnyPP - 13.05.2012
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
 
No mozno aj 5x ak to chces na par piv. Najmensi kompresor co som videl ma tak 15x20x20cm.
Re: Autochladnička s peltierovým článkom (Hodnotenie: 1)
Od: j0hnyPP - 13.05.2012
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
 
Inak tym postnutym peltierom ktory ta nezaujima, som chcel poukazat na zbytocnost akehokolvek spajania viacerych clankov, pretoze sa ich vyraba asi 200 druhov.
Re: Autochladnička s peltierovým článkom (Hodnotenie: 1)
Od: mjankovic - 19.05.2012
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
 
j0hnyPP , ďakujem za veľmi pekné objasnenie. Ešte snáď jedna otázka na záver. Je možné si v domácich podmienkach vyrobiť kompresorovu chladničku? Dá sa niekde zohnať chladivo ? My na firme máme do klimatizácii v aute nejaký plyn R134a , myslíš si že by sa dal tento plyn použiť ? (samozrejme nemám v pláne nič také stavať , bavíme sa na teoretickej urovni)
Re: Autochladnička s peltierovým článkom (Hodnotenie: 1)
Od: j0hnyPP - 31.05.2012
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
 
Kompresorova chladnicka v domacich podmienkach neni az taky problem, ale treba na to nejaku zrucnost a nastudovanu aspon 1 knizku o "chladiarine" Kontrolu a plnenie treba nechat radsej na odbornika, aj ked vsetko sa da s dobrym vercajgom pomerne kvalitne polisovat a zospajkovat atd... Pre R134a je kopec vhodnych kompresorov, nejaky novy, lacny, maly stoji okolo 100vky € :-) Cinsky aj za polovicu, a dokonca aj 12/24V. No da sa zohnat aj nejaky ten maly chladiak so vsetkym potrebnym. Uz davnejsie ich bolo vidno v zberniach, pritom mohol byt vadny len termostat alebo rozbehove rele... Problem tam potom nastava s napajanim 12V, s chladnickou si bezny menic neporadi.
Re: Autochladnička s peltierovým článkom (Hodnotenie: 1)
Od: j0hnyPP - 31.05.2012
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
 
Inak viem zohnat uz cele (aj napustene) moduly pre kompresorove autochladnicky, ale ta cena je astronomicka :D

Re: Autochladnička s peltierovým článkom (Hodnotenie: 1)
Od: iqlogic - 13.05.2012
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
Už dávnejšie som rozmýšľal o kúpe autochladničky a toto je priam skvelý návod ako si vyrobiť vlastnú za zlomok ceny :) A nápad s tou riadiacou jednotkou je úžasný! Síce neviem či sa budem púšťať do tej elektroniky (ak áno určite nie s SMD súčiastkami :P ), ale takúto autochladničku si určite spravím :) A ešte otázočka ... keď použijem väčšie heatsinky, zvýšim aj účinnosť alebo som úplne mimo?
Re: Autochladnička s peltierovým článkom (Hodnotenie: 1)
Od: j0hnyPP - 13.05.2012
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
 
Ono ta to prejde ked si vyskusas tu ucinnost :D Tie kupne chladnicky s 50w peltierom stacia na udrzanie teploty, nie na ochladenie o XY stupnov !!! Takze kto chce ochladzovat, musi pocitat s minimalne dvojnasobou spotrebou.Ano s väcsimi heatsinkami zvysis ucinnost, ale dost sa ti to predrazi. Hlavne je uchladit tu teplu stranu. Napad s odvadzanim tepla na velku plochu medenou platnou som tu uz spominal, takisto lacne chladice s ventilatormi. Rozumnejsie si myslim ze by bolo na tie 4 AMD chladice dat jeden poriadny 12cm ventilator.
Re: Autochladnička s peltierovým článkom (Hodnotenie: 1)
Od: iqlogic - 13.05.2012
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
 
nejaký extra chladiaci výkon nepotrebujem, osobne by som to využil skôr na to udržanie teploty, samozrejme ak by to dokázalo čosi aj uchladiť bolo by to len dobre ;) A s väčšími heatsinkami by nebol problém, tie viem zohnat ... dalo by sa povedať, ze čîm viac ochladím teplú stranu, tým nižšia teplota bude a studenej?
Re: Autochladnička s peltierovým článkom (Hodnotenie: 1)
Od: j0hnyPP - 14.05.2012
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
 
Ano aj nie :) Plati to aj pre studenu stranu, ze cim mensi odvod chladu, tym bude logicky studensia. Chladice sa davaju v pomere 2,5:1,5.

Re: Autochladnička s peltierovým článkom (Hodnotenie: 1)
Od: Liho94 - 24.01.2013
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
Chcem sa opýtať, či musíme nutne chladiť tú stranu ktorá sa ohrieva, mám takú malú chladničku s peltierom, ale dosť hučí zadný ventilátor ktorý o*****uje chladič. Chcem sa preto opýtať či sa musí nutne ochladzovať. Ďakujem.

Re: Autochladnička s peltierovým článkom (Hodnotenie: 1)
Od: zylo64 - 21.04.2013
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
Prajem príjemný podvečer. Chem sa opýtať prítomných šikovných ľudí, či by mi niekto nevyrobil dve takéto regulácie. Mám deti na vysokej škole. Klasickú chladničku ma izbe nemajú a ani mať nemôžu a tak som si myslel, že prenosná autochladnička pripojená na 220V by daný problém vedela aspoň sčasti vyriešiť. Myslím si ale, že štandardná elektronika v bežne dostupných chladničkách by takúto prevádzku nevydržala. Svoje ponuky môžete zaslať na môj mail: zylo64@inmail.sk Ďakujem

Re: Autochladnička s peltierovým článkom (Hodnotenie: 1)
Od: ARES-HADES - 14.05.2013
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
Naozaj šikovný autor a originalita +++++

Re: Autochladnička s peltierovým článkom (Hodnotenie: 1)
Od: urgi - 31.07.2014
(O užívateľovi | Poslať súkromú správu)
Na ochladenie super palec hore!!! -len pre zaujmavost my v praci chladime peltiera v chladnickach hydrocollerom Corsair H80 to ti uz spravy aj sneh na druhej strane :-)
Autor stránky je Ondrej Závodský(zawin), o graficky design sa stará Ľuboš Fabo(BUFU).

TOPlist

Powered by Copyright © UNITED-NUKE CMS. All Rights Reserved.
Čas potrebný k spracovaniu stránky 0.15 sekúnd