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arduino:flaschenkuehler

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arduino:flaschenkuehler [03.06.2018 17:40] – [Wärmeisolierung des Kühlbechers] Frickelpietarduino:flaschenkuehler [18.05.2023 12:15] (aktuell) – Externe Bearbeitung 127.0.0.1
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   * Peltier-Element (TEC1-12706), 40 mm x 40 mm, 12 V, 4 Ampere (48 Watt)   * Peltier-Element (TEC1-12706), 40 mm x 40 mm, 12 V, 4 Ampere (48 Watt)
   * Arduino Nano   * Arduino Nano
-  * Digitale Temperatursensoren [[arduino:ds18b29|DS18B20]]+  * Digitale Temperatursensoren [[arduino:ds18b20|DS18B20]]
   * Kühlbecher aus Aluminium   * Kühlbecher aus Aluminium
   * Rahmen aus GFK und aus dem 3D-Drucker   * Rahmen aus GFK und aus dem 3D-Drucker
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 {{:arduino:flaschenkuehler:beschriftung_hauptplatine.jpg?100 |}} Das nebenstehende Foto (zum Vergrößern klicken) zeigt die erste Version der Hauptplatine mit der Steckerbelegung. Der Arduino wird mit der USB-Buchse nach unten eingesteckt. Oben rechts befindet sich der Stecker, der die Hauptplatine mit Strom versorgt. Auf dem obersten  Pin liegt das PWM-Signal für das Peltier-Element (D09). Der Stecker links daneben versorgt das OLED-Display mit 5 Volt. Darunter befinden sich die Anschlüsse für die Thermistoren. An AREF liegen 3,3 Volt vom Arduino an. Ganz links oben ist der vierpolige Stecker für den Lüfter. Die Minius-Leitung des Lüfters wird mit dem MOSFET (FQP30N06L) geschaltet. Darunter liegt der Stecker für die beiden Taster. An den 2- und 3-poligen Steckern in der Bildmitte wird das OLED-Display angeschlossen. {{:arduino:flaschenkuehler:beschriftung_hauptplatine.jpg?100 |}} Das nebenstehende Foto (zum Vergrößern klicken) zeigt die erste Version der Hauptplatine mit der Steckerbelegung. Der Arduino wird mit der USB-Buchse nach unten eingesteckt. Oben rechts befindet sich der Stecker, der die Hauptplatine mit Strom versorgt. Auf dem obersten  Pin liegt das PWM-Signal für das Peltier-Element (D09). Der Stecker links daneben versorgt das OLED-Display mit 5 Volt. Darunter befinden sich die Anschlüsse für die Thermistoren. An AREF liegen 3,3 Volt vom Arduino an. Ganz links oben ist der vierpolige Stecker für den Lüfter. Die Minius-Leitung des Lüfters wird mit dem MOSFET (FQP30N06L) geschaltet. Darunter liegt der Stecker für die beiden Taster. An den 2- und 3-poligen Steckern in der Bildmitte wird das OLED-Display angeschlossen.
  
-{{:arduino:flaschenkuehler:hauptplatine.jpg?100 |}} Das Foto links zeigt die zweite Version der Hauptplatine. Die linke Seite der Platine ist identisch mit der ersten Version der Platine (siehe Foto oben). Auf der rechten Seite können nun vier digitale Temperatursensoren ([[arduino:ds18b29|DS18B20]]) angeschlossen werden.+{{:arduino:flaschenkuehler:hauptplatine.jpg?100 |}} Das Foto links zeigt die zweite Version der Hauptplatine. Die linke Seite der Platine ist identisch mit der ersten Version der Platine (siehe Foto oben). Auf der rechten Seite können nun vier digitale Temperatursensoren ([[arduino:ds18b20|DS18B20]]) angeschlossen werden.
 ==== Microcontroller ==== ==== Microcontroller ====
-Anforderungen an den Microcontroller: +Für die Kontrolle des Flaschenkühlers fiel meine Wahl auf einen [[https://store.arduino.cc/arduino-nano|Arduino Nano]]. Der Arduino Nano ist kompaktliefert an den digitalen Ausgängen 5 Volt, was für PWM-Regelung des Lüfters und die Ansteuerung der MOSFETs wichtig ist, und hat für die wesentlichen Funktionen genügend Programm- und Arbeitsspeicher: [[arduino:flaschenkuehler:programmversion_0.3|Programmversion 0.3]] benötigt etwa 70 % des Programmspeichers, enthält aber im Wesentlichen alle Funktionen der finalen Programmversion. Allein der dynamische Speicher ist etwas knapp: Die Arduino-IDE warnt ab einer Speicherbelegung von 75 % vor möglichen Instabilitäten; eine Auslastung, die mehrfach überschritten wurde. Auch reicht der dynamische Speicher nicht, um eine nach links scrollende grafische Anzeige der Temperaturmesswerte etc. zu realisieren, weil dafür pro Variable 128 Bytes in einem Array gespeichert werden müssten. In der speicheroptimierten [[arduino:flaschenkuehler:programmversion_0.5|Programmversion 0.5]] werden etwa 73 % des dynamischen Speichers verwendet.
-  * kleiner Formfaktor +
-  * 5 Volt Ein- und Ausgänge (für PWM-Steuerung des Lüfters) +
-  * mindestens zwei analoge Eingänge (für die Thermistoren) +
-  * SPI-Interface (für OLED) +
-  * EEPROM (für Temperatureinstellung über Tasten) +
- +
-Die Wahl fiel auf einen [[https://store.arduino.cc/arduino-nano|Arduino Nano]], der alle Anforderungen erfüllt. [[arduino:flaschenkuehler:programmversion_0.3|Programmversion 0.3]] benötigt etwa 70 % des Programmspeichers, enthält aber im Wesentlichen alle Funktionen der finalen Programmversion. Allein der dynamische Speicher ist etwas knapp: Die Arduino-IDE warnt vor möglichen Instabilitäten. Auch reicht der dynamische Speicher nicht, um eine nach links scrollende grafische Anzeige zu realisieren, weil dafür pro Variable 128 Bytes in einem Array gespeichert werden müssten. In der speicheroptimierten [[arduino:flaschenkuehler:programmversion_0.5|Programmversion 0.5]] werden etwa 73 % des dynamischen Speichers verwendet.+
 ==== OLED-Display ==== ==== OLED-Display ====
 Der Falschenkühler hat ein OLED-Display, auf dem verschiedene Informationen angezeigt werden können. Verwendet wird das [[https://www.adafruit.com/product/1673|OLED-Display mit 1,27" Diagonale von Adafruit]]. Der Falschenkühler hat ein OLED-Display, auf dem verschiedene Informationen angezeigt werden können. Verwendet wird das [[https://www.adafruit.com/product/1673|OLED-Display mit 1,27" Diagonale von Adafruit]].
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 </code> </code>
 Da für SCLK und MOSI die Standard-Pins verwendet werden, müssen im Code nur die Pins DC, CS und RST definiert werden. Da für SCLK und MOSI die Standard-Pins verwendet werden, müssen im Code nur die Pins DC, CS und RST definiert werden.
 +
 +Das Senden von Daten an das Display ist sehr langsam. Um das Display vollständig mit Daten zu beschreiben, können schon einmal 100 ms vergehen. Das musste insbesondere bei Messung der Drehzahl des Lüfters berücksichtigt werden. Außerdem wird vermieden, das ganze Display auf einmal zu schreiben. Stattdessen werden immer nur die Zeilen aktualisiert, in denen sich Informationen geändert haben.
 ==== Bedienung über Taster ==== ==== Bedienung über Taster ====
-Die Bedienung des Flaschenkühlers erfolgt über zwei Taster. Mit dem oberen Taster kann die Solltemperatur schrittweise nach oben eingestellt werden, mit dem unteren schrittweise verringert werden. Ein langer Druck auf den oberen Taster ruft verschiedene Anzeigemodi auf ("einfacher Modus", "erweiterter Modus" und "Expertenmodus"). Mit einem schnellen Doppelklick auf den oberen Taster wird der Reinigungsintervalltimer zurückgestellt.+Die Bedienung des Flaschenkühlers erfolgt über zwei Taster. Mit dem oberen Taster kann die Solltemperatur schrittweise erhöht, mit dem unteren schrittweise verringert werden. Ein langer Druck auf die Taster schaltet durch drei Anzeigemodi ("einfacher Modus", "erweiterter Modus" und "Expertenmodus"). Mit einem schnellen Doppelklick auf den oberen Taster wird der Reinigungsintervalltimer zurückgestellt.
 ==== Temperaturmessung ==== ==== Temperaturmessung ====
-{{:arduino:flaschenkuehler:img_3172.jpg?100 |}} Es sind insgesamt vier Temperatursensoren verbaut. Sensor Nr. 1 misst an der Rückseite des Geräts die Umgebungstemperatur. Sensor Nr. 2 ist auf dem Kühlkörper direkt neben dem Peltier-Element angebracht. Die Sensoren Nr. 3 und Nr. 4 sind an der Seite des Kühlbechers angebracht (siehe Foto links). Sensor Nr. 3 ist im unteren Bereich befestigt, Sensor Nr. 4 unterhalb der oberen Öffnung.+{{:arduino:flaschenkuehler:img_3172.jpg?100 |}} Es sind insgesamt vier Temperatursensoren verbaut. Sensor Nr. 1 misst an der Rückseite des Geräts die Umgebungstemperatur. Sensor Nr. 2 misst die Temperatur des Kühlkörpers.((Für den ersten Test war dieser Thermistor direkt neben dem Peltier-Element angebracht, für den zweiten Test wurde der Temperatursensor an einer der vier Heatpipes befestigt, um eine saubere Messung sicherzustellen.)) Die Sensoren Nr. 3 und Nr. 4 sind an der Seite des Kühlbechers angebracht (siehe Foto links). Sensor Nr. 3 ist im unteren Bereich befestigt, Sensor Nr. 4 unterhalb der oberen Öffnung.
  
 Während des ersten Langzeittests (bis [[arduino:flaschenkuehler:programmversion_0.5|Programmversion 0.5]]) wurden Thermistoren ([[http://www.mouser.com/ds/2/362/semitec_atthermistor-371460.pdf|Datenblatt]]) verwendet, die über einen Spannungsteiler an jeweils einem analogen Eingang ausgelesen wurden. Eine sehr gute Anleitung für Einbindung von Thermistoren gibt es [[https://learn.adafruit.com/thermistor/overview|hier]]. Nach etwa 400 Stunden haben einige der Thermistoren jedoch ihren Widerstand verändert und somit zunehmend falsche Messwerte geliefert.  Während des ersten Langzeittests (bis [[arduino:flaschenkuehler:programmversion_0.5|Programmversion 0.5]]) wurden Thermistoren ([[http://www.mouser.com/ds/2/362/semitec_atthermistor-371460.pdf|Datenblatt]]) verwendet, die über einen Spannungsteiler an jeweils einem analogen Eingang ausgelesen wurden. Eine sehr gute Anleitung für Einbindung von Thermistoren gibt es [[https://learn.adafruit.com/thermistor/overview|hier]]. Nach etwa 400 Stunden haben einige der Thermistoren jedoch ihren Widerstand verändert und somit zunehmend falsche Messwerte geliefert. 
  
-Daher wurden die Thermistoren durch den digitalen Temperatursensor [[arduino:ds18b29|DS18B20]] ersetzt (ab [[arduino:flaschenkuehler:programmversion_0.6|Programmversion 0.6]]). Weil dadurch einige komplexe Berechnungen wegfallen, konnte die Verwendung des dynamischen Speichers verringert werden. Der Temperatursensor am Kühlkörper wurde an eine der vier Heatpipes verlegt, damit der Sensor nicht von dem kalten Becherboden gekühlt wird.+Daher wurden die Thermistoren durch den digitalen Temperatursensor [[arduino:ds18b20|DS18B20]] ersetzt (ab [[arduino:flaschenkuehler:programmversion_0.6|Programmversion 0.6]]). Weil dadurch einige komplexe Berechnungen wegfallen, konnte die Verwendung des dynamischen Speichers verringert werden. Der Temperatursensor am Kühlkörper wurde an eine der vier Heatpipes verlegt, damit der Sensor nicht von dem kalten Becherboden gekühlt wird.
 ==== Lüfterregelung ==== ==== Lüfterregelung ====
 {{:arduino:flaschenkuehler:img_3162.jpg?100 |}} Der Kühlkörper wird von einem PC-Lüfter angeblasen. Verbaut wird die 92mm-Version des Silent Wings 2 von BeQuiet! mit einem 4-Pin-Anschluss. Bei PC-Lüftern mit einem 4-Pin-Anschluss liegt die Betriebsspannung kontinuierlich an. Der dritte Pin gibt ein Tachosignal aus und über den vierten Pin wird die Drehzahl des Lüfters mit einem PWM-Signal gesteuert. PC-Lüfter mit einem 3-Pin-Anschluss haben den Nachteil, dass das Tachosignal nur sehr umständlich ausgelesen werden kann, wenn die Drehzahl per Pulsweitenmodulation der Eingangsspannung gesteuert werden soll, weil auch der Hall-Sensor an dem pulsweitenmodulierten Signal anliegt. Das Problem wird sehr anschaulich auf [[http://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/how-to-control-fan-speed.html|dieser Webseite]] dargestellt. Wie dennoch das Tachosignal ausgelesen werden könnte wird auf [[http://www.pcbheaven.com/circuitpages/PWM_3_Wires_Fan_Controller_with_RPM_feedback/|dieser Webseite]]  beschrieben. Mir ist das aber zum einen zu umständlich und erscheint mir zum anderen auch keine "saubere" Lösung zu sein. {{:arduino:flaschenkuehler:img_3162.jpg?100 |}} Der Kühlkörper wird von einem PC-Lüfter angeblasen. Verbaut wird die 92mm-Version des Silent Wings 2 von BeQuiet! mit einem 4-Pin-Anschluss. Bei PC-Lüftern mit einem 4-Pin-Anschluss liegt die Betriebsspannung kontinuierlich an. Der dritte Pin gibt ein Tachosignal aus und über den vierten Pin wird die Drehzahl des Lüfters mit einem PWM-Signal gesteuert. PC-Lüfter mit einem 3-Pin-Anschluss haben den Nachteil, dass das Tachosignal nur sehr umständlich ausgelesen werden kann, wenn die Drehzahl per Pulsweitenmodulation der Eingangsspannung gesteuert werden soll, weil auch der Hall-Sensor an dem pulsweitenmodulierten Signal anliegt. Das Problem wird sehr anschaulich auf [[http://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/how-to-control-fan-speed.html|dieser Webseite]] dargestellt. Wie dennoch das Tachosignal ausgelesen werden könnte wird auf [[http://www.pcbheaven.com/circuitpages/PWM_3_Wires_Fan_Controller_with_RPM_feedback/|dieser Webseite]]  beschrieben. Mir ist das aber zum einen zu umständlich und erscheint mir zum anderen auch keine "saubere" Lösung zu sein.
  
-Der Silent Wings 2 von BeQuiet! ist ein vierpoliger PC-Lüfter des Typs B.((Siehe dazu die Spezifikationen in [[http://www.formfactors.org/developer%5Cspecs%5C4_Wire_PWM_Spec.pdf|diesem PDF]].)) Das heißt, dass der Lüfter unterhalb eines definierten Duty Cycles mit seiner Minimaldrehzahl läuft. Um den Lüfter auch ganz ausschalten zu können, wird ein MOSFET verbaut.((Der einzige Nachteil gegenüber einem Lüfter des Typs A ist, dass das Tachosignal bei ausgeschaltetem Lüfter nicht verfügbar ist. Es kann also nicht das Auslaufen des Lüfters nach einem Stopp gemessen werden.)) Das PWM-Signal muss eine Frequenz von ungefähr 25 kHz haben. Die PWM-Frequenz des Arduino muss entsprechend angepasst werden, was zum Beispiel mit der [[https://code.google.com/archive/p/arduino-pwm-frequency-library/downloads|PWM-Bibliothek]] möglich ist.+Der Silent Wings 2 von BeQuiet! ist ein vierpoliger PC-Lüfter des Typs B.((Siehe dazu die Spezifikationen in [[http://www.formfactors.org/developer%5Cspecs%5C4_Wire_PWM_Spec.pdf|diesem PDF]].)) Das heißt, dass der Lüfter unterhalb eines definierten Duty Cycles mit seiner Minimaldrehzahl läuft. Um den Lüfter auch ganz ausschalten zu können, wurde ein MOSFET verbaut.((Der einzige Nachteil gegenüber einem Lüfter des Typs A ist, dass das Tachosignal bei ausgeschaltetem Lüfter nicht verfügbar ist. Es kann also nicht das Auslaufen des Lüfters nach einem Stopp gemessen werden.)) Die Möglichkeit der vollständigen Abschaltung des Lüfters ist allerdings nicht nötig. Im Alltagsbetrieb läuft der Lüfter mit einer Drehzahl zwischen 1000 und 1500 U/min. Das PWM-Signal zur Drehzahlsteuerung muss eine Frequenz von ungefähr 25 kHz haben. Die PWM-Frequenz des Arduino muss entsprechend angepasst werden, was zum Beispiel mit der [[https://code.google.com/archive/p/arduino-pwm-frequency-library/downloads|PWM-Bibliothek]] möglich ist.
  
  
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 Die einfachste Möglichkeit, das Peltier-Element zu schalten, wäre eine Zweipunktregelung: Dabei würde das Peltier-Element eingeschaltet, bis die Soll-Temperatur erreicht ist und dann ausgeschaltet. Ab einer definierten Abweichung der Ist- von der Soll-Temperatur würde das Element wieder eingeschaltet. Die einfachste Möglichkeit, das Peltier-Element zu schalten, wäre eine Zweipunktregelung: Dabei würde das Peltier-Element eingeschaltet, bis die Soll-Temperatur erreicht ist und dann ausgeschaltet. Ab einer definierten Abweichung der Ist- von der Soll-Temperatur würde das Element wieder eingeschaltet.
  
-Der Nachteil einer Zweipunktregelung ist die geringe Effizienz, weil die Wärme im ausgeschalteten Zustand zurück zur kalten Seite fließt. Diese Wärme muss jedes Mal, wenn das Element wieder eingeschaltet wird, zunächst wieder entfernt werden. Dadurch kommt es außerdem  zu thermischen Schwankungen, was sich negativ auf die Lebensdauer des Peltier-Elements auswirken.+Der Nachteil einer Zweipunktregelung ist die geringe Effizienz, weil die Wärme im ausgeschalteten Zustand zurück zur kalten Seite fließt. Diese Wärme muss jedes Mal, wenn das Element wieder eingeschaltet wird, zunächst wieder "zurückgepumpt" werden. Dadurch kommt es außerdem  zu thermischen Schwankungen, was sich negativ auf die Lebensdauer des Peltier-Elements auswirkt.
  
-{{:arduino:flaschenkuehler:img_3189.jpg?100 |}} Daher fiel die Entscheidung auf eine Ansteuerung per Pulswseitenmodulation mit einer Frequenz von 16 Kiloherz.((Bei dieser Frequenz gibt das Peltier-Element keinen Mucks von sich, und der verwendete MOSFET ist für diese Schaltfrequenz schnell genug.)) Dadurch muss das Peltier-Element nie vollständig ausgeschaltet, sondern kann in der Leistung soweit reduziert werden, dass die Temperatur an der kalten Seite konstant gehalten wird. Da das Element nie vollständig ausgeschaltet wird, wird der Wärmetransport nicht unterbrochen und die thermischen Spannungen im Peltierelement bzw. zwischen dem Peltier-Element und dem Kühlbecher bzw. dem Kühlkörper werden minimiert. Diese Schaltung wurde für die erste und zweite Testphase realisiert.+{{:arduino:flaschenkuehler:img_3189.jpg?100 |}} Daher fiel die Entscheidung auf eine Ansteuerung per Pulswseitenmodulation mit einer Frequenz von 16 Kiloherz.((Bei dieser Frequenz gibt das Peltier-Element keinen Mucks von sich, und der verwendete MOSFET ist für diese Schaltfrequenz schnell genug.)) Dadurch muss das Peltier-Element nie über einen längeren Zeitraum vollständig ausgeschaltet werden, sondern kann in der Leistung soweit reduziert werden, dass die Temperatur an der kalten Seite konstant gehalten wird. Da das Element nie vollständig ausgeschaltet wird, wird der Wärmetransport nicht unterbrochen und die thermischen Spannungen im Peltierelement bzw. zwischen dem Peltier-Element und dem Kühlbecher bzw. dem Kühlkörper werden minimiert. Diese Schaltung wurde für die erste und zweite Testphase realisiert.
  
 Eine noch elegantere Lösung wäre die Verwendung eines "buck step down converters", der die Spannung und den Strom mit einer maximalen Restwelligkeit von 10% glättet. Um insbesondere die Größe der notwendigen Spule klein zu halten, muss die PWM-Frequenz sehr hoch oder die Spule sehr groß sein.  Eine noch elegantere Lösung wäre die Verwendung eines "buck step down converters", der die Spannung und den Strom mit einer maximalen Restwelligkeit von 10% glättet. Um insbesondere die Größe der notwendigen Spule klein zu halten, muss die PWM-Frequenz sehr hoch oder die Spule sehr groß sein. 
  
-Die Induktivität und die Kapazität einer solchen Schaltung können mit [[ http://www.daycounter.com/Calculators/Switching-Converter-Calculator2.phtml|diesem Onlinerechner]] berechnet werden. Mit dem Rechner lässt sich sehr schön experimentieren. Es wird deutlich, dass bei einem Duty Cycle von 50% die Spule am größten sein muss. Außerdem wird deutlich, dass die PWM-Frequenz kritisch ist. Soll eine Induktivität von ca. 100 uH ausreichen, muss die Frequenz über 50 kHz liegen. Alternativ oder zusätzlich könnte ein Duty Cycle im Bereich zwischen 30 und 70 Prozent ausgespart werden: Der Rückfluss der Wärme ließe sich auch mit einen DC von unter 30% unterbinden, und eine Regelung der Kühlleistung wäre auch im Bereich zwischen 70 und 100 Prozent möglich. Ohne Einbußen bei der Auflösung hinzunehmen, kann ein Arduino mit einem 16 MHz-Prozessor so konfiguriert werden, dass eine PWM-Frequenz von ca. 60 kHz möglich ist. Bei dieser hohen Frequenz kann der von mir verwendete MOSFET allerdings nicht mehr direkt von dem Arduino angesteuert werden. Es müsste also entweder ein schnellerer MOSFET gefunden werden, oder die Ansteuerung optimiert werden. (Dafür reichen meine Elektronikkenntnisse allerdings – noch – nicht aus.)+Die Induktivität und die Kapazität einer solchen Schaltung können mit [[ http://www.daycounter.com/Calculators/Switching-Converter-Calculator2.phtml|diesem Onlinerechner]] berechnet werden. Mit dem Rechner lässt sich sehr schön experimentieren. Es wird deutlich, dass bei einem Duty Cycle von 50% die Spule am größten sein muss. Außerdem wird deutlich, dass die PWM-Frequenz kritisch ist. Soll eine Induktivität von ca. 100 uH ausreichen, muss die Frequenz über 50 kHz liegen. Alternativ oder zusätzlich könnte ein Duty Cycle im Bereich zwischen 30 und 70 Prozent ausgespart werden: Der Rückfluss der Wärme ließe sich auch mit einen DC von unter 30% unterbinden, und eine Regelung der Kühlleistung wäre auch im Bereich zwischen 70 und 100 Prozent möglich. Ohne Einbußen bei der Auflösung hinzunehmen, kann ein Arduino mit einem 16 MHz-Prozessor so konfiguriert werden, dass eine PWM-Frequenz von ca. 60 kHz möglich ist. Bei dieser hohen Frequenz kann der von mir verwendete MOSFET allerdings nicht mehr direkt von dem Arduino angesteuert werden. Es müsste also entweder ein schnellerer MOSFET gefunden werden, oder die Ansteuerung müsste optimiert werden. (Dafür reichen meine Elektronikkenntnisse allerdings – noch – nicht aus. Außerdem muss ein PNP-MOSFET vwewendet werden, die nicht mit 5 Volt angesteuert werden können. Es ist also - für mich - erst einmal zu kompliziert. Einen geeigneten fertigen Regler von der Stange habe ich nicht gefunden.)
  
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   * https://www.adafruit.com/product/1794   * https://www.adafruit.com/product/1794
 ==== Stromversorgung ==== ==== Stromversorgung ====
-{{:arduino:flaschenkuehler:img_3159.jpg?100 |}}{{:arduino:flaschenkuehler:img_3162.jpg?100 |}} Das Peltier-Element, der PC-Lüfter und der Arduino werden mit 12 Volt betrieben. Um die Elektronik vor Verpolung und Überspannung zu schützen, wurde der [[https://www.pololu.com/product/2885|Pololu Step-Down Voltage Regulator D24V150F12]] verbaut. Der D24V150F12 kann bis zu 15 Ampere zur Verfügung stellen, so dass er durch das Peltier-Element nicht zu irritieren sein sollte. Die Betriebsspannung des Flaschenkühlers liegt daher zwischen 15 und 35 Volt. Zum Einsatz kommt ein altes Netzteil von einem alten IBM Thinkpad. Das wird zwar knallheiß, aber dieses Problem dürfte sich reduzieren, wenn der Kühlbecher besser isoliert ist.+{{:arduino:flaschenkuehler:img_3159.jpg?100 |}}{{:arduino:flaschenkuehler:img_3162.jpg?100 |}} Das Peltier-Element, der PC-Lüfter und der Arduino werden mit 12 Volt betrieben. Um die Elektronik vor Verpolung und Überspannung zu schützen, wurde der [[https://www.pololu.com/product/2885|Pololu Step-Down Voltage Regulator D24V150F12]] verbaut. Der D24V150F12 kann bis zu 15 Ampere zur Verfügung stellen, so dass er durch das Peltier-Element nicht zu irritieren sein sollte. Die Betriebsspannung des Flaschenkühlers liegt daher zwischen 15 und 35 Volt. Zum Einsatz kommt ein Netzteil von einem alten IBM Thinkpad. Das wird zwar knallheiß, sollte das laut Datenblatt aber aushalten können.
  
  
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 Mit der neuen Isolierung werden am Becherboden - gemessen mit einem Küchenthermometer - unter minus 1°C gemessen. Der Temperaturfühler am Becherboden misst dann 2°C, der obere 3,5°C. Für 8°C (Temperatursensor am Becherboden) pendelt sich das Peltierelement bei einem duty cycle von 69% ein. Der Lüfter dreht dann bei einer Umgebungstemperatur von ca. 30°C mit 1150 U/min. Es wäre experimentell zu ermitteln, bei welchem Sollwert für den Kühlkörper der Sweetspot zwischen Lüfterdrehzahl und Effizienz des Peltierelements liegt. Generell hat die Korkisolierung keinen so großen Effekt, wie ich mir erhofft hatte. Immerhin entsteht nun am Becheräußeren kein Kondenswasser mehr. Außerdem hat sich die Zeit deutlich verkürzt, die der Flaschenkühler benötigt, um von Zimmertemperatur auf 8°C herunterzukühlen. Das dauert jetzt nur noch etwa 20 Minuten.  Mit der neuen Isolierung werden am Becherboden - gemessen mit einem Küchenthermometer - unter minus 1°C gemessen. Der Temperaturfühler am Becherboden misst dann 2°C, der obere 3,5°C. Für 8°C (Temperatursensor am Becherboden) pendelt sich das Peltierelement bei einem duty cycle von 69% ein. Der Lüfter dreht dann bei einer Umgebungstemperatur von ca. 30°C mit 1150 U/min. Es wäre experimentell zu ermitteln, bei welchem Sollwert für den Kühlkörper der Sweetspot zwischen Lüfterdrehzahl und Effizienz des Peltierelements liegt. Generell hat die Korkisolierung keinen so großen Effekt, wie ich mir erhofft hatte. Immerhin entsteht nun am Becheräußeren kein Kondenswasser mehr. Außerdem hat sich die Zeit deutlich verkürzt, die der Flaschenkühler benötigt, um von Zimmertemperatur auf 8°C herunterzukühlen. Das dauert jetzt nur noch etwa 20 Minuten. 
  
 +Update: Nach über 1000 Betriebsstunden läuft der Flaschenkühler immer noch tadellos! Auch bei hochsommerlichen Außen- (>35°C) und schwer zu ertragenden Innentemperaturen (> 28°C) erreicht der Flaschenkühler problemlos Temperaturen von 6,5°C, was bei diesen Temperaturen viel zu kalt ist. Aber er kann es.
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 +Update: Auch nach über 1500 Betriebsstunden läuft der Flaschenkühler noch zuverlässig. Das OLED-Display hat allerdings deutlich wahrnehmbar Leuchtkraft eingebüßt. 
  
 Tags: #Arduino #Flaschenkühler #Nano #OLED Tags: #Arduino #Flaschenkühler #Nano #OLED
arduino/flaschenkuehler.1528040429.txt.gz · Zuletzt geändert: 18.05.2023 09:06 (Externe Bearbeitung)