Κύκλωμα ψηφιακού θερμομέτρου - Χρησιμοποιεί ένα ηλιακό στοιχείο για ισχύ

Τα άρθρα εξηγούν ένα έργο κυκλώματος ψηφιακού θερμομέτρου που λειτουργεί χωρίς μπαταρία. Αντί για μπαταρία, το κύκλωμα χρησιμοποιεί μια μικρή ηλιακή κυψέλη και λειτουργεί αντλώντας ισχύ από το φως περιβάλλοντος που διατίθεται από τις γύρω πηγές φωτός.

Αυτό επιτρέπει στο κύκλωμα να είναι εξαιρετικά συμπαγές, ελαφρύ, ευέλικτο και χωρίς προβλήματα κατά τη μέτρηση των θερμοκρασιών από μια δεδομένη πηγή.

ο θερμόμετρο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση της θερμοκρασίας a ανθρώπινο σώμα , θερμοκρασία δωματίου, ψεκαστήρας , για ανάλυση καιρού ή οποιαδήποτε άλλη κατάλληλη εφαρμογή που απαιτεί κρίσιμες μετρήσεις θερμοκρασίας μεταξύ 0 βαθμού και 100 βαθμών Κελσίου.

Βασική έννοια εργασίας

Αναφερόμενος στο παρακάτω διάγραμμα κυκλώματος, το IC1 λειτουργεί σαν συσκευή αισθητήρα θερμοκρασίας. Αυτό το IC είναι δημοφιλές Τσιπ LM35 που παράγουν μια γραμμικά αυξανόμενη έξοδο DC σε απόκριση σε μια αναλογικά αυξανόμενη θερμοκρασία περιβάλλοντος γύρω από αυτήν. Για να είμαστε ακριβείς, παράγει DC εξόδου με ρυθμό 10 mV ανά βαθμό Κελσίου αύξηση στη θερμοκρασία της θήκης του.

Το LM35 διαθέτει ενσωματωμένο βαθμονομημένο κύκλωμα, το οποίο επιτρέπει την παραγωγή 0 V στους 0 ° C.

Εκτός από αυτό το IC, το άλλο κύριο στοιχείο αυτού του θερμομέτρου με φως είναι το ολοκληρωμένο κύκλωμα ICL7136 (ICI) το οποίο αποτελείται εσωτερικά από ένα ψηφιακό στάδιο βολτόμετρου, ένα δεκαδικό μετατόπισης και μια διεπαφή εξόδου LCD που λειτουργεί 3 και 1/2 ψηφίο Πάνελ LCD για την ένδειξη θερμοκρασίας.

Βολτόμετρο ICL7136

Αυτό το IC διαθέτει επίσης έναν εσωτερικό ταλαντωτή που λειτουργεί με ελάχιστη συχνότητα ρολογιού που διασφαλίζει ότι ολόκληρη η μονάδα μπορεί να λειτουργήσει χρησιμοποιώντας την ελάχιστη ισχύ, αλλά χωρίς κανένα τρεμόπαιγμα στην οθόνη.

Η βαθμονόμηση ανάγνωσης θερμοκρασίας του κυκλώματος πραγματοποιείται προσαρμόζοντας κατάλληλα την προεπιλεγμένη Ρ1.

Πώς λειτουργεί το κύκλωμα

Η δίοδος D1 και η αντίσταση R11 διασφαλίζουν ότι το LM35 γυρίζει αρνητική τάση σε απόκριση σε περιβάλλον χαμηλότερο από 0 ° C.

Οι ενδεικτικές λυχνίες D1 και D2 εδώ δεν λειτουργούν ως κανονικές ενδεικτικές λυχνίες LED παρά ως γεννήτριες τάσης αναφοράς για τη λήψη εύλογης ακρίβειας σταθερής αναφοράς 1,6 V, οι οποίες απαιτούν μόνο τόσο χαμηλά όσο μερικά uAmps για αυτήν τη λειτουργικότητα. Αν και οι τυπικές δίοδοι zener είναι πιο ακριβείς με το δυναμικό αναφοράς τους, οι δίοδοι zener απαιτούν πολύ υψηλότερο ρεύμα προώθησης σε σύγκριση με τα LED, και επομένως έχουν αποφευχθεί τα zeners για αυτήν την εφαρμογή.

Το IC3 μαζί με αυτά τα εξαρτήματα λειτουργούν σαν ένα στάδιο παρακολούθησης τάσης για την τροφοδοσία ηλιακών κυψελών.

Ο ενισχυτής απενεργοποιεί το κύριο κύκλωμα του θερμομέτρου μέσω του τρανζίστορ T2 κάθε φορά που η τάση εξόδου του ηλιακού στοιχείου πέφτει κάτω από 0,7 V.

Αυτή η δυνατότητα διασφαλίζει ότι τα στάδια IC1, IC2 δεν λειτουργούν κατά τη διάρκεια τόσο χαμηλής τάσης και παράγουν μετρήσεις θερμοκρασίας με σφάλματα.

Για να λειτουργεί σωστά το LM35 απαιτεί ελάχιστη τάση τροφοδοσίας 5,5 V, ενώ για το IC2 το ελάχιστο απαιτούμενο δυναμικό αναφοράς είναι 7 V για την κανονική του λειτουργία.

Εργασία με χαμηλό φωτισμό περιβάλλοντος

Το Op amp IC3 είναι γεμάτο ως Schmitt-tririgger έτσι ώστε να λειτουργεί με επίπεδο υστέρησης 1V. Δηλαδή, η έξοδος IC θα ενεργοποιηθεί όταν η τάση των ηλιακών κυττάρων είναι 8 V και θα απενεργοποιηθεί όταν πέσει κάτω από 7 V.

Το όριο διακόπτη ON 7 V ρυθμίζεται με ακρίβεια χρησιμοποιώντας το προκαθορισμένο P2.

Το κύκλωμα που περιλαμβάνει IC1, IC2 είναι σε θέση να λειτουργεί κανονικά σε μια τρέχουσα περιοχή από 10 έως 200 micro amp. Όταν η πηγή φωτός στο ηλιακό στοιχείο είναι ανεπαρκής και το ρεύμα του πέφτει, το IC3 απενεργοποιεί την ισχύ σε IC1 / IC2, η οποία αφαιρεί τη φόρτωση στο ηλιακό στοιχείο και η τάση της αυξάνεται στα 8 V. Αυτά τα 8 V αποθηκεύονται στον πυκνωτή C6. Το IC3 το ανιχνεύει και ενεργοποιεί την τροφοδοσία στο κύκλωμα έτσι ώστε το θερμόμετρο να λειτουργεί τώρα χρησιμοποιώντας αυτήν την αποθηκευμένη ενέργεια. Όταν το C6 εκφορτώνεται κάτω από το όριο των 7 V, το IC3 διακόπτει και πάλι την ισχύ στο κύκλωμα μέσω του T2.

Η παραπάνω λειτουργία του IC3 είναι πραγματικά πολύ χρήσιμη σε περιπτώσεις όπου το φως περιβάλλοντος είναι χαμηλό ή πέφτει σε επίπεδο όπου το ηλιακό κύτταρο δεν είναι σε θέση να παράγει επαρκή ισχύ για το θερμόμετρο για την κανονική λειτουργία του. Σε τέτοιες συνθήκες, το IC3 εναλλάσσει την ισχύ από το ηλιακό στοιχείο ON / OFF έτσι ώστε ο χρήστης να μπορεί ελέγξτε τη θερμοκρασία σε κατάσταση ενεργοποίησης / απενεργοποίησης, αλλά σίγουρα χωρίς σφάλμα. Αυτό επιτρέπει στο θερμόμετρο να συνεχίζει να λειτουργεί τέλεια ακόμη και σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού περιβάλλοντος, αντί να κλείνει εντελώς.

Το επίπεδο υστέρησης (1 V) μπορεί να αλλάξει ανάλογα με τις προτιμήσεις του χρήστη αλλάζοντας την τιμή της αντίστασης R7

Η τιμή του πυκνωτή C6 καθορίζει πόσο γρήγορα συμβαίνει το ON / OFF για IC3 / T2 σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού. Η μείωση της τιμής C6 θα προκαλέσει ταχύτερο ON / OFF της οθόνης και αντίστροφα.

Κατασκευή και εγκατάσταση

Η σχεδίαση PB για το ελαφρύ θερμόμετρο μπορεί να απεικονιστεί στην ακόλουθη εικόνα.

Συναρμολόγηση του PCB είναι εύκολο, αλλά η μονάδα LCD πρέπει να αντιμετωπίζεται με προφυλάξεις κατά την εισαγωγή στο PCB, καθώς η συσκευή είναι αρκετά ευαίσθητη και ευάλωτη σε θραύση.

Βεβαιωθείτε ότι δεν ξεχνάτε τις συνδέσεις δύο καλωδίων στο PCB. Μην τοποθετείτε αρχικά το IC2 LM35 στο PCB για να επιτρέψετε την εισαγωγή +1.000 V σε τερματικά Vout και GND του LM35. Πριν από αυτό βεβαιωθείτε ότι έχετε ρυθμίσει το P1 έτσι ώστε η οθόνη να διαβάζει τους 100 ° C. Μόλις γίνει αυτό, αφαιρέστε το ηλιακό στοιχείο ή την εξωτερική τροφοδοσία, εάν υπάρχει, και τώρα στερεώστε το IC2 στο PCB.

Ηλιακό κύτταρο

Η ηλιακή κυψέλη μπορεί να είναι οποιαδήποτε μίνι ή μικρο ηλιακή κυψέλη συνδυασμένη για να παράγει 9 V, στα 10 mA.

Εάν δεν επιθυμείτε να χρησιμοποιήσετε μια ηλιακή κυψέλη ή μια ελαφριά ισχύ, μάλλον μια κανονική μπαταρία, μπορείτε να αντικαταστήσετε την πηγή ισχύος με μια συνηθισμένη μπαταρία 9 V PP3 η οποία πιθανότατα θα διαρκούσε για ηλικίες λόγω της εξαιρετικά χαμηλής κατανάλωσης του σχεδιασμού.

ΠΡΟΕΙΔΟΠΟΙΗΣΗ: Το προτεινόμενο ψηφιακό θερμόμετρο με ηλεκτρική ενέργεια δεν πρέπει να χρησιμοποιείται ως κλινικό θερμόμετρο, εκτός εάν το κύκλωμα επαληθευτεί και επιβεβαιωθεί από εξουσιοδοτημένο εργαστήριο.