Obwód termometru cyfrowego - wykorzystuje ogniwo słoneczne do zasilania

Wypróbuj Nasz Instrument Do Eliminowania Problemów





W artykułach wyjaśniono projekt obwodu termometru cyfrowego, który działa bez baterii. Zamiast baterii obwód wykorzystuje małe ogniwo słoneczne i działa na zasadzie czerpania mocy z otaczającego światła dostępnego z otaczających źródeł światła.

Dzięki temu obwód jest niezwykle kompaktowy, lekki, wszechstronny i bezproblemowy podczas pomiaru temperatury z danego źródła.



Plik termometr może służyć do pomiaru temperatury a Ludzkie ciało temperatura pomieszczenia, radiator , do analizy pogody lub innych odpowiednich zastosowań, które wymagają krytycznych pomiarów temperatury w zakresie od 0 do 100 stopni Celsjusza.

Podstawowa koncepcja pracy

Nawiązując do poniższego schematu obwodu, IC1 działa jak czujnik temperatury. Ten układ scalony jest popularny Układ LM35 które wytwarzają liniowo rosnącą moc wyjściową DC w odpowiedzi na proporcjonalnie rosnącą temperaturę otoczenia wokół niego. Mówiąc dokładniej, generuje wyjściowy prąd stały z prędkością 10 mV na stopień Celsjusza wzrostu temperatury jego obudowy.



LM35 ma wbudowany skalibrowany obwód, który umożliwia wytwarzanie 0 V przy 0 ° C.

Oprócz tego układu scalonego, drugim głównym elementem tego termometru zasilanego światłem jest układ scalony ICL7136 (ICI), który składa się wewnętrznie z cyfrowego stopnia woltomierza, suwaka dziesiętnego i interfejsu wyjściowego LCD, który obsługuje 3 i 1/2 cyfry Panel LCD do odczytu temperatury.

Woltomierz ICL7136

Ten układ scalony ma również wewnętrzny oscylator, który pracuje z minimalną częstotliwością zegara, co zapewnia, że ​​cały moduł jest w stanie działać przy minimalnej mocy, ale bez migotania na wyświetlaczu.

Kalibracja odczytu temperatury obwodu odbywa się poprzez odpowiednie ustawienie zadanego P1.

Jak działa obwód

Dioda D1 i rezystor R11 zapewniają, że LM35 zmienia napięcie ujemne w odpowiedzi na temperaturę otoczenia niższą niż 0 ° C.

Diody LED D1 i D2 nie działają tutaj jako normalne diody wskaźnikowe, a raczej jako generatory napięcia odniesienia dla uzyskania dość dokładnego stałego odniesienia 1,6 V, które wymagają tylko kilku uAmps dla tej funkcji. Chociaż standardowe diody Zenera są dokładniejsze pod względem potencjału odniesienia, diody Zenera wymagają znacznie wyższego prądu przewodzenia w porównaniu do diod LED, dlatego w tym zastosowaniu uniknięto zenerów.

Układ IC3 wraz z powiązanymi komponentami działa jak stopień monitorowania napięcia dla zasilania ogniw słonecznych.

Wzmacniacz operacyjny wyłącza główny stopień obwodu termometru przez tranzystor T2, gdy napięcie wyjściowe ogniwa słonecznego spadnie poniżej 0,7 V.

Ta cecha zapewnia, że ​​stopnie IC1, IC2 nie działają nieprawidłowo przy tak niskim napięciu i generują odczyty temperatury z błędami.

Do poprawnej pracy LM35 wymaga minimalnego napięcia zasilania 5,5 V, podczas gdy dla IC2 minimalny wymagany potencjał odniesienia wynosi 7 V do normalnego funkcjonowania.

Praca przy słabym oświetleniu otoczenia

Wzmacniacz operacyjny IC3 jest ustawiony jako wyzwalacz Schmitta, tak że działa z poziomem histerezy 1V. Oznacza to, że wyjście IC włączy się, gdy napięcie ogniwa słonecznego osiągnie 8 V i wyłączy się, gdy spadnie poniżej 7 V.

Próg włączenia 7 V jest precyzyjnie regulowany za pomocą ustawienia wstępnego P2.

Obwód zawierający IC1, IC2 może normalnie pracować w zakresie prądu od 10 do 200 mikroamperów. Gdy źródło światła na ogniwie słonecznym jest niewystarczające, a jego prąd spada, układ IC3 wyłącza zasilanie IC1 / IC2, co usuwa obciążenie ogniwa słonecznego i wzrost jego napięcia do 8 V. 8 V zostaje zmagazynowane w kondensatorze C6. IC3 wykrywa to i włącza zasilanie obwodu, dzięki czemu termometr działa teraz, wykorzystując zgromadzoną energię. Kiedy C6 rozładowuje się poniżej progu 7 V, IC3 ponownie odcina zasilanie obwodu przez T2.

Powyższe działanie IC3 jest w rzeczywistości bardzo przydatne w sytuacjach, gdy światło otoczenia jest niskie lub spada do poziomu, w którym Ogniwo słoneczne nie jest w stanie wytworzyć mocy wystarczającej do normalnego funkcjonowania termometru. W takich warunkach IC3 przełącza zasilanie z ogniwa słonecznego WŁ. / WYŁ. Tak, aby użytkownik mógł to zrobić sprawdź temperaturę w trybie włączonym / wyłączonym, ale zdecydowanie bez błędu. Dzięki temu termometr działa idealnie nawet przy słabym oświetleniu otoczenia, zamiast całkowicie się wyłączać.

Poziom histerezy (1 V) można zmienić zgodnie z preferencjami użytkownika, zmieniając wartość rezystora R7

Wartość kondensatora C6 określa, jak szybko następuje włączenie / wyłączenie dla IC3 / T2 w warunkach słabego oświetlenia. Zmniejszenie wartości C6 spowoduje szybsze włączanie / wyłączanie wyświetlacza i odwrotnie.

Budowa i konfiguracja

Konstrukcję PB dla termometru zasilanego światłem można zwizualizować na poniższym obrazku.

Składanie PCB jest łatwe, ale z modułem LCD należy obchodzić się ostrożnie podczas wkładania go do PCB, ponieważ urządzenie jest dość delikatne i podatne na złamanie.

Upewnij się, że nie zapomnisz kilku połączeń przewodów na płytce drukowanej. Nie należy początkowo montować IC2 LM35 na PCB, aby umożliwić wprowadzenie +1.000 V na zaciskach Vout i GND LM35. Wcześniej upewnij się, że ustawiłeś P1 tak, aby wyświetlacz wskazywał 100 ° C. Gdy to zrobisz, wyjmij ogniwo słoneczne lub zewnętrzne źródło zasilania, jeśli było używane, a teraz zamocuj IC2 na PCB.

Ogniwo słoneczne

Ogniwo słoneczne może być dowolnym mini lub mikro ogniwem słonecznym połączonym w celu wytworzenia 9 V przy 10 mA.

Jeśli nie chcesz używać ogniwa słonecznego lub źródła światła, a raczej zwykłej baterii, możesz wymienić źródło zasilania na zwykłą baterię 9 V PP3, która prawdopodobnie wytrzymałaby wieki ze względu na wyjątkowo niskie zużycie konstrukcji.

OSTRZEŻENIE: Proponowany termometr cyfrowy zasilany światłem nie powinien być używany jako termometr kliniczny, chyba że obwód jest sprawdzony i potwierdzony w autoryzowanym laboratorium.




Poprzedni: 2-stopniowy programowalny obwód czasowy Arduino Dalej: Regulowany obwód zasilacza impulsowego - 50 V, 2,5 A.