Vezje digitalnega termometra - za napajanje uporablja sončno celico

V člankih je razložen projekt digitalnega termometra, ki deluje brez baterije. Namesto baterije vezje uporablja majhno sončno celico in deluje tako, da pridobiva energijo iz svetlobe okolice, ki je na voljo iz okoliških svetlobnih virov.

To omogoča, da je vezje izjemno kompaktno, lahko, vsestransko in brez težav med merjenjem temperature iz določenega vira.

The termometer se lahko uporablja za merjenje temperature a Človeško telo , temperatura prostora, hladilnik , za vremensko analizo ali katero koli drugo primerno aplikacijo, ki zahteva meritve kritične temperature med 0 in 100 stopinjami Celzija.

Osnovni koncept dela

Sklicujoč se na spodnji diagram vezja, IC1 deluje kot naprava s temperaturnim senzorjem. Ta IC je priljubljen LM35 čip ki proizvajajo linearno naraščajoč enosmerni tok kot odziv na sorazmerno naraščajočo temperaturo okolice okoli njega. Natančneje, tvori izhodni enosmerni tok s hitrostjo 10 mV na stopinjo Celzija, če temperatura njegovega primera ni večja.

LM35 ima vgrajeno umerjeno vezje, ki omogoča 0 V pri 0 ° C.

Poleg tega IC je drugi glavni element tega termometra na svetlobo integrirano vezje ICL7136 (ICI), ki je znotraj sestavljeno iz stopnje digitalnega voltmetra, decimalnega prestavljalnika in izhodnega vmesnika LCD, ki deluje s 3 in 1/2 števko LCD zaslon za odčitavanje temperature.

ICL7136 voltmeter

Ta IC ima tudi notranji oscilator, ki deluje z minimalno taktno frekvenco, kar zagotavlja, da lahko celoten modul deluje z minimalno močjo, vendar brez utripanja na zaslonu.

Kalibracija odčitka temperature vezja se izvede s pravilno nastavitvijo prednastavitve P1.

Kako deluje vezje

Dioda D1 in upor R11 zagotavljata, da LM35 spremeni negativno napetost kot odziv na okolico, nižjo od 0 ° C.

LED D1 in D2 tukaj ne delujeta kot običajni indikatorski LED, temveč kot referenčni generatorji napetosti za doseganje razmeroma natančne referenčne konstante 1,6 V, ki za to funkcionalnost potrebuje le nekaj uAmp. Čeprav so standardne cenerjeve diode bolj natančne s svojim referenčnim potencialom, zenerjeve diode zahtevajo veliko večji prednji tok v primerjavi z LED diodami, zato so se zenerji pri tej aplikaciji izognili.

IC3 skupaj s temi povezanimi komponentami deluje kot stopnja napetostnega nadzora za oskrbo s sončno celico.

Op ojačevalnik izklopi glavno stopnjo termometra skozi tranzistor T2, kadar izhodna napetost sončne celice pade pod 0,7 V.

Ta funkcija zagotavlja, da stopnje IC1, IC2 med tako nizko napetostjo ne motijo ​​in povzročajo odčitke temperature z napakami.

Za pravilno delovanje LM35 zahteva minimalno napajalno napetost 5,5 V, medtem ko je za IC2 najmanjši zahtevani referenčni potencial 7 V za normalno delovanje.

Delo s šibko svetlobo okolice

Op amp IC3 je nameščen kot Schmittov sprožilec, tako da deluje s stopnjo histereze 1V. To pomeni, da se izhod IC vklopi, ko je napetost sončne celice 8 V, in izklopi, ko pade pod 7 V.

Prag vklopa 7 V je natančno nastavljen s prednastavljeno P2.

Vezje, ki vsebuje IC1, IC2, lahko normalno deluje v trenutnem območju od 10 do 200 mikro amperov. Ko je vir svetlobe na sončni celici nezadosten in njen tok pade, IC3 izklopi moč na IC1 / IC2, ki odstrani obremenitev sončne celice in njena napetost naraste na 8 V. Ta 8 V se shrani v kondenzator C6. IC3 to zazna in vklopi napajanje vezja, tako da termometer zdaj deluje s pomočjo te shranjene energije. Ko se C6 izprazni pod pragom 7 V, IC3 še enkrat prekine napajanje vezja prek T2.

Zgornje delovanje IC3 je pravzaprav zelo koristno v situacijah, ko je svetloba okolja šibka ali pade na raven, ko sončna celica ne more ustvariti zadostne moči termometra za njegovo normalno delovanje. V takšnih pogojih IC3 preklopi moč iz sončne celice VKLOP / IZKLOP tako, da lahko uporabnik to stori preverite temperaturo v vklopljenem / izklopljenem načinu, vendar vsekakor brez napake. To omogoča, da termometer brezhibno deluje tudi v pogojih šibke svetlobe, namesto da se popolnoma izklopi.

Stopnjo histereze (1 V) lahko spremenite glede na uporabniške želje s spreminjanjem vrednosti upora R7

Vrednost kondenzatorja C6 določa, kako hitro se vklopi / izklopi za IC3 / T2 v slabih svetlobnih pogojih. Zmanjšanje vrednosti C6 bo povzročilo hitrejše VKLOP / IZKLOP zaslona in obratno.

Gradnja in postavitev

Zasnovo PB za termometer, ki deluje na svetlobo, si lahko ogledate na naslednji sliki.

Sestavljanje PCB je enostavno, vendar je z LCD modulom pri vstavljanju v tiskano vezje treba ravnati previdno, saj je naprava precej občutljiva in ranljiva.

Pazite, da ne pozabite nekaj žičnih povezav na tiskani plošči. Prvotno ne namestite IC2 LM35 na tiskano vezje, da omogočite vnos +1 000 V na terminale Vout in GND LM35. Pred tem nastavite P1 tako, da se na zaslonu izpiše 100 ° C. Ko je to storjeno, odstranite sončno celico ali zunanji napajalnik, če se uporablja, in zdaj pritrdite IC2 na PCB.

Sončna celica

Sončna celica je lahko katera koli mini ali mikro sončna celica v kombinaciji, da proizvede 9 V pri 10 mA.

Če ne želite uporabljati sončne celice ali svetlobne energije, temveč običajno baterijo, lahko vir energije zamenjate z navadno 9 V baterijo PP3, ki bi zaradi izjemno nizke porabe zasnove verjetno trajala več let.

OPOZORILO: Predlagani digitalni termometer na lahki pogon se ne sme uporabljati kot klinični termometer, razen če vezje ni preverjeno in potrjeno s strani pooblaščenega laboratorija.