دائرة ميزان الحرارة الرقمي - تستخدم خلية شمسية للطاقة

جرب أداة القضاء على المشاكل





تشرح المقالات مشروع دائرة مقياس حرارة رقمي يعمل بدون بطارية. بدلاً من البطارية ، تستخدم الدائرة خلية شمسية صغيرة وتعمل عن طريق اشتقاق الطاقة من الضوء المحيط المتوفر من مصادر الضوء المحيطة.

يتيح ذلك للدائرة أن تكون مضغوطة للغاية وخفيفة الوزن ومتعددة الاستخدامات وخالية من المتاعب أثناء قياس درجات الحرارة من مصدر معين.



ال ميزان الحرارة يمكن استخدامها لقياس درجة حرارة أ جسم الانسان ، درجة حرارة الغرفة ، تقليل الحرارة لتحليل الطقس أو أي تطبيق مناسب آخر يتطلب قياسات حرجة لدرجة الحرارة بين 0 درجة و 100 درجة مئوية.

مفهوم العمل الأساسي

بالإشارة إلى مخطط الدائرة أدناه ، يعمل IC1 مثل جهاز استشعار درجة الحرارة. هذا IC مشهور رقاقة LM35 التي تنتج ناتجًا متزايدًا خطيًا للتيار المستمر استجابةً لزيادة درجة الحرارة المحيطة بشكل متناسب من حولها. لكي تكون دقيقًا ، فإنه يولد خرجًا DC بمعدل 10 مللي فولت لكل درجة مئوية ارتفاع في درجة حرارة العلبة.



يحتوي LM35 على دوائر معايرة داخلية ، والتي تمكن من إنتاج 0 فولت عند 0 درجة مئوية.

بصرف النظر عن هذا IC ، فإن العنصر الرئيسي الآخر لميزان الحرارة هذا الذي يعمل بالضوء هو الدائرة المتكاملة ICL7136 (ICI) والتي تتكون داخليًا من مرحلة الفولتميتر الرقمي ، ومبدل عشري وواجهة إخراج LCD تعمل بـ 3 و 1/2 رقم. لوحة LCD لقراءة درجة الحرارة.

ICL7136 الفولتميتر

يحتوي هذا IC أيضًا على مذبذب داخلي يعمل بأقل تردد على مدار الساعة مما يضمن أن الوحدة بأكملها قادرة على العمل باستخدام الحد الأدنى من الطاقة ، ولكن دون أي وميض على الشاشة.

تتم معايرة قراءات درجة الحرارة للدائرة عن طريق ضبط الإعداد المسبق P1 بشكل مناسب.

كيف تعمل الدائرة

يضمن الصمام الثنائي D1 والمقاوم R11 أن LM35 يحول جهدًا سلبيًا استجابةً لمحيط أقل من 0 درجة مئوية.

لا تعمل مصابيح LED D1 و D2 هنا كمؤشرات LED عادية بدلاً من ذلك كمولدات جهد مرجعي للحصول على مرجع ثابت بدقة 1.6 فولت بشكل معقول ، والذي لا يتطلب سوى عدد قليل من وحدات uAmps لهذه الوظيفة. على الرغم من أن ثنائيات زينر القياسية أكثر دقة مع إمكاناتها المرجعية ، إلا أن ثنائيات زينر تتطلب تيارًا أماميًا أعلى بكثير مقارنة بمصابيح LED ، وبالتالي تم تجنب الزينر لهذا التطبيق.

يعمل IC3 جنبًا إلى جنب مع هذه المكونات المرتبطة مثل مرحلة مراقبة الجهد لتزويد الخلايا الشمسية.

يقوم المرجع أمبير بإيقاف تشغيل مرحلة دائرة مقياس الحرارة الرئيسية من خلال الترانزستور T2 عندما ينخفض ​​جهد خرج الخلية الشمسية إلى أقل من 0.7 فولت.

تعمل هذه الميزة على التأكد من أن مراحل IC1 و IC2 لا تتعطل أثناء مثل هذا الجهد المنخفض وتنتج قراءات لدرجة الحرارة مع وجود أخطاء.

من أجل العمل بشكل صحيح ، يتطلب LM35 حدًا أدنى لجهد الإمداد يبلغ 5.5 فولت ، بينما بالنسبة إلى IC2 ، فإن الحد الأدنى من الجهد المرجعي المطلوب هو 7 فولت لتشغيله العادي.

العمل مع الإضاءة المحيطة المنخفضة

تم تجهيز Op amp IC3 كمحرك Schmitt -trigger بحيث يعمل بمستوى تباطؤ 1V. بمعنى ، سيتم تشغيل خرج IC عندما يكون جهد الخلية الشمسية 8 فولت ، ويتم إيقاف تشغيله عندما ينخفض ​​إلى أقل من 7 فولت.

يتم ضبط عتبة مفتاح التشغيل 7 فولت بدقة باستخدام P2.

الدائرة التي تتألف من IC1 ، IC2 قادرة على العمل بشكل طبيعي ضمن النطاق الحالي من 10 إلى 200 ميكرو أمبير. عندما يكون مصدر الضوء على الخلية الشمسية غير كافٍ ، وينخفض ​​التيار ، يقوم IC3 بإيقاف تشغيل الطاقة إلى IC1 / IC2 ، مما يزيل الحمل على الخلية الشمسية ويرفع جهدها إلى 8 فولت. يتم تخزين 8 فولت في المكثف C6. يكتشف IC3 هذا ويحول الطاقة إلى الدائرة بحيث يعمل مقياس الحرارة الآن باستخدام هذه الطاقة المخزنة. عندما يتم تفريغ C6 دون عتبة 7 فولت ، يقوم IC3 مرة أخرى بقطع الطاقة عن الدائرة عبر T2.

إن الوظيفة المذكورة أعلاه لـ IC3 مفيدة جدًا في الواقع في المواقف التي يكون فيها الضوء المحيط منخفضًا أو ينخفض ​​إلى مستوى حيث يكون الخلايا الشمسية غير قادر على توليد طاقة كافية لميزان الحرارة لعمله الطبيعي. في مثل هذه الظروف ، يقوم IC3 بتبديل الطاقة من الخلية الشمسية ON / OFF بحيث يكون المستخدم قادرًا على ذلك تحقق من درجة الحرارة في وضع التشغيل / الإيقاف ، ولكن بالتأكيد بدون خطأ. يسمح هذا لمقياس الحرارة بالاستمرار في العمل بشكل مثالي حتى في ظروف الإضاءة المحيطة المنخفضة ، بدلاً من إيقاف التشغيل تمامًا.

يمكن تغيير مستوى التباطؤ (1 فولت) حسب تفضيل المستخدم عن طريق تغيير قيمة المقاوم R7

تحدد قيمة المكثف C6 مدى سرعة حدوث التشغيل / الإيقاف لـ IC3 / T2 في ظروف الإضاءة المنخفضة. سيؤدي تقليل قيمة C6 إلى تشغيل / إيقاف تشغيل الشاشة بشكل أسرع والعكس صحيح.

البناء والإنشاء

يمكن تصور تصميم PB لميزان الحرارة الذي يعمل بالضوء في الصورة التالية.

تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور أمر سهل ، ولكن يجب التعامل مع وحدة LCD مع الاحتياطات أثناء إدخالها في PCB ، لأن الجهاز حساس للغاية وعرضة للكسر.

تأكد من أنك لا تنسى اثنين من توصيلات الأسلاك على ثنائي الفينيل متعدد الكلور. لا تلائم مبدئيًا IC2 LM35 على لوحة الدوائر المطبوعة للسماح بإدخال +1.000 فولت عبر طرفي Vout و GND في LM35. قبل ذلك ، تأكد من ضبط P1 بحيث يقرأ العرض 100 درجة مئوية. بمجرد الانتهاء من ذلك ، قم بإزالة الخلية الشمسية أو الإمداد الخارجي إذا تم استخدام أي منهما ، والآن قم بإصلاح IC2 على PCB.

الخلايا الشمسية

يمكن أن تكون الخلية الشمسية أي خلية شمسية صغيرة أو دقيقة مجمعة لإنتاج 9 فولت ، عند 10 مللي أمبير.

إذا كنت لا ترغب في استخدام خلية شمسية أو طاقة ضوئية ، بدلاً من بطارية عادية ، فيمكنك استبدال مصدر الطاقة ببطارية عادية 9 فولت PP3 والتي من المحتمل أن تدوم طويلاً بسبب الاستهلاك المنخفض للغاية للتصميم.

تحذير: لا ينبغي استخدام مقياس الحرارة الرقمي الذي يعمل بالضوء المقترح كمقياس حرارة سريري ، ما لم يتم التحقق من الدائرة وتأكيدها من مختبر معتمد.




السابق: Arduino 2-Step Programmable Timer Circuit التالي: دائرة إمداد طاقة قابلة للتعديل - 50 فولت ، 2.5 أمبير