วงจรดิจิตอลเทอร์โมมิเตอร์ - ใช้เซลล์แสงอาทิตย์เป็นพลังงาน

บทความนี้อธิบายโครงการวงจรเทอร์โมมิเตอร์ดิจิตอลที่ทำงานโดยไม่ต้องใช้แบตเตอรี่ แทนที่จะใช้แบตเตอรี่วงจรจะใช้เซลล์แสงอาทิตย์ขนาดเล็กและทำงานโดยได้รับพลังงานจากแสงโดยรอบจากแหล่งกำเนิดแสงโดยรอบ

ทำให้วงจรมีขนาดกะทัดรัดน้ำหนักเบาใช้งานได้หลากหลายและไม่ยุ่งยากในขณะที่วัดอุณหภูมิจากแหล่งกำเนิดที่กำหนด

เทอร์โมมิเตอร์ สามารถใช้วัดอุณหภูมิของก ร่างกายมนุษย์ , อุณหภูมิของห้อง, ฮีทซิงค์ สำหรับการวิเคราะห์สภาพอากาศหรือการใช้งานอื่น ๆ ที่เหมาะสมซึ่งต้องมีการวัดอุณหภูมิวิกฤตระหว่าง 0 องศาถึง 100 องศาเซลเซียส

แนวคิดการทำงานขั้นพื้นฐาน

อ้างอิงจากแผนภาพวงจรด้านล่าง IC1 จะทำงานเหมือนกับอุปกรณ์เซ็นเซอร์อุณหภูมิ IC นี้เป็นที่นิยม ชิป LM35 ซึ่งผลิตเอาต์พุต DC ที่เพิ่มขึ้นเชิงเส้นเพื่อตอบสนองต่ออุณหภูมิโดยรอบที่เพิ่มขึ้นตามสัดส่วน เพื่อความแม่นยำจะสร้าง DC เอาต์พุตที่อัตรา 10 mV ต่อองศาเซลเซียสที่เพิ่มขึ้นในอุณหภูมิเคส

LM35 มีวงจรสอบเทียบในตัวซึ่งช่วยให้สามารถผลิต 0 V ที่ 0 ° C

นอกเหนือจาก IC นี้องค์ประกอบหลักอื่น ๆ ของเทอร์โมมิเตอร์ที่ใช้พลังงานแสงนี้คือวงจรรวม ICL7136 (ICI) ซึ่งภายในประกอบด้วยขั้นตอนของโวลต์มิเตอร์แบบดิจิตอลตัวเปลี่ยนทศนิยมและอินเทอร์เฟซเอาต์พุต LCD ซึ่งทำงานเป็นตัวเลข 3 และ 1/2 หลัก แผง LCD สำหรับการอ่านค่าอุณหภูมิ

ICL7136 โวลต์มิเตอร์

IC นี้ยังมีออสซิลเลเตอร์ภายในซึ่งทำงานด้วยความถี่สัญญาณนาฬิกาที่น้อยที่สุดซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ว่าโมดูลทั้งหมดสามารถทำงานได้โดยใช้พลังงานขั้นต่ำ แต่ไม่มีการสั่นไหวบนจอแสดงผล

การสอบเทียบการอ่านค่าอุณหภูมิของวงจรดำเนินการโดยการปรับค่า P1 ที่ตั้งไว้ล่วงหน้าให้เหมาะสม

วงจรทำงานอย่างไร

ไดโอด D1 และตัวต้านทาน R11 ทำให้แน่ใจว่า LM35 เปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าเชิงลบเพื่อตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมที่ต่ำกว่า 0 ° C

LEDs D1 และ D2 ในที่นี้ไม่ทำงานเป็นไฟ LED แสดงสถานะปกติแทนที่จะเป็นเครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้าอ้างอิงเพื่อให้ได้ค่าอ้างอิงคงที่ 1.6 V ที่แม่นยำพอสมควรซึ่งต้องการเพียงไม่กี่ uAmps สำหรับฟังก์ชันนี้ แม้ว่าไดโอดซีเนอร์มาตรฐานจะมีความแม่นยำมากกว่าตามศักยภาพในการอ้างอิง แต่ไดโอดซีเนอร์ต้องการกระแสไฟฟ้าไปข้างหน้าสูงกว่ามากเมื่อเทียบกับ LED ดังนั้นจึงหลีกเลี่ยงซีเนอร์สำหรับแอปพลิเคชันนี้

IC3 พร้อมกับส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องนี้ทำงานเหมือนขั้นตอนการตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าสำหรับแหล่งจ่ายไฟโซลาร์เซลล์

ออปแอมป์จะปิดขั้นตอนวงจรเทอร์โมมิเตอร์หลักผ่านทรานซิสเตอร์ T2 เมื่อใดก็ตามที่แรงดันเอาต์พุตของเซลล์แสงอาทิตย์ลดลงต่ำกว่า 0.7 V.

คุณสมบัตินี้ช่วยให้แน่ใจว่าขั้นตอน IC1, IC2 ไม่ทำงานผิดพลาดในช่วงแรงดันไฟฟ้าต่ำดังกล่าวและทำให้การอ่านค่าอุณหภูมิมีข้อผิดพลาด

เพื่อให้ทำงานได้อย่างถูกต้อง LM35 ต้องการแรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำ 5.5 V ในขณะที่สำหรับ IC2 ศักย์อ้างอิงขั้นต่ำที่ต้องการคือ 7 V สำหรับการทำงานปกติ

การทำงานกับแสงโดยรอบต่ำ

Op amp IC3 ถูกยึดเป็น Schmitt -trigger ซึ่งทำงานได้กับระดับฮิสเทอรีซิส 1V หมายความว่าเอาต์พุต IC จะเปิดเมื่อแรงดันไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์อยู่ที่ 8 V และปิดเมื่อลดลงต่ำกว่า 7 V

เกณฑ์การเปิดสวิตช์ 7 V ได้รับการปรับอย่างแม่นยำโดยใช้ P2 ที่ตั้งไว้ล่วงหน้า

วงจรที่ประกอบด้วย IC1, IC2 สามารถทำงานได้ตามปกติภายในช่วงกระแส 10 ถึง 200 ไมโครแอมป์ เมื่อแหล่งกำเนิดแสงบนเซลล์แสงอาทิตย์ไม่เพียงพอและกระแสไฟฟ้าลดลง IC3 จะปิดไฟเป็น IC1 / IC2 ซึ่งจะกำจัดโหลดบนเซลล์แสงอาทิตย์และแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเป็น 8 V 8 V นี้จะถูกเก็บไว้ในตัวเก็บประจุ C6 IC3 ตรวจจับสิ่งนี้และเปิดสวิตช์ไปที่วงจรเพื่อให้เทอร์โมมิเตอร์ทำงานโดยใช้พลังงานที่เก็บไว้นี้ เมื่อ C6 ปล่อยต่ำกว่าเกณฑ์ 7 V IC3 จะตัดกระแสไฟไปยังวงจรผ่าน T2 อีกครั้ง

การทำงานข้างต้นของ IC3 นั้นมีประโยชน์อย่างมากในสถานการณ์เมื่อแสงโดยรอบต่ำหรือลดลงถึงระดับที่ เซลล์แสงอาทิตย์ ไม่สามารถสร้างพลังงานที่เพียงพอสำหรับเทอร์โมมิเตอร์สำหรับการทำงานปกติ ในสภาวะเช่นนี้ IC3 จะสลับการเปิด / ปิดของเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อให้ผู้ใช้สามารถทำได้ ตรวจสอบอุณหภูมิ ในโหมดเปิด / ปิด แต่ไม่มีข้อผิดพลาดแน่นอน สิ่งนี้ช่วยให้เทอร์โมมิเตอร์ทำงานได้อย่างสมบูรณ์แม้ในสภาพแสงโดยรอบน้อยแทนที่จะปิดโดยสิ้นเชิง

ระดับฮิสเทรีซิส (1 V) สามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามความต้องการของผู้ใช้โดยการเปลี่ยนค่าของตัวต้านทาน R7

ค่า C6 ของตัวเก็บประจุจะกำหนดความเร็วในการเปิด / ปิดสำหรับ IC3 / T2 ในสภาพแสงน้อย การลดค่า C6 จะทำให้การเปิด / ปิดจอแสดงผลเร็วขึ้นและในทางกลับกัน

การก่อสร้างและการตั้งค่า

การออกแบบ PB สำหรับเทอร์โมมิเตอร์แบบใช้พลังงานแสงสามารถมองเห็นได้ในภาพต่อไปนี้

การประกอบไฟล์ PCB เป็นเรื่องง่าย แต่โมดูล LCD ต้องได้รับการดูแลอย่างระมัดระวังขณะเสียบเข้าไปใน PCB เนื่องจากอุปกรณ์ค่อนข้างบอบบางและเสี่ยงต่อการแตกหัก

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณไม่ลืมการเชื่อมต่อสายสองสามเส้นบน PCB ในตอนแรกอย่าติดตั้ง IC2 LM35 บน PCB เพื่อให้สามารถนำ +1.000 V ผ่านขั้ว Vout และ GND ของ LM35 ได้ ก่อนหน้านี้ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ปรับ P1 เพื่อให้จอแสดงผลอ่าน 100 ° C เมื่อเสร็จแล้วให้ถอดแผงโซล่าเซลล์หรือแหล่งจ่ายภายนอกหากมีการใช้งานและแก้ไข IC2 บน PCB

โซล่าเซลล์

เซลล์แสงอาทิตย์สามารถเป็นเซลล์แสงอาทิตย์ขนาดเล็กหรือขนาดเล็กรวมกันเพื่อผลิต 9 V ที่ 10 mA

หากคุณไม่ต้องการใช้โซลาร์เซลล์หรือพลังงานแสงแทนที่จะเป็นแบตเตอรี่ธรรมดาคุณสามารถเปลี่ยนแหล่งพลังงานด้วยแบตเตอรี่ 9 V PP3 ธรรมดาซึ่งอาจใช้งานได้นานเนื่องจากการออกแบบที่ใช้พลังงานต่ำมาก

คำเตือน: ไม่ควรใช้เทอร์โมมิเตอร์ดิจิตอลที่ใช้พลังงานแสงที่เสนอเป็นเทอร์โมมิเตอร์ทางคลินิกเว้นแต่วงจรจะได้รับการตรวจสอบและยืนยันจากห้องปฏิบัติการที่ได้รับอนุญาต