Obvod digitálního teploměru - používá k napájení solární článek

Články vysvětlují projekt obvodu digitálního teploměru, který funguje bez baterie. Namísto baterie obvod využívá malý solární článek a pracuje odvozením energie z okolního světla dostupného z okolních světelných zdrojů.

To umožňuje, aby byl obvod extrémně kompaktní, lehký, univerzální a bezproblémový při měření teplot z daného zdroje.

The teploměr lze použít pro měření teploty a Lidské tělo , teplota místnosti, chladič , pro analýzu počasí nebo jakoukoli jinou vhodnou aplikaci, která vyžaduje měření kritické teploty mezi 0 a 100 stupni Celsia.

Základní pracovní koncept

Podle níže uvedeného schématu zapojení funguje IC1 jako zařízení teplotního senzoru. Tento IC je populární Čip LM35 které produkují lineárně rostoucí stejnosměrný výstup v reakci na proporcionálně rostoucí okolní teplotu kolem něj. Přesněji řečeno, generuje výstupní stejnosměrný proud o rychlosti 10 mV na stupeň Celsia při nárůstu jeho teploty.

LM35 má zabudované kalibrované obvody, které umožňují vytvářet 0 V při 0 ° C.

Kromě tohoto IC je dalším hlavním prvkem tohoto světelného teploměru integrovaný obvod ICL7136 (ICI), který je vnitřně tvořen digitálním voltmetrickým stolkem, desetinnou čárkou a výstupním rozhraním LCD, které ovládá 3 a 1/2 číslice LCD panel pro odečet teploty.

ICL7136 voltmetr

Tento IC má také interní oscilátor, který pracuje s minimální taktovací frekvencí, což zajišťuje, že celý modul je schopen fungovat s minimálním výkonem, ale bez jakéhokoli blikání na displeji.

Kalibrace odečtu teploty obvodu se provádí vhodným nastavením předvolby P1.

Jak obvod funguje

Dioda D1 a odpor R11 zajišťují, že LM35 mění záporné napětí v reakci na okolní teplotu nižší než 0 ° C.

LED diody D1 a D2 zde nefungují jako normální indikační diody LED, ale spíše jako generátory referenčního napětí pro získání přiměřeně přesné 1,6 V konstantní reference, která pro tuto funkci vyžaduje jen několik uAmps. Ačkoli standardní zenerovy diody jsou přesnější se svým referenčním potenciálem, zenerovy diody vyžadují mnohem vyšší propustný proud ve srovnání s LED diodami, a proto se pro tuto aplikaci zenery vyhýbají.

IC3 spolu s těmito přidruženými součástmi fungují jako fáze monitorování napětí pro napájení solárních článků.

Operační zesilovač vypne hlavní obvodový stupeň teploměru přes tranzistor T2, kdykoli výstupní napětí solárního článku klesne pod 0,7 V.

Tato funkce zajišťuje, že stupně IC1, IC2 nebudou během tak nízkého napětí chybné a způsobí odečtení teploty s chybami.

Aby správně fungoval, vyžaduje LM35 minimální napájecí napětí 5,5 V, zatímco pro IC2 je minimální požadovaný referenční potenciál 7 V pro jeho normální fungování.

Práce s nízkým okolním světlem

Operační zesilovač IC3 je upraven jako Schmittův spouštěč tak, že pracuje s úrovní hystereze 1V. To znamená, že výstup IC se zapne, když je napětí solárního článku 8 V, a vypne se, když poklesne pod 7 V.

Prahová hodnota zapnutí 7 V je přesně nastavena pomocí předvolby P2.

Obvod obsahující IC1, IC2 je schopen normálně pracovat v proudovém rozsahu 10 až 200 mikroampérů. Když je světelný zdroj na solárním článku nedostatečný a jeho proud poklesne, IC3 vypne napájení na IC1 / IC2, čímž se odstraní zatížení solárního článku a jeho napětí vzroste na 8 V. Těchto 8 V se uloží do kondenzátoru C6. IC3 to detekuje a zapne napájení obvodu, takže teploměr nyní pracuje s využitím této uložené energie. Když se C6 vybije pod prahovou hodnotu 7 V, IC3 opět přeruší napájení obvodu přes T2.

Výše uvedená funkce IC3 je ve skutečnosti velmi užitečná v situacích, kdy je okolní světlo nízké nebo klesá na úroveň, kde solární panel není schopen generovat dostatečný výkon teploměru pro jeho normální fungování. Za takových podmínek IC3 přepíná napájení ze solárního článku ZAPNUTO / VYPNUTO tak, aby to uživatel mohl zkontrolujte teplotu v zapnutém / vypnutém režimu, ale určitě bez chyby. To umožňuje teploměru, aby dokonale fungoval i za špatných světelných podmínek, místo aby se úplně vypnul.

Úroveň hystereze (1 V) lze změnit podle preferencí uživatele změnou hodnoty odporu R7

Hodnota kondenzátoru C6 určuje, jak rychle dojde k zapnutí / vypnutí IC3 / T2 za špatných světelných podmínek. Snížení hodnoty C6 způsobí rychlejší zapnutí / vypnutí displeje a naopak.

Konstrukce a nastavení

Konstrukce PB pro teploměr napájený světlem lze vizualizovat na následujícím obrázku.

Sestavování PCB je snadné, ale s LCD modulem je třeba při vkládání do desky plošných spojů zacházet opatrně, protože zařízení je velmi jemné a náchylné k rozbití.

Ujistěte se, že nezapomenete pár drátových připojení na desce plošných spojů. Nezapojujte nejprve IC2 LM35 na desku plošných spojů, abyste umožnili zavedení +1 000 V přes svorky Vout a GND na LM35. Předtím nezapomeňte nastavit P1 tak, aby displej zobrazoval 100 ° C. Jakmile to provedete, odpojte solární článek nebo externí napájení, pokud je použito, a nyní opravte IC2 na desce plošných spojů.

Solární panel

Solárním článkem může být jakýkoli mini nebo mikro solární článek kombinovaný tak, aby produkoval 9 V při 10 mA.

Pokud si nepřejete použít solární článek nebo světelnou energii, spíše normální baterii, můžete vyměnit zdroj energie za běžnou 9 V PP3 baterii, která by pravděpodobně vydržela věky kvůli extrémně nízké spotřebě designu.

UPOZORNĚNÍ: Navrhovaný lehký digitální teploměr by neměl být používán jako klinický teploměr, pokud není obvod ověřen a potvrzen autorizovanou laboratoří.