Mạch nhiệt kế kỹ thuật số - Sử dụng pin năng lượng mặt trời

Các bài báo giải thích một dự án mạch nhiệt kế kỹ thuật số hoạt động mà không cần pin. Thay vì pin, mạch sử dụng một pin mặt trời nhỏ và hoạt động bằng cách lấy năng lượng từ ánh sáng xung quanh có sẵn từ các nguồn sáng xung quanh.

Điều này cho phép mạch cực kỳ nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ, linh hoạt và không gặp rắc rối khi đo nhiệt độ từ một nguồn nhất định.

Các nhiệt kế có thể được sử dụng để đo nhiệt độ của một cơ thể con người , nhiệt độ của một căn phòng, tản nhiệt , để phân tích thời tiết, hoặc bất kỳ ứng dụng phù hợp nào khác yêu cầu các phép đo nhiệt độ quan trọng từ 0 độ đến 100 độ C.

Khái niệm làm việc cơ bản

Tham khảo sơ đồ mạch bên dưới, IC1 hoạt động giống như một thiết bị cảm biến nhiệt độ. IC này là một phổ biến Chip LM35 tạo ra đầu ra DC tăng tuyến tính để đáp ứng với nhiệt độ môi trường xung quanh nó tăng tương ứng. Nói một cách chính xác, nó tạo ra một DC đầu ra với tốc độ tăng 10 mV mỗi độ C trong nhiệt độ trường hợp của nó.

LM35 có một mạch được hiệu chỉnh tích hợp, cho phép tạo ra 0 V ở 0 ° C.

Ngoài IC này, phần tử chính khác của nhiệt kế chạy bằng ánh sáng này là mạch tích hợp ICL7136 (ICI), bên trong được tạo thành từ giai đoạn vôn kế kỹ thuật số, bộ chuyển số thập phân và giao diện đầu ra LCD hoạt động chữ số 3 và 1/2. Bảng điều khiển LCD để đọc nhiệt độ.

Vôn kế ICL7136

IC này cũng có một bộ dao động bên trong hoạt động với tần số xung nhịp tối thiểu để đảm bảo rằng toàn bộ mô-đun có thể hoạt động bằng cách sử dụng công suất tối thiểu, nhưng không có bất kỳ nhấp nháy nào trên màn hình.

Hiệu chuẩn đọc nhiệt độ của mạch được thực hiện bằng cách điều chỉnh giá trị đặt trước P1 một cách thích hợp.

Cách hoạt động của mạch

Diode D1 và điện trở R11 đảm bảo rằng LM35 biến điện áp âm để đáp ứng với môi trường xung quanh thấp hơn 0 ° C.

Các đèn LED D1 và D2 ​​ở đây không hoạt động như các đèn LED chỉ báo bình thường thay vì như một bộ tạo điện áp tham chiếu để có được tham chiếu không đổi 1,6 V chính xác hợp lý, chỉ yêu cầu thấp nhất là một vài uA cho chức năng này. Mặc dù điốt zener tiêu chuẩn chính xác hơn với điện thế tham chiếu của chúng, nhưng điốt zener yêu cầu dòng điện chuyển tiếp cao hơn nhiều so với đèn LED, và do đó các zzner đã được tránh cho ứng dụng này.

IC3 cùng với các thành phần liên quan này hoạt động giống như một giai đoạn giám sát điện áp cho việc cung cấp pin mặt trời.

Bộ khuếch đại op sẽ TẮT giai đoạn mạch nhiệt kế chính thông qua bóng bán dẫn T2 bất cứ khi nào điện áp đầu ra của pin mặt trời giảm xuống dưới 0,7 V.

Tính năng này đảm bảo rằng các giai đoạn IC1, IC2 không bị trục trặc trong quá trình điện áp thấp như vậy và tạo ra các kết quả đọc nhiệt độ có lỗi.

Để hoạt động chính xác, LM35 yêu cầu điện áp cung cấp tối thiểu là 5,5 V, trong khi đối với IC2, điện thế tham chiếu tối thiểu yêu cầu là 7 V để nó hoạt động bình thường.

Làm việc với ánh sáng xung quanh thấp

Op amp IC3 được thiết kế như một bộ kích hoạt Schmitt để nó hoạt động với mức độ trễ 1V. Có nghĩa là, ngõ ra IC sẽ BẬT khi điện áp pin mặt trời là 8 V và TẮT khi điện áp xuống dưới 7 V.

Ngưỡng BẬT của công tắc 7 V được điều chỉnh chính xác bằng cách sử dụng P2 đặt trước.

Mạch bao gồm IC1, IC2 có thể hoạt động bình thường trong phạm vi dòng điện từ 10 đến 200 micro ampe. Khi nguồn sáng trên pin mặt trời không đủ và dòng điện của nó giảm xuống, IC3 sẽ TẮT nguồn sang IC1 / IC2, điều này sẽ loại bỏ tải trên pin mặt trời và điện áp của nó tăng lên 8 V. 8 V này được lưu trữ trong tụ điện C6. IC3 phát hiện điều này và chuyển BẬT nguồn cho mạch để nhiệt kế hiện hoạt động bằng cách sử dụng năng lượng tích trữ này. Khi C6 phóng điện dưới ngưỡng 7 V, IC3 lại tiếp tục cắt nguồn cho mạch qua T2.

Chức năng trên của IC3 thực sự rất hữu ích trong các tình huống khi ánh sáng xung quanh yếu hoặc giảm xuống mức mà pin mặt trời không thể tạo ra đủ năng lượng cho nhiệt kế để nhiệt kế hoạt động bình thường. Trong các điều kiện như vậy, IC3 bật / tắt nguồn từ pin mặt trời BẬT / TẮT để người dùng có thể kiểm tra nhiệt độ ở chế độ BẬT / TẮT được chuyển đổi, nhưng chắc chắn không có lỗi. Điều này cho phép nhiệt kế tiếp tục hoạt động hoàn hảo ngay cả trong điều kiện ánh sáng xung quanh thấp, thay vì tắt hoàn toàn.

Mức độ trễ (1 V) có thể được thay đổi theo sở thích của người dùng bằng cách thay đổi giá trị của điện trở R7

Giá trị C6 của tụ điện xác định tốc độ BẬT / TẮT đối với IC3 / T2 trong điều kiện ánh sáng yếu. Giá trị C6 giảm sẽ làm cho màn hình BẬT / TẮT nhanh hơn và ngược lại.

Xây dựng và thiết lập

Thiết kế PB cho nhiệt kế chạy bằng ánh sáng có thể được hình dung trong hình ảnh sau đây.

Lắp ráp PCB rất dễ dàng, nhưng mô-đun LCD phải được xử lý thận trọng khi lắp vào PCB, vì thiết bị khá mỏng manh và dễ bị vỡ.

Hãy chắc chắn rằng bạn không quên một vài kết nối dây trên PCB. Ban đầu không lắp IC2 LM35 trên PCB để cho phép giới thiệu +1.000 V qua các đầu cuối Vout và GND của LM35. Trước khi điều chỉnh, hãy đảm bảo điều chỉnh P1 để màn hình đọc 100 ° C. Khi điều này được thực hiện, hãy tháo pin mặt trời hoặc nguồn cung cấp bên ngoài nếu có, và bây giờ sửa IC2 trên PCB.

Pin mặt trời

Pin mặt trời có thể là bất kỳ pin mặt trời mini hoặc vi mô nào được kết hợp để tạo ra 9 V, ở 10 mA.

Nếu bạn không muốn sử dụng pin mặt trời hoặc năng lượng ánh sáng, thay vì sử dụng pin thông thường, bạn có thể thay thế nguồn điện bằng pin 9 V PP3 thông thường có thể tồn tại lâu dài do thiết kế tiêu thụ cực thấp.

CẢNH BÁO: Không nên sử dụng nhiệt kế kỹ thuật số chạy bằng ánh sáng được đề xuất làm nhiệt kế lâm sàng, trừ khi mạch được xác minh và xác nhận từ phòng thí nghiệm được ủy quyền.