Circuito del termometro digitale: utilizza una cella solare per l'alimentazione

Gli articoli spiegano un progetto di circuito del termometro digitale che funziona senza batteria. Invece di una batteria il circuito utilizza una piccola cella solare e funziona derivando energia dalla luce ambientale disponibile dalle sorgenti luminose circostanti.

Ciò consente al circuito di essere estremamente compatto, leggero, versatile e senza problemi durante la misurazione delle temperature da una determinata sorgente.

Il termometro può essere utilizzato per misurare la temperatura di a corpo umano , temperatura di una stanza, radiatore , per analisi meteorologiche o qualsiasi altra applicazione adatta che richieda misurazioni di temperature critiche comprese tra 0 gradi e 100 gradi Celsius.

Concetto di lavoro di base

Facendo riferimento allo schema del circuito sottostante, IC1 funziona come un dispositivo sensore di temperatura. Questo IC è popolare Chip LM35 che producono un'uscita CC in aumento lineare in risposta a una temperatura ambiente in proporzione crescente intorno ad essa. Per essere precisi, genera un'uscita DC ad una velocità di 10 mV per grado Celsius di aumento della temperatura della cassa.

L'LM35 ha una circuiteria calibrata incorporata, che consente di produrre 0 V a 0 ° C.

Oltre a questo IC, l'altro elemento principale di questo termometro alimentato a luce è il circuito integrato ICL7136 (ICI) che internamente è costituito da uno stadio voltmetro digitale, un commutatore decimale e un'interfaccia di uscita LCD che opera a 3 e 1/2 cifre Pannello LCD per la lettura della temperatura.

Voltmetro ICL7136

Questo IC ha anche un oscillatore interno che funziona con una frequenza di clock minima che garantisce che l'intero modulo sia in grado di funzionare utilizzando la potenza minima, ma senza alcun tremolio sul display.

La calibrazione della lettura della temperatura del circuito si effettua regolando opportunamente il preset P1.

Come funziona il circuito

Il diodo D1 e il resistore R11 assicurano che l'LM35 trasformi la tensione negativa in risposta a una temperatura ambiente inferiore a 0 ° C.

I LED D1 e D2 qui non funzionano come normali LED indicatori piuttosto come generatori di tensione di riferimento per ottenere un riferimento costante di 1,6 V ragionevolmente accurato, che richiede solo pochi uAmps per questa funzionalità. Sebbene i diodi zener standard siano più precisi con il loro potenziale di riferimento, i diodi zener richiedono una corrente diretta molto più elevata rispetto ai LED, e quindi gli zener sono stati evitati per questa applicazione.

L'IC3 insieme a questi componenti associati funziona come uno stadio di monitoraggio della tensione per l'alimentazione delle celle solari.

L'amplificatore operazionale spegne lo stadio del circuito principale del termometro attraverso il transistor T2 ogni volta che la tensione di uscita della cella solare scende al di sotto di 0,7 V.

Questa caratteristica assicura che gli stadi IC1, IC2 non funzionino male durante una tensione così bassa e producano letture di temperatura con errori.

Per funzionare correttamente l'LM35 richiede una tensione di alimentazione minima di 5,5 V, mentre per IC2 il potenziale di riferimento minimo richiesto è di 7 V per il suo normale funzionamento.

Lavorare con luce ambientale bassa

L'amplificatore operazionale IC3 è configurato come un trigger di Schmitt in modo tale da funzionare con un livello di isteresi di 1V. Ciò significa che l'uscita IC si accenderà quando la tensione della cella solare è di 8 V e si spegnerà quando scende al di sotto di 7 V.

La soglia di accensione 7 V viene regolata con precisione utilizzando il preset P2.

Il circuito comprendente IC1, IC2 è in grado di funzionare normalmente entro un intervallo di corrente da 10 a 200 micro ampere. Quando la sorgente di luce sulla cella solare è insufficiente e la sua corrente diminuisce, l'IC3 spegne l'alimentazione a IC1 / IC2, il che rimuove il carico sulla cella solare e il suo aumento di tensione a 8 V. Questi 8 V vengono immagazzinati nel condensatore C6. IC3 rileva questo e accende il circuito in modo che il termometro ora funzioni utilizzando questa energia immagazzinata. Quando C6 si scarica al di sotto della soglia di 7 V, IC3 interrompe nuovamente l'alimentazione al circuito attraverso T2.

Il funzionamento di IC3 sopra è in realtà molto utile in situazioni in cui la luce ambientale è bassa o scende a un livello in cui il celle a energia solare non è in grado di generare potenza sufficiente per il termometro per il suo normale funzionamento. In tali condizioni, l'IC3 alterna l'alimentazione dalla cella solare ON / OFF in modo che l'utente sia in grado di farlo controllare la temperatura in modalità ON / OFF, ma sicuramente senza errori. Ciò consente al termometro di continuare a funzionare perfettamente anche in condizioni di scarsa illuminazione ambientale, invece di spegnersi completamente.

Il livello di isteresi (1 V) può essere modificato in base alle preferenze dell'utente modificando il valore del resistore R7

Il valore del condensatore C6 determina la velocità con cui avviene l'ON / OFF per IC3 / T2 in condizioni di scarsa illuminazione. Diminuendo il valore C6 si accenderà / spegnerà più velocemente il display e viceversa.

Costruzione e allestimento

Il design PB per il termometro alimentato a luce può essere visualizzato nell'immagine seguente.

Assemblaggio di PCB è facile, ma il modulo LCD deve essere maneggiato con precauzioni durante l'inserimento nel PCB, poiché il dispositivo è piuttosto delicato e vulnerabile alla rottura.

Assicurati di non dimenticare un paio di collegamenti dei cavi sul PCB. Inizialmente non montare IC2 LM35 sul PCB per consentire l'introduzione di +1.000 V tra i terminali Vout e GND dell'LM35. Prima di questo assicurarsi di regolare P1 in modo che il display indichi 100 ° C. Una volta fatto ciò, rimuovere la cella solare o l'alimentazione esterna, se utilizzata, e ora fissare IC2 sul PCB.

Celle a energia solare

La cella solare può essere qualsiasi mini o micro cella solare combinata per produrre 9 V, a 10 mA.

Se non si desidera utilizzare una cella solare o una luce, piuttosto una normale batteria, è possibile sostituire la fonte di alimentazione con una normale batteria PP3 da 9 V che probabilmente durerebbe per anni a causa del consumo estremamente basso del design.

AVVERTENZA: il termometro digitale alimentato dalla luce proposto non deve essere utilizzato come termometro clinico, a meno che il circuito non sia verificato e confermato da un laboratorio autorizzato.