- Απαιτούμενα συστατικά:
- Αισθητήρας θερμοκρασίας LM35:
- Ρύθμιση τάσης αναφοράς για Op-amp LM358:
- Διάγραμμα κυκλώματος:
- Επεξήγηση εργασίας:
- Εργασία ρελέ:
Προηγουμένως έχουμε κατασκευάσει κύκλωμα LED ελεγχόμενης θερμοκρασίας, στο οποίο δύο LED ανάβουν ανάλογα με τη θερμοκρασία. Τώρα βελτιώνουμε αυτό το κύκλωμα χρησιμοποιώντας ένα ρελέ και τώρα πρόκειται να ελέγξουμε τις οικιακές συσκευές AC σύμφωνα με τη θερμοκρασία. Αυτό το κύκλωμα θα λειτουργεί ως αυτόματος διακόπτης φωτός που θα ενεργοποιηθεί εάν η θερμοκρασία υπερβεί ένα συγκεκριμένο επίπεδο (50 βαθμοί σε αυτό το κύκλωμα). Χρησιμοποιούμε το LM35 ως αισθητήρα θερμοκρασίας εδώ. Αυτή η θερμοκρασία κατωφλίου αξίας 50 μοιρών μπορεί να αλλάξει ρυθμίζοντας τη μεταβλητή αντίσταση στο κύκλωμα, σύμφωνα με τις απαιτήσεις.
Έχουμε χρησιμοποιήσει έναν απλό λαμπτήρα LED σε αυτό το κύκλωμα διακόπτη ελεγχόμενης θερμοκρασίας για την επίδειξη, δηλαδή εάν η θερμοκρασία υπερβαίνει τους 50 βαθμούς Κελσίου, τότε ο λαμπτήρας θα ανάβει αυτόματα και εάν η θερμοκρασία πέσει κάτω από τους 50 βαθμούς, ο λαμπτήρας θα σβήσει αυτόματα. Εδώ μπορείτε να αντικαταστήσετε τον λαμπτήρα από οποιαδήποτε οικιακή συσκευή εναλλασσόμενου ρεύματος, όπως εάν τον αντικαταστήσετε με ανεμιστήρα τότε θα χρησιμεύσει ως κύκλωμα ανεμιστήρα ελεγχόμενης θερμοκρασίας. Μπορεί επίσης να λειτουργήσει ως συναγερμός πυρκαγιάς αν ορίσετε τη θερμοκρασία κατωφλίου πολύ υψηλή όπως 100 βαθμούς Κελσίου και συνδέσετε έναν συναγερμό στη θέση του λαμπτήρα ή μπορείτε να το διαμορφώσετε ώστε να ενεργοποιεί αυτόματα το κλιματιστικό πέρα από μια συγκεκριμένη θερμοκρασία χρησιμοποιώντας ένα ρελέ κατάλληλης βαθμολογίας.
Απαιτούμενα συστατικά:
- Μπαταρία 9v
- IC 7805
- Αισθητήρας θερμοκρασίας LM35
- Op-amp LM358
- Αντίσταση 10k ohm
- Αντίσταση 1k ohm
- Μεταβλητή αντίσταση 10k
- LED (προαιρετικό)
- NPN Transistor BC547
- Δίοδος 1N4007
- Ρελέ 6v
- Λάμπα ή οποιαδήποτε συσκευή AC
Αισθητήρας θερμοκρασίας LM35:
Το LM35 είναι συσκευή τύπου τρανζίστορ τριών ακίδων. Έχει VCC, GND και OUTPUT. Αυτός ο αισθητήρας παρέχει μεταβλητή τάση στην έξοδο με βάση τη θερμοκρασία. Το LM35 παρέχει έξοδο σε βαθμούς Κελσίου και μπορεί να ανιχνεύσει έως και 150 βαθμούς Κελσίου. Το LM35 είναι πολύ δημοφιλές και ο φθηνός αισθητήρας θερμοκρασίας χρησιμοποιείται γενικά ως ψηφιακό θερμόμετρο ή για τη μέτρηση της θερμοκρασίας.
Για κάθε αύξηση θερμοκρασίας +1 εκατοστημών θα υπάρχει + 10mV υψηλότερη τάση στον πείρο εξόδου. Αν λοιπόν η θερμοκρασία είναι 0◦ εκατονταβάθμια, η έξοδος του αισθητήρα θα είναι 0V, εάν η θερμοκρασία είναι 10◦C, η έξοδος του αισθητήρα θα είναι + 100mV, εάν η θερμοκρασία είναι 25◦C, η έξοδος του αισθητήρα θα είναι + 250mV.
Ρύθμιση τάσης αναφοράς για Op-amp LM358:
Εδώ χρησιμοποιήσαμε το Op-amp LM358 για να συγκρίνουμε την τάση εξόδου του LM35 με την τάση αναφοράς. Όπως αναφέρθηκε, έχουμε ρυθμίσει το κύκλωμα τάσης κατωφλίου 50 βαθμούς, οπότε για να ενεργοποιήσουμε το op-amp στους 50 βαθμούς, πρέπει να ρυθμίσουμε την τάση αναφοράς σε 0,5 volt, καθώς σε θερμοκρασία 50 μοιρών η τάση εξόδου LM35 θα είναι 0,5 volt ή 500mV. Η τάση αναφοράς είναι η τάση στο Pin no 2 του LM358.
Τώρα για να ρυθμίσουμε την τάση αναφοράς, δημιουργήσαμε ένα κύκλωμα διαιρέτη τάσης χρησιμοποιώντας την αντίσταση R1 και την μεταβλητή αντίσταση RV1 των 10k. Χρησιμοποιώντας τους παραπάνω τύπους μπορείτε να ρυθμίσετε την τάση αναφοράς ανάλογα και να αλλάξετε τη Θερμοκρασία κατωφλίου. Θέλετε να ορίσετε τη θερμοκρασία 50 βαθμών Κελσίου ως τιμή ενεργοποίησης, μπορείτε να ρυθμίσετε το ποτενσιόμετρο περίπου στα 8k: 2k όπως:
Vout = (R2 / R1 + R2) * Vin
(εδώ το R2 είναι δεύτερο μέρος του ποτενσιόμετρου: 2k ohm και το R1 είναι R1 + πρώτο μέρος του ποτενσιόμετρου: 10k + 8k)
Vout = (2/18 + 2) * 5 = 0,5v
Op-amp LM358:
Οι Op-amp είναι επίσης γνωστοί ως Voltage Comparators. Όταν η τάση στην είσοδο μη αναστροφής (+) είναι υψηλότερη από την τάση στην είσοδο αναστροφής (-), τότε η έξοδος του συγκριτή είναι υψηλή. Και αν η τάση της εισόδου αναστροφής (-) είναι υψηλότερη από την άκρη αντιστροφής (+), τότε η έξοδος είναι χαμηλή. Μάθετε περισσότερα για την εργασία του op-amp εδώ.
Ο LM358 είναι ένας διπλός λειτουργικός ενισχυτής χαμηλού θορύβου που έχει δύο ανεξάρτητους συγκριτές τάσης στο εσωτερικό. Πρόκειται για έναν γενικό σκοπό ενισχυτή που μπορεί να διαμορφωθεί σε πολλούς τρόπους όπως συγκριτικό, καλοκαίρι, ολοκληρωτής, ενισχυτής, διαφοροποιητής, λειτουργία αντιστροφής, λειτουργία μη αναστροφής κ.λπ.
Διάγραμμα κυκλώματος:
Επεξήγηση εργασίας:
Η εργασία αυτού του κυκλώματος οικιακών συσκευών ελεγχόμενης θερμοκρασίας είναι απλή. Η μπαταρία γενικής χρήσης 9v χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία ολόκληρου του κυκλώματος και το IC7805 χρησιμοποιείται για την παροχή της ρυθμιζόμενης τροφοδοσίας 5v στο κύκλωμα. Όταν η θερμοκρασία είναι κάτω από 50 βαθμούς, τότε η έξοδος του LM358 παραμένει χαμηλή και το τρανζίστορ Q1 & Relay παραμένει επίσης σε κατάσταση OFF, οπότε ο λαμπτήρας είναι σβηστός Μπορείτε να ρυθμίσετε αυτήν τη θερμοκρασία κατωφλίου ανάλογα περιστρέφοντας το POT.
Τώρα, όταν η θερμοκρασία του περιβάλλοντος υπερβαίνει τους 50 βαθμούς Κελσίου, η τάση εξόδου του LM35 στον ακροδέκτη 2 υπερβαίνει επίσης τα 0,5 volt ή τα 500mV. Η έξοδος του LM35 συνδέεται με το Pin 3 του Op-amp LM358. Και καθώς έχουμε ρυθμίσει την τάση αναφοράς (τάση στον ακροδέκτη 2 του LM358) σε 0,5 βολτ, έτσι τώρα η τάση στον ακροδέκτη 3 (είσοδος μη αναστροφής) γίνεται υψηλότερη από την τάση στον ακροδέκτη 2 (είσοδος αντιστροφής) και έξοδο του opamp LM358 (PIN 1) γίνεται ΥΨΗΛΟ. Η έξοδος του LM358 συνδέεται με τη βάση του τρανζίστορ NPN Q1, οπότε το Q1 γίνεται επίσης ON το οποίο ενεργοποιεί το ρελέ και ο λαμπτήρας ανάβει. Το ρελέ έχει μικρό πηνίο μέσα στο οποίο παίρνει ενέργεια από μικρό ρεύμα και ενεργοποιεί τη συσκευή εναλλασσόμενου ρεύματος που είναι συνδεδεμένη σε αυτήν, εξηγούμε παρακάτω ότι λειτουργεί. Έτσι αυτό το κύκλωμα ανιχνεύει το όριο θερμοκρασίας και ενεργοποιεί αυτόματα τις συσκευές.
Στο βίντεο επίδειξης, χρησιμοποιήσαμε κολλητήρι για να θερμάνουμε τον περιβάλλοντα κοντά στον αισθητήρα θερμοκρασίας LM35, ελέγξτε το βίντεο στο τέλος. Επίσης εδώ συνεργαζόμαστε με απευθείας τροφοδοτικά εναλλασσόμενου ρεύματος 220v, οπότε πρέπει να προσέχετε ιδιαίτερα, διαφορετικά μπορεί να έχετε σοβαρό τραυματισμό.
Εργασία ρελέ:
Το ρελέ είναι ένας ηλεκτρομαγνητικός διακόπτης, ο οποίος επιτρέπει τη ροή πολύ μεγαλύτερου ρεύματος όταν εφαρμόζεται ένα μικρό ρεύμα, όπως χρησιμοποιούμε τρανζίστορ ως διακόπτη. Το ρελέ χρησιμοποιείται γενικά για τον έλεγχο των συσκευών εναλλασσόμενου ρεύματος (εναλλασσόμενο ρεύμα), χρησιμοποιώντας πολύ μικρότερο ρεύμα DC
Το ρελέ έχει ένα πηνίο μέσα και όταν δεν υπάρχει τάση στο πηνίο, το COM (κοινό) συνδέεται στο NC (κανονικά κλειστή επαφή). Και όταν εφαρμόζεται κάποια τάση στο πηνίο, παράγεται το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Ποιος προσελκύει το Armature (μοχλός συνδεδεμένος με ελατήριο) και COM και NO (συνήθως ανοιχτή επαφή) συνδέεται, που επιτρέπουν τη ροή μεγαλύτερου ρεύματος Τα ρελέ είναι διαθέσιμα σε πολλές βαθμολογίες, εδώ χρησιμοποιήσαμε ρελέ τάσης λειτουργίας 6V, που επιτρέπει τη ροή 7A-250VAC.
Το ρελέ διαμορφώνεται χρησιμοποιώντας ένα μικρό κύκλωμα οδήγησης που αποτελείται από ένα τρανζίστορ, μια δίοδο και μια αντίσταση. Το τρανζίστορ χρησιμοποιείται για την ενίσχυση του ρεύματος έτσι ώστε το πλήρες ρεύμα (από την πηγή DC - μπαταρία 9v) να μπορεί να ρέει μέσω του πηνίου για να το ενεργοποιήσει πλήρως. Το Resistor χρησιμοποιείται για την παροχή πόλωσης στο τρανζίστορ. Και η δίοδος χρησιμοποιείται για την αποτροπή αντίστροφης ροής ρεύματος, όταν το τρανζίστορ είναι απενεργοποιημένο. Κάθε πηνίο επαγωγής παράγει ίσο και αντίθετο EMF όταν απενεργοποιείται ξαφνικά, αυτό μπορεί να προκαλέσει μόνιμη ζημιά στα εξαρτήματα, επομένως η δίοδος πρέπει να χρησιμοποιηθεί για την αποτροπή αντίστροφης ροής. Μια μονάδα ρελέ διατίθεται εύκολα στην αγορά με όλο το κύκλωμα οδήγησης στο ταμπλό ή μπορείτε να τη δημιουργήσετε χρησιμοποιώντας τα παραπάνω στοιχεία. Εδώ έχουμε χρησιμοποιήσει την ενότητα 6V Relay. Μπορείτε να μάθετε περισσότερα για το Ρελέ εδώ.