Circuit de thermomètre numérique - utilise une cellule solaire pour l'alimentation

Les articles expliquent un projet de circuit de thermomètre numérique qui fonctionne sans pile. Au lieu d'une batterie, le circuit utilise une petite cellule solaire et fonctionne en dérivant de l'énergie de la lumière ambiante disponible à partir des sources lumineuses environnantes.

Cela permet au circuit d'être extrêmement compact, léger, polyvalent et sans tracas tout en mesurant les températures à partir d'une source donnée.

Le thermomètre peut être utilisé pour mesurer la température d'un corps humain , température d'une pièce, dissipateur de chaleur , pour l'analyse météorologique, ou toute autre application appropriée nécessitant des mesures de température critiques entre 0 et 100 degrés Celsius.

Concept de travail de base

En se référant au schéma de circuit ci-dessous, IC1 fonctionne comme un capteur de température. Ce circuit intégré est un Puce LM35 qui produisent une sortie CC augmentant linéairement en réponse à une température ambiante augmentant proportionnellement autour d'elle. Pour être précis, il génère une sortie CC à un taux de 10 mV par degré Celsius d'élévation de la température de son boîtier.

Le LM35 dispose d'un circuit calibré intégré, qui permet de produire 0 V à 0 ° C.

En dehors de ce circuit intégré, l'autre élément principal de ce thermomètre alimenté par la lumière est le circuit intégré ICL7136 (ICI) qui est composé en interne d'un étage de voltmètre numérique, d'un décaleur décimal et d'une interface de sortie LCD qui exploite un 3 et 1/2 chiffres Panneau LCD pour la lecture de la température.

Voltmètre ICL7136

Ce circuit intégré dispose également d'un oscillateur interne qui fonctionne avec une fréquence d'horloge minimale, ce qui garantit que l'ensemble du module est capable de fonctionner avec une puissance minimale, mais sans aucun scintillement sur l'écran.

L'étalonnage de la lecture de température du circuit est effectué en ajustant le préréglage P1 de manière appropriée.

Comment fonctionne le circuit

La diode D1 et la résistance R11 garantissent que le LM35 passe une tension négative en réponse à une température ambiante inférieure à 0 ° C.

Les LED D1 et D2 ici ne fonctionnent pas comme des LED indicatrices normales plutôt que comme des générateurs de tension de référence pour obtenir une référence constante de 1,6 V raisonnablement précise, qui ne nécessitent que quelques uAmps pour cette fonctionnalité. Bien que les diodes Zener standard soient plus précises avec leur potentiel de référence, les diodes Zener nécessitent un courant direct beaucoup plus élevé que les LED, et par conséquent les zeners ont été évités pour cette application.

L'IC3 et ses composants associés fonctionnent comme un étage de surveillance de tension pour l'alimentation des cellules solaires.

L'ampli opérationnel coupe l'étage du circuit du thermomètre principal via le transistor T2 chaque fois que la tension de sortie de la cellule solaire tombe en dessous de 0,7 V.

Cette fonction garantit que les étages IC1, IC2 ne fonctionnent pas mal pendant une telle basse tension et produisent des lectures de température avec des erreurs.

Pour fonctionner correctement, le LM35 nécessite une tension d'alimentation minimale de 5,5 V, tandis que pour IC2, le potentiel de référence minimal requis est de 7 V pour son fonctionnement normal.

Travailler avec une faible lumière ambiante

L'ampli opérationnel IC3 est configuré comme un déclencheur de Schmitt de sorte qu'il fonctionne avec un niveau d'hystérésis de 1V. Cela signifie que la sortie IC s'allumera lorsque la tension de la cellule solaire est de 8 V et s'éteindra lorsqu'elle descendra en dessous de 7 V.

Le seuil de commutation ON de 7 V est ajusté avec précision à l'aide du préréglage P2.

Le circuit comprenant IC1, IC2 est capable de fonctionner normalement dans une plage de courant de 10 à 200 micro ampères. Lorsque la source de lumière sur la cellule solaire est insuffisante et que son courant chute, l'IC3 coupe l'alimentation de IC1 / IC2, ce qui supprime la charge sur la cellule solaire et sa tension monte à 8 V.Ce 8 V est stocké dans le condensateur C6. IC3 détecte cela et met le circuit sous tension afin que le thermomètre fonctionne maintenant en utilisant cette énergie stockée. Lorsque C6 se décharge en dessous du seuil de 7 V, IC3 coupe à nouveau l'alimentation du circuit via T2.

Le fonctionnement ci-dessus de IC3 est en fait très utile dans les situations où la lumière ambiante est faible ou tombe à un niveau où le cellule photovoltaïque est incapable de générer une puissance suffisante pour le thermomètre pour son fonctionnement normal. Dans de telles conditions, l'IC3 active / désactive l'alimentation de la cellule solaire afin que l'utilisateur puisse vérifier la température en mode ON / OFF activé, mais certainement sans erreur. Cela permet au thermomètre de continuer à fonctionner parfaitement même dans des conditions de faible luminosité ambiante, au lieu de s'éteindre complètement.

Le niveau d'hystérésis (1 V) peut être modifié selon les préférences de l'utilisateur en modifiant la valeur de la résistance R7

La valeur du condensateur C6 détermine la vitesse à laquelle l'activation / la désactivation se produit pour IC3 / T2 dans des conditions de faible luminosité. La diminution de la valeur C6 entraînera une activation / désactivation plus rapide de l'affichage et vice versa.

Construction et mise en place

La conception PB pour le thermomètre alimenté par la lumière peut être visualisée dans l'image suivante.

Assemblage du PCB est facile, mais le module LCD doit être manipulé avec précaution lors de son insertion dans le PCB, car l'appareil est assez délicat et vulnérable à la rupture.

Assurez-vous de ne pas oublier les quelques connexions de fils sur le PCB. N'installez pas initialement IC2 LM35 sur le PCB pour permettre l'introduction de +1,000 V sur les bornes Vout et GND du LM35. Avant cela, assurez-vous d'ajuster P1 de sorte que l'affichage indique 100 ° C. Une fois que cela est fait, retirez la cellule solaire ou l'alimentation externe le cas échéant, et fixez maintenant IC2 sur le PCB.

Cellule photovoltaïque

La cellule solaire peut être n'importe quelle mini ou micro cellule solaire combinée pour produire 9 V, à 10 mA.

Si vous ne souhaitez pas utiliser une cellule solaire ou une alimentation lumineuse, plutôt qu'une batterie normale, vous pouvez remplacer la source d'alimentation par une batterie 9 V PP3 ordinaire qui durerait probablement pendant des années en raison de la consommation extrêmement faible de la conception.

AVERTISSEMENT: Le thermomètre numérique alimenté par la lumière proposé ne doit pas être utilisé comme thermomètre clinique, sauf si le circuit est vérifié et confirmé par un laboratoire autorisé.