Izmantojot Schmitt sprūdu, jūs varat izveidot vienkāršu ar temperatūru kontrolētu ventilatoru, kas ieslēdzas un izslēdzas iestatītajā temperatūrā, nav nepieciešams mikrokontrolleris.

Dažādās elektroniskajās ierīcēs, piemēram, procesoros un spēļu konsolēs, iespējams, esat pamanījis, ka procesoram ir tendence uzkarst intensīvas lietošanas laikā, piemēram, spēlējot vai simulējot, kā rezultātā ventilators ieslēdzas vai palielina tā ātrumu, lai izkliedētu karstums. Kad procesors ir atdzisis, ventilators atgriežas normālā plūsmā vai izslēdzas.

Šajā rokasgrāmatā mēs izveidosim vienkāršu ar temperatūru kontrolētu ventilatoru, kas ieslēdzas un izslēdzas pie iepriekš noteiktām temperatūras vērtībām, neizmantojot mikrokontrollera ierīci savā ķēdē.

Kas jums būs nepieciešams

Lai izveidotu šo projektu, jums būs nepieciešami šādi komponenti, kurus var iegādāties tiešsaistes elektronikas veikalos.

  • Salīdzinājuma IC LM393
  • Temperatūras sensors LM35
  • Operacionālais pastiprinātājs LM741
  • ULN2003 Darlingtona pāra tranzistoru IC
  • Līdzstrāvas ventilators
  • Daži rezistori
  • Sprieguma regulators LM7805
  • Savienojošie vadi
  • Veroboard
  • Digitālais multimetrs
  • 12V akumulators
  • Lodēšanas stacija (pēc izvēles: jūs varat izveidot šo projektu arī uz maizes dēļa)

Problēma: nepārtraukta ātra līdzstrāvas ventilatora pārslēgšana

Veicot šo DIY uzdevumu, mēs vēlamies, lai ventilators ieslēgtos, kad temperatūras sensors uztver 38 °C (100 °F) vai augstāku temperatūru, un izslēgtos, kad temperatūra nokrītas zem šī sliekšņa. Temperatūras sensori nodrošina ķēdi ar sprieguma izvadi, ko var izmantot ventilatora vadīšanai. Mums ir nepieciešama sprieguma salīdzināšanas ķēde, izmantojot LM393, lai salīdzinātu šo sprieguma izvadi ar atsauces spriegumu.

Lai uzlabotu temperatūras sensora sprieguma izvadi, mēs izmantojam LM741 neinvertējošu darbību. pastiprinātājs, lai palielinātu šo spriegumu, ko var salīdzināt ar stabilu sprieguma atsauci, ko nodrošina spriegums regulators. Turklāt mēs izmantojam LM7805 kā 5 V līdzstrāvas sprieguma regulatoru.

Tiek novērots, ka, temperatūrai tuvojoties 38°C, ķēdes izeja sāk atkārtoti pārslēgties starp ieslēgšanas un izslēgšanas pakāpi signāla trokšņa dēļ. Šī trīcēšana vai strauja pārslēgšanās var rasties, ja vien temperatūra nepārkāpj krietni virs 38°C vai krietni zem 38°C. Šī nepārtrauktā pārslēgšana izraisa lielas strāvas plūsmas caur ventilatoru un elektronisko ķēdi, izraisot šo komponentu pārkaršanu vai bojājumus.

Šmita trigeris: šīs problēmas risinājums

Lai risinātu šo problēmu, mēs izmantojam Schmitt sprūda koncepciju. Tas ietver pozitīvas atgriezeniskās saites piemērošanu salīdzinājuma ķēdes neinvertējošajai ievadei, kas ļauj ķēdei pārslēgties starp loģisko augsto un zemo sprieguma līmeni dažādos sprieguma līmeņos. Izmantojot šo shēmu, ir iespējams novērst daudzas trokšņa izraisītas kļūdas, vienlaikus nodrošinot netraucētu pārslēgšanu, jo pārslēgšanās uz loģisko augsto un zemo notiek dažādos sprieguma līmeņos.

Ventilators ar uzlabotu temperatūru: kā tas darbojas

Projektēšana darbojas integrētā pieejā, kurā sensoru dati dod izejas sprieguma līmeni, ko izmanto citi ķēdes elementi. Mēs secīgi apspriedīsim ķēdes shēmas, lai sniegtu jums ieskatu ķēdes darbībā.

Temperatūras sensors (LM35)

LM35 ir IC telpas temperatūras noteikšanai un nodrošina izejas spriegumu, kas ir proporcionāls temperatūrai pēc Celsija skalas. Mēs izmantojam LM35 TO-92 iepakojumā. Nomināli tas var precīzi izmērīt temperatūru no 0° līdz 100°C ar precizitāti, kas ir mazāka par 1°C.

To var darbināt, izmantojot 4V līdz 30V līdzstrāvas barošanas avotu, un tam ir ļoti zema strāva 0,06 mA. Tas nozīmē, ka tai ir ļoti zema pašsildīšanās zemā strāvas patēriņa dēļ, un vienīgais siltums (temperatūra), ko tas nosaka, ir apkārtējā vide.

LM35 temperatūras izvade pēc Celsija skalas ir dota, ņemot vērā vienkāršu lineāro pārneses funkciju:

…kur:

• VOUT ir LM35 izejas spriegums milivoltos (mV).

• T ir temperatūra °C.

Piemēram, ja LM35 sensors nosaka aptuveni 30 °C temperatūru, sensora izeja būtu gandrīz 300 mV vai 0,3 V. Jūs varat izmērīt spriegumu, izmantojot digitālo multimetru. Šajā DIY projektā mēs izmantojam LM35 cauruļveida ūdensnecaurlaidīgā zondē; tomēr to var izmantot bez cauruļveida zondes, piemēram, IC.

Sprieguma pieauguma pastiprinātājs, izmantojot LM741

Temperatūras sensora izejas spriegums ir milivoltos, un tāpēc tas ir jāpastiprina, lai nomāktu trokšņa ietekmi uz signālu un arī uzlabotu signāla kvalitāti. Sprieguma pastiprināšana palīdz mums izmantot šo vērtību turpmākai salīdzināšanai ar stabilu atsauces spriegumu, izmantojot LM741 darbības pastiprinātāju. Šeit LM741 tiek izmantots kā neinvertējošs sprieguma pastiprinātājs.

Šai shēmai mēs pastiprinām sensora izvadi par koeficientu 13. LM741 darbojas neinvertējošā darbības pastiprinātāja konfigurācijā. Pārsūtīšanas funkcija neinvertējošajam darbības pastiprinātājam kļūst:

Tātad mēs ņemam R1 = 1kΩ un R2 = 12kΩ.

Elektroniskais slēdžu komparators (LM393)

Kā minēts iepriekš, elektroniskai pārslēgšanai bez traucējumiem var ieviest Schmitt sprūda. Šim nolūkam mēs izmantojam LM393 IC kā sprieguma salīdzinājuma Schmitt sprūda. Mēs izmantojam atsauces spriegumu 5 V, lai invertētu LM393 ieeju. 5V sprieguma atsauce tiek sasniegta ar LM7805 sprieguma regulatora IC palīdzību. LM7805 tiek darbināts, izmantojot 12 V barošanas avotu vai akumulatoru, un tas nodrošina pastāvīgu 5 V līdzstrāvu.

Otra LM393 ieeja ir savienota ar neinvertējošā operētājsistēmas pastiprinātāja ķēdes izeju, kas aprakstīta iepriekš minētajā sadaļā. Tādā veidā pastiprināto sensora vērtību tagad var salīdzināt ar atsauces spriegumu, izmantojot LM393. Šmita sprūda efektam komparatorā LM393 ir ieviesta pozitīva atgriezeniskā saite. LM393 izeja tiek uzturēta aktīva, un sprieguma dalītājs (rezistoru tīkls parādīts zaļā diagrammā zemāk) tiek izmantots izejā, lai samazinātu LM393 izvadi (augsto) līdz 5 līdz 6 V.

Mēs izmantojam Kiršofa pašreizējo likumu par neinvertējošām tapām, lai analizētu ķēdes uzvedību un optimālās rezistoru vērtības. (Tomēr tā diskusija ir ārpus šī raksta darbības jomas.)

Mēs esam izstrādājuši rezistoru tīklu tā, lai, kad temperatūra tiek paaugstināta līdz 39,5 ° C un augstāka, LM393 tiek pārslēgts uz augstu stāvokli. Pateicoties Šmita sprūda efektam, tas saglabājas augsts pat tad, ja temperatūra nokrītas nedaudz zem 38°C. Tomēr LM393 komparators var izvadīt zemu loģisko vērtību, kad temperatūra nokrītas zem 37°C.

Strāvas pieaugums, izmantojot Darlington Pair tranzistorus

LM393 izvade tagad pārslēdzas no loģikas zemas uz augstu un atbilstoši ķēdes prasībām. Tomēr LM393 komparatora izejas strāva (20mA max bez aktīvas augstas konfigurācijas) ir diezgan zema un nevar darbināt ventilatoru. Lai atrisinātu šo problēmu, ventilatora darbināšanai izmantojam ULN2003 IC Darlington pāra tranzistorus.

ULN2003 sastāv no septiņiem atvērtā kolektora kopējo emiteru tranzistoru pāriem. Katrs pāris var pārvadāt 380 mA kolektora-emitera strāvu. Pamatojoties uz pašreizējām DC ventilatora prasībām, vairākus Darlington pārus var izmantot paralēlā konfigurācijā, lai palielinātu maksimālo strāvas jaudu. ULN2003 ieeja ir savienota ar LM393 komparatoru, un izejas tapas ir savienotas ar līdzstrāvas ventilatora negatīvo spaili. Otra ventilatora spaile ir savienota ar 12 V akumulatoru.

Ķēdes elementi, izņemot ventilatoru un akumulatoru, ir integrēti Veroboard, izmantojot lodēšanu.

Saliekot to visu kopā

Pilnīga temperatūras kontrolētā ventilatora shematiskā diagramma ir šāda. Visas IC saņem strāvu no 12 V līdzstrāvas akumulatora. Ir arī svarīgi atzīmēt, ka visiem zemējumiem ir jābūt kopīgiem pie akumulatora negatīvā spailes.

Ķēdes pārbaude

Lai pārbaudītu šo ķēdi, kā karstā gaisa avotu varat izmantot telpas sildītāju. Novietojiet temperatūras sensora zondi sildītāja tuvumā, lai tā varētu noteikt karsto temperatūru. Pēc dažiem mirkļiem sensora izvadā pamanīsit temperatūras paaugstināšanos. Kad temperatūra pārsniedz iestatīto slieksni 39,5°C, ventilators ieslēgsies.

Tagad izslēdziet telpas sildītāju un ļaujiet ķēdei atdzist. Kad temperatūra nokritīs zem 37°C, jūs redzēsiet, ka ventilators izslēgsies.

Izvēlieties savu temperatūras slieksni ieslēgšanas ventilatoram

Temperatūras kontrolētās komutācijas ventilatora ķēdes parasti izmanto daudzās elektroniskās un elektriskās ierīcēs un sīkrīkos. Jūs varat izvēlēties savas temperatūras vērtības ventilatora ieslēgšanai un izslēgšanai, izvēloties atbilstošās pretestības vērtības Schmitt sprūda salīdzinājuma shēmas shēmās. Līdzīgu koncepciju var izmantot, lai izstrādātu temperatūras kontrolētu ventilatoru ar mainīgu pārslēgšanas ātrumu, t.i., ātru un lēnu.