Circuito de termômetro digital - usa uma célula solar para energia

O artigo explica um projeto de circuito de termômetro digital que funciona sem bateria. Em vez de uma bateria, o circuito utiliza uma pequena célula solar e opera derivando energia da luz ambiente disponível nas fontes de luz circundantes.

Isso permite que o circuito seja extremamente compacto, leve, versátil e descomplicado ao medir temperaturas de uma determinada fonte.

O termômetro pode ser usado para medir a temperatura de um corpo humano , temperatura de uma sala, dissipador de calor , para análise do tempo ou qualquer outra aplicação adequada que requeira medições críticas de temperatura entre 0 graus e 100 graus Celsius.

Conceito Básico de Trabalho

Referindo-se ao diagrama de circuito abaixo, IC1 funciona como um dispositivo sensor de temperatura. Este IC é um popular Chip LM35 que produzem uma saída CC linearmente crescente em resposta a um aumento proporcional da temperatura ambiente ao seu redor. Para ser preciso, ele gera uma saída CC a uma taxa de 10 mV por aumento de grau Celsius na temperatura da caixa.

O LM35 possui um circuito calibrado embutido, que permite produzir 0 V a 0 ° C.

Além deste IC, o outro elemento principal deste termômetro alimentado por luz é o circuito integrado ICL7136 (ICI) que internamente é composto por um estágio de voltímetro digital, um shifter decimal e uma interface de saída LCD que opera um dígito de 3 e 1/2 Painel LCD para leitura de temperatura.

Voltímetro ICL7136

Este IC também possui um oscilador interno que funciona com uma frequência de clock mínima, o que garante que todo o módulo seja capaz de funcionar usando a potência mínima, mas sem qualquer oscilação no display.

A calibração da leitura de temperatura do circuito é realizada ajustando o pré-ajuste P1 apropriadamente.

Como funciona o circuito

O diodo D1 e o resistor R11 garantem que o LM35 gire a tensão negativa em resposta a um ambiente inferior a 0 ° C.

Os LEDs D1 e D2 aqui não funcionam como LEDs indicadores normais, em vez de geradores de tensão de referência para obter uma referência constante de 1,6 V razoavelmente precisa, que requer apenas alguns uAmps para esta funcionalidade. Embora os diodos zener padrão sejam mais precisos com seu potencial de referência, os diodos zener requerem uma corrente direta muito maior em comparação aos LEDs e, portanto, os zeners foram evitados para esta aplicação.

O IC3, juntamente com os componentes associados, funcionam como um estágio de monitor de tensão para o fornecimento de células solares.

O amplificador operacional DESLIGA o estágio do circuito do termômetro principal através do transistor T2 sempre que a tensão de saída da célula solar cair abaixo de 0,7 V.

Este recurso garante que os estágios IC1, IC2 não funcionem mal durante essa baixa tensão e produzam leituras de temperatura com erros.

Para funcionar corretamente o LM35 requer uma tensão de alimentação mínima de 5,5 V, enquanto que para o IC2 o potencial de referência mínimo necessário é de 7 V para seu funcionamento normal.

Trabalhar com baixa luz ambiente

Op amp IC3 é equipado como um gatilho Schmitt de forma que funciona com um nível de histerese de 1V. Ou seja, a saída IC ligará quando a tensão da célula solar for 8 V e desligará quando cair abaixo de 7 V.

O limite de ativação de 7 V é ajustado com precisão usando a predefinição P2.

O circuito que compreende IC1, IC2 é capaz de funcionar normalmente dentro de uma faixa de corrente de 10 a 200 micro amperes. Quando a fonte de luz na célula solar é insuficiente e sua corrente cai, o IC3 desliga a alimentação do IC1 / IC2, que remove a carga da célula solar e sua tensão sobe para 8 V. Esses 8 V são armazenados no capacitor C6. O IC3 detecta isso e liga a alimentação do circuito para que o termômetro funcione usando essa energia armazenada. Quando C6 descarrega abaixo do limite de 7 V, IC3 mais uma vez corta a energia para o circuito por meio de T2.

O funcionamento do IC3 acima é realmente muito útil em situações quando a luz ambiente é baixa ou cai para um nível onde o célula solar é incapaz de gerar energia suficiente para o termômetro funcionar normalmente. Em tais condições, o IC3 alterna a energia da célula solar ON / OFF para que o usuário seja capaz de verifique a temperatura em modo LIGADO / DESLIGADO, mas definitivamente sem erro. Isso permite que o termômetro continue funcionando perfeitamente mesmo em condições de pouca luz ambiente, em vez de desligar completamente.

O nível de histerese (1 V) pode ser alterado de acordo com a preferência do usuário, alterando o valor do resistor R7

O valor do capacitor C6 determina a rapidez com que ON / OFF acontece para IC3 / T2 em condições de pouca luz. Diminuir o valor de C6 causará um ON / OFF mais rápido do display e vice-versa.

Construção e instalação

O design PB para o termômetro movido a luz pode ser visualizado na imagem a seguir.

Montando o PCB é fácil, mas o módulo LCD deve ser manuseado com cautela durante a inserção na placa de circuito impresso, já que o dispositivo é bastante delicado e vulnerável a quebras.

Certifique-se de não esquecer algumas conexões de fio no PCB. Não instale inicialmente o IC2 LM35 no PCB para permitir a introdução de +1.000 V nos terminais Vout e GND do LM35. Antes disso, certifique-se de ajustar P1 para que o visor exiba 100 ° C. Feito isso, remova a célula solar ou a fonte externa, se houver, e fixe o IC2 na placa de circuito impresso.

Célula solar

A célula solar pode ser qualquer mini ou microcélula solar combinada para produzir 9 V, a 10 mA.

Se você não deseja usar uma célula solar ou energia de luz, em vez de uma bateria normal, você pode substituir a fonte de alimentação por uma bateria PP3 comum de 9 V que provavelmente duraria muito devido ao consumo extremamente baixo do design.

AVISO: O termômetro digital movido a luz proposto não deve ser usado como um termômetro clínico, a menos que o circuito seja verificado e confirmado por um laboratório autorizado.