Απλός αισθητήρας ψηφιακής θερμοκρασίας LED: 3 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Ένας απλός, χαμηλού κόστους, ψηφιακός ηλεκτρονικός αισθητήρας θερμοκρασίας

H. William James, Αύγουστος, 2015

Περίληψη Τα LED που αναβοσβήνουν περιέχουν ένα μικρό τσιπ IC που τους προκαλεί να αναβοσβήνουν συνεχώς όταν εφαρμόζεται τάση. Αυτή η μελέτη δείχνει ότι ο ρυθμός αναλαμπής εξαρτάται από τη θερμοκρασία εάν η εφαρμοζόμενη τάση στο LED παραμένει σταθερή. Έτσι, το LED που αναβοσβήνει μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση της θερμοκρασίας και παρέχει ψηφιακή έξοδο.

Εισαγωγή

Οι δίοδοι εκπομπής φωτός (LED) έρχονται σε πολλά σχήματα και εκπέμπουν ποικιλία χρωμάτων. Ένας άλλος τύπος LED είναι το LED που αναβοσβήνει ή αναβοσβήνει. Αυτές είναι λυχνίες LED με ένα μικροσκοπικό τσιπ πολλαπλών δονητών IC που είναι ενσωματωμένο στο εσωτερικό και προκαλούν την αναλαμπή της λυχνίας LED όταν είναι συνδεδεμένη σε μια πηγή ενέργειας. Τα LED που αναβοσβήνουν μπορούν να αγοραστούν για λιγότερο από ένα δολάριο το καθένα και έρχονται σε ποικιλία χρωμάτων.

Ο αριθμός των LED αναβοσβήνει ανά λεπτό ή ο ρυθμός αναλαμπής της LED δεν είναι σταθερός. Θα ποικίλλει με σημαντικές αλλαγές στην εφαρμοζόμενη τάση (χαμηλότερη τάση = ταχύτερος ρυθμός φλας και αντίστροφα). Ωστόσο, μελέτες του συγγραφέα, ξεκινώντας από το 2010, διαπίστωσαν ότι ο ρυθμός φλας ανά λεπτό ποικίλλει γραμμικά και με ακρίβεια με την αλλαγή της θερμοκρασίας. Καθώς η θερμοκρασία μειώνεται (αυξάνεται) ο ρυθμός αναλαμπής του LED αυξάνεται (μειώνεται). Τα κόκκινα LED αναβοσβήνουν το ταχύτερο, ενώ τα κίτρινα αναβοσβήνουν πιο αργά και τα πράσινα ακόμη πιο αργά σε ένα συγκεκριμένο χρονικό εύρος.

Χρήση LED που αναβοσβήνει για τη μέτρηση της θερμοκρασίας

Για να μετρήσετε με ακρίβεια τη θερμοκρασία με ένα LED που αναβοσβήνει, απαιτείται σταθερή πηγή τάσης. Ένα τροφοδοτικό 2 έως 6V DC από μια πρίζα τοίχου AC μπορεί να παρέχει σταθερή τάση σε ένα αναβοσβήσιμο LED τοποθετημένο σε σειρά με αντίσταση 10 έως 30 Ohm. Εάν χρησιμοποιείται μπαταρία, η τάση μπορεί να σταθεροποιηθεί χρησιμοποιώντας ένα τσιπ IC ρυθμιστή τάσης στην μπαταρία.

Καθώς αναβοσβήνει το LED, η πτώση τάσης διαφέρει. Για την καταγραφή του ρυθμού αναλαμπής της λυχνίας LED μπορεί να ενσωματωθεί σε ένα κύκλωμα που μετρά, ακόμη και εμφανίζει και μεταδίδει τον αριθμό των αναλαμπών (και της θερμοκρασίας) που συνέβησαν σε μια χρονική περίοδο, όπως ένα λεπτό. Σε αυτή τη μελέτη, ένα LED που αναβοσβήνει ενσωματώθηκε σε ένα απλό κύκλωμα ηχητικών ταλαντωτών. Καθώς η λυχνία LED αναβοσβήνει και σβήνει, ο ταλαντωτής εκπέμπει ηχητικά «μπιπ» σε ένα ηχείο. Η εφαρμογή λογισμικού ή η εφαρμογή, "LiveBPM", η οποία εμφανίζει τους ρυθμούς ανά λεπτό ενός τραγουδιού, παίρνει αυτά τα μπιπ και τα μετρά και τα εμφανίζει ως παλμούς ανά λεπτό (BPM). Δείτε το Σχήμα 1. Ένας πίνακας βαθμονόμησης ή ένας πίνακας που δείχνει τον ρυθμό μπιπ έναντι της θερμοκρασίας επιτρέπει τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας από την οθόνη.

Ο ρυθμός αναλαμπής LED έναντι της αλλαγής θερμοκρασίας

Το σχήμα 2 δείχνει μια γραφική παράσταση του ρυθμού αναλαμπής ανά αλλαγή θερμοκρασίας για δύο κίτρινα LED που αναβοσβήνουν. Το LED συγκρίθηκε με ένα ακριβές ηλεκτρονικό ψηφιακό θερμόμετρο τοποθετημένο κοντά. Σημειώστε στο σχήμα ότι η βαθμονόμηση είναι γραμμική από τουλάχιστον +16 έως κοντά στους -20C. Σε αυτό το εύρος, ο ρυθμός αλλαγής θερμοκρασίας είναι περίπου 0,95C/αναβοσβήνει για ένα κίτρινο LED.

Το σχήμα 3 δείχνει τον ρυθμό αναλαμπής ανά λεπτό για ένα κίτρινο LED που αναβοσβήνει από +35,2 έως -18,5C. Προστέθηκε μια καλύτερη λογαριθμική καμπύλη (λεπτή γραμμή). Ο συνολικός ρυθμός αλλαγής είναι περίπου 1C/αναβοσβήνει.

Τα LED έχουν δοκιμαστεί εδώ και μήνες και η βαθμονόμηση παραμένει σταθερή. Χρησιμοποιώντας το LiveBPM, μπορείτε να ανιχνεύσετε αλλαγές θερμοκρασίας κοντά στους 0.1C. Η ακρίβεια του LED που αναβοσβήνει είναι περίπου +/- 0.5C από τουλάχιστον +35 έως -20C. Ο χρόνος απόκρισης θερμοκρασίας του αισθητήρα δεν είναι αργός. Μετά την αφαίρεση από έναν καταψύκτη όπου ήταν πιο κρύο από -15C, ο αισθητήρας ανέκτησε στους +17C σε λίγα μόνο λεπτά. Το ξύρισμα του πλαστικού καλύμματος LED βοηθά στην επιτάχυνση του χρόνου απόκρισης. Περαιτέρω δοκιμές των LEDS σε ευρύτερο εύρος θερμοκρασιών θα γίνουν και θα δημοσιευτούν σε αυτόν τον ιστότοπο.

Τι προκαλεί την αλλαγή του ρυθμού αναλαμπής LED με τη θερμοκρασία δεν είναι σαφές. Οι αλλαγές θερμοκρασίας επηρεάζουν την απόδοση διόδων, αντιστάσεων και πυκνωτών. Αυτά τα εξαρτήματα βρίσκονται μέσα στο τσιπ LED και IC. Μια άλλη πιθανότητα είναι ότι τα εξαρτήματα LED αλλάζουν φυσικά (π.χ. επεκτείνονται και συστέλλονται) με την αλλαγή θερμοκρασίας και αυτό αλλάζει το κύκλωμα IC, προκαλώντας αλλαγή στον ρυθμό αναλαμπής.

Συμπεράσματα

Η λυχνία LED που αναβοσβήνει μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να μετρήσει εύκολα τη θερμοκρασία. Η απόκριση θερμοκρασίας σε αυτή τη μελέτη δείχνει ότι είναι γενικά γραμμική από περίπου +35 έως -20C. Περαιτέρω δοκιμές θα γίνουν σε ευρύτερο εύρος θερμοκρασιών και τα αποτελέσματα θα δημοσιευτούν σε αυτόν τον ιστότοπο. Ο αισθητήρας LED που αναβοσβήνει επιτρέπει απλούστερους, χαμηλότερου κόστους σχεδιασμούς ηλεκτρονικών κυκλωμάτων για τη μέτρηση και την εμφάνιση της θερμοκρασίας.

Φιγούρες

Φιγούρα 1. Εμφάνιση LiveBPM της εφαρμογής "παλμοί ανά λεπτό". Ωστόσο, εδώ εμφανίζει αλλαγές θερμοκρασίας σε διάστημα 30 λεπτών από μια κόκκινη λυχνία LED που αναβοσβήνει τοποθετημένη σε ένα κύκλωμα ηχητικών ταλαντωτών. Ο ρυθμός αλλαγής για ένα κόκκινο LED είναι περίπου 0,84C/αναβοσβήνει

Εικόνα 2. Γράφημα βαθμονόμησης θερμοκρασίας για δύο κίτρινες λυχνίες LED που αναβοσβήνουν. Ο άξονας x είναι η θερμοκρασία (βαθμοί C) και ο άξονας Y είναι ο ρυθμός αναλαμπής του LED κατά τη διάρκεια 1 λεπτού. Το λογισμικό LiveBPM χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό του ρυθμού αναλαμπής των LED.

Εικόνα 3. Γράφημα βαθμονόμησης για ένα κίτρινο LED που αναβοσβήνει. Ο άξονας x αναβοσβήνει ανά λεπτό και ο άξονας y είναι η θερμοκρασία (C) και κάθε σημείο δεδομένων δείχνει τη θερμοκρασία που μετρήθηκε. Η λεπτή μαύρη γραμμή είναι μια λογαριθμική καμπύλη που ταιριάζει καλύτερα.

Βιβλιογραφικές αναφορές:

Δίοδος εκπομπής φωτός:

Επίδραση θερμοκρασίας στις διόδους:

en.wikipedia.org/wiki/Diode#Temperature_measurements

LiveBPM:

Οι άλλες ιστοσελίδες μου,

Σπιτικά όργανα καιρού

Σπιτικό μεγάλο τηλεσκόπιο

Σπιτική σάλτσα καυτερής πιπεριάς

Πνευματικά δικαιώματα 2016: H. W. James