Το GoodNightLight: ένα απλό κύκλωμα νυχτερινού φωτός: 5 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

Ακολουθήστε περισσότερα από τον συγγραφέα:

Σχετικά με: Μεταπτυχιακός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο Purdue, μηχανικός βιοϊατρικής, λάτρης των ηλεκτρονικών, εκπαιδευτικός, προσπαθώντας να μάθει λίγα πράγματα για τη μηχανική και τον προγραμματισμό Περισσότερα για το ohoilett »

Γεια σε όλους, διδάσκω ένα μάθημα Bioinstrumentation για μαθητές γυμνασίου το χειμώνα ως μέρος του Purdue GERI (Gifted Education Resource Institute). Σε αυτό το μάθημα, εισάγω τους μαθητές στα βασικά των κυκλωμάτων και πώς χρησιμοποιούμε τα κυκλώματα στη Βιοϊατρική Μηχανική. Έχω διαπιστώσει ότι το νυχτερινό φως είναι ένα καλό κύκλωμα εισαγωγής για τους μαθητές που μαθαίνουν για τα ηλεκτρονικά. Περιλαμβάνει μερικά βασικά εξαρτήματα όπως αντιστάσεις και LED. Περιλαμβάνει επίσης ένα πιο ενδιάμεσο στοιχείο, δηλαδή τον ενισχυτή λειτουργίας και έναν χρήσιμο αισθητήρα, δηλαδή έναν φωτοαντιστάτη. Ο μηχανισμός του κυκλώματος δείχνει στους μαθητές πώς μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τα κυκλώματα για να αλληλεπιδράσουμε με τον έξω κόσμο και να παράγουμε ένα είδος εξόδου. Σε αυτήν την περίπτωση, το νυχτερινό φως ανάβει όταν μειώνονται τα επίπεδα φωτισμού περιβάλλοντος και σβήνει όταν αυξάνονται τα επίπεδα φωτισμού περιβάλλοντος. Σε όλους αρέσει να βλέπουν τα LED να ανάβουν και να σβήνουν αυτόματα. Είπα στους γονείς ότι θα δημοσιεύσω τα διάφορα μαθήματα στο διαδίκτυο (και είμαι λίγους μήνες πίσω από το o_O), οπότε εδώ με το πρώτο! Ελπίζω να απολαύσετε το Instructable μου για το GoodNightLight.

Βήμα 1: Αντίσταση φωτοαντίστασης ή εξαρτώμενη από το φως (LDR)

Ο φωτοαντιστάτης είναι ένα απλό στοιχείο που αλλάζει την αντίσταση με το προσπίπτον φως. Η αντίσταση περιέχει φωτοευαίσθητα υλικά που προκαλούν τη μείωση της αντίστασης του υλικού με αυξημένο φως (περισσότερο φως). Αντίστροφα, η αντίσταση του υλικού αυξάνεται με τη μείωση του φωτός (γίνεται πιο σκούρο). Ο φωτοαισθητήρας είναι υπεύθυνος για την ανίχνευση αλλαγών στο φως του περιβάλλοντος, οι οποίες θα ενεργοποιήσουν το νυχτερινό φως. Μη διστάσετε να μετρήσετε την αντίσταση του φωτοαντιστάτη με ένα πολύμετρο για να δείτε πώς αλλάζει η αντίστασή του όταν καλύπτετε και αποκαλύψετε τη φωτοαντίσταση με το δάχτυλό σας ή άλλο αδιαφανές αντικείμενο.

Βήμα 2: Διαχωριστής τάσης

Ο διαχωριστής τάσης είναι ένας απλός τρόπος διασύνδεσης με έναν αντιστάτη αντιστάτη, ο οποίος είναι ένα συστατικό που μεταφράζει μια μορφή ενέργειας σε αντίσταση. Σε αυτό το κύκλωμα, ο αντιστάτης μετατροπής μας είναι ο φωτοαντιστάτης μας. Ένας διαχωριστής τάσης αποτελείται από δύο αντιστάσεις σε σειρά (συνδεδεμένες η μία μετά την άλλη). Μια πηγή τάσης, όπως μια μπαταρία, συνδέεται με μία από τις αντιστάσεις στο διαχωριστικό και η άλλη αντίσταση συνδέεται με τη γείωση. Η εξίσωση για ένα διαχωριστή τάσης έχει ως εξής: Vout = Vin*R2 / (R2 + R1)

Όπως μπορούμε να δούμε από την εξίσωση, τα R1 και R2 καθορίζουν άμεσα την έξοδο του διαιρέτη τάσης. Εξετάζοντας την εξίσωση λίγο περισσότερο, βλέπουμε ότι καθώς αυξάνεται το R2, το Vout πλησιάζει το Vin. Αναφέραμε στο προηγούμενο βήμα μας ότι η αντίσταση του φωτοαντιστάτη αυξάνεται με τη μείωση του φωτός περιβάλλοντος. Θα τοποθετήσουμε τη φωτοαντίσταση στη θέση R2 αυτού του διαχωριστή τάσης.

Βήμα 3: LED σύγκρισης και εξόδου

Ένας συγκριτής είναι ένα απλό κύκλωμα που συγκρίνει δύο τάσεις. Εάν η τάση στη μη αναστρέψιμη είσοδο (η είσοδος του ενισχυτή op με το σύμβολο "+") είναι μεγαλύτερη από την τάση στην αναστροφική είσοδο (η είσοδος του ενισχυτή op με το σύμβολο "-"), η έξοδος του ο συγκριτής θα ανάψει το LED. Εάν ισχύει το αντίθετο, η έξοδος του συγκριτή θα απενεργοποιήσει τη λυχνία LED. Εάν δεν έχετε χρησιμοποιήσει LED πριν, να ξέρετε ότι ανάβουν όταν περάσει ένα μικρό ρεύμα από μέσα τους. Μάθετε περισσότερα για τα LED από αυτό το εξαιρετικό Instructable.

Για τη σύγκρισή μας, θα χρησιμοποιήσουμε έναν ενισχυτή LM324. Ο LM324 είναι τετραπλός ενισχυτής, που σημαίνει ότι έχει 4 ενισχυτές ενσωματωμένους σε ένα μόνο πακέτο. Θα χρειαστούμε μόνο έναν από τους 4 ενισχυτές. Συνδέστε το LM324 όπως φαίνεται στο σχήμα.

Βήμα 4: Συμπεράσματα και τελικές σκέψεις

Σε αυτό το διδακτικό, έχω κάνει επίδειξη απλά ανάβοντας ένα LED με μεταβαλλόμενες ποσότητες φωτός περιβάλλοντος. Χρησιμοποιήστε τη δημιουργικότητά σας για να το μετατρέψετε σε πραγματικό "νυχτερινό φως".

Βήμα 5: Αντιμετώπιση προβλημάτων

1. Σε αυτό το Instructable, πρότεινα να προσθέσετε μια αντίσταση 10k σε σειρά με τη φωτοαντίσταση σας. Ανάλογα με την "ονομαστική" αντίσταση του φωτοαντιστάτη σας, ίσως χρειαστεί να αλλάξετε την αντίσταση 10k σε κάτι άλλο. Θα συνιστούσα τη μέτρηση της αντίστασης του φωτοαντιστάτη με το πολύμετρό σας όταν ο φωτοαντιστάτης σας εκτίθεται στο περιβάλλον και όταν ο αισθητήρας καλύπτεται από κάποιο ξένο αντικείμενο. Θέλετε να επιλέξετε μια σειρά αντίστασης μεγαλύτερη από την αντίσταση του φωτοαντιστάτη όταν εκτίθεται στο φως του περιβάλλοντος, αλλά μικρότερη από την αντίσταση του φωτοαντιστάτη όταν καλύπτεται. Για παράδειγμα, για τη φωτοαντίσταση που χρησιμοποίησα, η αντίστασή της όταν εκτέθηκε στο φως του περιβάλλοντος ήταν περίπου 8k. Όταν κάλυψα τη φωτοαντίσταση με το δάχτυλό μου, η αντίσταση αυξήθηκε στα 48k.

2. Βεβαιωθείτε ότι συνδέετε τους διαχωριστές τάσης στις κατάλληλες εισόδους του ενισχυτή λειτουργίας. Δώστε μεγάλη προσοχή στις συνδέσεις στο βήμα 3.

3. Να είστε προσεκτικοί με την πολικότητα της λυχνίας LED. Το πιο κοντό πόδι είναι "αρνητικό" και πρέπει να συνδέεται με το έδαφος.