Простой светодиодный цифровой датчик температуры: 3 шага

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Простой недорогой цифровой электронный датчик температуры

Х. Уильям Джеймс, август 2015 г.

Аннотация Мигающие светодиоды содержат небольшую интегральную микросхему, которая заставляет их непрерывно мигать и гаснуть при подаче напряжения. Это исследование показывает, что частота мигания зависит от температуры, если приложенное к светодиоду напряжение остается постоянным. Таким образом, мигающий светодиод может использоваться для измерения температуры и обеспечивает цифровой выход.

Вступление

Светоизлучающие диоды (LED) бывают разных форм и излучают разные цвета. Другой тип светодиода - это мигающий или мигающий светодиод. Это светодиоды с крошечной микросхемой мультивибратора, встроенной внутрь, которая заставляет светодиод начать мигать при подключении к источнику питания. Мигающие светодиоды можно купить менее чем за доллар каждый, они бывают разных цветов.

Количество миганий светодиода в минуту или частота миганий светодиода непостоянна. Оно будет меняться при значительных изменениях приложенного напряжения (более низкое напряжение = более высокая частота вспышек и наоборот). Однако исследования автора, начатые в 2010 году, показали, что частота вспышек в минуту изменяется линейно и точно с изменением температуры. При понижении (повышении) температуры частота мигания светодиода увеличивается (уменьшается). Красные светодиоды мигают быстрее всего, желтые - медленнее, а зеленые - еще медленнее в течение заданного периода времени.

Использование мигающего светодиода для измерения температуры

Для точного измерения температуры с помощью мигающего светодиода требуется источник постоянного напряжения. Источник питания от 2 до 6 В постоянного тока от настенной розетки переменного тока может обеспечивать стабильное напряжение на мигающем светодиоде, включенном последовательно с резистором от 10 до 30 Ом. Если используется аккумулятор, напряжение можно стабилизировать с помощью микросхемы регулятора напряжения, подключенной к аккумулятору.

Когда светодиод мигает, падение напряжения на нем меняется. Чтобы записать частоту мигания светодиода, его можно встроить в схему, которая подсчитывает и даже отображает и передает количество миганий (и температуру), которые произошли за период времени, например, за одну минуту. В этом исследовании мигающий светодиод был включен в простую схему звукового генератора. Когда светодиод мигает, осциллятор издает звуковой сигнал в динамик. Программное приложение или приложение «LiveBPM», которое отображает количество ударов в минуту песни, улавливает эти гудки и считает и отображает их как удары в минуту (BPM). См. Рис. 1. Калибровочная диаграмма или таблица, показывающая зависимость частоты звуковых сигналов от температуры, позволяют определять температуру по дисплею.

Частота мигания светодиода в зависимости от изменения температуры

На рисунке 2 показан график частоты миганий при изменении температуры для двух мигающих желтых светодиодов. Светодиод сравнивали с расположенным поблизости точным электронным цифровым термометром. Обратите внимание на рисунок, что калибровка линейна от как минимум +16 до почти -20 ° C. В этом диапазоне скорость изменения температуры составляет около 0,95 ° C / мигание для желтого светодиода.

На рисунке 3 показана частота мигания желтого светодиода в минуту в диапазоне от +35,2 до -18,5 ° C. Была добавлена наиболее подходящая логарифмическая кривая (тонкая линия). Общая скорость изменения составляет около 1C / миг.

Светодиоды тестировались в течение нескольких месяцев, и калибровка остается стабильной. Используя LiveBPM, можно обнаружить изменения температуры около 0,1 ° C. Точность мигания светодиода составляет около +/- 0,5 ° C как минимум от +35 до -20 ° C. Температурный отклик датчика не медленный. После извлечения из морозильной камеры, где было холоднее -15C, датчик восстановился до +17C всего за пару минут. Удаление пластиковой крышки со светодиодной подсветкой помогает ускорить время отклика. Будут проведены дальнейшие испытания светодиодов в более широком диапазоне температур, которые будут размещены на этом веб-сайте.

Неясно, почему частота мигания светодиода изменяется в зависимости от температуры. Изменения температуры действительно влияют на работу диодов, резисторов и конденсаторов. Эти компоненты находятся внутри светодиода и микросхемы. Другая возможность заключается в том, что компоненты светодиода физически меняются (например, расширяются и сжимаются) с изменением температуры, и это изменяет схему IC, вызывая изменение частоты мигания.

Выводы

Мигающий светодиод можно использовать для простого измерения температуры. Температурная характеристика в этом исследовании показывает, что она обычно линейна в диапазоне от +35 до -20 ° C. Дальнейшие испытания будут проводиться в более широком диапазоне температур, а результаты будут опубликованы на этом веб-сайте. Мигающий светодиодный датчик позволяет использовать более простые и недорогие электронные схемы для измерения и отображения температуры.

Цифры

Рисунок 1. Приложение LiveBPM отображает количество ударов в минуту. Однако здесь он отображает изменения температуры в течение 30-минутного периода с помощью мигающего красного светодиода, вставленного в схему звукового генератора. Скорость изменения красного светодиода составляет около 0,84 ° C / мигание.

Рисунок 2. График калибровки температуры для двух мигающих желтых светодиодов. По оси абсцисс отложена температура (в градусах Цельсия), а по оси ординат - частота мигания светодиода в течение 1 минуты. Программное обеспечение LiveBPM использовалось для определения частоты мигания светодиодов.

Рисунок 3. График калибровки для одного мигающего желтого светодиода. Ось X - это количество миганий в минуту, а ось Y - температура (C), и каждая точка данных показывает измеренную температуру. Тонкая черная линия лучше всего соответствует логарифмической кривой.

Использованная литература:

Светоизлучающий диод:

Влияние температуры на диоды:

en.wikipedia.org/wiki/Diode#Temperature_measurements

LiveBPM:

Другие мои веб-страницы,

Самодельные погодные инструменты

Самодельный большой телескоп

Домашний соус из острого перца

Авторское право 2016: H. W. James