Prosty cyfrowy czujnik temperatury LED: 3 kroki

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Prosty, tani, cyfrowy elektroniczny czujnik temperatury

H. William James, sierpień 2015 r.

Abstrakcyjne migające diody LED zawierają mały układ scalony, który powoduje, że stale migają po przyłożeniu napięcia. Badanie to pokazuje, że częstotliwość migania zależy od temperatury, jeśli napięcie przyłożone do diody LED pozostaje stałe. W ten sposób migająca dioda LED może być używana do pomiaru temperatury i zapewnia wyjście cyfrowe.

Wstęp

Diody elektroluminescencyjne (LED) mają wiele kształtów i emitują różne kolory. Innym rodzajem diody jest dioda migająca lub migająca. Są to diody LED z wbudowanym maleńkim układem multiwibratora IC, który powoduje, że dioda LED zaczyna migać po podłączeniu do źródła zasilania. Migające diody LED można kupić za mniej niż dolara i są dostępne w różnych kolorach.

Liczba błysków diody LED na minutę lub częstotliwość migania diody LED nie jest stała. Będzie się zmieniać wraz ze znacznymi zmianami przyłożonego napięcia (niższe napięcie = szybsza częstotliwość błysków i vice versa). Jednak badania autora, rozpoczęte w 2010 roku, wykazały, że szybkość błysku na minutę zmienia się liniowo i dokładnie wraz ze zmianą temperatury. Wraz ze spadkiem (wzrostem) temperatury częstotliwość migania diody LED wzrasta (maleje). Czerwone diody migają najszybciej, żółte migają wolniej, a zielone jeszcze wolniej w danym przedziale czasu.

Używanie migającej diody LED do pomiaru temperatury

Aby dokładnie zmierzyć temperaturę za pomocą migającej diody LED, wymagane jest stałe źródło napięcia. Zasilacz od 2 do 6 V DC z gniazdka ściennego AC może zapewnić stabilne napięcie na migającej diodzie LED umieszczonej szeregowo z rezystorem 10 do 30 omów. Jeśli używany jest akumulator, napięcie można ustabilizować za pomocą układu scalonego regulatora napięcia na akumulatorze.

Gdy dioda LED miga, spadek napięcia na niej zmienia się. Aby rejestrować częstotliwość migania diody LED, można ją wbudować w obwód, który zlicza, a nawet wyświetla i przesyła liczbę mignięć (i temperaturę), które wystąpiły w okresie, takim jak jedna minuta. W tym badaniu migająca dioda LED została włączona do prostego obwodu audio-oscylatora. Gdy dioda LED miga i gaśnie, oscylator emituje sygnały dźwiękowe do głośnika. Aplikacja lub aplikacja „LiveBPM”, która wyświetla uderzenia na minutę utworu, odbiera te sygnały dźwiękowe i liczy i wyświetla je jako uderzenia na minutę (BPM). Patrz rysunek 1. Wykres lub tabela kalibracji przedstawiająca częstotliwość sygnału dźwiękowego w funkcji temperatury umożliwia określenie temperatury na wyświetlaczu.

Szybkość migania diody LED a zmiana temperatury

Rysunek 2 przedstawia wykres szybkości migania na zmianę temperatury dla dwóch migających żółtych diod LED. Dioda LED została porównana z precyzyjnym elektronicznym termometrem cyfrowym umieszczonym w pobliżu. Zauważ na rysunku, że kalibracja jest liniowa od co najmniej +16 do blisko -20C. W tym zakresie szybkość zmian temperatury wynosi około 0,95C/mrugnięcie dla żółtej diody LED.

Rysunek 3 pokazuje częstotliwość migania na minutę dla żółtej migającej diody LED od +35,2 do -18,5C. Dodano najlepiej dopasowaną krzywą logarytmiczną (cienka linia). Ogólna szybkość zmian wynosi około 1C/mrugnięcie.

Diody LED były testowane od miesięcy, a kalibracja pozostaje stabilna. Za pomocą LiveBPM można wykryć zmiany temperatury w pobliżu 0,1C. Dokładność migania diody LED wynosi około +/- 0,5C od co najmniej +35 do -20C. Czas reakcji czujnika na temperaturę nie jest wolny. Po wyjęciu z zamrażarki, gdzie było zimniej niż -15C, czujnik powrócił do +17C w ciągu zaledwie kilku minut. Usunięcie plastikowej osłony LED pomaga skrócić czas reakcji. Dalsze testowanie diod LED w szerszym zakresie temperatur zostanie przeprowadzone i opublikowane na tej stronie internetowej.

Nie jest jasne, co powoduje zmianę szybkości migania diody LED wraz z temperaturą. Zmiany temperatury wpływają na działanie diod, rezystorów i kondensatorów. Te elementy znajdują się wewnątrz diody LED i układu scalonego. Inną możliwością jest to, że elementy LED zmieniają się fizycznie (np. rozszerzają się i kurczą) wraz ze zmianą temperatury, a to zmienia obwód IC, powodując zmianę szybkości mrugania.

Wnioski

Migająca dioda LED może być używana do łatwego pomiaru temperatury. Odpowiedź temperaturowa w tym badaniu pokazuje, że jest na ogół liniowa od około +35 do -20C. Dalsze testy zostaną przeprowadzone w szerszym zakresie temperatur, a wyniki zostaną opublikowane na tej stronie internetowej. Migający czujnik LED pozwala na prostsze i tańsze projekty obwodów elektronicznych do pomiaru i wyświetlania temperatury.

Figury

Rysunek 1. Wyświetlanie aplikacji LiveBPM „uderzeń na minutę”. Jednak tutaj wyświetla zmiany temperatury w ciągu 30 minut od migającej czerwonej diody LED włożonej do obwodu oscylatora audio. Szybkość zmian dla czerwonej diody LED wynosi około 0,84C/mrugnięcie

Rysunek 2. Wykres kalibracji temperatury dla dwóch migających żółtych diod LED. Oś x to temperatura (stopnie C), a oś Y to częstotliwość migania diody LED w ciągu 1 minuty. Do określenia częstotliwości migania diod LED wykorzystano oprogramowanie LiveBPM.

Rysunek 3. Wykres kalibracji dla jednej migającej żółtej diody LED. Oś x to liczba mrugnięć na minutę, a oś y to temperatura (C), a każdy punkt danych pokazuje zmierzoną temperaturę. Cienka czarna linia jest najlepiej dopasowaną krzywą logarytmiczną.

Bibliografia:

Dioda elektroluminescencyjna:

Wpływ temperatury na diody:

en.wikipedia.org/wiki/Diode#Temperature_measurements

LiveBPM:

Moje inne strony internetowe,

Domowe przyrządy pogodowe

Domowy Wielki Teleskop

Domowy sos z ostrej papryki

Prawa autorskie 2016: H. W. James