Jednoduchý LED digitální teplotní senzor: 3 kroky

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Jednoduchý, levný, digitální elektronický snímač teploty

H. William James, srpen 2015

Abstrakt Blikající LED diody obsahují malý IC čip, který způsobuje, že nepřetržitě blikají a svítí, když je připojeno napětí. Tato studie ukazuje, že rychlost blikání závisí na teplotě, pokud aplikované napětí na LED zůstane konstantní. Blikající LED tedy lze použít k měření teploty a poskytuje digitální výstup.

Úvod

Světelné diody (LED) mají mnoho tvarů a vyzařují různé barvy. Dalším typem LED je blikající nebo blikající LED. Jedná se o LED diody s malým integrovaným čipem multivibrátoru IC, které způsobí, že LED začne blikat po připojení ke zdroji napájení. Blikající LED diody lze zakoupit za méně než dolar a jsou k dispozici v různých barvách.

Počet bliknutí LED za minutu nebo rychlost blikání LED není konstantní. Bude se měnit s významnými změnami aplikovaného napětí (nižší napětí = rychlejší záblesková rychlost a naopak). Studie autora, počínaje rokem 2010, zjistily, že rychlost záblesku za minutu se mění lineárně a přesně s měnící se teplotou. Jak teplota klesá (zvyšuje se), rychlost blikání LED se zvyšuje (snižuje). Červené LED diody blikají nejrychleji, zatímco žluté v daném časovém rozsahu blikají pomaleji a zelené ještě pomaleji.

Měření teploty pomocí blikající LED

Pro přesné měření teploty pomocí blikající LED je nutný zdroj konstantního napětí. Napájení 2 až 6 V DC ze síťové zásuvky může zajistit stabilní napětí na blikající LED umístěné v sérii s odporem 10 až 30 ohmů. Pokud je použita baterie, napětí lze stabilizovat pomocí IC čipu regulátoru napětí napříč baterií.

Jak LED bliká, pokles napětí na něm se mění. Pro záznam rychlosti blikání LED může být vestavěn do obvodu, který počítá a dokonce zobrazuje a přenáší počet bliknutí (a teplotu), ke kterým došlo během časového období, například jedné minuty. V této studii byla blikající LED dioda začleněna do jednoduchého obvodu oscilátoru zvuku. Když kontrolka LED bliká a zhasíná, oscilátor vydává reproduktoru slyšitelné „pípnutí“. Softwarová aplikace nebo aplikace „LiveBPM“, která zobrazuje údery skladby za minutu, tato pípnutí zachytí a počítá a zobrazí je jako údery za minutu (BPM). Viz obrázek 1. Kalibrační tabulka nebo tabulka zobrazující rychlost pípnutí v závislosti na teplotě umožňuje teplotu určit z displeje.

Rychlost blikání LED vs. změna teploty

Obrázek 2 ukazuje graf rychlosti blikání na změnu teploty pro dvě žluté blikající LED diody. LED byla porovnána s přesným elektronickým digitálním teploměrem umístěným poblíž. Všimněte si na obrázku, že kalibrace je lineární od minimálně +16 do téměř -20 ° C. V tomto rozsahu je rychlost změny teploty asi 0,95 ° C/bliká pro žlutou LED.

Obrázek 3 ukazuje rychlost blikání za minutu pro žlutou blikající LED od +35,2 do -18,5 ° C. Byla přidána nejlépe vyhovující logaritmická křivka (tenká čára). Celková rychlost změny je asi 1 C/blikání.

LED diody byly testovány měsíce a kalibrace zůstává stabilní. Pomocí LiveBPM lze detekovat změny teploty blízko 0,1 C. Přesnost blikající LED je kolem +/- 0,5 C od minimálně +35 do -20C. Doba odezvy snímače na teplotu není pomalá. Po vyjmutí z mrazničky, kde bylo chladněji než -15 ° C, se senzor během několika minut vrátil na +17 ° C. Oholení plastového krytu LED pomáhá urychlit dobu odezvy. Další testování LED v širším teplotním rozsahu bude provedeno a zveřejněno na tomto webu.

Co způsobuje, že se rychlost blikání LED mění s teplotou, není jasné. Změny teploty ovlivňují výkon diod, rezistorů a kondenzátorů. Tyto komponenty jsou uvnitř LED a IC čipu. Další možností je, že se součásti LED fyzicky mění (např. Expandují a smršťují) se změnou teploty a tím se mění obvod IC, což způsobuje změnu rychlosti blikání.

Závěry

Blikající LED lze snadno měřit teplotu. Teplotní odezva v této studii ukazuje, že je obecně lineární přibližně od +35 do -20 ° C. Další testování bude provedeno v širším teplotním rozsahu a výsledky zveřejněny na tomto webu. Blikající LED senzor umožňuje jednodušší a levnější návrhy elektronických obvodů pro měření a zobrazování teploty.

Obrázky

Obrázek 1. Aplikace LiveBPM zobrazuje „údery za minutu“. Zde však zobrazuje změny teploty po dobu 30 minut z blikající červené LED vložené do obvodu oscilátoru zvuku. Rychlost změny červené LED je přibližně 0,84 C/blikání

Obrázek 2. Graf kalibrace teploty pro dvě blikající žluté LED diody. Osa x je teplota (stupně C) a osa Y je rychlost blikání LED během 1 minuty. K určení rychlosti blikání LED byl použit software LiveBPM.

Obrázek 3. Kalibrační diagram pro jednu žlutou blikající LED. Osa x je bliknutí za minutu a osa y je teplota (C) a každý datový bod ukazuje naměřenou teplotu. Tenká černá čára je nejvhodnější logaritmickou křivkou.

Reference:

Světelná dioda:

Vliv teploty na diody:

en.wikipedia.org/wiki/Diode#Temperature_measurements

LiveBPM:

Moje další webové stránky,

Domácí meteorologické nástroje

Domácí velký dalekohled

Domácí omáčka z pálivé papriky

Copyright 2016: H. W. James