Cảm biến nhiệt độ kỹ thuật số LED đơn giản: 3 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Cảm biến nhiệt độ điện tử kỹ thuật số đơn giản, chi phí thấp

H. William James, tháng 8 năm 2015

Tóm tắt Đèn LED nhấp nháy chứa một chip IC nhỏ khiến chúng nhấp nháy liên tục và tắt khi có điện áp được đặt vào. Nghiên cứu này cho thấy rằng tốc độ nhấp nháy phụ thuộc vào nhiệt độ nếu điện áp đặt trên đèn LED không đổi. Do đó, đèn LED nhấp nháy có thể được sử dụng để đo nhiệt độ và cung cấp đầu ra kỹ thuật số.

Giới thiệu

Điốt phát quang (LED) có nhiều hình dạng và phát ra nhiều màu sắc khác nhau. Một loại đèn LED khác là đèn LED nhấp nháy hoặc đèn LED nhấp nháy. Đây là những đèn LED với một chip đa vi điều khiển IC nhỏ được nhúng bên trong khiến đèn LED bắt đầu nhấp nháy khi được kết nối với nguồn điện. Đèn LED nhấp nháy có thể được mua với giá dưới một đô la mỗi chiếc và có nhiều màu sắc khác nhau.

Số lần nhấp nháy của đèn LED mỗi phút hoặc tốc độ nhấp nháy của đèn LED không cố định. Nó sẽ thay đổi với những thay đổi đáng kể trong điện áp đặt vào (điện áp thấp hơn = tốc độ chớp nhanh hơn và ngược lại). Tuy nhiên, các nghiên cứu của tác giả, bắt đầu từ năm 2010, phát hiện ra rằng tốc độ chớp cháy mỗi phút thay đổi tuyến tính và chính xác với sự thay đổi nhiệt độ. Khi nhiệt độ giảm (tăng), tốc độ nhấp nháy của đèn LED tăng (giảm). Đèn LED màu đỏ nhấp nháy nhanh nhất, trong khi đèn LED màu vàng nhấp nháy chậm hơn và đèn LED màu xanh lá cây thậm chí còn chậm hơn trong một khoảng thời gian nhất định.

Sử dụng đèn LED nhấp nháy để đo nhiệt độ

Để đo nhiệt độ chính xác với đèn LED nhấp nháy, cần có nguồn điện áp không đổi. Nguồn điện DC 2 đến 6V từ nguồn điện xoay chiều trên tường có thể cung cấp điện áp ổn định qua đèn LED nhấp nháy được đặt nối tiếp với điện trở 10 đến 30 Ohm. Nếu sử dụng pin, điện áp có thể được ổn định bằng cách sử dụng chip IC điều chỉnh điện áp trên pin.

Khi đèn LED nhấp nháy, điện áp giảm trên nó sẽ thay đổi. Để ghi lại tốc độ nhấp nháy của đèn LED, nó có thể được tích hợp trong một mạch đếm và thậm chí hiển thị và truyền số lần nhấp nháy (và nhiệt độ) đã xảy ra trong một khoảng thời gian chẳng hạn như một phút. Trong nghiên cứu này, một đèn LED nhấp nháy được kết hợp vào một mạch dao động âm thanh đơn giản. Khi đèn LED nhấp nháy bật và tắt, bộ dao động phát ra tiếng “bíp” có thể nghe được tới loa. Ứng dụng phần mềm hoặc Ứng dụng, “LiveBPM”, hiển thị nhịp mỗi phút của bài hát, nhận những tiếng bíp này và đếm và hiển thị chúng dưới dạng nhịp mỗi phút (BPM). Xem Hình 1. Biểu đồ hiệu chuẩn hoặc bảng hiển thị tỷ lệ tiếng bíp so với nhiệt độ cho phép xác định nhiệt độ từ màn hình.

Tốc độ nhấp nháy của đèn LED so với sự thay đổi nhiệt độ

Hình 2 cho thấy biểu đồ của tốc độ nhấp nháy trên mỗi thay đổi nhiệt độ đối với hai đèn LED nhấp nháy màu vàng. Đèn LED được so sánh với một nhiệt kế điện tử chính xác đặt gần đó. Lưu ý trong hình rằng hiệu chuẩn là tuyến tính từ ít nhất +16 đến gần -20C. Trong phạm vi này, tốc độ thay đổi nhiệt độ khoảng 0,95C / lần nhấp nháy đối với đèn LED màu vàng.

Hình 3 cho thấy tốc độ nhấp nháy mỗi phút của đèn LED nhấp nháy màu vàng từ +35,2 đến -18,5C. Một đường cong logarit phù hợp nhất đã được thêm vào (đường mảnh). Tốc độ thay đổi tổng thể là khoảng 1C / nháy.

Các đèn LED đã được thử nghiệm trong nhiều tháng và hiệu chuẩn vẫn ổn định. Sử dụng LiveBPM, người ta có thể phát hiện sự thay đổi nhiệt độ gần 0,1C. Độ chính xác của đèn LED nhấp nháy là khoảng +/- 0,5C ít nhất từ +35 đến -20C. Thời gian phản hồi nhiệt độ của cảm biến không chậm. Sau khi lấy ra khỏi tủ đông, nơi có nhiệt độ lạnh hơn -15C, cảm biến phục hồi về + 17C chỉ trong vài phút. Việc cạo bỏ lớp vỏ nhựa của đèn LED giúp tăng tốc thời gian phản hồi. Thử nghiệm thêm LEDS trên một phạm vi nhiệt độ rộng hơn sẽ được thực hiện và đăng trên trang web này.

Nguyên nhân khiến tốc độ nhấp nháy của đèn LED thay đổi theo nhiệt độ vẫn chưa rõ ràng. Sự thay đổi nhiệt độ ảnh hưởng đến hiệu suất của điốt, điện trở và tụ điện. Các thành phần này nằm bên trong LED và chip IC. Một khả năng khác là các thành phần LED đang thay đổi về mặt vật lý (ví dụ: giãn nở và co lại) với sự thay đổi nhiệt độ và điều này làm thay đổi mạch IC, gây ra sự thay đổi về tốc độ nhấp nháy.

Kết luận

Đèn LED nhấp nháy có thể được sử dụng để dễ dàng đo nhiệt độ. Phản ứng nhiệt độ trong nghiên cứu này cho thấy rằng nó thường tuyến tính từ khoảng +35 đến -20C. Thử nghiệm thêm sẽ được thực hiện trên một phạm vi nhiệt độ rộng hơn và kết quả được đăng trên trang web này. Cảm biến LED nhấp nháy cho phép thiết kế mạch điện tử đơn giản hơn, chi phí thấp hơn để đo và hiển thị nhiệt độ.

Số liệu

Hình 1. Ứng dụng LiveBPM hiển thị "nhịp mỗi phút". Tuy nhiên, ở đây nó đang hiển thị sự thay đổi nhiệt độ trong khoảng thời gian 30 phút từ một đèn LED màu đỏ nhấp nháy được lắp vào mạch dao động âm thanh. Tốc độ thay đổi đối với đèn LED màu đỏ là khoảng 0,84C / lần nhấp nháy

Hình 2. Biểu đồ hiệu chuẩn nhiệt độ cho hai đèn LED vàng nhấp nháy. Trục x là nhiệt độ (độ C) và trục Y là tốc độ nhấp nháy của đèn LED trong 1 phút. Phần mềm LiveBPM được sử dụng để xác định tốc độ nhấp nháy của đèn LED.

Hình 3. Biểu đồ hiệu chuẩn cho một đèn LED nhấp nháy màu vàng. Trục x là số lần nhấp nháy mỗi phút và trục y là nhiệt độ (C) và mỗi điểm dữ liệu hiển thị nhiệt độ đo được. Đường mỏng màu đen là đường cong logarit phù hợp nhất.

Người giới thiệu:

Điốt phát sáng:

Nhiệt độ ảnh hưởng đến điốt:

en.wikipedia.org/wiki/Diode#Tempeosystem_measurements

LiveBPM:

Các trang web khác của tôi,

Dụng cụ thời tiết tự chế

Kính thiên văn lớn tự chế

Sốt ớt cay tự làm

Bản quyền 2016: H. W. James