Interruptor automàtic amb temperatura controlada

Anteriorment, hem creat un circuit de LEDs controlats per temperatura, en el qual dos LED brillaven segons la temperatura. Ara millorem aquest circuit mitjançant un relé i ara controlarem els aparells domèstics de CA segons la temperatura. Aquest circuit servirà com a interruptor automàtic de llum que s’activarà si la temperatura supera un nivell determinat (50 graus en aquest circuit). Aquí estem utilitzant LM35 com a sensor de temperatura. Aquesta temperatura llindar del valor de 50 graus es pot canviar ajustant la resistència variable del circuit, segons el requisit.

Hem utilitzat una bombeta LED senzilla en aquest circuit d’interruptors controlats per temperatura per demostrar-la, vol dir que si la temperatura supera els 50 graus centígrads, la bombeta s’encén automàticament i, si la temperatura baixa de 50 graus, la bombeta s’apagarà automàticament. Aquí podeu substituir la bombeta per qualsevol electrodomèstic de corrent altern, com si el substituís per un ventilador, que servirà de circuit de ventilador controlat per temperatura. També pot funcionar com a alarma contra incendis si configureu la temperatura llindar molt alta, com ara 100 graus centígrads i connecteu una alarma en lloc de la bombeta, o la podeu configurar perquè engegui automàticament l’aire condicionat més enllà d’una temperatura determinada mitjançant un relé de la qualificació.

Components necessaris:

• Bateria de 9v
• IC 7805
• Sensor de temperatura LM35
• Amplificador operatiu LM358
• Resistència de 10k ohm
• Resistència d'1 k ohm
• Resistència variable 10k
• LED (opcional)
• Transistor NPN BC547
• Diode 1N4007
• Relleu 6v
• Bombeta o qualsevol aparell de corrent altern

Sensor de temperatura LM35:

LM35 és un dispositiu similar a un transistor de tres pins. Té VCC, GND i OUTPUT. Aquest sensor proporciona voltatge variable a la sortida en funció de la temperatura. LM35 proporciona una sortida en graus centígrads i pot detectar una temperatura de fins a 150 graus centígrads. LM35 és un sensor de temperatura molt popular i econòmic que s'utilitza generalment com a termòmetre digital o per mesurar la temperatura.

Per cada augment de temperatura de +1 centígrads hi haurà una tensió de + 10 mV més alta al pin de sortida. Així doncs, si la temperatura és de 0◦ centígrads la sortida del sensor serà de 0V, si la temperatura és de 10◦ centígrads la sortida del sensor serà de + 100mV, si la temperatura és de 25◦ centígrads la sortida del sensor serà de + 250mV.

Configuració del voltatge de referència per a l’ampli operatiu LM358:

Aquí hem utilitzat l’ampli operatiu LM358 per comparar el voltatge de sortida de LM35 amb el voltatge de referència. Com s’ha esmentat, hem configurat el circuit per a la tensió llindar de 50 graus, de manera que per activar l’ampli operatiu a 50 graus, hem d’establir la tensió de referència a 0,5 volts, ja que a una temperatura de 50 graus la tensió de sortida LM35 serà de 0,5 volts o 500 mV. La tensió de referència és la tensió del pin no 2 de LM358.

Ara per establir la tensió de referència, hem creat un circuit divisor de tensió mitjançant la resistència R1 i la resistència variable RV1 de 10k. Mitjançant les fórmules anteriors podeu establir el voltatge de referència en conseqüència i canviar la temperatura del llindar. Com establir la temperatura de 50 graus centígrads com a valor de desencadenament, podeu configurar el potenciòmetre aproximadament a 8k: 2k com:

Vout = (R2 / R1 + R2) * Vin

(aquí R2 és la segona part del potenciòmetre: 2k ohm i R1 és R1 + primera part del potenciòmetre: 10k + 8k)

Vout = (2/18 + 2) * 5 = 0,5v

Amplificador operatiu LM358:

Els amplificadors operatius també es coneixen com a comparadors de tensió. Quan la tensió a l'entrada no inversora (+) és superior a la tensió a l'entrada inversora (-), la sortida del comparador és Alta. I si el voltatge de l'entrada inversora (-) és superior a l'extrem no inversor (+), la sortida és BAIXA. Obteniu més informació sobre el funcionament del amplificador operatiu aquí.

LM358 és un amplificador operacional dual de baix soroll que té dos comparadors de voltatge independents al seu interior. Es tracta d’un amplificador operatiu de propòsit general que es pot configurar en molts modes, com ara comparador, estiu, integrador, amplificador, diferenciador, mode d’inversió, mode sense inversió, etc.

Esquema de connexions:

Explicació de treball:

El funcionament d’aquest circuit d’electrodomèstics controlats per temperatura és senzill. La bateria d’ús general de 9v s’utilitza per encendre tot el circuit i l’IC7805 s’utilitza per proporcionar el subministrament regulat de 5v al circuit. Quan la temperatura és inferior a 50 graus, la sortida de LM358 es manté BAIXA i el transistor Q1 i el relé també es mantenen en estat OFF, de manera que la bombeta està apagada. Podeu establir aquesta temperatura llindar en conseqüència girant el POT.

Ara, quan la temperatura circumdant supera els 50 graus centígrads, la tensió de sortida de LM35 al pin 2 també supera els 0,5 volts o 500 mV. La sortida de LM35 està connectada al pin 3 de l’ampli operatiu LM358. I a mesura que hem definit la tensió de referència (tensió al pin 2 de LM358) a 0,5 volts, ara la tensió al pin 3 (entrada no inversora) passa a ser superior a la tensió al pin 2 (entrada inversora) i la sortida de l’opamp LM358 (PIN) 1) passa a ser ALTA. La sortida de LM358 està connectada a la base del transistor NPN Q1, de manera que Q1 també s’activa, cosa que activa el relé i la bombeta s’encén. El relé té una petita bobina a l'interior, que obté energies per un petit corrent i activa el dispositiu de CA connectat a ell, a continuació hem explicat el seu funcionament. Així doncs, aquest circuit detecta el límit de temperatura i encén els aparells automàticament.

Al vídeo de demostració, hem utilitzat ferro de soldar per escalfar el sensor de temperatura proper LM35 que envolta, comproveu el vídeo al final. Aquí també estem treballant amb corrent altern de 220v, de manera que cal tenir molta cura, en cas contrari, pot patir una lesió greu.

Funcionament del relé:

El relé és un commutador electromagnètic que permet que flueixi un corrent molt més gran quan se li aplica un corrent petit, com si fem servir el transistor com a interruptor. El relé s’utilitza generalment per controlar els dispositius de corrent altern (AC), mitjançant un corrent continu molt més petit.

El relé té una bobina a l'interior i quan no hi ha cap tensió aplicada a la bobina, COM (comú) es connecta a NC (contacte normalment tancat). I quan s’aplica una certa tensió a la bobina, es produeix el camp electromagnètic. Els quals atrauen la Armadura (palanca connectada a la molla) i es connecten COM i NO (contacte obert normalment), que permeten fluir un corrent més gran. Els relés estan disponibles en moltes qualificacions, aquí hem utilitzat relés de tensió de funcionament de 6V, que permeten fluir el corrent de 7A-250VAC.

El relé es configura mitjançant un petit circuit Driver que consta d’un transistor, un díode i una resistència. El transistor s'utilitza per amplificar el corrent de manera que el corrent complet (de la font de CC - bateria de 9 V) pugui fluir a través de la bobina per alimentar-lo completament. La resistència s'utilitza per proporcionar polarització al transistor. I el díode s’utilitza per evitar el flux de corrent invers quan el transistor està apagat. Totes les bobines inductores produeixen un CEM igual i oposat quan s'apaguen sobtadament, cosa que pot causar danys permanents als components, de manera que s'ha d'utilitzar el díode per evitar el corrent invers. Un mòdul de relé està fàcilment disponible al mercat amb tot el circuit de controladors a la placa o podeu crear-lo utilitzant els components anteriors. Aquí hem utilitzat el mòdul de relé 6V. Podeu obtenir més informació sobre el relleu aquí.