เซ็นเซอร์อุณหภูมิดิจิตอล LED อย่างง่าย: 3 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

เซ็นเซอร์อุณหภูมิอิเล็กทรอนิกส์แบบดิจิตอลที่เรียบง่าย ราคาประหยัด

H. William James, สิงหาคม 2015

บทคัดย่อ ไฟ LED กะพริบประกอบด้วยชิป IC ขนาดเล็กที่ทำให้ติดและดับไฟอย่างต่อเนื่องเมื่อใช้แรงดันไฟฟ้า การศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าอัตราการกะพริบขึ้นอยู่กับอุณหภูมิหากแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ผ่าน LED คงที่ ดังนั้นไฟ LED ที่กะพริบสามารถใช้วัดอุณหภูมิและให้เอาต์พุตดิจิตอลได้

บทนำ

Light Emiting Diodes (LED) มาในรูปทรงต่างๆ และเปล่งแสงได้หลากหลายสี LED อีกประเภทหนึ่งคือ LED ที่กะพริบหรือกะพริบ เหล่านี้เป็นไฟ LED ที่มีชิป IC multivibrator ขนาดเล็กที่ฝังอยู่ภายในซึ่งทำให้ LED เริ่มกะพริบเมื่อเชื่อมต่อกับแหล่งพลังงาน ไฟ LED กะพริบสามารถซื้อได้ในราคาไม่ถึง 1 ดอลลาร์ และมีหลายสีให้เลือก

จำนวนไฟ LED กะพริบต่อนาทีหรืออัตราการกะพริบของ LED ไม่คงที่ จะแตกต่างกันไปตามการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ (แรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า = อัตราการกะพริบเร็วขึ้นและในทางกลับกัน) อย่างไรก็ตาม การศึกษาโดยผู้เขียนซึ่งเริ่มในปี 2010 พบว่าอัตราแฟลชต่อนาทีจะแปรผันเป็นเส้นตรงและแม่นยำตามอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง เมื่ออุณหภูมิลดลง (เพิ่มขึ้น) อัตราการกะพริบของ LED จะเพิ่มขึ้น (ลดลง) ไฟ LED สีแดงกะพริบเร็วที่สุด ในขณะที่ไฟสีเหลืองกะพริบช้ากว่า และไฟสีเขียวจะกะพริบช้ากว่าในช่วงเวลาที่กำหนด

ใช้ไฟ LED กะพริบเพื่อวัดอุณหภูมิ

ในการวัดอุณหภูมิอย่างแม่นยำด้วยไฟ LED กะพริบ จำเป็นต้องใช้แหล่งจ่ายแรงดันไฟคงที่ แหล่งจ่ายไฟ DC 2 ถึง 6V จากแหล่งจ่ายไฟ AC ที่ผนังสามารถให้แรงดันไฟฟ้าที่เสถียรผ่าน LED กะพริบที่วางเป็นอนุกรมด้วยตัวต้านทาน 10 ถึง 30 โอห์ม หากใช้แบตเตอรี่ แรงดันไฟฟ้าจะคงที่โดยใช้ชิป IC ควบคุมแรงดันไฟฟ้าทั่วทั้งแบตเตอรี่

เมื่อไฟ LED กะพริบ แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมจะแตกต่างกันไป ในการบันทึกอัตราการกะพริบของ LED สามารถสร้างวงจรที่นับและแม้แต่แสดงและส่งจำนวนการกะพริบ (และอุณหภูมิ) ที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาหนึ่งเช่นหนึ่งนาที ในการศึกษานี้ ไฟ LED กะพริบถูกรวมเข้ากับวงจรออสซิลเลเตอร์เสียงที่เรียบง่าย เมื่อไฟ LED ติดและดับ ออสซิลเลเตอร์จะส่งเสียง "บี๊บ" ที่ได้ยินไปยังลำโพง แอพพลิเคชั่นซอฟต์แวร์หรือแอพ “LiveBPM” ซึ่งแสดงจังหวะต่อนาทีของเพลง จะรับเสียงบี๊บและนับและแสดงเป็นจังหวะต่อนาที (BPM) ดูรูปที่ 1 แผนภูมิหรือตารางสอบเทียบที่แสดงอัตราการส่งเสียงบี๊บเทียบกับอุณหภูมิช่วยให้สามารถกำหนดอุณหภูมิจากจอแสดงผลได้

อัตราการกะพริบของ LED เทียบกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ

รูปที่ 2 แสดงพล็อตของอัตราการกะพริบต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิสำหรับ LED กะพริบสีเหลืองสองดวง เปรียบเทียบ LED กับเทอร์โมมิเตอร์ดิจิตอลอิเล็กทรอนิกส์ที่แม่นยำซึ่งวางไว้ใกล้ๆ สังเกตในรูปว่าการสอบเทียบเป็นเส้นตรงจากอย่างน้อย +16 ถึงใกล้ -20C ในช่วงนี้ อัตราการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิจะอยู่ที่ประมาณ 0.95C/กะพริบสำหรับ LED สีเหลือง

รูปที่ 3 แสดงอัตราการกะพริบต่อนาทีสำหรับ LED กะพริบสีเหลืองตั้งแต่ +35.2 ถึง -18.5C เพิ่มเส้นโค้งลอการิทึมที่พอดีที่สุด (เส้นบาง) อัตราการเปลี่ยนแปลงโดยรวมอยู่ที่ประมาณ 1C/กะพริบ

ไฟ LED ได้รับการทดสอบเป็นเวลาหลายเดือนและการสอบเทียบยังคงมีเสถียรภาพ การใช้ LiveBPM สามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิได้ใกล้ 0.1C ความแม่นยำของไฟ LED กะพริบอยู่ที่ประมาณ +/- 0.5C จากอย่างน้อย +35 ถึง -20C เวลาตอบสนองอุณหภูมิของเซ็นเซอร์ไม่ช้า หลังจากนำออกจากช่องแช่แข็งที่เย็นกว่า -15C เซ็นเซอร์กลับคืนสู่ +17C ในเวลาเพียงไม่กี่นาที การโกนฝาครอบพลาสติก LED ออกจะช่วยเร่งเวลาตอบสนอง การทดสอบ LEDS เพิ่มเติมในช่วงอุณหภูมิที่กว้างขึ้นจะทำและโพสต์บนเว็บไซต์นี้

อะไรทำให้อัตราการกะพริบของ LED เปลี่ยนไปตามอุณหภูมิไม่ชัดเจน การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิส่งผลต่อประสิทธิภาพของไดโอด ตัวต้านทาน และตัวเก็บประจุ ส่วนประกอบเหล่านี้อยู่ภายในชิป LED และ IC ความเป็นไปได้อีกประการหนึ่งคือส่วนประกอบ LED มีการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ (เช่น การขยายและการหดตัว) ด้วยการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ และสิ่งนี้จะเปลี่ยนวงจร IC ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในอัตราการกะพริบ

บทสรุป

สามารถใช้ไฟ LED กะพริบเพื่อวัดอุณหภูมิได้อย่างง่ายดาย การตอบสนองของอุณหภูมิในการศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าโดยทั่วไปแล้วจะเป็นเชิงเส้นตั้งแต่ประมาณ +35 ถึง -20C การทดสอบเพิ่มเติมจะทำในช่วงอุณหภูมิที่กว้างขึ้นและผลลัพธ์ที่โพสต์บนเว็บไซต์นี้ เซ็นเซอร์ LED กะพริบช่วยให้ออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์ได้ง่ายขึ้นและลดต้นทุนลง เพื่อวัดและแสดงอุณหภูมิ

ตัวเลข

รูปที่ 1. แอป LiveBPM แสดง "บีตต่อนาที" อย่างไรก็ตาม ในที่นี้จะแสดงการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในช่วงเวลา 30 นาทีจากไฟ LED สีแดงกะพริบที่เสียบอยู่ในวงจรออสซิลเลเตอร์เสียง อัตราการเปลี่ยนแปลงของ LED สีแดงอยู่ที่ประมาณ 0.84C/blink

รูปที่ 2 พล็อตการปรับเทียบอุณหภูมิสำหรับไฟ LED สีเหลืองกะพริบสองดวง แกน x คืออุณหภูมิ (องศา C) และแกน Y คืออัตราการกะพริบของ LED ในช่วงเวลา 1 นาที ซอฟต์แวร์ LiveBPM ใช้เพื่อกำหนดอัตราการกะพริบของไฟ LED

รูปที่ 3 ตารางเทียบมาตรฐานสำหรับไฟ LED สีเหลืองกะพริบหนึ่งดวง แกน x เป็นการกะพริบต่อนาที และแกน y คืออุณหภูมิ (C) และจุดข้อมูลแต่ละจุดจะแสดงอุณหภูมิที่วัดได้ เส้นสีดำบางเป็นเส้นโค้งลอการิทึมที่พอดีที่สุด

ข้อมูลอ้างอิง:

ไดโอดเปล่งแสง:

ผลกระทบของอุณหภูมิต่อไดโอด:

en.wikipedia.org/wiki/Diode#Temperature_measurements

LiveBPM:

หน้าเว็บอื่นๆ ของฉัน

เครื่องมือวัดสภาพอากาศแบบโฮมเมด

กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่แบบโฮมเมด

ซอสพริกไทยร้อนทำเอง

ลิขสิทธิ์ 2016: H. W. James