GoodNightLight: วงจรไฟกลางคืนที่เรียบง่าย: 5 ขั้นตอน

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

By ohoilettFollow เพิ่มเติมโดยผู้เขียน:

เกี่ยวกับ: นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาที่ Purdue University, วิศวกรชีวการแพทย์, ผู้ที่ชื่นชอบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์, นักการศึกษา, พยายามเรียนรู้เล็กน้อยเกี่ยวกับวิศวกรรมและการเขียนโปรแกรม ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ ohoilett »

สวัสดีทุกคน ฉันสอนหลักสูตร Bioinstrumentation สำหรับนักเรียนมัธยมต้นในฤดูหนาวโดยเป็นส่วนหนึ่งของ Purdue GERI (สถาบันทรัพยากรการศึกษาที่มีพรสวรรค์) ในหลักสูตรนี้ ฉันจะแนะนำนักเรียนเกี่ยวกับพื้นฐานของวงจรและวิธีที่เราใช้วงจรในวิศวกรรมชีวการแพทย์ ฉันพบว่าไฟกลางคืนเป็นวงจรแนะนำที่ดีสำหรับนักเรียนที่เรียนรู้เกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ประกอบด้วยส่วนประกอบพื้นฐานบางอย่าง เช่น ตัวต้านทานและไฟ LED นอกจากนี้ยังมีส่วนประกอบระดับกลางมากขึ้น กล่าวคือ แอมพลิฟายเออร์สำหรับปฏิบัติการและเซ็นเซอร์ที่มีประโยชน์ ซึ่งก็คือโฟโตรีซีสเตอร์ กลไกของวงจรแสดงให้นักเรียนเห็นว่าเราสามารถใช้วงจรเพื่อโต้ตอบกับโลกภายนอกและสร้างเอาต์พุตบางประเภทได้อย่างไร ในกรณีนี้ ไฟกลางคืนจะเปิดขึ้นเมื่อระดับแสงโดยรอบลดลงและดับลงเมื่อระดับแสงแวดล้อมเพิ่มขึ้น ทุกคนชอบที่จะเห็นไฟ LED เปิดและปิดโดยอัตโนมัติ ฉันบอกผู้ปกครองว่าฉันจะโพสต์บทเรียนต่างๆ ทางออนไลน์ (และฉันตามหลัง o_O ไม่กี่เดือน) ดังนั้นฉันจะไปที่ข้อแรก! หวังว่าคุณจะสนุกกับคำแนะนำของฉันสำหรับ GoodNightLight

ขั้นตอนที่ 1: Photoresistor หรือ Light-Dependent Resistor (LDR)

โฟโตรีซีสเตอร์เป็นส่วนประกอบง่ายๆ ที่เปลี่ยนความต้านทานด้วยแสงตกกระทบ ตัวต้านทานประกอบด้วยวัสดุไวแสงที่ทำให้ความต้านทานของวัสดุลดลงเมื่อแสงเพิ่มขึ้น (แสงมากขึ้น) ในทางกลับกัน ความต้านทานของวัสดุจะเพิ่มขึ้นตามแสงที่ลดลง (สีเข้มขึ้น) โฟโตเซนเซอร์มีหน้าที่ในการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของแสงโดยรอบ ซึ่งจะกระตุ้นแสงกลางคืน อย่าลังเลที่จะวัดความต้านทานของโฟโตรีซีสเตอร์ด้วยมัลติมิเตอร์เพื่อดูว่าความต้านทานเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อคุณปิดและเปิดโปงโฟโตรีซีสเตอร์ด้วยนิ้วของคุณหรือวัตถุทึบแสงอื่นๆ

ขั้นตอนที่ 2: ตัวแบ่งแรงดัน

ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าเป็นวิธีง่ายๆ ในการเชื่อมต่อกับทรานสดิวเซอร์ต้านทาน ซึ่งเป็นส่วนประกอบที่แปลงพลังงานรูปแบบหนึ่งไปเป็นความต้านทาน ในวงจรนี้ ทรานสดิวเซอร์ต้านทานคือโฟโตรีซีสเตอร์ของเรา ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าประกอบด้วยตัวต้านทานสองตัวในอนุกรม (เชื่อมต่อกัน) แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า เช่น แบตเตอรี่ เชื่อมต่อกับตัวต้านทานตัวใดตัวหนึ่งในตัวแบ่ง และตัวต้านทานอีกตัวหนึ่งเชื่อมต่อกับกราวด์ สมการของตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้ามีดังนี้ Vout = Vin*R2 / (R2 + R1)

ดังที่เราเห็นได้จากสมการ R1 และ R2 จะกำหนดเอาท์พุตของตัวแบ่งแรงดันโดยตรง เมื่อตรวจสอบสมการอีกเล็กน้อย เราจะเห็นว่าเมื่อ R2 เพิ่มขึ้น Vout จะเข้าใกล้ Vin มากขึ้น เราได้กล่าวถึงในขั้นตอนก่อนหน้านี้ว่าความต้านทานของโฟโตรีซีสเตอร์จะเพิ่มขึ้นเมื่อแสงแวดล้อมลดลง เราจะวางโฟโตรีซีสเตอร์ของเราไว้ที่ตำแหน่ง R2 ของตัวแบ่งแรงดันไฟนี้

ขั้นตอนที่ 3: LED เปรียบเทียบและเอาท์พุต

ตัวเปรียบเทียบเป็นวงจรง่ายๆ ที่เปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าสองค่า หากแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตที่ไม่กลับด้าน (อินพุตของ op amp ที่มีเครื่องหมาย "+") มากกว่าแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตกลับด้าน (อินพุตของ op amp ที่มีเครื่องหมาย "-") เอาต์พุตของ เครื่องเปรียบเทียบจะเปิดไฟ LED หากสิ่งที่ตรงกันข้ามเป็นจริง เอาต์พุตของตัวเปรียบเทียบจะปิด LED หากคุณไม่เคยใช้ไฟ LED มาก่อน โปรดทราบว่าไฟจะสว่างขึ้นเมื่อมีกระแสไฟฟ้าขนาดเล็กไหลผ่าน เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ LED จากคำแนะนำที่ยอดเยี่ยมนี้

สำหรับตัวเปรียบเทียบ เราจะใช้แอมพลิฟายเออร์ LM324 LM324 เป็นแอมพลิฟายเออร์ควอด หมายความว่ามีแอมพลิฟายเออร์ 4 ตัวในแพ็คเกจเดียว เราต้องการเพียงหนึ่งใน 4 แอมพลิฟายเออร์เท่านั้น ต่อสาย LM324 ตามที่แสดงในแผนผัง

ขั้นตอนที่ 4: บทสรุปและความคิดสุดท้าย

ในคำแนะนำนี้ ฉันได้สาธิตเพียงแค่เปิด LED โดยเปลี่ยนปริมาณของแสงโดยรอบ โปรดใช้ความคิดสร้างสรรค์ของคุณเพื่อเปลี่ยนเป็น "ไฟกลางคืน" ที่แท้จริง

ขั้นตอนที่ 5: การแก้ไขปัญหา

1. ในคำแนะนำนี้ ฉันแนะนำให้เพิ่มตัวต้านทาน 10k แบบอนุกรมพร้อมกับโฟโตรีซีสเตอร์ของคุณ คุณอาจต้องเปลี่ยนตัวต้านทาน 10k เป็นอย่างอื่น ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความต้านทาน "เล็กน้อย" ของโฟโตรีซีสเตอร์ของคุณ ฉันขอแนะนำให้วัดความต้านทานของโฟโตรีซีสเตอร์ด้วยมัลติมิเตอร์ของคุณเมื่อโฟโตรีซีสเตอร์ของคุณสัมผัสกับสภาพแวดล้อมและเมื่อเซ็นเซอร์ถูกวัตถุแปลกปลอมปิดบัง คุณต้องการเลือกตัวต้านทานแบบอนุกรมที่มากกว่าความต้านทานของโฟโตรีซีสเตอร์เมื่อถูกแสงแวดล้อม แต่มีขนาดเล็กกว่าความต้านทานของโฟโตรีซีสเตอร์เมื่อถูกปกปิด ตัวอย่างเช่น สำหรับโฟโตรีซีสเตอร์ที่ฉันใช้ ความต้านทานเมื่อสัมผัสกับแสงแวดล้อมอยู่ที่ประมาณ 8k เมื่อฉันเอานิ้วคลุมโฟโตรีซีสเตอร์ ความต้านทานก็เพิ่มขึ้นเป็น 48k

2. ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณเชื่อมต่อตัวแบ่งแรงดันเข้ากับอินพุตที่เหมาะสมของ op amp ใส่ใจกับการเชื่อมต่อในขั้นตอนที่ 3

3. ระวังขั้วของ LED ขาที่สั้นกว่าคือ "เชิงลบ" และควรเชื่อมต่อกับพื้น