آموزش ساخت مدار کنترل دما با سنسور LM35 و سوئیچ

به نام خدا

آموزش ساخت مدار کنترل دما با سنسور LM35 و سوئیچ

در این آموزش ، کنترل (روشن یا خاموش بودن) وسایل برقی که با جریان متناوب (AC) کار می کنند را به وسیله دما یاد خواهیم گرفت. در اینجا خاموش یا روشن بودن یک لامپ را بررسی می کنیم ولی شما می توانید بجای لامپ هر وسیله دیگری را جایگزین کنید. هنگامی که دمای محیط از مقدار مشخصی بیشتر شود (در اینجا 50 درجه سانتی گراد) لامپ روشن می شود. سنسور دمای استفاده شده در این آموزش LM35 می باشد. برای تغییر دمای آستانه (دمایی که رله تغییر وضعیت می دهد) می توانیم مقاومت پتانسیومتر را تغییر دهیم.

 همانطور که گفته شد، با گذشتن دمای محیط از 50 درجه سانتی گراد لامپ روشن می شود و تا وقتی که دمای محیط به این مقدار نرسیده باشد لامپ خاموش باقی می ماند. شما می توانید به جای لامپ از هر وسیله دیگری استفاده کنید به عنوان مثال  اگر بجای لامپ یک زنگ خطر بگذارید و مثلا دما را روی 100 درجه تنظیم کنید ، سیستم اعلام حریق درست کرده اید. در مثال قبل حتی می توانید با استفاده از رله مناسب علاوه بر زنگ خطر یک سیستم تهویه هوا را روشن یا خاموش کنید.

 قطعات مورد نیاز مدار کنترل دما با سنسور LM35 و سوئیچ:

• باتری 9 ولت
• ای سی 7805
• سنسور دما LM35
• آپ امپ LM358
• مقاومت 10 کیلو اهم
• مقاومت 1 کیلو اهم
• پتانسیومتر 10 کیلو اهم
• LED (الزامی نیست)
• ترانزیستور NPN – BC547
• دیود 1N4007
• رله 6 ولت
• لامپ یا هر وسیله برقی AC دیگری

سنسور دمای LM35:

معروف ترین و کم هزینه ترین سنسور دما LM35 می باشد. سنسور دمای LM35  سه پایه به نام های VCC , OUT , GND دارد. خروجی این سنسور ولتاژ متغییری است که با دما رابطه مستقیم دارد. محدوده دمایی که این سنسور قادر به انداه گیری آن می ‏باشد بین 55- تا 150+ درجه سانتیگراد است.

 هر 1 درجه افزایش دما باعث ، افزایش 10 میلی ولتی ولتاژ در خروجی LM35 می شود. مثلا اگر دما صفر باشد خروجی سنسور نیز 0 است یا اگر دما 25 درجه باشد خروجی 250 میلی ولت است.

تنظیم ولتاژ مرجع برای آپ امپ LM358:

برای مقایسه ولتاژ خروجی سنسور LM35 با ولتاژ مرجع از آپ امپ LM358 استفاده شده است. همانطور که گفته شد ما دمای آستانه را 50 درجه سانتی گراد قرار داده ایم پس برای تریگر کردن آپ امپ در 50 درجه سانتی گراد باید ولتاژ مرجع را روی 0.5 ولت تنظیم کنیم (چرا که در 50 درجه سانتی گراد ، خروجی LM35 برابر 0.5 ولت است). ولتاژ مرجع، ولتاژ پایه 2 آپ امپ LM358 می باشد.

برای تنظیم ولتاژ مرجع از مدار تقسیم کننده ولتاژ استفاده می کنیم. با استفاده از فرمول زیر ولتاژ مرجع به وسیله مقاوت R1 و پتانسیومتر RV1 قابل تنظیم است. برای تنظیم دما روی 50 درجه یک سر پتانسیومتر را 2 کیلو و دیگری را روی 8 کیلو اهم تنظیم می کنیم.

Vout = (R2 / R1 + R2) * Vin

در این فرمول R2  سر دوم پتانسومتر است و R1 مجموع سر اول پتانسیومتر و مقاومت R1 است. برای مثال R2 =2 و R1= 10+8

Vout = (2 / 18 + 2) * 5 = 0.5v

آپ امپ LM358:

آپ امپ ها کاربرد های متفاوتی دارند که یکی از آنها مقایسه ولتاژ است. وقتی ولتاژ پایه مثبت بزرگتر از ولتاژ پایه منفی باشد خروجی مقایسه کننده HIGH می شود و بلعکس هنگامی  که ولتاژ پایه منفی بزرگتر از پایه مثبت باشد خروجی LOW می شود.

LM358 تقویت کننده عملیاتی است که دو مقایسه کننده ولتاژ درون خود دارد. همانطور که گفته شد، این آی سی قابلیت های دیگری مانند تضعیف کننده ، تقویت کننده ، انتگرال گیر ، جمع کننده ، معکوس کننده و … نیز دارد.

شماتیک مدار:

طرز کار:

باتری 9 ولت برای تغذیه تمام مدار از IC7805 برای تولید ولتاژ رگوله شده 5 ولت استفاده شده است. تا وقتی که دما زیر 50 درجه است LM358 در حالت LOW می باشد و ترانزیسور Q1 و رله هم خاموش هستند که منجر به خاموش ماندن چراغ می شود.با تغییر مقاومت پتانسیومتر می توانید دمای آستانه را تغییر دهید.

زمانی که دمای محیط بیشتر از 50 درجه شود خروجی LM35 نیز بیشتر از 0.5 ولت می شود. از آنجا که ولتاژ مرجع 0.5 ولت (پایه 2 آپ امپ که پایه منفی مقایسه کننده است) در نظر گرفته شده با بیشتر شدن ولتاژ خروجی LM35 از این مقدار (توجه داشته باشید که خروجی LM35 به پین 3 آپ امپ یعنی پایه مثبت مقایسه کننده متصل است) باعث تغییر حالت خروجی آپ امپ به high می شود. خروجی آپ امپ به پایه بیس ترانزیستور Q1 متصل شده پس ترانزیستور Q1 هم روشن می شود و باعث تریگر کردن رله ودر نهایت روشن کردن لامپ می شود.

طرز کار رله:

رله یک کلید الکترومغناطیسی است که وقتی جریان کمی به ان اعمال می شود اجازه عبور جریان بزرگی را از خود می دهد.در کل از رله ها برای قطع و وصل کردن جریان به وسیله جریان DC بسیار کوچکتر استفاده می شود. اگر رله را به یک کلید تشبیه کنیم ، فشار دادن کلید مانند گذراندن جریانی کم از سیم پیچ درون رله است.

درون رله سیم پیچ وجود دارد. در حالت عادی که ولتاژی از سیم پیچ نمی گذرد پایه COM (مشترک) به وسیله تیغه اهنی به پایه NC متصل است. در این حالت رله از خود جریانی عبور نمی دهد. هنگامی که به سیم پیچ ولتاژ اعمال شود ، سیم پیچ میدان مغناطیسی ایجاد می کند وتیغه را به سمت خود می کشد این کار باعث می شود که پایه COM به پایه NC متصل شود و جریان اصلی را از تیغه اهنی عبور دهد (به شکل نگاه بالا کنید).رله استفاده شده در اینجا 6 ولت است که جریان 7 امپر و ولتاژ 250 ولت AC را عبور می دهد.

 بیشتر مواقع رله ها نیازمند مداری برای راه اندازی هستند. این مدار شامل ترانزیستور ، دیود و مقاومت می باشند. ترانزیستور برای تقویت جریان استفاده می شود تا سیم پیچ رله با بیشترین جریان ممکن تحریک شود. ازمقاومت برای بایاس کردن ترانزیستور و از دیود برای یکسو سازی جریان وقتی که ترانزیستور خاموش می شود استفاده شده.