Θερμόμετρο με αναλογική ένδειξη σε LED

Μέτρηση ηλεκτρικών και άλλων επιστημονικών μεγεθών.
Άβαταρ μέλους
GeorgeVita
Διαχειριστής
Δημοσιεύσεις: 491
Εγγραφή: 04 Σεπ 2013, 21:51
Ονομα: Γιώργος
Επικοινωνία:

Θερμόμετρο με αναλογική ένδειξη σε LED

Δημοσίευσηαπό GeorgeVita » 22 Σεπ 2013, 20:50

Θερμόμετρο με αναλογική ένδειξη σε μπάρα LED

Στο AN460 της T.I. (σελίδα 14, fig.17, "LED Display for Easy Temperature Reading"), υπάρχει ένα βασικό κύκλωμα μέτρησης θερμοκρασίας με το LM35 και αναλογική ένδειξη σε 20 LED:

Εικόνα
(προσοχή: εκεί μετρούν τη θερμοκρασία σε °F και όχι °C)

Η βασική ιδέα του κυκλώματος:
Το LM35 δίνει στην έξοδο Vout σήμα +10.0 mV/°C. Αν το V- είναι γειωμένο τότε η τάση που θα έχουμε είναι 0V για 0°C και 1V για 100°C (100x10mV=1V). Το "σήμα" είναι αρκετά χαμηλό για ένδειξη σε 20 LED οπότε πρέπει να ενισχυθεί. Η ενίσχυση γίνεται μέσω του διαιρέτη τάσης (2 αντιστάσεις και 1 τρίμερ) στην έξοδό στον οποίο γίνεται και "shifting" της τάσης αναφοράς (V-) στο LM35. Μετά χρησιμοποιούμαι 2xLM3914 για να φτιάξουμε μια κλίμακα 20 σημείων στην οποία θα εμφανίσουμε την θερμοκρασία από χ°C έως ψ°C. Τα χ και ψ είναι "όρια τάσεως" που θα δείχνει το βολτόμετρο με LED.

Πως γίνεται η "ενίσχυση" της εξόδου του LM35:
Η τάση Vout που είναι πάντα μεγαλύτερη από την τάση στο V- ανάλογα με τη θερμοκρασία εφαρμόζεται σε μια αντίσταση (καλύτερα 1%) δημιουργώντας ροή ρεύματος ανάλογη της θερμοκρασίας. Αυτή η ροή ρεύματος είναι κοινή για όλο τον κλάδο αντιστάσεων που απαρτίζουν τον διαιρέτη τάσης. Το σταθερό τμήμα του διαιρέτη είναι η τάση μεταξύ Vout και V- του LM35! Το υπόλοιπο τμήμα του διαιρέτη θα έχει τάση ανάλογη του ρεύματος όλου του κλάδου επί την τιμή των υπόλοιπων αντιστάσεων, άρα ο λόγος συνολική αντίσταση διά την αντίσταση στα πόδια του LM35 καθορίζει την τελική τάση εξόδου του LM35 που είναι ενισχυμένη αντίστοιχα.

Εικόνα

Παράδειγμα: το LM35 μετρά θερμοκρασία 30°C, βγάζει έξοδο 0.3V, η αντίσταση στα πόδια V- και Vout είναι 200Ω άρα το ρεύμα στην αντίσταση ρυθμίζεται σε Ι=0.3V/200Ω=1.5mA. Για να έχουμε "ενίσχυση" x10 θέλουμε λόγο 1:10 άρα υπολογίζουμε συνολική αντίσταση 2000Ω. Τα 200Ω τα έχουμε ενώ τα υπόλοιπα 1800Ω τα φτιάχνουμε με την 1Κ5 συν το τρίμερ στη θέση 300Ω. Υπολογίζοντας την τάση εξόδου θα έχουμε Vout=1.5mA x 2000Ω=3V δηλαδή επί 10.

Σημείωση: υπάρχει και ένα μικρό λάθος μετρήσεων που εμφανίζεται αθροιστικά στην Vout λόγω ρεύματος λειτουργίας του LM35 και είναι +75mV.

Πως "μετρά" το LM3914:
Κάθε LM3914 έχει εσωτερικά μια κλίμακα αντιστάσεων που "διαιρεί" το σήμα εισόδου σε 10 ίσα τμήματα για σύγκριση με μια ρυθμιζόμενη τάση αναφοράς. Στην απλή περίπτωση χρησιμοποιούμε την τάση αναφοράς στην "προ-ρυθμισμένη" τάση των 1.25V και το LM3914 μετρά τάση 0-1.25V σε βήματα των 0.125V. Εναλλακτικά ρυθμίζουμε την εσωτερική τάση αναφοράς όπως σε ένα LM317.

Εικόνα

Ενδειξη σε 20 LED (2xLM3914):
Για να έχουμε ένδειξη σε περισσότερα από 10 LED, συνδέουμε την κλίμακα αντιστάσεων σε σειρά με το επόμενο LM3914. Ετσι αν τοποθετήσουμε 2xLM3914 δημιουργείται μια κλίμακα 20 αντιστάσεων και αντίστοιχα το "βήμα" της ένδειξης είναι η τάση αναφοράς διά 20.

Σε ένδειξη μπάρας δεν έχουμε πρόβλημα στο άναμμα των LED, εκτός βέβαια από το μεγάλο αθροιστικό ρεύμα στα LED (δεν γίνεται σάρωση). Στην περίπτωση "ένδειξης με τελεία" (dot mode) πρέπει να σβήσει το 10ο LED όταν ανάβει το 11ο. Λεπτομέρειες για την "σύνδεση σε σειρά" (cascading) με σωστή ένδειξη σε "DOT MODE" αναφέρονται στο datasheet του LM3914.

Ρύθμιση ορίων ένδειξης:
Για να έχουμε σωστή ένδειξη στα LED χρειάζεται ρύθμιση της ελάχιστης και μέγιστης τάσης (εδώ θερμοκρασίας) στην κλίμακα αντιστάσεων.
Αυτό επιτυγχάνεται με το τρίμερ που ρυθμίζει την τάση στο RLO του 1ου LM3914 (κάτω όριο) και το τρίμερ που ρυθμίζει την τάση στο RHI του 2ου LM3914 (άνω όριο).

Εφόσον έχουμε LM35 με "ενισχυμένη" τάση εξόδου στα 100mV/°C και μικρό λάθος +75mV
αν θέλουμε "κάτω όριο" 20°C ρυθμίζουμε το RLO του 1ου LM3914 στα (20x100mV)+75mV=2.075V
για πάνω όριο 40°C ρυθμίζουμε το RHI του 2ου LM3914 στα (40x100mV)+75mV=4.075V
(κάπου εδώ έχουμε και τον +/- 0.5°C ...)

Επιπλέον διάβασμα στα:
AN-460: LM34/LM35 Precision Monolithic Temperature Sensors
LM35: Precision Centigrade Temperature Sensor (datasheet)
LM3914: Dot/Bar Display Driver

Επιστροφή σε “Οργανα μετρήσεως”

Μέλη σε σύνδεση

Μέλη σε αυτήν τη Δ. Συζήτηση: Δεν υπάρχουν εγγεγραμμένα μέλη και 1 επισκέπτης