كيفية صنع مروحة تيار مستمر يتم التحكم في درجة حرارتها

في العديد من الأجهزة الإلكترونية مثل وحدات المعالجة المركزية ووحدات التحكم في الألعاب ، ربما تكون قد لاحظت أن المعالج يميل إلى التسخين أثناء الاستخدام المكثف مثل الألعاب أو المحاكاة ، مما يؤدي إلى تشغيل المروحة أو زيادة سرعتها لتبديد حرارة. بمجرد أن يبرد المعالج ، تعود المروحة إلى تدفقها الطبيعي أو تتوقف عن التشغيل.

في دليل DIY هذا ، سنقوم ببناء مروحة بسيطة يتم التحكم في درجة حرارتها ويتم تشغيلها وإيقاف تشغيلها عند قيم درجة حرارة محددة مسبقًا ، دون الحاجة إلى وحدة تحكم دقيقة في دائرتها.

ماذا ستحتاج

لبناء هذا المشروع ، ستحتاج إلى المكونات التالية ، والتي يمكن الحصول عليها من متاجر الإلكترونيات عبر الإنترنت.

• جهاز المقارنة IC LM393
• جهاز استشعار درجة الحرارة LM35
• مكبر الصوت التشغيلي LM741
• ULN2003 دارلينجتون زوج الترانزستور IC
• مروحة DC
• قليلة المقاومات
• منظم الجهد LM7805
• توصيل الأسلاك
• فيروبورد
• جهاز رقمي متعدد
• بطارية 12 فولت
• محطة لحام (اختياري: يمكنك بناء هذا المشروع على لوح التجارب أيضًا)

المشكلة: التبديل السريع المستمر لمروحة التيار المستمر

بالنسبة لمهمة DIY هذه ، نريد تشغيل المروحة عندما يستشعر مستشعر درجة الحرارة درجة حرارة 38 درجة مئوية (100 درجة فهرنهايت) أو أعلى ، ويتم إيقاف تشغيله عندما تنخفض درجة الحرارة عن هذا الحد. تزود مستشعرات درجة الحرارة الدائرة بإخراج الجهد الذي يمكن استخدامه للتحكم في المروحة. نحتاج إلى دائرة مقارنة جهد باستخدام LM393 لمقارنة خرج الجهد هذا بجهد مرجعي.

لتعزيز خرج الجهد من مستشعر درجة الحرارة ، فإننا نستخدم LM741 التشغيلية غير المقلوبة مكبر للصوت لترقية هذا الجهد ، والذي يمكن مقارنته بمرجع جهد ثابت يوفره الجهد منظم. علاوة على ذلك ، نحن نستخدم LM7805 كمنظم جهد 5V DC.

ويلاحظ أنه عندما تقترب درجة الحرارة من 38 درجة مئوية ، يبدأ خرج الدائرة في التبديل بشكل متكرر بين مرحلتي التشغيل والإيقاف بسبب الضوضاء على الإشارة. قد يحدث هذا التذبذب أو التبديل السريع ما لم تتجاوز درجة الحرارة 38 درجة مئوية أو أقل بكثير من 38 درجة مئوية. يتسبب هذا التبديل المستمر في تدفق تيار عالٍ عبر المروحة والدائرة الإلكترونية ، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة أو تلف هذه المكونات.

Schmitt Trigger: حل لهذه المشكلة

لمعالجة هذه المشكلة ، نستخدم مفهوم مشغل شميت. يتضمن ذلك تطبيق ردود فعل إيجابية على المدخلات غير المقلوبة لدائرة المقارنة والتي تسمح للدائرة بالتبديل بين المنطق المرتفع والمنطق المنخفض عند مستويات الجهد المختلفة. باستخدام هذا المخطط ، من الممكن منع العديد من الأخطاء الناتجة عن الضوضاء مع ضمان التبديل السلس ، حيث يحدث التحول إلى المنطق المرتفع والمنخفض عند مستويات جهد مختلفة.

المروحة المحسّنة التي يتم التحكم في درجة حرارتها: كيف تعمل

يعمل التصميم بأسلوب متكامل ، حيث تعطي بيانات المستشعر مستوى جهد الخرج ، والذي تستخدمه عناصر الدائرة الأخرى. سنناقش مخططات الدائرة بالتسلسل لإعطائك نظرة ثاقبة حول كيفية عمل الدائرة.

مستشعر درجة الحرارة (LM35)

LM35 عبارة عن IC لاستشعار درجة حرارة الغرفة ويعطي جهد خرج يتناسب مع درجة الحرارة على مقياس سيليزيوس. نحن نستخدم LM35 في عبوة TO-92. اسميًا ، يمكنه قياس درجة الحرارة بدقة بين 0 درجة مئوية و 100 درجة مئوية ، بدقة أقل من 1 درجة مئوية.

يمكن تشغيله باستخدام مصدر طاقة 4V إلى 30V DC ويستهلك تيارًا منخفضًا جدًا يبلغ 0.06mA. هذا يعني أن لديها تدفئة ذاتية منخفضة جدًا بسبب الاستهلاك المنخفض للتيار ، والحرارة (درجة الحرارة) الوحيدة التي تكتشفها هي البيئة المحيطة بها.

يتم إعطاء ناتج درجة الحرارة المئوية لـ LM35 فيما يتعلق بوظيفة النقل الخطي البسيط:

…أين:

• VOUT هو جهد الخرج LM35 بالميلي فولت (mV).

• T هي درجة الحرارة بالدرجة المئوية.

على سبيل المثال ، إذا اكتشف مستشعر LM35 درجة حرارة تبلغ حوالي 30 درجة مئوية ، فسيكون خرج المستشعر حوالي 300 مللي فولت أو 0.3 فولت. أنت تستطيع قياس الجهد باستخدام جهاز رقمي متعدد. نحن نستخدم LM35 في مسبار أنبوبي مقاوم للماء في مشروع DIY هذا ؛ ومع ذلك ، يمكن استخدامه بدون مسبار أنبوبي ، مثل IC.

مضخم كسب الجهد باستخدام LM741

الجهد الناتج من مستشعر درجة الحرارة هو بالميليفولت ، وبالتالي يحتاج إلى تضخيم لقمع تأثير الضوضاء على الإشارة وكذلك لتحسين جودة الإشارة. يساعدنا تضخيم الجهد على استخدام هذه القيمة للمقارنة اللاحقة بجهد مرجعي ثابت ، بمساعدة مكبر تشغيلي LM741. هنا ، يتم استخدام LM741 كمضخم جهد غير مقلوب.

بالنسبة لهذه الدائرة ، نقوم بتضخيم خرج المستشعر بمعامل 13. يتم تشغيل LM741 في تكوين المرجع غير العكسي. تصبح وظيفة النقل لمضخم الصوت غير العكسي:

لذلك نأخذ R1 = 1kΩ و R2 = 12kΩ.

مقارن التبديل الإلكتروني (LM393)

كما هو مذكور أعلاه ، من أجل التبديل الإلكتروني الخالي من العيوب ، يمكن تنفيذ مشغل شميت. لهذا الغرض ، نحن نستخدم LM393 IC كمشغل Schmitt لمقارنة الجهد. نحن نستخدم جهدًا مرجعيًا قدره 5 فولت لعكس مدخلات LM393. يتم الوصول إلى مرجع جهد 5 فولت بمساعدة LM7805 منظم الجهد IC. يتم تشغيل LM7805 باستخدام مصدر طاقة أو بطارية 12 فولت ، وينتج 5 فولت تيار مستمر ثابت.

يتم توصيل المدخلات الأخرى لـ LM393 بإخراج دائرة المرجع غير المقلوبة ، والتي تم وصفها في القسم أعلاه. بهذه الطريقة ، يمكن الآن مقارنة قيمة المستشعر المضخم بالجهد المرجعي باستخدام LM393. يتم تنفيذ ردود الفعل الإيجابية على المقارنة LM393 لتأثير الزناد شميت. يتم الاحتفاظ بإخراج LM393 نشطًا عاليًا ويتم استخدام مقسم الجهد (شبكة المقاومة الموضحة باللون الأخضر في الرسم البياني أدناه) عند الإخراج لتقليل الإخراج (المرتفع) لـ LM393 إلى 5 إلى 6 فولت.

نحن نستخدم قانون كيرشوف الحالي في المسامير غير العاكسة لتحليل سلوك الدائرة وقيم المقاومة المثلى. (ومع ذلك ، فإن مناقشتها خارج نطاق هذه المقالة.)

لقد صممنا شبكة المقاوم بحيث يتم تحويل LM393 إلى حالة عالية عند زيادة درجة الحرارة إلى 39.5 درجة مئوية وما فوق. بسبب تأثير الزناد شميت ، تظل مرتفعة حتى لو انخفضت درجة الحرارة إلى أقل من 38 درجة مئوية. ومع ذلك ، قد ينتج مقارنة LM393 منطقيًا منخفضًا عندما تنخفض درجة الحرارة إلى أقل من 37 درجة مئوية.

المكسب الحالي باستخدام زوج دارلينجتون الترانزستورات

يتم الآن تبديل خرج LM393 بين المنطق المنخفض والعالي ، وفقًا لمتطلبات الدائرة. ومع ذلك ، فإن تيار الإخراج (20 مللي أمبير كحد أقصى بدون التكوين العالي النشط) للمقارنة LM393 منخفض جدًا ولا يمكنه تشغيل مروحة. لمعالجة هذه المشكلة ، نستخدم زوج الترانزستورات ULN2003 IC Darlington لتشغيل المروحة.

يتكون ULN2003 من سبعة أزواج ترانزستور باعث مشترك مفتوح الجامع. كل زوج يمكن أن يحمل 380mA المجمع-الباعث. بناءً على المتطلبات الحالية لمروحة التيار المستمر ، يمكن استخدام أزواج دارلينجتون المتعددة في تكوين متوازي لزيادة السعة الحالية القصوى. يتم توصيل مدخلات ULN2003 بالمقارن LM393 ودبابيس الإخراج متصلة بالطرف السالب لمروحة التيار المستمر. الطرف الآخر للمروحة متصل ببطارية 12 فولت.

تم دمج عناصر الدائرة ، باستثناء المروحة والبطارية ، في Veroboard من خلال اللحام.

ضع كل شيء معا

الرسم التخطيطي الكامل للمروحة التي يتم التحكم في درجة حرارتها كما يلي. تحصل جميع الدوائر المتكاملة على الطاقة من بطارية 12V DC. من المهم أيضًا ملاحظة أن جميع الأسباب يجب أن تكون مشتركة عند الطرف السالب للبطارية.

اختبار الدائرة

لاختبار هذه الدائرة ، يمكنك استخدام سخان الغرفة كمصدر للهواء الساخن. ضع مسبار مستشعر درجة الحرارة بالقرب من السخان حتى يتمكن من اكتشاف درجة الحرارة الساخنة. بعد لحظات قليلة ، ستجد زيادة في درجة الحرارة على خرج المستشعر. عندما تتجاوز درجة الحرارة الحد المعين 39.5 درجة مئوية ، سيتم تشغيل المروحة.

الآن قم بإيقاف تشغيل سخان الغرفة ، ودع الدائرة تبرد. بمجرد أن تنخفض درجة الحرارة عن 37 درجة مئوية ، سترى أن المروحة ستتوقف عن العمل.

اختر درجة الحرارة الخاصة بك لمروحة التحويل

تُستخدم دوائر مروحة التبديل التي يتم التحكم في درجة حرارتها بشكل شائع في العديد من الأجهزة والأدوات الإلكترونية والكهربائية. يمكنك تحديد قيم درجة الحرارة الخاصة بك لتشغيل وإيقاف تشغيل المروحة عن طريق اختيار القيمة المناسبة للمقاومة في مخططات دائرة مقارنة الزناد Schmitt. يمكن استخدام مفهوم مماثل لتصميم مروحة يتم التحكم في درجة حرارتها بسرعات تحويل متغيرة ، أي سريعة وبطيئة.