Chave automática controlada por temperatura

Anteriormente, construímos um circuito de LEDs com temperatura controlada, no qual dois LEDs brilhavam de acordo com a temperatura. Agora estamos aprimorando esse circuito usando um relé, e agora vamos controlar os aparelhos domésticos de CA de acordo com a temperatura. Este circuito servirá como interruptor de luz automático que será acionado se a temperatura ultrapassar um determinado nível (50 graus neste circuito). Estamos usando o LM35 como sensor de temperatura aqui. Este valor limite de temperatura de 50 graus pode ser alterado ajustando o resistor variável no circuito, de acordo com o requisito.

Usamos uma lâmpada LED simples neste Circuito de Interruptor Controlado por Temperatura para demonstração, significa que se a temperatura ficar acima de 50 graus Celsius, a lâmpada ligará automaticamente e se a temperatura cair abaixo de 50 graus, a lâmpada será desligada automaticamente. Aqui você pode substituir a lâmpada por qualquer eletrodoméstico AC, como se você substituísse por um ventilador, então ele servirá como um circuito de ventilador com temperatura controlada. Também pode funcionar como alarme de incêndio se você definir a temperatura limite muito alta, como 100 graus Celsius e conectar um alarme no lugar da lâmpada, ou pode configurá-lo para ligar automaticamente o ar condicionado além de uma temperatura específica, usando um relé de classificação adequada.

Componentes necessários:

• Bateria 9v
• IC 7805
• Sensor de temperatura LM35
• Op-amp LM358
• Resistor de 10k ohm
• Resistor de 1k ohm
• Resistor Variável 10k
• LED (opcional)
• NPN Transistor BC547
• Diodo 1N4007
• Relé 6v
• Bulbo ou qualquer aparelho AC

Sensor de temperatura LM35:

LM35 é um dispositivo semelhante a um transistor de três pinos. Possui VCC, GND e OUTPUT. Este sensor fornece tensão variável na saída com base na temperatura. O LM35 fornece saída em graus Celsius e pode detectar temperaturas de até 150 graus Celsius. O LM35 é um sensor de temperatura muito popular e barato, geralmente usado como termômetro digital ou para medir temperatura.

Para cada aumento de +1 centígrado na temperatura, haverá uma tensão + 10mV mais alta no pino de saída. Então se a temperatura for 0◦ centígrados a saída do sensor será 0V, se a temperatura for 10◦ centígrados a saída do sensor será + 100mV, se a temperatura for 25◦ centígrados a saída do sensor será + 250mV.

Configurando a tensão de referência para Op-amp LM358:

Aqui, usamos o amp op LM358 para comparar a tensão de saída do LM35 com a tensão de referência. Conforme mencionado, definimos o circuito para a tensão de limiar de 50 graus, portanto, para acionar o amplificador operacional em 50 graus, precisamos definir a tensão de referência para 0,5 volt, já que a temperatura de 50 graus a tensão de saída do LM35 será de 0,5 volt ou 500mV. A tensão de referência é a tensão no pino nº 2 do LM358.

Agora, para definir a tensão de referência, criamos um circuito divisor de tensão usando o resistor R1 e o resistor variável RV1 de 10k. Usando as fórmulas acima, você pode definir a tensão de referência de acordo e alterar a temperatura limite. Gostaria de definir a temperatura de 50 graus Celsius como valor de disparo, você pode definir o potenciômetro aproximadamente em 8k: 2k como:

Vout = (R2 / R1 + R2) * Vin

(aqui R2 é a segunda parte do potenciômetro: 2k ohm e R1 é R1 + primeira parte do potenciômetro: 10k + 8k)

Vout = (2/18 + 2) * 5 = 0,5v

Op-amp LM358:

Op-amps também são conhecidos como comparadores de tensão. Quando a tensão na entrada não inversora (+) é maior do que a tensão na entrada inversora (-), a saída do comparador é Alta. E se a tensão da entrada inversora (-) for maior que a extremidade não inversora (+), a saída será BAIXA. Saiba mais sobre como trabalhar com op-amp aqui.

O LM358 é um amplificador operacional duplo de baixo ruído que possui dois comparadores de voltagem independentes. Este é um amplificador operacional de uso geral que pode ser configurado em muitos modos, como comparador, verão, integrador, amplificador, diferenciador, modo de inversão, modo de não inversão, etc.

Diagrama de circuito:

Explicação de trabalho:

O funcionamento deste circuito de eletrodomésticos com temperatura controlada é simples. A bateria de uso geral de 9v é usada para alimentar todo o circuito e o IC7805 é usado para fornecer a alimentação de 5v regulada para o circuito. Quando a temperatura está abaixo de 50 graus, a saída do LM358 permanece BAIXA e o transistor Q1 e o Relé também permanecem no estado DESLIGADO, portanto, a lâmpada está desligada. Você pode definir esta temperatura limite de acordo girando o POT.

Agora, quando a temperatura ambiente vai além de 50 graus Celsius, a tensão de saída do LM35 no pino 2 também vai além de 0,5 volt ou 500 mV. A saída do LM35 é conectada ao Pino 3 do Op-amp LM358. E como definimos a tensão de referência (tensão no pino 2 do LM358) para 0,5 volt, agora a tensão no pino 3 (entrada não inversora) torna-se maior do que a tensão no pino 2 (entrada inversora) e saída do opamp LM358 (PIN 1) torna-se ALTO. A saída do LM358 é conectada à base do transistor NPN Q1, então Q1 também fica ON, o que aciona o relé e a lâmpada é ligada. O relé possui uma pequena bobina em seu interior que obtém energias por meio de pequenas correntes e aciona o dispositivo AC conectado a ele, explicamos seu funcionamento a seguir. Então é assim que este circuito detecta o limite de temperatura e liga automaticamente os aparelhos.

No vídeo de demonstração, usamos ferro de solda para aquecer o ambiente próximo ao sensor de temperatura LM35, verifique o vídeo no final. Também aqui estamos trabalhando com alimentação CA direta de 220 V, portanto, deve-se tomar extremo cuidado, caso contrário, você pode ter um ferimento grave.

Trabalho de Relé:

O relé é uma chave eletromagnética, que permite que uma corrente muito maior flua quando uma pequena corrente é aplicada a ele, como usamos o transistor como uma chave. O relé é geralmente usado para controlar os dispositivos CA (corrente alternada), usando uma corrente CC muito menor.

O relé possui uma bobina interna e quando não há tensão aplicada à bobina, COM (comum) é conectado a NC (contato normalmente fechado). E quando há alguma voltagem aplicada à bobina, o campo eletromagnético é produzido. Que atraem a armadura (alavanca conectada à mola), e COM e NO (contato normalmente aberto) são conectados, o que permite que uma corrente maior flua. Os relés estão disponíveis em várias classificações, aqui usamos um relé de tensão operacional de 6 V, que permite o fluxo de corrente de 7 A a 250 VCA.

O relé é configurado usando um pequeno circuito de driver que consiste em um transistor, um diodo e um resistor. O transistor é usado para amplificar a corrente de forma que a corrente total (da fonte DC - bateria de 9 V) possa fluir através da bobina para energizá-la totalmente. O resistor é usado para fornecer polarização ao transistor. E o diodo é usado para prevenir o fluxo de corrente reversa, quando o transistor é desligado. Cada bobina indutora produz EMF igual e oposta quando desligada repentinamente, isso pode causar danos permanentes aos componentes, então o diodo deve ser usado para prevenir corrente reversa. Um módulo de relé está facilmente disponível no mercado com todos os seus circuitos de driver na placa ou você pode criá-lo usando os componentes acima. Aqui nós usamos o módulo 6V Relay. Você pode aprender mais sobre o Relay aqui.