Eiswarnschaltung für Automobile

Geräte, die auf Schwankungen der Atmosphäre oder der Flüssigkeitswärme reagieren, sind aufgrund der leichten Verfügbarkeit von Thermistoren einfach zu konstruieren. Diese Auto-Eis-Warnschaltung erklärt, wie es geht Implementieren Sie einen Thermistor wie ein Wandler in einem Stromkreis, der kontinuierlich eine Warnlampe blinkt, sobald die atmosphärische Temperatur auf etwa 0 ° C abfällt.

Warum eiskalte Straßen gefährlich sind

Eis, insbesondere Glatteis, gehört zu den gefährlichsten Umständen, auf die Autofahrer in den kalten Monaten leicht stoßen können. Selbst wenn es draußen nicht zu kalt aussieht, kann Schnee auf den Straßen landen, der sich möglicherweise träge auftaut. Schwarzes Eis kann in der Nacht und in den Morgenstunden besonders gefährlich sein, hauptsächlich weil es wie feuchte Straßen statt eisig aussieht. Glatteis ist unglaublich schwer zu fassen, was bedeutet, dass es bei einem Fahrzeug leicht zu Schleudern und Unfällen kommen kann.

Vor diesem Hintergrund wurde diese Schaltung entwickelt, mit der ein Warnsignal empfangen werden kann in Bezug auf die Temperatur die auf Frostniveau fallen kann. Oder vielleicht ist die Rennstrecke, wie in diesem Projekt erläutert, daran gewöhnt, den Autofahrer vor gefrorenen Straßen zu warnen.

Das Design

Neben ein paar Bipolartransistoren Die Schaltung, ein npn- und ein pnp-Typ, verwendet zusätzlich 3 andere Formen von Halbleiterbauelementen. Zuallererst die Thermistor , bei dem es sich um eine kleine Menge halbleitender Substanzen handelt, handelt es sich tatsächlich um einen NTC-Stil (Glass Capsuled Negative Temperature Coefficient).

Seine winzigen Abmessungen helfen ihm, schnell auf Temperaturschwankungen zu reagieren, während die Glasabdeckung den Halbleiter vor den elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften von Flüssigkeiten schützt, die sonst zu irreführenden Ergebnissen führen können.

Beachten Sie, dass ein n.t.c. Der Thermistor hat einen elektrischen Widerstand, der mit sinkender Temperatur ansteigt. Auch ein Operationsverstärker IC Die empfohlene 741-Art wird als empfindlicher Spannungsänderungssensor um eine Wheatstone-Brücke verwendet. Ein bestimmter Arm besteht aus dem Thermistor.

Der Thermistor kann ein beliebiger 100K NTC-Thermistor sein.

Schließlich a LED-Lampe wird als Anzeige verwendet das blinkt das Warnsignal. Diese Leuchte ist kompakt, robust und verbraucht zum Beleuchten kaum Strom.

Schaltungsbeschreibung

Der gesamte Stromkreis des Frostalarms ist in der obigen Abbildung dargestellt. Es wird von der Spannung der 12-V-Autobatterie angetrieben. Alternativ kann für andere Anwendungen eine 9-V-Batterie ausreichen, um die Schaltung zu betreiben.

Die Schaltung besteht im Wesentlichen aus ein paar Elementen, die durch die gepunktete Linie unterteilt sind. Links von dieser Zeile zeigt die temperaturempfindlich Wheatstone-Brücke, deren Ausgang vom Operationsverstärker erkannt wird, der wie ein arbeitet Differenzverstärker .

Rechts von der gepunkteten Linie befindet sich ein Zwei-Transistor-Oszillator, der die LED schwingt, sobald sich der Thermistor auf die voreingestellte Temperatur erstreckt.

Die Wheatstone-Brücke enthält die Widerstände R1 und R2, die die Spannung am invertierenden Anschluss des Operationsverstärkers auf ungefähr 8 V in Bezug auf die Erdungsleitung (für eine 12-V-Batterie) festlegen. Der voreingestellte VR1 und der Thermistor RTH1 bilden die zweiten Arme der Brücke.

Dies liegt daran, dass der Thermistor eine NTC-Spezifikation ist. Wenn die Temperatur sinkt, steigt der Widerstand, wodurch die Spannung an Pin 3 proportional ansteigt.

Da diese Spannung gerade den Referenzpegel von Pin 2 überschreitet, ändert der Ausgang des Operationsverstärkers den Status und wechselt von etwa Null auf einige positive Volt.

Die Temperatur, bei der sich der Ausgang dramatisch positiv bewegt, könnte durch Feinabstimmung des voreingestellten VR1 bestimmt werden. Der schnelle Spannungsanstieg am Ausgang des Operationsverstärker dreht Oszillator Schaltung auf der rechten Seite der gepunkteten Linie gezeigt. Der Widerstand R3 verwendet diese Spannung, um die Basis des Transistors TR1 zu schalten.

Der Kondensator C1 hilft bei der positiven Rückkopplung, die zum Halten der niederfrequenten Amplituden wesentlich ist. Das PNP-Transistor TR2 versorgt die LED in seinem Kollektoranschluss zusammen mit einem berechneten Vorwiderstand R5, der den in die LED eintretenden Strom unter der maximalen Nennleistung begrenzt.

Das LED blinkt Die Frequenz wird bis zu einem gewissen Grad durch ihren eigenen Widerstand festgelegt, obwohl sie durch Auswahl einer geeigneten Größe für Cl auf den gewünschten Pegel einstellbar ist. Die Transistoren TRI und TR2 müssen eine komplementäre Übereinstimmung sein, damit die Schaltung optimal funktioniert.

SCHALTUNGSMONTAGE

Jedes der Elemente, mit Ausnahme der Batterie, des Schalters und der LED, kann wie unten gezeigt über einem 0,1-Zoll-Matrix-Veroboard zusammengebaut werden, obwohl das wahre Design durchaus von der tatsächlichen Größe der vom Benutzer gekauften Teile abhängen kann.

Der Thermistor sollte weit entfernt von einer möglichen Wärmequelle oder vom Motor aufgestellt werden. Es sollte sich in der Nähe des Fahrzeugbodens befinden, um die Temperaturen der frostigen Eisflächen auf Straßen, die nur einen Meter unter Ihnen liegen, besser erfassen zu können.

Der Thermistor muss vor möglichen Wasserspritzern oder geschützt werden Regen , da der Kühleffekt aufgrund der Verdunstung des Wassers zu einem plötzlichen Temperaturabfall unter die tatsächliche Umgebungstemperatur führen kann, was zu Fehlalarmen führt.

Eine effektive Platzierung des Thermistors befindet sich an der Rückseite der vorderen Stoßstange, jedoch könnte je nach Fahrzeugtyp ein noch besserer Ort identifiziert werden. Sobald die richtige Platzierung für den Thermistor gefunden wurde, müssen Sie den erforderlichen Drahtabstand zwischen dem Thermistor und dem Steuerkreis bestimmen.

Seien Sie vorsichtig, wenn Sie das Verlängerungskabel an den Thermistor anlöten, da die Lötstellen mit einem Schlauch gegen Wasserkontakt geschützt werden müssen. Schlauch mit wärmeschrumpfbaren Eigenschaften kann als beste Option dienen.

Der Thermistor muss in die Oberfläche eines kurzen Kunststoffrohrs eingeklebt werden, um sicherzustellen, dass Luft zwar um ihn herum strömen kann, sich jedoch von möglichen Wasserspritzern fernhält.

Nahezu jede winzige Plastikbox kann verwendet werden, um den Stromkreis einzuschließen und ihn sicher direkt hinter dem Armaturenbrett zu positionieren. Drei Sätze von Ausgangskabeln sollten die Box über eine Tülle abschließen: Ein paar Kabel führen zur Batterie, zwei zum Thermistor und zwei zur LED.

Wählen Sie eine Stelle innerhalb des Strichs aus, die für die Visualisierung am besten geeignet ist LED blinkt . Bohren Sie ein Loch, um die LED so zu führen, dass sie leicht durch eine Kunststofftülle gedrückt werden kann.

Die LED sollte genau mit der Schaltung verbunden sein, damit TR2 sie mit einer Vorwärtsvorspannung korrekt einschalten kann.

Sie können den LED-Anodenstift leicht über ein Multimeter identifizieren, das auf seinen Ohm-Bereich eingestellt ist. Vor der endgültigen Installation des Stromkreises im Fahrzeug müssen die Ergebnisse mit einem tatsächlichen Eistemperaturtest bestätigt werden.

KALIBRIERUNG

Zerschmettere ein wenig Eis in einer Schüssel, bis es halbflüssig wird. Stellen Sie sicher, dass sich das Eis tatsächlich in einem Schmelzzustand befindet, der den für den Test erforderlichen Wert von 0 ° C liefert. Überprüfen Sie die Temperatur immer noch mit einem Thermometer, wenn Sie darauf zugreifen können.

Tauchen Sie den Thermistor in das schmelzende Eis und stellen Sie den voreingestellten Widerstand fein ein, bis die LED gerade zu pulsieren beginnt. Nehmen Sie den Thermistor aus dem gekühlten Wasser und stellen Sie möglicherweise fest, dass die LED nicht mehr blinkt, wenn die Temperatur am Thermistor steigt.

Alternativ können Sie möglicherweise eine andere Temperatur für die Blinkschwelle der LED wählen.

Die Schaltung ist ziemlich widerstandsfähig gegen Schwankungen der Versorgungsspannungen und bewirkt nicht, dass die LED bei anderen Temperaturen als dem eingestellten blinkt. Der Widerstand R5 verhindert übrigens auch, dass die LED in Zeiten, in denen die Thermistortemperatur gerade in der Nähe des eingestellten Pegels liegt, häufig blinkt. Dieser Widerstand bietet einen schleppenden Entladungsweg für den Kondensator.

Anpassen der Schaltung

Wenn Sie den Schaltkreis so ändern müssen, dass eine akustische Warnung anstelle einer blinkenden LED aktiviert wird, können Sie einfach Folgendes tun.

Ändern Sie den C1-Wert auf etwa 0,1 µF (wählen Sie den Wert für Ihre ideale Frequenz) und ersetzen Sie R5 zusammen mit der LED durch einen kleinen 80-Ohm-Lautsprecher, wobei C1 an dieser Stelle direkt mit dem TR2-Kollektor verbunden wird.

Nehmen Sie die folgenden Anpassungen vor, um ein doppeltes audiovisuelles Signal zu erhalten, und ändern Sie R4 zusätzlich mit einer LED. In der Praxis mag es faszinierend sein zu sehen, dass die Rennstrecke unter wahrscheinlichen Bedingungen, unter denen Eis die Straße erfasst, schnell reagiert und Sie mit der Warnmeldung signalisiert.