تصميم وتنفيذ دائرة استشعار درجة الحرارة لمراقبة والتحكم في أجهزة التبريد (الثلاجات، التكيفات، والأفران)

هدف المشروع:

الهدف الرئيسي من هذا المشروع هو تصميم نظام لمراقبة والتحكم في درجات الحرارة للأجهزة المختلفة مثل التكيفات، الثلاجات، والأفران. يهدف النظام إلى تنبيه المستخدم عندما تتجاوز درجة الحرارة الحد المحدد، مما يضمن عمل الأجهزة بكفاءة. يمكن تطبيق هذا المشروع في البيئات الصناعية، وأتمتة المنازل، ونظم الأمان.

المكونات المستخدمة:

حساس درجة الحرارة LM35:

يوفر حساس LM35 جهدًا مخرجيًا يتناسب مع درجة الحرارة، حيث يعادل 10 مللي فولت لكل درجة مئوية. على سبيل المثال، عند درجة حرارة 30 درجة مئوية، يكون الجهد الناتج 0.3 فولت. يتم توصيل هذا الجهد إلى المدخل غير العاكس (+) للمضخم العملياتي للمقارنة.

مضخم عمليات (Op-Amp):

يتم استخدام المضخم العملياتي كمقارن لمقارنة الجهد الناتج عن حساس LM35 مع جهد مرجعي ثابت (Vref). عندما يتجاوز جهد الحساس جهد المرجع، يتم تفعيل نظام التنبيه.

المقاومات والمكثفات:

تُستخدم لتكوين مقسمات الجهد وضبط دوائر التوقيت، مما يضمن دقة قراءة الحساس وتفعيل التنبيه في اللحظة المناسبة.

ترانزستور NPN (N2222):

يُستخدم لتضخيم الإشارة الناتجة عن المضخم العملياتي، مما يؤدي إلى تفعيل دائرة التنبيه عن طريق تشغيل الحمل المتصل (مثل الجرس أو التحكم في مكونات أخرى).

الجرس (Buzzer):

يُستخدم الجرس لإصدار صوت عالٍ عند تجاوز درجة الحرارة للحد المحدد، مما يوفر تنبيهًا للمستخدم.

المذبذب غير المستقر (555 Timer):

يتم استخدام مؤقت 555 في وضع غير مستقر لإنشاء إشارة مربعة يتم إرسالها إلى الجرس لإنتاج صوت تنبيه مستمر. يتم تفعيل المذبذب عند تشغيل الترانزستور.

مقسم الجهد لتحديد الجهد المرجعي (Vref):

يتم استخدام هذا التكوين لضبط درجة الحرارة المطلوبة (Vref) التي عندها يتم تفعيل التنبيه.

تصميم الدائرة وآلية العمل:

قياس درجة الحرارة باستخدام LM35:

يقوم حساس LM35 بإنتاج جهد يتناسب مع درجة الحرارة، حيث يكون الجهد الناتج 10 مللي فولت لكل درجة مئوية. يتم إرسال هذا الجهد إلى المضخم العملياتي للمقارنة.

مرحلة المقارنة باستخدام المضخم العملياتي (Op-Amp):

يتم تكوين المضخم العملياتي كمقارن لمقارنة الجهد الناتج عن الحساس مع الجهد المرجعي (Vref). يتم ضبط الجهد المرجعي باستخدام مقسم الجهد (المقاومات R2 و R3). إذا تجاوز جهد الحساس الجهد المرجعي، يتم إرسال إشارة HIGH من المضخم العملياتي.

تفعيل التنبيه (ترانزستور و مذبذب غير مستقر):

يتم إرسال الإشارة الناتجة عن المضخم العملياتي إلى الترانزستور NPN، والذي عند تفعيله يسمح بمرور التيار إلى مؤقت 555 في وضع غير مستقر. يقوم المؤقت بتوليد إشارة مربعة تُرسل إلى الجرس لتوليد صوت تنبيه مستمر.

آلية العمل:

عندما ترتفع درجة الحرارة فوق الحد المحدد (Vref)، تُرسل إشارة HIGH من المضخم العملياتي.

يؤدي ذلك إلى تشغيل الترانزستور الذي يفعّل المؤقت 555.

يعمل المؤقت 555 في وضع غير مستقر لإرسال إشارات إلى الجرس، مما ينتج عنه صوت تنبيه مستمر.

القوانين والصيغ المستخدمة:

التطبيقات والنطاق المستقبلي:

أنظمة التحكم في الحرارة: يُستخدم لضبط درجة الحرارة والحفاظ عليها في الأجهزة مثل الثلاجات، التكيفات، والأفران.

الأمان الصناعي: يمكن تكامل النظام في تطبيقات صناعية لمنع السخونة الزائدة وضمان سلامة الآلات.

الأتمتة المنزلية: يمكن استخدامه في أنظمة المنازل الذكية للتحكم في الأجهزة مثل الثلاجات أو التكيفات استنادًا إلى حدود درجة الحرارة.

الخاتمة:

يعتبر هذا المشروع خطوة أساسية في مجال التحكم في درجات الحرارة للأجهزة المختلفة. يوفر النظام تنبيهات مبكرة عند تجاوز درجات الحرارة الحدود المحددة، مما يضمن كفاءة عمل الأجهزة. يمكن توسيع النظام في المستقبل لتضمين تنبيهات لاسلكية أو دمجه مع أنظمة الإنترنت للأشياء (IoT) أو إضافة ميزات تحكم إضافية لزيادة الأتمتة.