Fan Speed Control by Temperature Monitoring using Op-amp LM393 (EP1)

สำหรับโครงงานนี้เป็นการควบคุมความเร็วมอเตอร์พัดลมกระแสตรง (DC Motor) เป็นตอนที่ 1 โดยใช้ออปแอมป์ LM393 และรับสัญญาณปรับความเร็วด้วยเทอร์มิสเตอร์ตรวจจับอุณหภูมิ ซึ่งจะนำเสนอเนื้อหาเกี่ยวกับโครงสร้างภายในตัวมอเตอร์ การทดลองต่อวงจรต้นแบบสำหรับควบคุมมอเตอร์ และการวัดสัญญาณควบคุม (PWM Signal) โดยแนวคิดสำหรับวงจรนี้อีกส่วนหนึ่งเพื่อสร้างวงจรที่ใช้อุปกรณ์แบบง่ายและราคาไม่แพง รวมทั้งสามารถปรับแต่งเพื่อนำไปประยุกต์ใช้งานต่างๆ ได้หลายรูปแบบ

รูปที่ 1 ลักษณะของพัดลมที่ใช้กับโครงงานจะเป็นลักษณะคล้ายหอยโข่งขนาด 8V-20V เส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 12 เซนติเมตร มีช่องลมออกทิศทางเดียว ซึ่งจากการทดลองจ่ายไฟเลี้ยงทดลองเสียงการทำงานเงียบและลมที่ออกแรงดี

รูปที่ 2 เป็นลักษณของตัวพัดลมอีกด้านหนึ่ง ซึ่งจะมีช่องสำหรับดูดลมเข้าตรงกลางเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 6 เซนติเมตร มีสายไฟสำหรับรับไฟเลี้ยงและรับสัญญาณควบคุมตำแหน่งเดียวกัน

รูปที่ 3 แสดงเนมเพลตสเปกของพัดลม ซึ่งพัดลมสามารถใช้งานได้ในช่วงแรงดันที่ 8V-20V และกระแสไฟฟ้าสำหรับใช้งานจากการทดลองต้องมากกว่า 1A

รูปที่ 4 ทดลองถอดฝาครอบตัวพัดลมออกและดูโครงสร้างภายในตัวพัดลม โดยจะสังเกตเห็นชุดใบพัดลมจะมีจำนวนมากและถี่ ซึ่งจะยึดเข้ากับตัวมอเตอร์โดยตรงด้วยน๊อต 3 ตัว

รูปที่ 5 และรูปที่ 6 แสดงบอร์ดควบคุมภายในของตัวพัดลม และตำแหน่งการต่อสายไฟสำหรับรับไฟเลี้ยงมายังบอร์ด โดยจะแยกเป็นไฟเลี้ยงคงที่ให้กับตัวมอเตอร์และจุดต่อสำหรับสัญญาณควบคุมการทำงานโดยระบุเป็น VCC, GND และ CON

รูปที่ 8 เริ่มต้นต่ออุปกรณ์ต่างๆ ร่วมกับไอซี LM393 การจ่ายไฟเลี้ยงให้กับตัวไอซีและการวัดสัญญาณที่เกิดขึ้นจากการทดลองการทำงานในแต่ละส่วน รวมถึงเพื่อตรวจสอบผลที่ได้

รูปที่ 9 แสดงการต่อวงจรและอุปกรณ์ต่างๆ สำหรับทดลองการทำงานวงจรเบื้องต้น โดยใช้แหล่งจ่ายไฟเลี้ยงขนาด 20V/2A ใช้ตัวต้านทานปรับค่า (VR =10K) สำหรับจำลองการทำงานของตัวเซนเซอร์อุณหภูมิแบบเทอร์มิสเตอร์ และสังเกตการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณพัลซ์วิดธ์มอดูเลตชั่น

รูปที่ 10 เป็นลักษณะของสัญญาณที่เกิดขึ้นจากออสซิลโลสโคป โดยช่องวัดสัญญาณที่ 1 (CH1) คือพัลซ์วิดธ์มอดูเลตชั่นจากไอซี LM393 ซึ่งความถี่ของสัญญาณจะอยู่ที่ประมาณ 2.3kHz ในส่วนช่องสัญาณที่ 2 (CH2) จะเป็นการวัดค่าแรงดันกระแสตรงที่เกิดขึ้นจากการวัดอุณหภูมิด้วยเทอร์มิสเตอร์ (NTC Thermistor) —-> (Datasheet : NTC Thermistor)

รูปที่ 11 แสดงลักษณะของการทดลองโครงงานนี้ ซึ่งจะใช้เครื่องมือและอุปกรณ์ต่างๆ ทั่วไป ทั้งนี้วงจรควบคุมจะเป็นแบบอะนาลอกที่วัดสัญญาณและทดสอบได้ไม่ยากนัก

สำหรับโครงงานการควบคุมความเร็วรอบให้กับพัดลม โดยใช้ไอซีออปแอมป์ไอซี LM393 ในตอนนี้เป็นตอนที่ 1 ครับ ซึ่งนำเสนอเนื้อหาในส่วนของตัวมอเตอร์ของพัดลม โครงสร้างภายในรวมทั้งวงจร, การต่อวงจรต้นแบบให้กับไอซี LM393, การทดลองและทดสอบการทำงานเบื้องต้นซึ่งในตอนที่ 2 ตอนสุดท้าย จะเป็นการนำวงจรที่ทดลองครั้งนี้มาต่อบนบอร์ดอเนกประสงค์ เพื่อตรวจสอบการทำงานอีกครั้ง รวมถึงการปรับแต่งวงจรการทำงานให้สามารถนำไปใช้งานจริงกันต่อครับ.

Reference

1. VC PWM (Voltage Controlled Pulse Width Modulation) | All About Circuits
2. PIC P16F628 comparator problem (microchip.com)
3. PWM circuit uses one op amp (radiolocman.com)
4. a PWM signal generating circuit based on LM393… – Technical Based Off-Topic Discussions – Digilent Forum (digilentinc.com)
5. Weird op-amp voltage increase when using AC-DC power supply – Electrical Engineering Stack Exchange
6. chet_paynter_introduct_6|Additional Op-Amp Applications|Chapter Summary (prenhall.com)
7. https://www.electroschematics.com/simple-dc-dimmer-circuit/
8. https://www.overclock.net/threads/diy-pwm-controller-converts-fake-4-pin-headers-to-pwm.1518819/