CONTROLADOR DE TEMPERATURA TEMPERATURA
Realizado por: Sabina Manzano Rodríguez José Tomás Medina Luque Juan Seguí Moreno
INTRODUCCIÓN. El controlador de temperatura o termostato nos permite mantener la temperatura en un rango previamente seleccionado. Ésto es útil en el uso de climatizadores, cuando se desea mantener la temperatura de una sala para un ambiente suave. Conseguiríamos fácilmente que cuando llegue a una mínima temperatura el climazitador caliente y cuando llegue a una máxima enfrie. Con este fin nos decidimos a construir dicha placa. Para este cometido pondremos en marcha un largo proceso en el que aparecen diversas tareas: Diseñar, enrutar, insolar, taladrar, soldar y programar. Fotos de la placa: Frontal
Trasera
Descripción del Funcionamiento. Nuestra placa es un termostato que, por lo tanto, nos controla la temperatura para que se mantenga entre dos límites previamente fijados o que podremos variar mediante unos pulsadores. Esta placa tiene actualmente muchas posibilidades relacionadas con la temperatura y su variación, ya que es de gran utilidad poder mantener una temperatura en todo tipo de aparatos electrónicos para evitar ciertos peligros por exceso de calor o fallos debidos a un exceso de frio. •
Para ello hacemos uso de un sensor: En este caso un sensor LM35 que se encargará de detectar la temperatura. Y de dos relés: Uno de ellos se encargará de enfriar cuando la temperatura llegue al límite máximo establecido. El otro se encargará de calentar cuando la temperatura llegue al mínimo establecido. o
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A través de un programa y mediante un conector RJ11 nos encargamos de que la placa cumpla su cometido y que, además, se pueda reprogramar una vez fabricada. Es decir, que no se limite siempre en las mismas temperaturas sino que en un momento dado podamos cambiarlo a nuestro gusto, tanto el límite superior como el inferior. Esto complica bastante la programación pero nos da lugar a un termostato mucho más versátil.
Ejemplo de Funcionamiento La placa podría funcionar en el interior de cualquier aparato electrónico, dándole mayor seguridad. Un ejemplo válido de funcionamiento sería en una estufa eléctrica, en la que queramos mantener una temperatura entre 20 y 25 grados, sin llegar a salir en ningun momento de este margen. El termostato nos garantiza una temperatura totalmente personalizada y no simplemente calor, como hacen muchas estufas convencionales.
EXPLICACIÓN TEÓRICA. La placa recibe alimentación de la fuente a través de los conectores banana con una tensión de 12 v, que luego el regulador de tensión L7805 repartirá entre los diferentes componentes. En caso de que la alimentación sea correcta se encenderá un LED verde puesto para tal efecto. El sensor LM35DZ, capta la temperatura ambiental y el amplificador operacional LM358n hace corresponder a cada grado de temperatura 5 voltios. Esta información pasa al PIC, el obtiene la información captada por el sensor. Por otro lado, el cristal con sus dos condensadores de desacoplo, le indica al PIC que la frecuencia a la que habrá que trabajar será de 4 Mhz, lo cual nos condicionará incluso el programa. Ahora llegamos a la zona importante de la placa, el PIC, que es el que controla, mediante el programa, todas las funciones que le hayamos introducido al programa. Para comenzar debemos estudiar el PIC y según nuestro diseño distinguir entre entradas y salidas. Por supuesto, hay que saber las diferentes zonas del mismo según la numeración de sus puertos. Por ello, lo primero que haremos será activar dos pines en concreto el D4 y C7 que corresponden a las decenas y las unidades de la temperatura captada. El PIC, además almacenará dos temperaturas umbrales previamente definidas por nosotros, que indicarán la temperatura máxima permitida así como la mínima, de manera que al llegar a una de estas el PIC nos llevará a un circuito o a otro. Por su parte, el display nos marcará en todo momento la temperatura a la que nos encontramos, leyendo la información obtenida directamente del PIC y ajustada según el sensor. Hay dos circuitos diferentes, el de refrigeración y el de calefacción. Al llegar a una de las temperaturas umbrales activamos uno de los dos circuitos: - Si la temperatura es baja, activamos el circuito de calefacción el cual activará un LED rojo (simulando calor) y el relé conectado a esta parte del circuito dará corriente permitiendo la conexión de una estufa. - Si la temperatura es alta, activamos el circuito de refrigeración, el cual activará un LED verde y el relé conectado a esta parte del circuito dará corriente permitiendo la conexión de un ventilador.
Desarrollo y fases del proyecto.
Diseñar Como primer objetivo, había que pensar lo que queriamos hacer. A partir de ahí ya había que buscar un diseño por internet de lo que queríamos realizar más o menos. Una vez hecho esto ya podíamos empezar con Orcad, en este caso con Capture, para preparar todas las conexiones y componentes de la placa. Luego intentar utilizar los mínimos componentes posibles para que la placa funcione, hasta aquí todo bien. Y posteriormente, asociar un footprint a los componentes para poderlo pasar todo a Orcad Layout para su posterior enrutado.
Enrutar Enrutar es, seguramente una de las partes más importantes de la placa. Ordenar adecuadamente los componentes así como conseguir optimizar el diseño, ocupando los espacios libres y reduciendo el tamaño es bastante costoso, pero no imposible. Lo cierto es que al principio costó, pero al final encontramos la manera, juntar componentes por zonas, esto es, todos los elementos que corresponden a una misma parte de la placa agruparlos (la fuente de alimentación, los reles, etc). Así conseguimos tener varias zonas pequeñas bien colocadas y a partir de ahí intentar juntar esas zonas para formar un "todo". Después de enrutar todo varias veces al final conseguimos un diseño digno de insolar en cuanto a tamaño y colocación de componentes (pese a contar con algún que otro puente).
Insolar Esta tarea fue cosa de los técnicos del laboratorio.
Soldar No ha sido tan gran problema el tema de soldar, salvo en algunos casos en que las pistas estaban muy juntas y había peligro de cortocircuito. Pero en general, fuímos cogiendo práctica y el trabajo fue fluyendo por si solo. Conseguimos lograr una mejor soldadura calentanto las patas de los componentes en lugar de calentar directamente el estaño con el soldador. De esta forma quedaba todo mucho más limpio de cara a la presentación A la hora de soldar el mayor problema fue soldar el sensor, por que las pistas están muy cerca una de la otra, para esta tarea nos ayudo, Ximo, técnico de laboratorio de electrónica de la EPSA, para el resto no tuvimos mayor problemas, que los derivados por la inexperiencia con el soldador, algunas soldaduras frías, pero todo se ha ido solucionando con el tiempo.
Programar El programa ya fue otro mundo, fue cambiar el chip y olvidarse de la placa como algo físico y pensar en ella como "un aparato que hace algo". Bueno, con ayuda de los manuales de la asignatura empezamos a entender lo que había que hacer, a separar las entradas de las salidas en el PIC, a insertar bucles en el código... así nuestra placa empezaba a hacer algo ya. Luego solo era cuestión de ir optimizando el código para conseguir lo que queríamos. Finalmente conseguimos que fuera nuestra placa, como termostato y como termómetro, pero fue inútil la programación de los pulsadores. Los cuales habíamos pensado que servirían para poder cambiar los márgenes entre los que oscilaría la temperatura, pero al final no funcionaron. Y como conclusión, hay que dejar claro que aunque la placa no ha llegado a funcionar completamente, cumple con creces la función de termostato y, por lo tanto, podría ser utilizada en la vida real.
DISEÑO. Aquí mostramos las diferentes partes de la placa tanto en Orcad Capture como en Orcad Layout
ORCAD CAPTURE - Display
- Fuente
- LEDs
- PIC
- Programador
- Pulsadores
- Relés
- Sensor
Componentes y FootPrint asociado. A continuación mostramos la relación de componentes utilizados. Id en Capture
Valor
Footprint
RESISTENCIAS R1,R26,R27
1K
R2
4K7
R3,R4,R5,R23
100
R6,R7,R24,R25,R28,R29,R30
1.2K
R8,R9,R10,R11,R12,R13,R14,R15,R16,R17,R18, 220 R19,R20,R21 R22
390k
R1W4/L.400/P.80/D .0.8 R1W4/L.400/P.80/D .0.8 R1W4/L.400/P.80/D .0.8 R1W4/L.400/P.80/D .0.8 R1W4/L.400/P.80/D .0.8 R1W4/L.400/P.80/D .0.8
CONDENSADORES CAP/D.400/L.200/P. 100 CAP/300X100/L.20 0/P.80 CAP/300X100/L.20 0/P.80 CAP/300X100/L.20 0/P.80
C1
470 uF/35V
C2
330nF
C3,C4,C7,C8
100nF
C5,C6
15 pF
DIODOS D1
1N4004
D2,D5,D7,D8,D9,D10
ONLED
D3 D4,D6
1N4148 1N4007
DO-41/L.400/P.100 LED 5MM/P.70/D.0.8 DO-35/L.300/P.70 DO-41/L.400/P.100
TRANSISTORES Q1,Q2,Q3,Q4
CB639
TO92 (F)-2
CONECTORES tipo banana
Jumper
tipo banana
Jumper2
DC 12con.alimentación.
Jumper3
CON BANANA 5MM CON BANANA 5MM DC 12V
CIRCUITOS INTEGRADOS Regulador de tensión (7805) U1
LM7805
TO220V_1
LM35/DZ Sensor de Temperatura U2
LM35/TO
TO-92A DIP.100/8/W.300/L. 400 40DIP600/P.60X100
Amplificador Operacional(KA358) U3
KA358
PIC 16F877 U4
PIC16F877
DISPLAY Display cátodo común
Disp_Cat_Com SX-56
PROGRAMADOR con. RJ11 con 6 patas RESET JP1
CONNECTOR RJ11-6 RJ11-6 RESET
JUMPER 2X1
RELÉS OMRON
RELAY_SPDT RELE_NEGRO _1A
PULSADORES SW1,SW2,SW3 CRISTAL Y1
W PUSHBUTTO SWITCH N-SPST 4MHz
CRISTAL_HC49
TORNILLOS TORNILLOS
SEPARADOR SEP. HEXAGONAL HEXAGONAL
ENLACES DE REFERENCIA. •
Páginas que nos han sido de referencia:
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Farnell: http://es.farnell.com Microchip: http://www.microchip.com OrCAD: http://www.orcad.com
Páginas de la universidad:
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Universidad Politécnica de Valencia: http://www.upv.es Escuela Politécnica Superior de Alcoy: http://www.epsa.upv.es Departamento de Ingeniería Electrónica: http://server-die.alc.upv.es
AUTORES DEL TRABAJO. Este trabajo ha sido realizado para las asignaturas de SED, LSED y SAD de la especialidad ITT Telemática de la Universidad Politécnica de Valencia por:
Sabina Manzano Rodríguez
Jose Tomás Medina Luque
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Juan Seguí Moreno
