UNIVERSIDAD TECNICA DEL NORTE
FICA – CIME
PROYECTO DE INSTRUMENTACION
TEMA: SENSOR DE TEMPERATURA LM35 APLICACIÓN A LABORATORIO
NOMBRE: ROBERTO AULESTIA RUEDA
JUSTIFICACION
La realización del proyecto del sensor de temperatura es para la implementación en un laboratorio electrónico, puesto que la alta temperatura del ambiente en el cual se encuentra debe ser regulada para la comodidad de los estudiantes y docentes.
OBJETIVO GENERAL:
Implementar un circuito de temperatura con el sensor lm35 en un laboratorio de electrónica para controlar el nivel de temperatura.
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Establecer dos opciones de control en el circuito a implementarse.
Instaurar el funcionamiento de ventiladores al circuito para controlar y disminuir la temperatura del laboratorio.
Efectuar la visualización de los datos mediante una LCD 16X2 controlado por el PIC 16F877A.
INTRODUCCION
El presente proyecto se lo realizo con el fin de efectuar un circuito óptimo de temperatura para el funcionamiento adecuado en el laboratorio de electrónica. Mediante la utilización del integrado LM35 (sensor de temperatura), obtuvimos niveles de temperatura representados en milivoltios (1grado centígrado es equivalente a 10mV), por lo cual realizamos un acondicionador de señal el cual nos permitió observar y obtener los datos en grados centígrados; este acondicionador o amplificador de señal fue construido mediante la configuración de una AD 620(amplificador de instrumentación básico), el cual lo armamos mediante los integrados LM 741. Después de la obtención de la señal amplificada se procedió a la etapa de visualización mediante una LCD (16x2) para lo cual debimos ocupar un PIC 16F877A el cual posee entradas de conversión análogo-digitales; estas las ocupamos ya que la señal del amplificador de instrumentación aplicado nos da señales de salida analógicas, esta señal obtenida para la utilización del micro nos toca hacer la conversión analógico-digital mediante los puertos apropiados del mismo PIC. Posteriormente realizamos la programación indicada, tanto para visualizar el MODO MANUAL como MODO AUTOMATICO el cual es seleccionable dependiendo de las conveniencias del usuario a controlarlo. Al momento de seleccionar cualquiera de las opciones que se brinda en el circuito este control de temperatura maneja el encendido de dos ventiladores de 110v los cuales están debidamente programados dependiendo del MODO seleccionado. Este circuito de control de temperatura conlleva a automatizar el funcionamiento de dichos ventiladores los cuales nos ayudaran a refrescar el laboratorio y obtener un ambiente apropiado para un mejor trabajo tanto de los estudiantes como de los docentes al momento de impartir clases.
MARCO TEÓRICO:
INTEGRADO [ LM 35 ]
El LM35 es un sensor de temperatura con una precisión calibrada de 1ºC y un rango que abarca desde -55ºC a +150ºC. El sensor se presenta en diferentes encapsulados pero el más común es el TO- 92 de igual forma que un típico transistor con 3 pines, dos de ellos para alimentarlo (VCC - GND) y el tercero (VOUT) nos entrega un valor de tensión proporcional a la temperatura medida por el dispositivo. Características del LM 35:
Precisión de ~1,5ºC (peor caso), 0.5ºC garantizados a 25ºC.
No linealidad de ~0,5ºC (peor caso).
Baja corriente de alimentación (60uA).
Amplio rango de funcionamiento (desde -55º a + 150ºC).
Bajo costo.
Baja impedancia de salida.
Su tensión de salida es proporcional a la temperatura, en la escala Celsius. No necesita calibración externa y es de bajo costo. Funciona en el rango de alimentación comprendido entre 4 y 30 voltios.
Como ventaja adicional, el LM35 no requiere de circuitos adicionales para su calibración externa cuando se desea obtener una precisión del orden de ±0.25ºC a temperatura ambiente, y ±0.75 ºC en un rango de temperatura desde 55 a 150 ºC.
La baja impedancia de salida, su salida lineal y su precisa calibración inherente hace posible una fácil instalación en un circuito de control.
Debido a su baja corriente de alimentación (60uA), se produce un efecto de auto calentamiento reducido, menos de 0.1 ºC en situación de aire estacionario.
Dado que este sensor entrega diez milivoltios por cada grado centígrado y al trabajar con tensiones tan pequeñas cualquier ruido o interferencia puede hacernos tomar una lectura errónea, entonces es necesario hacer un adecuado tratamiento de la señal para obtener una precisión importante, pudiendo leerse fracciones de grado.
INTEGRADO [ LM 741] La serie LM741 son amplificadores operacionales de propósito general que ofrecen un mejor rendimiento frente a los estándares industriales, como el LM709. El LM741 es el remplazo directo de los CIs: 709C, LM201, MC1439 y 748 en la mayoría de las aplicaciones. Los amplificadores ofrecen muchas características que hacen que su utilización sea casi infalible: Protección de sobrecarga en la entrada y la salida, su salida no queda con tensión cuando se excede el rango en modo común, ausencia de oscilaciones. Los LM741C/LM741E son idénticos a los LM741/LM741A salvo que el LM741C/LM741E tienen su funcionamiento garantizado en un rango de temperaturas de entre 0 ºC a +70 ºC, en lugar de -55 ºC a +125 º C.
PIC 16F877A Estas son las funciones especiales de las cuales dispone
Conversores análogo a digital (A/D) en caso de que se requiera medir señales analógicas, por ejemplo temperatura, voltaje, luminosidad, etc. Temporizadores programables (Timer's) Si se requiere medir períodos de tiempo entre eventos, generar temporizaciones o salidas con frecuencia específica, etc. Interfaz serial RS-232. Cuando se necesita establecer comunicación con otro microcontrolador o con un computador. Memoria EEPROM Para desarrollar una aplicación donde los datos no se alteren a pesar de quitar la alimentación, que es un tipo de memoria ROM que se puede programar o borrar eléctricamente sin necesidad de circuitos especiales. salidas PWM (modulación por ancho de pulso) Para quienes requieren el control de motores DC o cargas resistivas, existen microcontroladores que pueden ofrecer varias de ellas. Técnica llamada de "Interrupciones", (ésta me gustó) Cuando una señal externa activa una línea de interrupción, el microcontrolador deja de lado la tarea que está ejecutando, atiende dicha interrupción, y luego continúa con lo que estaba haciendo.
Posee Rango amplio de tensiones de funcionamiento:
Comercial: 2.0 a 5.5 volts
Industrial: 2.0 a 5.5 volts
Consumo muy bajo:
< 2 mA típico a 5 volt, 4MHz.
15 µA típico a 2 volt, 32KHz.
>0.5 µA típico de corriente en reposo a 2 volts.
Características que lo hacen destacarse por su popularidad en el mundo de la electrónica:
Soporta modo de comunicación serial, posee dos pines para ello.
Amplia memoria para datos y programa.
Memoria reprogramable: La memoria en este PIC es la que se denomina FLASH de 8K; este tipo de memoria se puede borrar electrónicamente (esto corresponde a la “F” en el
modelo).
Set de instrucciones reducidas (tipo RISC), pero con las instrucciones necesarias para facilitar su manejo.
En su arquitectura además incorporan:
3 temporizadores
4 puertos I/O.
Comunicación serie y paralela: USART, PSP.
Bus 12C
Modulo Convertidor analógico a digital A/D.
Modulo Comparador con un voltaje de referencia.
Sus características más importantes son: CARACTERÍSTICAS
Frecuencia máxima
16F877A
DX-20MHz
Memoria de programa flash palabra de 14 bits
8KB
Posiciones RAM de datos
368
Posiciones EEPROM de datos
256
Puertos E/S
A,B,C,D,E
Número de pines
40
Interrupciones
15
Timers
3
Módulos CCP
2
Comunicaciones Serie Comunicaciones paralelo Modulo Analógico a Digital de 10 bit Juego de instrucciones
MSSP, USART PSP 8 canales de entrada 35 Instrucciones
Longitud de la instrucción
14 bits
Arquitectura
Harvard
CPU Módulos Comparador/comparador/Pwm
Risc 2
EL ENCAPSULADO.
PROCESO DE CREACION DEL CIRCUITO Para la creación del circuito de temperatura mediante el sensor LM35 debimos observar los datasheet tanto del sensor como cada uno de los componentes que fueron necesarios para la realización en los cuales se detallaba los niveles de alimentación para cada uno y su forma de conexión. Para realizar la linealización del sensor lm35 debimos realizar una configuración AD620 la cual consistía en la utilización de los integrados lm741; estos integrados debimos alimentarlos con
V y el sensor lm35 con 5V por lo cual realizamos una fuente dual de
V y 5V. Para ello ocupamos los reguladores de voltaje 7805 (5V), 7812 (+12V) y 7912 (-12V)
además de estos un puente de diodos de 2A y un transformador de 1A. Para el amplificador de instrumentación básico conectamos los lm741 respectivamente los
V como indican en su datasheet; este amplificador está basado en un amplificador
aislador y un amplificador diferencial básico. El amplificador diferencial y sus 4 resistencias iguales, forman un amplificador diferencial con ganancia unitaria. En un amplificador de instrumentación una sola resistencia define la ganancia del amplificador de acuerdo a la ecuación:
De aquí se observa que para cambiar la ganancia del amplificador, solo tiene que ajustarse la resistencia R y el voltaje de salida del circuito es proporcional a la diferencia entre los voltajes de entrada.
Al realizar este circuito obtuvimos la siguiente tabla de valores del sensor ya amplificado: Sabiendo que: 1ºC = 10mV CENTIGRADOS
VOLTAJE
2
0.21
12
1.21
16
1.63
20
2.02
25
2.51
31
3.11
36
3.62
39
3.91
44
4.42
50
5.01
Al poseer ya la señal amplificada procedimos a la programación del PIC16F877A en el programa PIC C Compiler; esta programación fue realizada tanto para el MODO MANUAL como AUTOMATICO utilizando la entrada del PIC A0 ya que esta el conversor análogo-digital. Esta fue la codificación del programa realizado:
Luego de la programación procedimos a grabar el PIC y a su respectivo ensamblaje que consto de un cristal externo de 4MHz, 2 reles de (5V-110V), pulsadores, switch de 3 estados, leds de aviso, LCD 16x2, transistores 2n3904 de propósito general, resistencias valores varios, borneras, cable UTP, materiales de prueba y ensamblaje, etc.
CONCLUSIONES:
Adquirir nuevos conocimientos en cuanto a las aplicaciones que podemos realizar para el control en seguridad laboral.
El uso de los sensores de temperatura puede ser determinante en la seguridad de las personas, ya que con estos se evita que haya alguien expuesto a altas temperaturas.
RECOMENDACIONES:
Para la creación o implementación de un circuito debemos tener muy claro los conceptos tanto de sensores de temperatura como amplificadores operacionales.
Luego de realizar las simulaciones pertinentes armar el circuito en protoboard para la verificación del circuito y su correcta funcionalidad, posteriormente realizarlo en placa.
Tener cuidado en las conexiones de los integrados y PIC’s utilizados puesto que estos tienen sus respectivos datasheets y en ellos encontraremos diferentes datos de alimentación.
ANEXOS DIAGRAMA DEL CIRCUITO
FUENTE DE ALIMENTACION
CIRCUITO LM35 AMPLIFICACION
CIRCUITO DEL SENSOR APLICANDO UN PIC 16F877A Y VISUALIZADO EN LCD.