Post on 08-Aug-2015
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 ºC.
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 16F877A
Frecuencia máxima 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 MSSP, USART
Comunicaciones paralelo PSP
Modulo Analógico a Digital de 10 bit 8 canales de entrada
Juego de instrucciones 35 Instrucciones
Longitud de la instrucción 14 bits
Arquitectura Harvard
CPU Risc
Módulos Comparador/comparador/Pwm 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 12− ¿+¿ ¿ ¿ V y el sensor lm35 con 5V por lo cual realizamos una fuente dual de
12− ¿+¿ ¿ ¿ 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
12− ¿+¿ ¿ ¿ 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 VOLTAJE2 0.2112 1.2116 1.6320 2.0225 2.5131 3.1136 3.6239 3.9144 4.4250 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.