Control y Sensado de Temperatura Por Medio de PIC16F887

Control y sensado de temperatura por medio de PIC16F887 Autor: Méndez Cruz Juan Daniel

Introducción. Temperatura La temperatura es una magnitud física que poseen los cuerpos rígidos, gases etc., y que es la energía cinética que contiene ese cuerpo en un instante de tiempo, en otras palabras es la medida en la que se puede dictaminar si un cuerpo está caliente o esta frio,esto con ayuda de un Sensor de temperatura y esto se hace mediante escalas de temperatura como lo son Celsius, Kelvin, Fahrenheit. La temperatura es un factor a considerar para todo, ya que un gran incremento en la temperatura por ejemplo de una maquina industrial industr ial causaría desperfectos en ella, tan solo en el cuerpo humano un incremento de temperatura mayor a 36 grados Celsius podría causar un grave daño en el organismo, de la misma manera pasa cuando se tienen temperaturas menores a los 36 grados Celsius se podría caer hipotermia, por ello el control de la temperatura es un factor a considerar, y la industria no es la excepción , ya que la temperatura pude influir en causar daños a la misma máquina o al producto etc. El Control de temperatura ha sido un tema de interés para la ingeniería, por ello se han implementado diferentes sistemas de control de temperatura ya sea para aumentar la temperatura si se desea o hacer que esta descienda, para ello se tiene sistemas de calefacción, ciclos de refrigeración , lavado de aire que comúnmente se le conoce como aire acondicionado para mayor informacion puedes visitar visita rhttp://es.wikipedia.org/wiki/Termorregulaci%C3%B3n. Este tipo de sistemas de control se pueden encontrar en todo tipo de instalaciones desde hogares, establecimientos, pequeñas empresas e industrias a gran escala. La importancia de estos sistemas de control es tal que siempre se consideran en este tipo de instalaciones. Por ello es que el control control de la temperatura permite ambientar un cuarto con personas, reducir el daño de maquinas por aumento de temperatura, reducir riesgos de cortos eléctricos, incendios entre una serie de factores tales que hacen que la temperatura sea importante.

Para el control de la temperatura se hace uso de la tecnología de sistemas automatizados dotados de sensores y actuadores los cuales al recibir datos atreves de Sensor de temperatura se decide si la temperatura es la adecuada o es demasiado alta, y en base a estas consideraciones los actuadores entran en acción, ya sean ventiladores, ciclos de refrigeración etc. Los microcontroladores son pequeños dispositivos electrónicos que son considerados “computadoras dentro de un chip”, obviamente con recursos más

limitados hablando de CPU,RAM,ROM, periféricos entre otras cosas, enfocándonos en este caso se hará énfasis en los microcontroladores PIC de Microchip, los cuales tiene distintos módulos que son realmente útiles, como comparadores, conversar analógico digital, PWM entre muchas más, para el caso de control de temperatura se utilizará el convertidor analógico digital. Para la recepción de datos atreves del controlador a una interfaz gráfica se hace uso de la conexión seria RS232 la cual se describe a continuación: El protocolo RS-232 es una norma o estándar mundial que rige los parámetros de uno de los modos de comunicación serial. Por medio de este protocolo se estandarizan las velocidades de transferencia de datos, la forma de control que utiliza dicha transferencia, los niveles de voltajes utilizados, el tipo de cable permitido, las distancias entre equipos, los conectores, etc. Además de las líneas de transmisión (Tx) y recepción (Rx), las comunicaciones seriales poseen otras líneas de control de flujo (Hands-hake), donde su uso es opcional dependiendo del dispositivo a conectar.

Objetivos: 

Desarrollar un sistema automático para la regulación y control de la temperatura mediante un Sensor de temperatura aplicado a una maquina industrial.

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Poner en práctica los conocimientos de programación de microcontroladores PIC.

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Dar una aplicación real de los circuitos digitales que sean de utilidad.

Material y equipo: 

Grabador de PIC´s Mini Prog +

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1 PIC 16F887

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1 Cristal de cuarzo a 20Mhz

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10 LED’s de 5 mm.

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10 Resistores de 330 Ω. a ¼ watt

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Cable de colores 24 AWG.

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2 Tabletas de prueba Protoboard.

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2 Capacitor Cerámico de 22 uF.

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1 Fuente de Corriente Continua.

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2 Cables Banana- Caimán.

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4 Push button

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ISIS Proteus v7.6 SPO

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PIC C CCS

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Computadora PC

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Pickit 2

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2 sensores de temperatura LM35

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L293D

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2 Ventiladores de 12 V

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Pantalla LCD 16×2

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1 Buzzer

Planteamiento verbal del problema. Se requiere diseñar un sistema que sea capaz de censar la temperatura en tiempo real mostrada por medio de un LCD, donde se tendrán tres rangos de temperatura si la temperatura es menor a 0 °C se considera baja, la temperatura es menor de a 30 °C se considera temperatura media, pero si esta excede los 40 °C se considera alta y se mandara una alerta , para controlar la temperatura se activaran dos ventiladores con el fin de bajar la temperatura cuando la temperatura es mayor a 20 °C se activara un ventilador para que regule la temperatura y evitar que esta aumente.

Diagrama de Bloques Se trata de un diagrama ilustrativo que muestra, la interación entre los elementos, como es que se conectan y cómo funciona el circuito se muestra a continuación.

Diagrama de bloques

Desarrollo. Diagrama de flujo. El diagrama de flujo es un estructura grafica que permite visualizar el algoritmo a seguir para tener una programación mas estructurada del microcontrolador esto con el fin de tener un mayor orden en el diseño del sistema de control de temperatura.

Diagrama de flujo

A partir del diagrama de flujo se procedió a la programación del microcontrolador empelando el software PIC C CCS, en lenguaje C, el programa se muestra a continuación, con sus respectivos comentarios véase Apéndice parte 1.

Diagrama eléctrico Una vez depurado de errores y sintaxis errónea se procedió a compilar el programa el cual no tiene ningún error. Posteriormente se simuló el programa en PROTEUS y se comprobó que efectivamente el circuito de control cumpliera con las especificaciones y objetivos del proyecto, dando resultados positivos de esta manera se paso al siguiente paso, a grabar el chip por medio una tarjeta de desarrollo para el PIC16F887, por medio de el programa TinyBootloader se programo por el archivo generado por el compilador en extensión *.hex

Diagrama electrico simulacion

En la Figura se muestra la simulación del circuito el cual consiste en diferentes etapas las cuales son las siguientes: 

Procesamiento: EL cual se da por medio del microcontrolador PIC16F887

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Sensores: Por medio de dos sensores de temperatura LM35

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Actuadores: Se lleva a cabo por medio de dos ventiladores de 12 V a 1.2 A

Despliegue: Este forma dos partes: 

Ambiente gráfico en C# mediante comunicación RS232

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LCD de 16×2 Pixeles Interacción: Por medio de dos botones dedicados para cada sensor de temperatura. Alarma: Esta conforma por tres LED´s los cuales fungirán como semáforos, cuando si la temperatura es mayor a 40 °C se activa una alarma sonora. El sistema funcionara con la interacción de cada una de las etapas, donde el micrcontrolador mostrara una serie de mensajes acerca de el nombre del proyecto, los nombres de los integrantes, como se muestra a continuación.

Pantallas LCD

Posteriormente se comenzara la lectura de la temperatura proporcionada por un Sensor de temperatura LM35 , donde el microcontrolador comenzara la lectura del la señal proporcionada por el Sensor mediante el convertidor analógico, configura a una resolución de 10 bits, lo cual nos proporcionara una buena lectura de la señal. A continuación se muestra cómo es que se da el despliegue de la señal por medio del LCD, además de la comunicación RS232 esta se simulara por medio de una terminal virtual que es una herramienta que nos proporciona el simulador Proteos, el tema referente al ambiente grafico se tratara posteriormente.

Despliegue de la señal (LCD)

En este caso se muestra una temperatura de 45°C lo cual según nuestro rango de temperaturas es alto por lo cual se mandara una señal de alarma por medio de un buzzer, ademas de que en el semáforo se debe encender el LED rojo, ademas de estar funcionando ambos ventiladores, con el fin de reducir la temperatura.

Simulacion del funcionamiento

En el caso de que se encuentre una temperatura en el rango medio, que debe ser el adecuado, se procede de la misma forma, solo que en este caso solo se acciona un motor, con el fin de eficiente el suministro de energía, el despliegue se da de la misma manera, esto se ilustra a continuación.

Diagrama de control

Para último caso que la temperatura sea menor de 10 °C, el despliegue del LCD, el semáforo, será de la siguiente manera, hay que resaltar que no se encenderán los ventiladores, ya que no es necesario.

Diagrama de control

Ese es el funcionamiento del circuito de control, se han tratado los tres posibles casos, y es de esta manera que el sistema funciona, solo queda abarcar el tema referente a la comunicación R232 que estará dada por un programa en ambiente grafico, programado en lenguaje C# el cual se muestra a continuación.

PROGRAMA C# En este ambiente de control grafico tenemos que cuenta tres botones uno de ellos nos conecta al Pic y comienza a recibir datos por medio de la comunicación RS232, el segundo botón nos desconecta de dicha conexión y el tercer botón se utiliza para salir de la aplicación asi mismo cuenta con un label el cual nos indica el estado de nuestra aplicación, ya sea conectado o desconectado, cuenta con tres label mas uno de ellos nos da la fecha y hora en la que se está operando el programa, otro ello nos informa el estado de los motores es decir si se encuentran desactivados, un solo motor activado o ambos motores activados y un tercer laber en el cual nos indica la temperatura actual que se encuentra nuestro dispositivo este tiene la particularidad de cambiar de color dependiendo del nivel de temperatura es decir podrá estar de color verde, amarillo y rojo, además de estos label cuenta con una caja de texto en la cual se va guardando el histórico de las lecturas de temperatura hechas en nuestra conexión.

Interfaz grafica

En esta imagen observamos que la conexión es exitosa y asi mismo tiene una temperatura de 9°C por lo tanto su color es verde y así mismo se encuentran los motores desactivados

Interfaz grafica

En esta siguiente imagen observamos que ahora la temperatura es de 19°C por lo tanto nos encontramos en una alerta media lo cual lo vemos en la imagen ya que es de color amarillo y se encuentra un motor activado

Interfaz grafica

Para esta imagen vemos que la temperatura es de 40°C y por lo tanto nos manda una señal de alerta así como los indicadores color rojo

Implementación física

Ya pasada la etapa de programación y simulación del micrcontrolador, verificando que todo se lleve a cabo desacuerdo a lo que se programo se procedió a la parte de la implantación física se fue dado por varios procesos: 

Implementación del Circuito

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Implementación de una maqueta ilustrativa La implementación del circuito de prueba en Protoboard, con el fin de verificar que el circuito funcione adecuadamente, verificando que opere de manera adecuada.

Circuito de prueba

Se abrevara que están conectados todos los elementos del circuito que conforman al sistema de control de temperatura, se verifico que este funcionada adecuadamente, y que la lectura del sensor fuese adecuada teniéndose excelentes resultados. La parte de los ventiladores se dio por medio de una etapa de amplificación, empleado un chip L293D que es un puente H, ya que los ventiladores funciona a 12 V y a 1.2 , por lo que el microcontrolador no es capaz de suministrar tal

energía, se muestra a continuación el ventilador a emplear cuyas dimensiones son [12×12 cm].

Ventilador

Implementación de una maqueta ilustrativa: Esta se realizo, pensando en ilustrar una edificación que consiste en un cuarto, donde los elementos del circuito de control estén dentro del cuarto, y que el sistema de de procesamiento y el LCD se encentren fuera, con el fin de visualizar de una mejor manera las lecturas obtenidas atreves del sensor. A continuación se muestran algunas fotografías de como se llevo a cabo la construcción de la maqueta.

Maqueta fisica

Los resultados obtenidos se muestran en las siguientes imágenes que muestran el proyecto final, ya implementado en su totalidad, y que ya se encentra funcionando, verificando que las lecturas del sensor sean las adecuadas.

Proyecto final

Proyecto final

Conclusiones. Méndez Cruz Juan Daniel El convertidor analógico digital es una herramienta con bastante utilidad para realizar el Control de Temperatura ya que lo que hace es convertir una señal analógica de un Sensor de temperatura en una digital lo útil de esta parte es que sistemas o dispositivos actuales manejan señales digitales, por lo cual son mas fáciles de procesar y de manipular, además de poder ser empleadas la misma información pero ahora para poder emplearla en algún especifico cosa que no se puede hacer con señal analógicas de una manera fácil. Es decir se puede decidir qué hacer o no atreves de que la señal esta digitalizada, es de esta manera como se tiene el control de temperatura si rebasa ciertos rangos los ventiladores actuaran con el fin de disminuir temperatura. El PIC tiene este modulo incluido por lo que resulta muy útil para procesar señales de audio, video, se sensores de presión, temperatura, proximidad etc. Gracias a que contiene 14 canales se pueden tener varias señales, las cuales pueden ser monitoreadas, es un dispositivo útil ya que la modernización es precisamente ya no trabajar con señales analógicas, más bien digitales. Se puede decir que cualquier dispositivo de control que tenga una entrada analógica digital, y a la salida de este muestre los datos de manera digital ya se da por LCD, o por medio se sonidos o luces contiene forzosamente un convertidor analógico digital.

Pude aplicar mis conocimientos obtenidos a lo largo del curso de circuitos digitales, así de un poco de programación en lenguaje C para poder desarrollar el proyecto, y que resulta ser un sistema que puede llegar a ser útil para el control de temperatura, obviamente con sensores más precisos ventiladores con mayor flujo de aire etc., pero el funcionamiento la idea resulto ser funcional e inteligente Chávez Luna Carlos El controlador te temperatura es una aplicación que se puede llevar a cabo con microcontroladores PIC y con un Sensor de temperatura, entre muchas que se pueden desarrollar, ya que estos circuitos son muy versátiles y ofrecen un amplio espectro de posibilidades para poder diseñar circuitos digitales, que pueden llegar a ser muy complejos. En este proyecto se pudo diseñar satisfactoriamente un sistema de control inteligente y automático que sea capaz de mantener una temperatura no alta para evitar que la temperatura se eleve atreves de la lectura de un Sensor de temperatura y el encendido de ventiladores. Pude aprender a programar los PIC en otro lenguaje en este caso C, que resulta ser más fácil de dominar pero con algunas limitantes frente a ensamblador, también así pude aplicar criterios de diseño que son útiles para poder llevara a cabo diversos productos y aplicaciones, también me resulto interesante es que estos circuitos tiene una respuesta demasiado rápida, por lo que no existen problemas por una respuesta tardía o lenta. Gracias a lo visto en teoría es que se pudo llevar a cabo el proyecto, implico poner a prueba los conocimientos adquiridos en el curso y así me doy cuenta del aprendizaje que eh tenido.

Bibliografía. Ronald J. Tocci. “Sistemas digitales: principios y aplicaciones”,8 edición. México DF

2003. Datasheet PIC16F887 Microchip Technologic inc 2001 Eduardo

García

Brejio

“Compilador

C

CCS

y

simulador

Proteus

microcontroladores PIC”, 2 edición Editorial Alfaomega, México DF2008

Apéndice

para

Código de programación del micrcocontrolador en lenguaje C por medio del compilador CCS