Sesnsor de Temperatura

 

UCSM - Trabajo de investigación - Sensor de temperatura de ambiente

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UNIVERSIDAD CATÓLICA SANTA MARÍA FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍAS FÍSICAS Y FORMALES

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

CURSO: microprocesadores TEMA de ambiente Sensor de temperatura DOCENTE: Ing. pedro ALUMNAS: Huamani Huaracha Ulices  Tejada Ramirez Edson AREQUIPA – PERÚ 2018

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CONTROL DE TEMPERATURA DE AMBIENTE APLICADO A UN VENTILADOR POR PWM RESUMEN

En nuestro siguiente siguiente proye proyecto cto se plantea una propuest propuesta a para poder automa automatiza tizarr el proceso de un ventilado ventiladorr a altas temperaturas mediante el monitoreo y control de los elementos básicos como la temperatura y la ventilación. Nuestro proyecto tiene maneja un rango de temperatura entre 38°C a 40°C.Utilizamos para realizar el proceso un Arduino, un sensor de temperatura También se propone una estructura ideal . (Ver . (Ver imagen 1) Imagen 1

3. Introducción Introducción del del Ventilado Ventiladorr controlado controlado por temperatura temperatura y on on off con con el foco foco

El presente trabajo corresponde al informe del proyecto de la clase de Ingeniería de control. El  proyecto fue nombrado "Ventilador controlado por temperatura" y consiste en un conjunto de elementos conectados en un circuito de tal forma que, al aumentar la temperatura en el ambiente, el ventilador encenderá hasta que la temperatura vuelva a bajar a la inicial. El circuito presenta ciertos elementos claves para su funcionamiento como el circuito integrado LM35 y una programación  pwm , cuyo funcionamiento será detallado más adelante, así como los demás elementos utilizados y el funcionamiento del circuito.

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Descripción del proyecto Control de encendido de ventilador por temperatura ambiente. El calor se hace presente en estas fechas, es cuando hacemos uso de un ventilador si no tenemos aire acondicionado. Y en esta ocasión agregaremos un control a nuestro ventilador que lo encienda de forma automática cuando el calor en el ambiente llegue a determinado número de grados, 38° por ejemplo, a continuación, se mostrara el circuito que permite eso. El componente encargado de detectar y activar es el integrado LM35, es un integrado que aguanta altas temperaturas y es el encargado que nos diga a que temperatura estamos, que varía su resistencia de acuerdo a la temperatura a la que está expuesto. En nuestro circuito lo hemos configurado de tal manera que, cuando el calor ambiente llegue a 38 grados activará y esto hará que le ventilador se prenda una vez baje la temperatura el ventilador comenzara a disminuir su velocidad y esto se hace para que nos mantengamos a una temperatura adecuado PROCESO DE VENTILADOR CONTROLADO POR TEMPERATURA Los factores de que usaremos son: la temperatura y la ventilación. De todos ellos la temperatura es el factor  de mayor importancia, ya que, pequeñas variaciones en sus valores pueden resultar que nos encontremos a una altísima temperatura que no podríamos resistir. Lo que nosotros haremos es programar para que estemos a una temperatura ambiente ya una vez pasado esta temperatura se activa el ventilador claro esto se puede cambiar de acuerdo a la temperatura que deseamos, y el programa de pwm hará que ventilación sea despacio encontrado a una temperatura ambiente pero la desventaja de esto que su reacción es muy lenta y demora mucho

4. Actuadore ores:

VENTILADOR  La función del ventilador es de enfriar y establecer a una temperatura adecuada FOCO La función del foco es tener una temperatura ambiente y eso hace que actua el ventilador si pasa sobre la temperatura dada. CIRCUITO DE CONTROL:

ARDUINO UNO La placa Arduino se enfoca en acercar y facilitar el uso de la electrónica y programación de sistemas embebidos en proyectos multidisciplinarios. Toda la plataforma, incluyendo sus componentes de hardware (esquemáticos) y Software, son liberados con licencia de código abierto que abierto que permite libertad de acceso a ellos.

ATmega328P DIP

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Microcontrolador de alto desempeño Atmega328P de 8 bits, con arquitectura RISC. El Atmega328P en formato DIP es ulizado en el Arduino Uno R3. Posee caracteríscas como: 32 KB de memoria ash; con la capacidad de leer-mientras-escribe, 1 KB de memoria EEPROM, 2 exibles/contadores KB de SRAM, 23 líneas demodo E/S dedepropósito general, 32 registros de proceso general, tres temporizadores con comparación, interrupciones internas y externas, programador de modo USART, una interface serial orientada a byte de 2 cables, SPI e I2C, 6 canales 10-bit Conversor A/D, "watchdog mer" programable con oscilador interno, y cinco modos de ahorro de energía seleccionables por soware. El disposivo opera entre 1.8 y 5.5 volos. Su arquitectura le permite ejecutar instrucciones en un solo ciclo de reloj, alcanzando una potencia de 1 MIPS. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS          

Chip: ATMEGA328P-PU Formato DIP Pines: 28 Memoria FLASH: 32KB Memoria RAM: 2KB EEPROM: 1KB Máxima frecuencia de funcionamiento: 20Mhz CPU: 8-bit AVR  Pines de entrada/salida: 23 Entradas Analógicas (ADC): 6

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 CARACTERÍSTICAS DE LA FAMILIA ATMEL La famili familiaa de Microc Microcont ontrol rolado adores res AVR, AVR, perten pertenecen ecen a ATMEL, ATMEL, los cuales cuales poseen poseen una arquitectura moderna. Estos Microcontroladores están divididos en tres grupos: TinyAVR, AVR Clasico y MegaAVR. Se muestran en la tabla 1.1 los dispositivos Microcontroladores de la serie AVR. Todos ellos se fabrican en el mismo proceso y los mismos niveles de implantación. Los dispositivos varían en densidad de memoria.

El µC tinyAV tinyAVR R son dispos dispositi itivos vos con pines pines reduci reducidos dos y men menos os caract caracterí erísti sticas cas que los megaAVR. Todos los dispositivos AVR tienen el mismo set de instrucciones y organización de la memoria, así el migrar de un dispositivo AVR a otro es fácil. El núcleo es el mismo  para todos los dispositivos AVR. La diferencia entre estos grupos es la complejidad del

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dispositivo. Así, el que posee más características es el megaAVR y que tiene menos es el tinyAVR  DIAGRAMA DE BLOQUE ATMEGA328

El núcleo AVR posee un conjunto de instrucciones con 32 registros de trabajo de propósito general. Los 32 registros se conectan directamente a la Unidad Aritmética y Lógica (ALU),  permitiendo a dos registros solamente acceder en una sola instrucción y sean ejecutadas en sólo sólo un cicl ciclo o de re relo loj. j. Alca Alcanz nzan ando do un de dese semp mpeñ eño o de 10 ve vece cess más más rá rápi pido do qu quee lo loss microcontroladores con tecnología CISC. El ATmega32 tiene las características: 32K bytes de memoria Flash programable dentro del sistema, 1024 bytes de EEPROM, 2K bytes de SRAM, 32 líneas de I/O de propósito general, 32 registros de propósito general, Interfase JTAG, 3 Timers/Contadores con modos de comparación, interrupciones internas y externas, un USART programable, una interfase serial orientada a byte de dos líneas, 8 canales de convertidor AnalógicoDigital de 10 bits, con opción a ser diferenciales, un timer perro guardian (watchdog) con oscilador interno, un puerto serial SPI, y 6 modos de ahorrar   potencia. El modo de ahorrar potencia salva el contenido de los registros pero congela al oscilador, deshabilitando todas funciones de ia, CI el hasta la próxima interrupción o reinicio del Hardwa Hardware. re. En el modo mod o delasahorrar ahor rar potenc potencia, ti timer mer asíncr asíncrono ono continu continuaa corrie cor riendo, ndo,  permitiendo al usuario mantener un tiempo base mientras el resto del dispositivo esta 6

 

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“durmiendo”. Esto permite un ahorro de potencia. El ATmega32 AVR soporta: compiladores en C, macro ensambladores, simuladores en debugger, emuladores dentro del circuito y los kits de evaluación.

TERMINALES DE LOS MICROCONTROLADORES ATmega32. A continuación de detallan las terminales del ATmega32.  Vcc Fuente de voltaje digital (5 Volts)  GND Tierra. Puerto A (PA7..PA0) El puerto A  sirve como entradas analógicas al convertidor ADC. Además el puerto A sirve como puerto de 8 bits de I/O bidireccionales, si el Convertidor A/D no es usado. El buffer de salida del  puerto A tiene la capacidad de abastecer y drenar corriente. Cuando los pines PA0 a PA7 son usados como entrada y externamente jalados hacia abajo, ellos abastecen corriente si los resistores internos pull-up s activan. Los pines del puerto A son de tres estados cuando la condición de reset se activa. Puerto B (PB7..PB0) El puerto B es un puerto de 8 bits de I/O bidireccionales con resistores internos pull-up (seleccionados por cada bit). El buffer de salida del puerto B tiene la capacidad de abastecer  y drenar corriente. Cuando los pines PB0 a PB7 son usados como entrada y externamente  jalados hacia abajo, ellos abastecen corriente si los resistores internos pull-up s activan. Los  pines del puerto B son de tres estados cuando la condición de reset se activa. El puerto B también alberga funciones de registros de especiales, como se enlistan en la Tabla 1.2.

Entradas Analógicas (ADC)

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Los Converdores Analógicos Digitales permiten una comunicación ecaz entre los sistemas analógicos y los sistemas digitales, tomando muestras del mundo real para generar datos que puedan ser manipulados por un microcontrolador por ejemplo, obteniendo de ésta manera cualquier po de señal sica en tensiones eléctricas cuyos datos podrán ser procesados por el disposivo electrónico. Además fueron creados para poder aumentar la velocidad del procesamiento de las señales logrando así  acoplar los sistemas analógicos con los sistemas digitales. Funcionamiento del ADC El ADC convierte un voltaje analógico de entrada en un valor digital de 10 bits a través de aproximaciones sucesivas. El valor mínimo representa a GND y el valor máximo representa al voltaje en el pin AREF menos 1 LSB. Opcionalmente, AVCC o un voltaje de referencia interna de 1.1V puede conectarse al pin AREF escribiendo en los bits REFSn en el Registro ADMUX. La referencia de voltaje interna puede ser desacoplada por un condensador externo en el pin AREF para mejorar la inmunidad al ruido. El ADC genera un resultado de 10 bits que se presenta en los Registros de Datos del ADC (ADC Data Re Regi gist ster ers) s),, ADCH ADCH y ADCL ADCL.. Por Por de defe fect cto, o, el resu result ltad ado o se pres presen enta ta aj ajus usta tado do ha haci ciaa la de dere rech cha, a, pe pero ro opcionalmente puede presentarse ajustado hacia la izquierda congurando el bit ADLAR en el ADMUX.

EEPROM CARACTERÍSTICAS DE LA EEPROM La memoria EEPROM ene sus propias caracteríscas y peculiaridades que la disnguen del resto de memorias. En primer lugar, y más evidente, es no volal, es decir, manene los valores almacenados cuando se pierde la alimentación. Por otro lado, la memoria EEPROM es un recurso más escaso que el resto de memorias. La mayoría de modelos de Arduino disponen de 1KB, mientras que el Mega ene 4KB. Una desventaja de la memoria EEPROM es que es mucho más lenta que la memoria SRAM. El proceso de escritura de una celda (byte) cuesta en torno a 3.3 ms. El proceso de lectura es mucho más rápido (aunque sigue siendo más lento que la SRAM), leer 1024 bytes cuesta en torno a 0.3ms, es decir, 10.000 veces más rápida que la escritura. Otra parcularidad de la memoria EEPROM es que ene una vida limitada, que se reduce con cada operación de escritura. No existen límites para las operaciones de lectura. n primer lugar, las funciones de EEPROM te permiten leer y escribir en esos bytes y se pueden usar gracias a la librería EEPROM.h, éstas funciones son:  – EEPROM Read: La cual lee EEPROM y envía sus valores a la ventana serial del software de Arduino.

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 – EEPROM Write: La cual guarda valores de una entrada analógica a EEPROM.  – Limpiar EEPROM: No existe una función específica. Por lo tanto, se cambian los bytes en EEPROM a 0 usando EEPROM_write.  – EEPROM Put: La cual pone valores en EEPROM usando variables.  – EEPROM Get: La cual obtiene valores de EEPROM y los imprime como flotantes en la ventana serial del software de Arduino.  – Iteración de EEPROM: No existe una función específica. Por lo tanto, se recorre todas las locaciones de EEPROM usando EEPROM_write.  – EEPROM Update: La cual guarda valores leídos de A0 en EEPROM, escribiendo el valor sólo si este es diferente del anterior.  – EEPROM CRC: No existe una función específica. Por lo tanto, se calcula el CRC (Cyclic Redundancy Check (Verificación de redundancia Cíclica)) de los contenidos en EEPROM para encontrar un error usando un algoritmo.

 Placa Arduino UNO (GENUINO).

Porr ot otro ro la lad do, el el software  software  co cons nsis iste te en un en ento torn rno o de de desa sarr rro oll llo o ( IDE IDE)) basado en el entorn rno o Po de processing  de  processing  y  y le leng ngua uaje je de pr prog ogra ramac mació ión n  basado en Wiring, así como en el carg cargad ador or de arranque ( arranque  (bootloader  bootloader ) que es ejecutado en la placa. El microcontrolador de la placa se programa mediante un computador, usando una comunicación serie mediante un convertidor de niveles RS-232 a TTL.

INSTRUCCIONES USADAS -Int: almacena un valor entero; -LiquidCrystal: con esta instrucción indicamos al microprocesador que vamos a usar una pantalla LCD -char: -char: sirve para declarar un valor numerico de 16 bits  -void  -void :  : Reservado para la declaración de funciones sin valor de retorno. -Begin: Establece la velocidad de datos en bits por segundo digitalWrite: active o desactiva un pin del microprocesador -print: Mostramos el texto en la pantalla lcd -setCursor: Con este comando decimos en que linea queremos escribir  escribir  

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Entradas de pines Pin 12, 11, 5, 4, 3,2 pines digitales: define la pantalla LCD Pin 13 pin digital: activa la retroiluminación Pin 0 pin analógico: recibe la señal de calor externa Pin 5v+ regula la sensibilidad del transistor    PROGRAMA 1.

#include //Incluir esta libreria para poder usar el lcd

2. 3.

int Ana1 = A0 int Ana1  A0; ; //Entrada analogica de LM35

4.

LiquidCrystal lcd (12 12, ,11 11, ,5,4,3,2); //Definimos la pantalla LCD

5.

int Temp int Temp = 0;

6.

char Grados char Grados = 'º' 'º'; ;

7. 8.

void setup(){ void setup (){

9.

Serial.begin( begin(9600 9600) );

10. 11.

lcd.begin( begin (16 16, ,2); pinMode(13 13,OUTPUT ,OUTPUT) );

12.

digitalWrite(13 13, , HIGH) HIGH); //Activamos la retroiluminacion

13.

}

14. 15.

void loop void loop(){ (){

16.

Temp = analogRead  analogRead( (Ana1 Ana1) ); //Leemos el valor de la entrada analogica

17. 18.

// Primero transformamos la lectura analógica de tensión a un valor de temperatura

19.

Temp = (5.0 5.0   * Temp * 100.0 100.0) )/1024.0 1024.0; ;

20.

Serial.print( print("Grados: ") ");//Mostramos los grados en el serial

21. 22.

Serial.print( print(Temp Temp) ); Serial.print( print(Grados Grados) );

23.

Serial.println( println ("C" "C") );

24. 25. 26. 27.

//Mostramos los grados en la pantalla LCD

28.

lcd.setCursor( setCursor (0,0); //Con este comando decimos en que linea queremos escribir

29.

lcd.print( print ("Temperatura: ") ");

30.

lcd.setCursor( setCursor (0,1);

31.

lcd.print( print (Temp Temp) );

32.

lcd.setCursor( setCursor (3,1);

33.

lcd.print( print ("°C" "°C") );

34.

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35. 36.

delay(1000 1000) ); //Al ser temperatura no hace falta leerlo tan seguido

37.

}

Especificaciones técnicas Microcontroller Operating Voltage Input Vo Voltage (r (recommended) Input Voltage (limits) Digital I/O Pins Analog Input Pins DC Current for I/O Pin DC Current for 3.3V Pin Flash Memory

ATmega328 5V 7-12V 6-20V 14 (of which 6 provide PWM output) 6 40 mA 50 mA 32 KB (ATmega328)

SR AR MOM E EP Clock Speed

2K KB B ((A AT Tm meeg gaa3 32 28 8)) 1 16 MHz

Power, Inputs and Outputs. Pines de alimentation (Power Pins)

Bien alimentemos al arduino mediante la conexión USB o mediante una fuente externa (recomendada de 7-12V), vamos a tener unas salidas de tensión connua debido a unos reguladores de tensión y condensadore condensadoress de estabilización. estabilización. Estos pines son: VIN: se alimentando trata de la fuente tensión de entrada queexterna. contendrá la tensión a la que estamos al Arduino mediante la fuente 5V: fuente de tensión regulada de 5V, esta tensión puede venir ya sea de pin VIN a

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través de un regulador interno, o se suministra a través de USB o de otra fuente de 5V regulada. 3.3V: fuente de 3.3 voltios generados por el regulador interno con un consumo máximo de corriente de 50mA. GND: pines de tierra.

Inputs/Outputs tputs Digital Inputs/Ou

Cada uno de los 14 pines digitales se puede ulizar como una entrada o salida. Cada pin puede proporcionar o recibir un máximo de 40 mA y ene una resistencia de pull-up (desconectado por defecto) de 20 a 50 kOhm. Además, algunos pines enen funciones especializadas especializad as como: *Pin 0 (RX) y 1 (TX). Se utiliza para recibir (RX) y la transmisión (TX) de datos serie TTL. *Pin 2 y 3. Interrupciones externas. Se S e trata de pines encargados de interrumpir  el programa secuencial establecido por el usuario. *Pin 3, 5, 6, 9, 10 y 11. PWM (modulación por ancho de pulso). Constituyen 8  bits de salida PWM con la función analogWrite (). *Pin 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Estos pines son de apoyo a la comunicación SPI. *Pin 13. LED. Hay un LED conectado al pin digital 13. Cuando el pin es de alto valor, el LED está encendido, cuando el valor está bajo, es apagado.

Analog Inputs

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El Arduino posee 6 entradas analógicas, equetadas desde la A0 a A5, cada una de las cuales ofrecen 10 bits de resolución (es decir, 1024 estados). Por defecto, tenemos una tensión de 5V, pero podemos cambiar este rango ulizando el pin de AREF y ulizando la función analogReference(), donde le introducimos una señal externa de connua que la ulizara como referencia.

CONTROL ON-OFF

También llamados de «encendido/apagado» o «todo/nada», son los sistemas de control más básicos. Estos envían una señal de activación («sí», «encendido» o «1») cuando la señal de entrada es menor que un nivel de referencia (definido previamente), y desactivan la señal de salida («no», «apagado» o «0») cuando la señal de entrada es mayor que la señal de referencia. Los cont controlad roladores ores «sí/ «sí/no» no» son util utilizado izadoss en termo termostat statos os de aire acond acondicion icionado. ado. Esto Estoss acti activan van el aire frío («sí») cuando la temperatura es mayor que la de referencia (la de preferencia del usuario) y lo desactivan («no») cuando la temperatura ya es menor (o igual) que la de referencia.

Diagrama de bloques:

SENSOR 

5. LM35

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El sensor proporciona una señal analógica controlador, la cual representa el  punto actual  en  en el que se encuentra el proceso o sistema. La señal puede representar ese valor en tensión eléctrica, intensidad de corriente eléctrica o frecuencia. (ver imagen 2)  Imagen 2

6. Set point Utilizaremos un set set point porque es el valor deseado deseado o variable esencial esencial de un sistema. La señal que reciba, reciba, la compar comparaa con una señal señal intern internaa desead deseadaa y ajusta ajusta la salida salida del del dispos dispositi itivo vo para para mantener, tan cerca como sea posible, el equilibrio entre la temperatura medida y la temperatura deseada. 7. Propuesta

En la siguiente imagen podemos observar el esquematico del circuito que implementamos para el ventilador  IMAGEN DE LA CONEXIONES 8. Obje Objeti tivo voss gen gener eral ales es

El objetivo general del proyecto es que se introduzca en el cam campo po de la investigación y la elaboración de nuevos proyectos 9. Ob Obje jeti tivo voss espe es pecí cífi fico cossque sean útiles en una sociedad que busca un avance tecnológico.

Implementar un circuito en el cual se ponga en práctica los co conocimientos nocimientos adquiridos Calcular y verificar los datos teóricos con los datos experimentales. e xperimentales. Establecer la correcta calibración de las etapas del sistema de control. 10. Función de transfere transferencia ncia del del motor Las ecuaciones del modelo de arriba se pueden expresar en términos de la variable de Laplace. s ( Js + b ) = KI ( s )

(Ls+R)I(s)=V(s)-Ksθ ( s ) Llegamos a la siguiente función de transferencia en lazo abierto mediante la eliminación de  I   ( s ( s )  ) entre las dos ecuaciones anteriores, cuando se estime que la velocidad de rotación de la salida y el voltaje de la armadura se considera la entrada.

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 P ( s )=

˙

θ ( s) V  ( s )

=

 

K  2

( Js +b ) ( Ls + R ) + K 

11. Respue Respuesta sta del del lm35 lm35  Nuestra respuesta será lineal lineal mientras más temperatura; temperatura; tendremos más calor y mayor ventilación ventilación

12. Modelo matemático matemático del del proceso proceso Función de transferencia del sensor

13. Evidencias

 Nuestra Incubadora de pollitos maneja un rango de 20 °C ° C a 37°C: Vista superficial de la incubadora:

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Vista lateral:

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HACIENDO UNAS PRUEBAS

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Y esperamos que llegue a 38°C

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Cuando llega a 38 grados se acciona el ventilador y se prende el ventilador y veremos que la temperatura comenzara a disminuir

IMAGEN AQUI

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Conclusiones

El ventilador controlado por temperatura es un circuito fácil de hacer y de implementar, una buena opción  para poner en práctica en nuestros nuestros hogares Podemos ver que gracias a este proyecto al hacerlo a una escala mayor podemos ayudar bastan bastante te ya que a excesiva calor que hoy presentamos este proyecto seria esencial Finalmente, nos damos cuenta que somos capaces de crear productos que al comprarlos en el mercado nos costaría mucho dinero, y al créalos nosotros de una manera fácil economizamos, además de ganar practica en el campo de la electrónica, específicamente en el parte de control . 14. Recomendaciones 

De acuerdo a las conclusiones obtenidas y la confiabilidad de los datos, se recomienda evaluar las temperaturas en distintas zonas de país ya que varían y hacerle unos ajustes en esos caso.

Se recomienda incluir en el futuro factores de estudio sobre prototipos más avanzados, para determinar las cualidades de cada una al momento de elegir el modelo apropiado. 15. Esqu Esquem emáti ático co 

IMAGEN DEL ESQUEMATICO

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Diagrama de flujo SENSOR DE TEMPERATURA INICIO

0 Librerías LCD y TABLA están incluidas?

1 Configurar la Frecuencia de Reloj del Sistema a 2MHz

Seleccionar el Canal 0 del ADC

Habilitar ADC y Configurar Reloj a 125KHz

Iniciar conversión

Leer los valores de ADCL y ADCH y acumular los 8 bits en ADCsuma

0 Terminó la conversión?

1 Obtener una lectura promedio

Comparar lectura promedio con las temperaturas de la tabla

Obtener indice

Mostrar la temperatura en LCD

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16. Programa implementado implementado en PWM PWM IMAGEN DE PROGRAMA 17. Referencias bibliográficas     



http://www. academia.edu/80 http://www.academi a.edu/8041807/Desar 41807/Desarrollo_de_ rollo_de_una_Incub una_Incubadora_Aut adora_Automatizada omatizada https://es.slideshar https://es. slideshare.net/san e.net/santiagotoled tiagotoledo921/fabr o921/fabricacin-de icacin-de-incubad -incubadoras-deoras-de-pollos-ca pollos-caseras-1 seras-1 Corripio, Armando B. Tuning of industrial control systems. Instrument Society of America. 1990. Astrom, Karl J.; Hagglund, Tore. PID Tore.  PID controllers: controllers: theory, design, and tuning. tuning. Second edition. Instrument Society of America. 1995. [McMillan, Gregory K. Tuning and control loop performance: a practitioners’s guide. Third edition. Instrument Society of America. 1994.

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