Resumen— En el presente reporte se mostrara de una forma clara y entendible para personas con bajo conocimiento en el área de instrumentación, como realizar una práctica de un sensor de temperatura con circuito integrado, asimismo nos apoyaremos con material didáctico como son imágenes, códigos de programación y videos; con la finalidad de que dicho reporte en mención sea una guía o comúnmente como una receta, de la realización de la práctica de un sensor de temperatura con circuito integrado.
I. INTRODUCCIÓN
El presente documento es una guía de cómo se puede realizar un sensor de temperatura digital, donde se aprenderá paso por paso y con explicaciones claras que materiales son los que se utilizan. Un sensor de temperatura es un dispositivo que mide la temperatura en un lugar determinado, entregando una lectura fija completamente visual para el usuario debido a que es un sensor de temperatura digital.
II. PLANTEAMIENTODEL PROBLEMA
Realizar un sensor de temperatura digital con el cual se interprete claramente y de forma precisa la temperatura de un lugar u objeto que se mide.
III. MARCOTEÓRICO Circuito integrado LM35
Sensor de temperatura con una precisión calibrada de 1ºC. Puede medir
temperaturas en el rango que abarca desde -55º a + 150ºC. La salida es muy lineal y
cada grado centígrado equivale a 10 mV en la salida.
Figura 1. Circuito integrado LM35.
Microcontrolador (PIC 16f877A) Es un circuito integrado o chip que incluye en su interior las tres unidades funcionales de una computadora: CPU, Memoria y Unidades de E/S, es decir, se trata de una computadora completa en un solo circuito integrado programable y se destina a gobernar una sola tarea con el programa que reside en su memoria. Sus líneas de entrada/salida soportan el conexionado de los sensores y actuadores del dispositivo a controlar.
Figura 2. Pic PIC 16f877A
XTAL (cristal)
Dentro de la carcasa de metal es una pequeña pieza de cristal de cuarzo que se ha cortado con precisión en tamaño de
Prácticas de Instrumentación
Sensor de temperatura digital
Miguel Ceballos; Verónica López; Luis López; Ángel Mendoza; Martín Silva INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COLIMA
Departamento de Ingeniería Mecatrónica
modo que la pieza de cristal vibra a una frecuencia específica. El valor del cristal generalmente es de 4Mhz. o 10Mhz.
Figura 3. Cristal utilizado para la frecuencia de ejecución que utiliza el pic.
Capacitor cerámico
Los capacitores cerámicos son utilizados en circuitos resonantes, alta frecuencia y acoplamiento, dieléctricos de temperatura compensada, estabilidad dieléctrica y otras aplicaciones.
Figura 4. Capacitor cerámico utilizado para el buen funcionamiento del pic.
ADC (convertidor analógico-digital) El convertidor analógico-digital, ADC por sus siglas en inglés, la conversión analógico-digital consiste en transformar valores analógicos en digitales. Es el proceso inverso a la D/A. En este caso, a cada valor aplicado en la entrada del conversor le corresponde un valor digital de salida, dentro de los que puede generar el conversor.
Display LCD (16 x 2)
Las pantallas LCD están construidas en base a un material cuya polarización de la luz varía en presencia de un campo eléctrico denominado cristal liquido, este display funciona gracias a un circuito interno el cual hace que cuando el display se conecte al microcontrolador de forma correcta y por una serie de instrucciones,
en la pantalla muestre los caracteres que se quieren.
Figura 5. LCD (display) utilizado para la impresión de resultados.
PCWHD
Compilador C de la firma CCS (Custom Computer Services). Lenguaje de alto nivel que contiene las funciones y librerías necesarias para el diseño de cualquier aplicación basada en microcontroladores PIC: matemáticas, control de protocolos serie, I2C, etc. La versión PCWHD admite todos los dispositivos PIC de las gamas baja (12xxx), media (16xxx) y alta (18xxxx), con núcleos de 12, 14 y 16 bits respectivamente y los nuevos PIC24/dsPIC de 24 bits.
ISIS Proteus
El Programa ISIS, Intelligent Schematic Input System (Sistema de Enrutado de Esquemas Inteligente) permite diseñar el plano eléctrico del circuito que se desea realizar con componentes muy variados, desde simples resistencias, hasta alguno que otro microprocesador o microcontrolador, incluyendo fuentes de alimentación, generadores de señales y muchos otros componentes con prestaciones diferentes. Los diseños realizados en Isis pueden ser simulados en tiempo real, mediante el módulo VSM, asociado directamente con ISIS.
Figura 6. Programa simulador de circuitos electronicos.
Programador MINIPROG+
Es una herramienta de programación y depuración profesional para la familia de microcontroladores PIC. Con dicho programador se le graba al pic el programa creado y compilado en el programa de la figura 7.
Figura 7. Programador
PICKIT
Es una familia de programadores de microcontroladores PIC realizados por Microchip Technology. Se utilizan para programción y depuración de microcontroladores.
Figura 8. Programa para grabar el código al Microcontrolador.
Potenciómetro
Es una resistencia eléctrica de valor variable, su valor óhmico se regula normalmente por una ruleta que se desliza sobre una película de carbón o bien un arroyamiento de hilo progresivo, modificando así el valor de su resistencia eléctrica.
Figura 9. Potenciómetro utilizado en esta práctica.
Resistencia
Mayor o menor oposición que ofrecen los cuerpos conductores al paso de la corriente eléctrica, la unidad que mide la resistencia es el Ω, en la práctica se usará cierto número de resistencias las cuales se parecen a la de la Fig. 10, estas resistencias tienen 2 pines, no tienen polaridad y pueden tener un gran número de resistencia el cual es determinado por los colores de las franjas que tiene.
Figura 10. Resistencia
Protoboard
Tablero con orificios conectados eléctricamente entre sí, habitualmente siguiendo patrones de líneas, en el cual se Pueden insertar componentes electrónicos y cables para el armado y prototipado de circuitos electrónicos y sistemas similares.
Figura 11. Protoboard
IV. LISTA DE MATERIALES
1 PIC 16f877A
1 Resistencia de 10KΩ 1 Cristal de cuarzo de 4MHz 1 Resistencia de 330Ω 1 Potenciómetro de 5KΩ 1 Display LCD 16 x 2
2 Capacitores cerámicos de 22pF 1 Circuito integrado LM35
Cables para conectar en protoboard
1 MINIPROG+
1 Cable de USB A a USB B
1 Computadora con ISIS proteus, PICkit y PCWHD
1 Protoboard
V. DESARROLLO
Para realizar la práctica primeramente se deben tener todos los materiales a la mano, tanto la computadora con los 3 software necesarios y los materiales físicos.
Primer paso. Conexión del circuito en el software ISIS Proteus, con todos los componentes de dicho circuito.
Figura 12. Circuito del sensor de temperatura.
Segundo paso. Se identifica las variantes de la problemática, y para solucionarlas se crea un programa en el PCWHD (el
programa de este sensor se anexa al final de este archivo).
Tercer paso. Se le carga el programa al Microcontrolador del circuito conectado en ISIS Proteus, esto se lleva acabo dando doble clic y cargando el archivo .hex creado al compilar el programa. Se continúa realizando la simulación para cerciorarse de que el programa cumple con las especificaciones necesarias para satisfacer la problemática actual.
Figura 13. Simulación del circuito del sensor de temperatura.
Cuarto paso. Una vez que la simulación del sensor funciona como se desea que lo haga el circuito en físico, se le carga el programa al pic 16f8877A utilizando el programador MINIPROG+ y el software PICkit.
Nota. Se sigue cargando el programa con la extensión .hex
Quinto paso. Se procede a comenzar a conectar el circuito en la protoboard. Primeramente se conecta el pic 16f8877A, de ahí se le conectan los componentes necesarios:
- 1 resistencia de 10kΩ de la alimentación positiva al pin 1 del pic. El número de pin del pic se puede ver en la figura 15.
- 2 capacitores de 22pF conectados desde tierra, uno al pin 13 y el otro al pin 14 del pic.
- 1 Cristal de cuarzo de 4MHz conectado entre el pin 13 y el pin 14, cabe destacar que el cristal no posee polaridad.
- El pin 11 y 32 del pic se conectan a la alimentación positiva. El pin 12 y 31 se conectan a tierra.
Figura 14. Numeración de los pines del pic 16F877A según el datasheet.
Sexto paso. Conexión de la LCD al pic y un potenciómetro de 5kΩ según como se muestra en la figura 15. La fuente de voltaje que se muestra en dicha figura en forma de triángulo, es una conexión a la alimentación positiva de una de las terminales que está en un extremo del potenciómetro.
Nota. El potenciómetro de 5kΩ solo se utiliza para regular el contraste de la LCD
Figura 15. Conexión de la LCD.
Séptimo paso. Se conecta el circuito LM35 con la configuración mostrada en la figura 16, teniendo en cuenta la entrada de voltaje y tierra así como el pin central el cual es la Vout, esta se conecta al puerto del ADC como se muestra en la figura 13.
Figura 16. Configuración del LM35.
Octavo paso. Gracias a la gráfica que rige este circuito integrado el cual se observa en la figura 17, se crea una
ecuación para que por cada 100mV que tenga el pin Vout en la LCD se muestre la temperatura correspondiente ya sea que el pin Vout tenga un valor de 1V en el LCD muestre 100 volts.
Figura 17. Grafica de voltaje vs Temperatura.
Noveno paso. Se alimenta el circuito con 5V. Es importante checar que la fuente que alimenta al circuito no sobrepase los 5V porque quemaría el PIC.
Décimo paso. Probar que el programa que se realizó esté bien hecho y si de los valores que corresponde midiendo con un termómetro digital y comparando ambos resultados.
Conclusión. La problemática que surgió al realizar este sensor fue cuando se realizó la ecuación para poder acoplar el valor de voltaje con el valor del ADC que es el que entrega el PIC, además que se tuvo que acomodar la ecuación para que el valor se presentara en grados centígrados ya que si solo se convierte el valor de ADC a voltaje no daría un valor correcto.
I. ANEXO 1. SIMULACION EN EL PROGRAMA ISIS PROTEUS
Figura 18. Circuito del sensor de temperatura con circuito integrado.
II. ANEXO 2. DESARRO DEL PROGRAMA EN PCWHD
#include <16f877a.h> // Librería del pic #device adc=10 // Librería del ADC
#fuses XT,NOWDT // Librería “PERRO GUARDIAN” #use delay(clock=4000000) // Declaración del valor del cristal #include <lcd.c> // Librería de la LCD
#use standard_io(B) // Activación del Puerto B
float x; //Declaración de variable para obtención del valor ADC float temp; //Declaración de variable float para el valor de temperatura
void main() {
setup_adc_ports(AN0); // Activación de ADC
setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL); // Activación del reloj interno del ADC
while(1) // Inicio del ciclo “MIENTRAS”
{
lcd_init(); //Iniciación del LCD
x=read_adc(); // Almacenamiento en variable x del valor obtenido en el ADC printf(lcd_putc,"\fADC = %1.2f",x); //Impresión del valor del ADC temp=(x*500.0)/1024; //conversión a temperatura en grados centígrados lcd_gotoxy (1,2); //situar el cursor del LCD en el segundo renglón
printf(lcd_putc,"%f",temp); //impresión del valor de temperatura en gradoscentígrados delay_ms(300); // Retardo de 300 milisegundos
} }
