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.