termometro digital

Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá
TERMOMETRO ELECTRONICO DIGITAL
Electronic Digital Thermometer
Jorge Luis Ruiz Bernal, jolruizbe@unal.edu.co, G11N39jorge
Leonardo Santana, lasantanap@unal.edu.co,G11N40leonardo
ABSTRACT
A thermometer is a device used for measuring temperature, the invention of the thermometer can
be attributed to Galileo Galilei, who formulated a device much like a mercury thermometer in the
sixteenth century. The following document specifies the design and construction of a digital
electronic thermometer, to be called digital thermometer must use a thermistor for temperature
measurement, a micro controller for converting analog signals to digital and a display or screen for
displaying the readings of the thermistor.
RESUMEN
Un termómetro es un dispositivo utilizado para la medición de la temperatura, la invención del
termómetro se le puede atribuir a Galileo Galilei, quien formulo un artefacto muy parecido a un
termómetro de mercurio en el siglo XVI. En el siguiente documento se especifica el diseño y la
construcción de un termómetro electrónico digital, para que sea llamado termómetro digital debe
utilizar un termistor para medir la temperatura, un micro controlador para convertir las señales de
análogas a digitales y un display o pantalla para visualizar las lecturas del termistor.
extremo abierto se sumergía en una mezcla
de alcohol y agua, al calentar el líquido este
subía por el tubo de vidrio.
INTRODUCCION
El termómetro es un dispositivo de medición
de temperatura, etimológicamente hablando
la palabra termómetro viene del griego termo
que significa caliente y metro que significa
medir. Desde su invención el termómetro ha
evolucionado de forma continua hasta los
termómetros modernos que son electrónicos
y utilizan sensores muy sensibles capaces de
dar resultados con un grado de precisión muy
alto. Los primeros termómetros funcionaban
aprovechando la dilatación térmica que
sufren los materiales al cambiar su
temperatura. Para el propósito de fabricar
estos termómetros se utilizaban materiales
con un elevado coeficiente de dilatación, de
modo tal que al cambiar su temperatura fuera
fácilmente apreciable el cambio en su
longitud permitiendo una lectura fácil por
parte del usuario, principalmente se utilizo el
mercurio encerrado en un tubo de vidrio el
cual estaba marcado con una escala
graduada. El primer dispositivo que se puede
considerar como un termómetro fue creado
por Galileo Galilei, este consistía de un tubo
de vidrio terminado en una esfera cerrada, el
MARCO TEORICO
Clases de termómetros
•
•
1
Termómetro de mercurio: es un tubo de
vidrio sellado en cuyo interior se
encuentra mercurio, el volumen del
mercurio cambia con la temperatura de
manera uniforme.
Pirómetros: este tipo de termómetro se
utiliza para medir altas temperaturas se
encuentran más que todo en las
fundiciones, fábricas de vidrios, hornos
para cocción de cerámica, etc. Existen de
varios tipos, según su principio de
funcionamiento: pirómetro óptico, utiliza
la ley de Wien de la radiación térmica la
cual establece que el colora de la
radiación varía de acuerdo a la
temperatura. Pirómetro de radiación total,
utiliza la ley de Stefan Boltazman el cual
establece que la energía emitida por un
cuerpo negro es proporcional a la cuarta
potencia de su temperatura absoluta.
Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá
•
•
•
•
•
Pirómetros infrarrojos captan la radiación
infrarroja, filtrada por un lente, mediante
un sensor foto resistivo. Pirómetro
fotoeléctrico,
emplea
el
efecto
fotoeléctrico, fenómeno por el cual se
liberan electrones de una superficie
cuando sobre ella incide una radiación
térmica.
Termómetro de lámina bimetálica:
consiste de dos láminas metálicas con
coeficientes de dilatación muy diferentes
y enrolladlos, dejando el de coeficiente
más alto en el interior.
Termómetros a gas: son muy exactos,
sirven para calibrar otros termómetros,
pueden ser de dos clases de presión
constante o de volumen constante.
Termopar: también llamado termocupla
este tipo de termómetro funciona
utilizando la fuerza electromotriz que se
genera al calentar la soldadura de dos
metales.
Termistor: es un dispositivo que puede
variar su resistencia eléctrica en función
de la temperatura, un ejemplo de
termistor es el LM35.
Termómetros digitales: esta clase de
termómetro utiliza circuitos integrados
para convertir en números o datos las
variaciones de tensión de termistores
como los mencionados anteriormente,
mostrando finalmente la temperatura en
un visualizador.
digital, tiene que funcionar utilizando una
señal digital, y no con una señal análoga
como lo es el caso de la señal que emite el
sensor, necesitamos un dispositivo que sea
capaz de convertir esta señal análoga a
digital y este es el caso de un
microcontrolador llamado PIN, este es un
dispositivo muy útil que es capaz de
transformar cualquier tipo de señal análoga
que reciba, “depende de cómo sea
configurado” y transformarla en una señal
digital, y ¿para que se transforma en una
señal digital?, resulta que la señal digital es
mas versátil y permite un trabajo mas fácil en
la electrónica, pues por dar un ejemplo para
nuestro caso, esta señal digital hade posible
que las variaciones de temperatura que son
percibidas por el sensor, se puedan ver en
forma de números y letras a través de un
display o una pantalla LCD o de LED, esto
también seria posible utilizando una señal
análoga, pero seria mas engorroso y haría
falta utilizar mas elementos para construir el
circuito.
Los
tres
componentes
anteriormente
mencionados son los más importantes de
nuestro montaje, existen otros elementos de
pero los principales son:
•
DESARROLLO DEL TEMA
Nuestro trabajo está orientado a construir
esta última clase de termómetro, para cumplir
con dicho fin haremos una descripción de sus
principios básicos de su funcionamiento y de
cada uno de los componentes de los cuales
está conformado, anteriormente ya se había
dicho una breve descripción de este
instrumento, ahora se profundizara un poco
más en el tema; como ya lo habíamos
mencionado antes un termómetro digital
trabaja utilizando algún tipo de sensor
sensible a la temperatura, para nuestro caso
este sensor es el LM35, es un termistor, o
sea que es un dispositivo que puede variar
su resistencia eléctrica en función a la
temperatura a la que es sometido, para que
nuestro termómetro pueda clasificarse como
2
ML35: es un sensor de temperatura
integrado de precisión, cuya tensión de
salida es linealmente dependiente de la
temperatura en grados centígrados. El
LM35 no requiere ningún tipo de
calibración externa o ajuste para
proporcionar una precisión ± 1,4 0C a
temperatura ambiente y de ± 3.4 0C a lo
largo del rango de uso de temperaturas
que es de -55 a 150 0C. este dispositivo
es calibrado durante el proceso de
producción. Este dispositivo presenta
muchas ventajas, su salida lineal, su
precisa calibración inherente de fábrica y
su baja impedancia, hacen posible la
creación de circuitos relativamente
simples con este dispositivo.
Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá
•
PIC 16F877A: es un micro
controlador programable, aunque
puede desempeñar muchas funciones
nos centraremos en su función de
conversor de analógico a digital, en
general los PIC son una familia de
micro controladores de tipo RISC
fabricados por MIcroship tecnology
inc, en términos mucho mas sencillo
de entender un PIC es un circuito
integrado programable por medio de
una PC.
Imagen 1 (sensor ML35)











•
Características del ML35
Calibrado directamente en grados
centígrados.
Factor de escala lineal de +10mV/0C.
0,5 0C de precisión a 250C.
Rango de trabajo -550 C a +1550C
Apropiado para aplicaciones remotas.
Bajo costo.
Funciona con alimentación de entre
4V y 30V.
Menos de 60µA de consumo.
Bajo auto-calentamiento (0,080C en
aire estático).
Baja impedancia de salida, 0,1W para
cargas de 1mA.
Cristal de 4MHz: un cristal de cuarzo
montado sobre un circuito electrónico,
actúa como un circuito resonante,
sintonizando
a
una
frecuencia
determinada que es la misma de la del
cristal, la función específica que
desempeña este cristal en nuestro
circuito es estabilizar la señal, para
facilitar su lectura.
Imagen 2 (PIC16F877)
A continuación se mostraran las
características más relevantes de este
dispositivo:
 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 14 bits; 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.
 Frecuencia máxima 20MHz.
 Posiciones RAM de datos 368.
 Posiciones EEPROM de datos 256.
 Numero de pines 40.
 Interruptores 14.
 Timers 3.
 Módulos CCP 2.
 Puertos E/S A,B,C,D.
Imagen 5 (cristal de cuarzo)
Principales características:


Frecuencia de oscilación 4MHz.
Tipo, de cuarzo con encapsulado
metálico.
3
Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá
•
 Juego de instrucciones 35.
 Longitud de instrucción 14bits.
LCD de 16x2, YB1602A: pantalla de
cristal liquido que cuanta con 16
conexiones o pines, es una pantalla
delgada y plana, que utiliza la
polarización de la luz y la propiedad de
algunas moléculas de comportarse como
dipolos eléctricos. Dichas moléculas tiene
forma alargada, son alineadas entre si y
colocadas entre dos electrodos, al haber
un potencial entre ambos electrodos se
genera un campo eléctrico entre las
placas, provocando un retorcimiento de
las moléculas cambiando su orientación.
Imagen 5 (diagrama del circuito)
COMPONENTES DEL CIRCUITO












Imagen 3 (LCD YB1602A)
1 pulsador.
2 condensadores de 15pF.
1 condensador de 100µF.
1 potenciómetro de 1kΩ.
1 diodo IN4148.
1 cristal de 4MHz.
1 pantalla de Cristal liquido YB1602A.
1 protoboard.
1 microcontrolador PIC16F977A.
1 sensor ML35.
1 Resistencia de 100Ω.
1 resistencia de 10kΩ.
El circuito esta alimentado con una fuente de
5V DC, preferiblemente debe ser usarse una
fuente variable, un adaptador de corriente no
es recomendable, porque es posible de que
dañe el PIC, la siguiente fotografía muestra
algunos componentes del circuito.
Sus características básicas son:
 Numero de Caracteres
16 x 2
líneas (62x18mm).
 Tamaño: 84x44x14mm.
 Voltaje backlight: 5V DC.
 Color backlight: Azul / Verde.
MONTAJE DEL CIRCUITO
Antes de montar el circuito sobre una
protoboard, hicimos una simulación del
mismo en el programa PROTEUS ISIS 7.6,
se utilizo un programador de PICS USB. Un
diagrama del se muestra en la siguiente
ilustración.
Imagen 6 (componentes del circuito)
En la siguiente fotografía se muestra circuito
ya montado sobre la protoboard y
funcionando.
4
Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá
Imagen 7 (circuito del termómetro funcionado)
CONCLUSIONES
La utilización de un micro controlador facilito
mucho el montaje del circuito, si hubiéramos
utilizado el circuito de una forma análoga,
hubiera necesitado mas componentes y
tendrá que haber utilizado una fuente de
alimentación mayor, es importante resaltar el
hecho de que se presentaron muchos
problemas al utilizar un adaptador de
corriente de 5V DC para alimentar el circuito,
por utilizar este adaptador se quemaron
varias PIC, fue necesario utilizar una fuente
variable de 30V DC, del tipo que se usa en
los laboratorios.
BIBILOGRAFIA
http://es.wikipedia.org/wiki/LM35.
https://www.national.com/ds/LM/LM35.pdf.
A02-A03 - Conversor AD del PIC16F877.
5