PF_sensor de temperatura

Sensor de Temperatura
Bernal A .a, Cortes L .b, Suárez C .c, Yepes J d, Zorro D .e,
Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional, Bogotá, COL
Martes, 19 de junio del 2012
Resumen El presente proyecto surge como una necesidad de aplicar los conceptos aprendidos
en la materia de Electricidad y Magnetismo, así mismo busca que el estudiantado puede
desarrollar la capacidad de aplicar este proyecto a otras aéreas de la ingeniería para su vida
profesional. Este propósito surge como propuesta del director de curso Jaime Villalobos, el que
también acompaña el proceso de realización. El objetivo principal es crear un dispositivo que mida
de forma correcta la temperatura, y que al mismo tiempo se pueda llevar a cabo en cualquier parte
para poderlos difundir, y de esta manera crear una red de medidores de temperatura.
Introducción
La vida diaria de hombre desde sus inicios se ha visto afectada por los diferentes fenómenos
naturales; lluvias, sequias, fuertes vientos, altura, temperatura y demás,… todo esto es capaz de
determinar el desarrollo de las sociedades, y sus futuras proyecciones. es por ello de vital
importancia cuantificar, analizar y establecer una base de datos de dichos fenómenos que le
permita al hombre un mejor adelanto en sus actividades. Este proceso de medición se debe
realizar con la mayor precisión posible, a demás debe tener la capacidad de que los valores
obtenidos se puedan difundir.
Para este proyecto se desarrollo específicamente un modelo con fundamentaciones en electricidad
y magnetismo, el cual permite la medición de la temperatura en las diferentes escalas de medición
que el hombre ya ha establecido, otro elemento que compone este proyecto es que los datos se
irán guardando, y se proyectaran por medio de una grafica.
Objetivos
Objetivo General:
Construir un dispositivo idóneo capaz de medir la temperatura ambiente en un sitio determinado,
mediante el uso de conceptos de resistencia………
Objetivos Específicos:

Analizar las variaciones de temperatura relacionadas con los cambios del
campo eléctrico.

Desarrollar un proyecto de investigación que permita integrar todas las
disciplinas fundamentales de las ingenierías.

Relacionar la metrología con los datos adquiridos por medio del dispositivo.
Marco Teórico

La Temperatura: es una magnitud referida a las nociones de calor o frío, se entiende que
un objeto más "caliente" tendrá una mayor temperatura. En un concepto más apropiado
científicamente, la temperatura es una magnitud escalar relacionada con la energía interna
de un sistema termodinámico. Esta energía está asociada a los movimientos de las
partículas del sistema, sea de tipo; traslacional, rotacional, o vibracional. A medida que es
mayor la energía interna de un sistema se observa que está más "caliente" por ende su
temperatura es mayor.
En el desarrollo de técnicas que midan la temperatura se ha dado un proceso histórico
arduo y extensivo, debido a la necesidad de relacionar la idea intuitiva de calor y frio, con
un valor numérico, se han propuesto diferentes escalas de medición de la temperatura.
Tabla N° 1
Relación de las escalas de medición
Kelvin
Grado Celsius
Grado Fahrenheit
Rankine
Kelvin
Grado Celsius
Grado
Fahrenheit
Rankine
Tomado de:
Aspectos Experimentales
Materiales

Arduino Uno
El Uno Arduino es una placa electrónica basada en el ATmega328. Cuenta con 14
entradas digitales / salidas (de los cuales 6 pueden ser utilizados como salidas PWM),
6 entradas analógicas, un oscilador de cristal de 16 MHz, una conexión USB, un
conector de alimentación, una cabecera ICSP, y un botón de reinicio. Contiene todo lo
necesario para apoyar la micro, basta con conectarlo a un ordenador con un cable
USB o el poder con un adaptador AC-DC o batería para empezar.
Imagen 2. Placa Arduino
“Uno” significa uno en italiano y se llama con motivo de la próxima versión de
Arduino 1.0. El Uno y la versión 1.0 será la versión de referencia de Arduino, de
seguir adelante. El Uno es el último de una serie de USB de la placa Arduino, y el
modelo de referencia para la plataforma Arduino, una comparación con las
versiones anteriores.
Tabla N° 2
Características de Placa Arduino Uno
Microcontrolador
ATmega328
Voltaje de operación
5V
Voltaje de Entrada (recomendado)
7-12V
Voltaje de Entrada (límites)
6-20V
Digital pines I / O
14 (6 de las cuales
proporcionan una
salida PWM)
Pines de entrada analógica
6
Corriente DC por I / O Pin
40 mA
Corriente continua de 3,3 V Pin
50 mA
Memoria Flash
32 KB ( ATmega328 )
de los cuales 0,5 KB
utilizado por gestor de
arranque
SRAM
2 KB ( ATmega328 )
EEPROM
1 KB ( ATmega328 )
Velocidad de reloj
16 MHz

Sensor de voltaje LM35
Este sensor tiene una salida de 10 mV por cada grado centígrado con un
comportamiento muy lineal. El rango de trabajo de este sensor va de -55 ºC a +150
ºC.
Este sensor de voltaje es más sencillo de implementar que la NTC en cuanto a
software debido a su respuesta lineal, pero antes de llegar a crear el programa, se
debe conectar el sensor que es donde puede dar más problemas.

Factor
de
escala
:
10mV/ºC
( garantizado entre 9,8 y 10,2mV/ºC)

Rango de utilización : -55ºC < T <
150ºC

Precisión de : ~1,5ºC

No linealidad : ~0,5ºC
Su tensión de salida es proporcional ala 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 ±0.25 ºC 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 autocalentamiento
reducido, menos de 0.1 ºC en situación de aire estacionario.

Computador
Para ejecutar la aplicación se necesita un PC con un sistema operativo Windows con
el .Net Framework 4 instalado, este se puede conseguir desde la siguiente pagina:
http://www.microsoft.com/en-us/download/details.aspx?id=17718

Cable USB tipo AB
Este es un cable común tipo A/B macho. Compatible con las
tarjetas USB que requieran este tipo de conector. Se pueden
conseguir en color blanco y negro y su dimensión es de 1,6 m.
Procedimiento
1. Construcción del sensor:
El sensor consta de una placa Arduino UNO y 3 sensores LM35. Los tres sensores están
colocados sobre una placa de circuitos universales conocida como baquela y están
conectados a la placa Arduino de la siguiente forma:





Las entradas Vcc de los sensores conectados al pin de 3.3V de la placa.
Las salidas GND de los sensores conectados al pin GND de la placa.
El pin de 3.3V de la placa conectado al pin AREF de la entrada digital de la placa.
Las salidas Vout de los sensores conectados a los pines 0, 1 y 2 de la entrada
analógica de la placa.
Cable USB para conectar la placa con el PC.
2. Construcción del software:
Para la construcción del software que nos va a mostrar las lecturas proporcionadas por los
sensores necesitamos las siguientes herramientas:
i.
Controladores de la placa Arduino para poder utilizarla desde el PC y el entorno de
desarrollo para poder programarla. Estas dos herramientas las podemos conseguir
en la siguiente dirección: http://arduino.googlecode.com/files/arduino-1.0.1windows.zip
ii.
Microsoft Visual Studio 2010 para programar la aplicación que nos va a mostrar los
datos.
Luego de obtenidas las herramientas procedemos a la construcción de la aplicación
siguiendo los siguientes pasos:
1) Conectamos la placa al PC por medio del cable USB.
2) Instalamos los controladores de la placa en el PC. Para obtener información mas
detallada sobre como instalar los controladores por favor visitar la siguiente pagina
(Ingles): http://arduino.cc/it/Guide/Windows
3) Cargamos el programa creado a través del software Arduino dentro de la placa. El
código fuente del programa se encuentra en el anexo A.
4) Creamos la aplicación que nos va a mostrar toda la información obtenida a través
del Arduino. Esta aplicación esta desarrollada sobre el lenguaje C# por medio del
entorno de desarrollo Visual Studio 2010 de Microsoft para poder tener acceso a
los puertos de comunicación serial del PC.
La aplicación consta de tres paneles:

El primero para la selección de la escala de temperatura, donde podemos
elegir si queremos ver la información en grados Kelvin, Fahrenheit,
Rankine o Celsius

El
segundo para mostrar las lecturas de temperatura para la ciudad de
Bogotá obtenidas a través de internet por medio de la Weather API de
Google, muestra la temperatura máxima, la temperatura mínima y la
temperatura promedio en la ciudad para el día en curso según el
pronostico del clima.

El último se muestran las últimas 30 lecturas del sensor en una grafica
donde también se pueden ver la temperatura máxima y mínima del
pronóstico del clima.
La
aplicación
se
encuentra
disponible
https://www.dropbox.com/s/uzzxxl613oehcfi/Arduino.exe
en
la
siguiente
página:
RECOMENDACIONES:

El Arduino debe quedar instalado en el puerto “COM3” del PC para que la aplicación
funcione.
Aplicaciones

En la ingenieria quimica, los sensores son utilizados para el control de variables como
temperatura, presion, humedad, caudal, etc de los diferentes equipos
(intercambiadores de calor, valvulas, compresores, mezcladores, etc.) en el proceso
quimico de una planta.

En la ingenieria de sistemas los sensores termicos son utilizados principalmente en los
datacenters para controlar las temperaturas del recinto y asi evitar
sobrecalentamientos de los servidores para que tengan un optimo rendimiento y un
optimo consumo de energia.

En la Agricultura la temperatura determina directamente calidad y el éxito de una
producción. Con el desarrollo del sensor de temperatura propuesto, se pueden
correlacionar otros elementos que afecten el cultivo, de esta forma se generara un
mecanismos de control y análisis que permite una optimización en los procesos
agrarios. Es el caso de los siguientes elementos:
o
Determinar el cultivo: A partir del sensor de temperatura, sería viable tener
un promedio meteorológico de la zona de producción, siendo este un factor
importante en la elección del cultivo. Ya que no todos se dan en las mismas
condiciones.
o
Activación de sistemas de riego: Los sistemas de riego son importantes en
la actualidad, porque permiten generar ambientes controlados para los cultivos,
siendo activados en las horas o en los momentos donde el sensor de
temperatura detecte cambios importantes que afecten las condiciones ideales
de la producción.
o
Control de plagas: El clima determina las plagas que puedan afectar el
cultivo, teniendo un sensor de temperatura sabremos a que plagas el cultivo
será más vulnerable y tendremos un objetivo claro a atacar.
Conclusiones

El desarrollo de programas de investigación llegan a ser valiosos no sólo por su
contenido sino por ser mediáticos, una forma de hacerlo es logrando la vinculación
de población que necesite un acercamiento más profunda lo que es realizar una
investigación para su integro desarrollo académico.

El desarrollo del sensor de temperatura resulta un proyecto interesante por el
grado de dificultad que este requiere y las grandes aplicaciones que este puede
presentar, sin mencionar que el sistema implementado es posible agregar
cualquier otro tipo de sensor de cualquier otro factor físico, lo cual resulta muy
práctico.
Bibliografía
[1] Serway, R. A. (s.f). Electricidad y Magnetismo 3ra edición. México: Mc Graw-Hill.
[2] Mosca, T. (2003). Física para la Ciencia y la Tecnología Vol.2 Electricidad y
Magnetismo. Barcelona, España: Reverté.
[3] AJBDsoft. ( 2012). AJBDsoft. Recuperado el 9 de Enero del 2012, de
http://www.ajpdsoft.com/modules.php?name=News&file=article&sid=572
[4] Cuartielles, D. (24 de 09 de 2011). ARDUINO. Recuperado el 10 de Enero de 2012, de
http://arduino.cc/en/Main/Software
[5] Cuartielles, D. (24 de 09 de 2011). ARDUINO. Recuperado el 10 de Enero de 2012,
de http://arduino.cc/en/Guide/HomePage