Medidor de temperatura con pic16f877a y sensor lm35 con visualización en 7 segmentos y conexión RS232

Transcripción

1 Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de Electrotecnia y Computación Sistemas de Medición Elaborado por: Levi Dan Sandoval Leiva Carnet: Profesor: Ing. Álvaro Gaitán Tema: Medidor de temperatura con pic16f877a y sensor lm35 con visualización en 7 segmentos y conexión RS232

2 II-Resumen del Proyecto La medición de temperatura del ambiente por lo general es un asunto de los termómetros de mercurio, ya sea hospitales u/o afines, el problema con este método es su visualización, por ejemplo si quisiéramos ver la temperatura ambiente en un termómetro de mercurio en nuestro hogar hay que ir hasta donde el esta y observar detalladamente para lograr distinguir la temperatura medida. En este trabajo diseñaremos un termómetro digital el cual sea más fácil de visualizar en pantallas de LED de 7 segmentos. En el resto del documento vamos a describir el proceso de diseño de dicho termómetro, sus elementos y su forma de funcionamiento. Antecedentes En principio es importante mencionar que aquí en la UNI ha habido proyectos de curso que básicamente son el mismo, es decir la construcción de un termómetro digital, pero a diferencia de nuestro termómetro, estos fueron realizados con pantallas LCD LM016, donde el costo de estas pantallas es elevado y además su visualización en entornos muy iluminados es dificultosa. Justificación La principal razón por la cual hemos escogido la elaboración de un termómetro digital ha sido la manera en la que el costo de este puede disminuir implementando una manera de visualización de la temperatura mejor y más barata.

3 Objetivo General Diseñar un termómetro digital, usando un sensor de temperatura LM35, un PIC16877A y pantallas LED de 7 segmentos para la visualización. Objetivos Específicos Realizar la programación necesaria en el PIC para su correcto funcionamiento y correlación con las variables de entrada y salida. Realizar el esquema de diseño del circuito en PROTEUS y realizar las simulaciones necesarias para comprobar su correcto funcionamiento. Crear un PCB del circuito para su futura implementación. Plan de Trabajo Actividad #1 Hacer la programación para el microcontrolador y simular su funcionamiento en PROTEUS. Hacer la correcta programación del microcontrolador es fundamental para la realización de las demás actividades, usaremos el lenguaje de alto nivel CCS y el programa PICC como compilador, para comprobar su funcionalidad usaremos el programa PROTEUS en el cual simularemos como el PIC trabaja con los demás componentes del circuito electrónico. Actividad #2 Una vez realizada la actividad #1 sin inconvenientes y con los resultados esperados procederemos a: a) Programar el PIC 16f877A. b) Montar el circuito completo en una tabla de nodos, igualmente como está el diseño en las simulaciones realizadas anteriormente. Actividad #3 Al haber comprobado su correcto funcionamiento procederemos a hacer la tarjeta PCB para montar los componentes y finalizar el termómetro digital. En esta etapa, ya con todos los componentes conseguidos y necesarios para el termómetro, haremos la tarjeta del circuito, usando el software PCB WIZARD para el diseño de las pistas, filminas para la impresión de las pistas sobre la tarjeta de cobre y acido nítrico para la eliminar las partes de la tarjeta que no sean las pistas donde irán fijados todos los componentes.

4 Introducción La temperatura es una variable física de muchísima importancia en todas las partes del mundo, cada país, cada ciudad e incluso cada hogar debería en términos básicos y prácticos saber la temperatura del ambiente. Esta practicidad adquiere mayor relevancia cuando hablamos de actividades especificas ligadas al manejo intencionado de la temperatura en ambientes cerrados, por ejemplo oficinas de trabajo, hoteles, centros de entretenimiento, cines, etc. con aires acondicionados a determinada temperatura, se hace indispensable conocer la temperatura ambiente para garantizar que haya un ambiente cómodo y agradable para las personas dentro del lugar, o en otro caso podría servir para monitorear la temperatura a la que se almacenan productos en una bodega y asegurar su buen estado e integridad, etc.

5 Desarrollo Para entrar de lleno al diseño del termómetro definiremos las características de este y los elementos y/o componentes (valga la redundancia) necesarios para la realización del mismo. Características del termómetro digital Rango de temperatura medible (-55 a 100) grados Celsius. Entrada de voltaje de voltios a 60 herz. Voltaje DC de trabajo del circuito 5 Voltios. Conexión RS232 serie para pc. El sensor: Este elemento tiene la función de convertir la variable física en una variable eléctrica como voltaje o corriente. En nuestro caso la variable física que mediremos será temperatura, para ello usaremos el sensor lm35. Acondicionador: En este caso el acondicionamiento de la señal el sensor es simplemente para lograr obtener una medición de temperatura bajo cero ya que la salida máxima del sensor es de 5 voltios los cuales son totalmente manejables por el microcontrolador. Procesador de variable: Tiene la función de estimar las medidas finales adquiridas a través de la variable acondicionada mediante cálculos matemáticos, etc. y obtener una magnitud acertada de la variable física. Estos suelen ser circuitos o sistemas más complejos, que en la mayoría de los casos necesitan ser programados para tal función. En nuestro caso el procesador de variable será el microcontrolador, el cual calculara mediante ecuaciones previamente programadas el valor real de

6 temperatura y también tendrá la función de brindar las señales necesarias para las pantallas de siete segmentos y es el que servirá para la conexión RS232 con la PC. La programación del microcontrolador fue hecha en lenguaje CCS de alto nivel, a continuación el mismo: #include "16f877A.h" #DEVICE adc=10 // Convertidor-analógico digital del microcontrolador #include "MATH.H" #fuses XT,NOPROTECT,NOWDT // Directivas generales del pic #use delay (clock=4m) // Reloj a 4MHz #use rs232(baud=9600, xmit=pin_c6, rcv=pin_c7, bits=8, parity=n) // Conexion RS232 #use fast_io(a) #use fast_io(b) #use fast_io(c) #use fast_io(d) int32 vtemp, vd; int8 a, b, c; float temp; void prom(){ int8 prom; vd=0; vtemp=0; for(prom=0;prom<100;prom++){ set_adc_channel(1); delay_us(25); vd+=read_adc(); delay_us(25); set_adc_channel(0); //setear AN0 entrada delay_us(25); vtemp+=read_adc(); delay_us(25); vd=vd/100; vtemp=vtemp/100; void main(){ set_tris_b(0x00); // Todo el puerto B como salida set_tris_c(0x80); // Todo el puerto C como salida set_tris_d(0x00); // Todo el puerto D como salida set_tris_a(0xff); // entrada en el puerto A setup_adc_ports( ANALOG_RA3_REF ); // Todas las entradas análogas activadas

7 setup_adc(adc_clock_internal); output_b(0); output_c(0); output_d(0); // Reloj interno del conversor A/D delay_ms(100); while(true) { prom(); if(vtemp<vd){ vtemp=vd-vtemp; output_high(pin_b0); else{ vtemp=vtemp-vd; output_low(pin_b0); temp=((vtemp*1000.0*2.5)/(10.0*1023.0))-0.0; //2.5 es Vref+ ajustar en el circuito final //0.0 es corrección de offset, ajustar al ultimo vtemp=floor(temp*10.0); a=vtemp/100; b=vtemp/10-a*10; c=vtemp-a*100-b*10; output_c(a); c=c<<4; c=b+c; output_d(c); delay_ms(200); printf("temperatura= %fc\r", temp);

8 Esquema total del circuito RXD TXD C4 33pF X1 C5 33pF RTS CTS VOUT 3 U2 2 LM35 D1 1N4148 D2 1N4148 R2 1k R1 1k R3 10k R4 10k C1 100nF C2 100nF CRYSTAL U1 OSC1/CLKIN RB0/INT OSC2/CLKOUT RB1 RB2 RA0/AN0 RB3/PGM RA1/AN1 RB4 RA2/AN2/VREF-/CVREF RB5 RA3/AN3/VREF+ RB6/PGC RA4/T0CKI/C1OUT RB7/PGD RA5/AN4/SS/C2OUT RC0/T1OSO/T1CKI RE0/AN5/RD RC1/T1OSI/CCP2 RE1/AN6/WR RC2/CCP1 RE2/AN7/CS RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA MCLR/Vpp/THV RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7 PIC16F877A R6 1k R7 100 D3 LED-BLUE U3 13 A QA 12 B QB 11 C QC 10 D QD 9 BI/RBO QE 15 RBI QF 14 LT QG 74LS48 U A QA 1 12 B QB 2 11 C QC 6 10 D QD 4 9 BI/RBO QE 5 15 RBI QF 3 14 LT QG 74LS48 U5 7 A QA 1 B QB 2 C QC 6 D QD 4 BI/RBO QE 5 RBI QF 3 LT QG R8 100 R LS48 R5 10k C3 100nF R El circuito se alimenta en su totalidad por 5 voltios DC, cuando se enciende el LED indica que la temperatura medida está bajo 0 grados Celsius. Listado de componentes: 1 LM 35 1 MIROCONTROLADOR 16F877A 1 CRISTAL OSCILADOR DE 4MHZ 2 CAPACITORES CERAMICOS DE 33 PF 1 FUENTE DC DE 5V 3 DISPLAY DE 7 SEGMENTOS DE CÁTODO COMÚN 3 TTL 74LS48 (CODIFICADOR BCD A 7 SEGMENTOS) 2 DIODO 1N RESISTENCIAS DE 10 K 3 RESISTENCIAS DE 1K 4 RESISTENCIAS DE LED ROJO O AZUL 1 BOTÓN N/A (NORMALMENTE ABIERTO) 1 CABLE COM PARA LA CONEXIÓN SERIE

9 Detalle de los componentes LM35 El LM35 es un sensor de temperatura con una precisión calibrada de 1ºC. Su rango de medición abarca desde -55 C hasta 150 C. La salida es lineal y cada grado centígrado equivale a 10mV, por lo tanto: 150ºC = 1500mV -55ºC = -550mV1 Sus características más relevantes son: Está calibrado directamente en grados Celsius. La tensión de salida es proporcional a la temperatura. Tiene una precisión garantizada de 0.5 C a 25 C. Opera entre 4 y 30 voltios de alimentación. Baja impedancia de salida. Baja corriente de alimentación (60uA). Bajo coste. El microcontrolador Los PIC16F87X forman una subfamilia de microcontroladores PIC (Peripheral Interface Controller) de gama media de 8 bits, fabricados por Microchip Technology Inc.. Cuentan con memoria de programa de tipo EEPROM Flash mejorada, lo que permite programarlos fácilmente usando un dispositivo programador de PIC. Esta característica facilita sustancialmente el diseño de proyectos, minimizando el tiempo empleado en programar los microcontroladores (µc). Para nuestro proyecto usaremos el modelo 16F877A

10 74LS48 Este es un circuito integrado basado en tecnología TTL, este es un convertidoror de código BCD a 7 segmentos, y es necesario en nuestro caso para el uso de las pantallas led. Pantallas LED de 7 segmentos cátodo común Son pantallas a base de led las cuales muestran los números del 0 al 9 dependiendo de las señales de entrada, usaremos tres de estas una para decimales, una para la unidad y una para la decena.

11 Bibliografía Dataheet PIC16F877a, lm335, 74ls48. Compilador CCS y simulador proteus para Microcontroladores PIC- Eduardo García Breijo