====== Termômetro ====== {{ :lucianolettnin.jpg?100|Luciano Lettnin}} * Autor: **Luciano Lettnin** * Email: **luciano12.rs at gmail.com** * Curso: **[[http://www.ucpel.tche.br/portal/?secao=cursos&tipo=1&id=78 | Engenharia Eletrônica]]** * Data: **Julho de 2013** ===== Informações Técnicas ===== * Sensor Base: * [[sensor-temperatura-lm35 | LM35]] - Sensor de Temperatura * Datasheet: [[http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm35.pdf]] * Principio de funcionamento: * O LM35 é um sensor de temperatura de precisão, cujo sinal de saída (em tensão) é linearmente proporcional à temperatura. A vantagem do LM35 é que é um circuito integrado de baixo custo e com baixa impedância de saída e que não necessita calibração externa. A resposta do LM35 é em tensão e é de 10mV/ºC. * Características do CI LM35: - Calibrado diretamente em graus Celsius (ºC); - Linear 10,0 mV / °C (fator de escala); - Precisão de 0,5°C  (a 25 °C); - Faixa de Operação de -55°C até 150 °C; - Apropriado para aplicações remotas; - Baixo custo; - Não necessita de calibração no circuito; - Alimentação de 4V a 30V; - Corrente de dreno menor que 60 µA; - Baixo auto-aquecimento, 0,08 °C em ar ambiente; - Baixa impedância de saída (0,1 Ohm por 1 mA de carga). * Diagrama esquemático: * {{:esquematico.png?200|}} * fonte (editor utilizado) * Este circuito foi projetado utilizando o Eagle na versão 6.4.0. * {{:termometro.zip|}} * Comportamento: - Para este instrumento, o sinal em tensão do LM35 será amplificado para que possamos melhorar o desempenho do circuito, pois a tensão de saída máxima do LM35 é 1.5V, isso para 150°C, porém, o PIC permite um sinal de entrada de até 5V, então devemos amplificar o sinal para melhorar a precisão. - O ganho do amplificador deve ser VS/VE (VS=tensão de saída e VE=tensão de entrada), ou seja: - AV= 5V/1,5V - AV= 3,33. * Dimensionando os resistores do amplificador: - Como a configuração da etapa amplificadora é não inversora, a equação é: - AV = 1+(R2/R1) (esta denominação dos componentes está associada ao esquemático acima) - 3,3 = 1+(R2/1000) (resistor de 1 KΩ escolhido aleatoriamente) - R2 = 2333 KΩ - Como este valor encontrado não é um valor comercial, usaremos um resistor de 2k2Ω que nos proporcionará uma tensão de saída máxima de 4,8V. - Com os valores definidos, o novo ganho ficará: - AV = 1+(2200/1000) - AV = 1+2,2 - AV = 3,2. - Para proteger a entrada do conversor A/D de tensões maiores de 5 volts, pois o circuito de amplificação neste caso é alimentado com 7 Volts, a saída do amplificador operacional possui um diodo ligado a 5 volts. Com isto, garantimos que não haverá tensão maior que 5 volts na entrada do conversor. Uma possível saturação da saída do amplificador operacional já poderia danificar a entrada do conversor A/D. Com esta proteção, evitamos uma possível queima do CI LM324 (amplificador operacional). * Comportamento na Prática: * O circuito acima demonstrado foi montado primeiramente em pront-board para testes e o resultado pode ser observado na foto abaixo: * {{:dsc03806.jpg?200|}} * Nesta imagem com os dois multímetros, o da esquerda está medindo a saída do LM35 e o da direita está medindo a saída da tensão após a etapa de amplificação, ou seja, na saída do amplificador operacional. Como podemos observar, o valor lido na saída do LM35 é de 0,2286V que corresponde a 22,8ºC conforme a relação de linearidade (10mV/ºC). O Valor lido na saída amplificada é de 0,7208V. Este valor é 3,15 vezes o valor da entrada, portanto, o circuito de amplificação está funcionando conforme projetado. * {{:dsc03810.jpg?200|}} * Mais uma imagem para ilustrar o funcionamento do circuito. Novamente o sinal amplificado é 3,15 vezes do valor da entrada. Com isto, podemos comprovar que o circuito funciona tanto em valores de temperatura ambiente como em valores mais altos de temperatura e demonstra que a amplificação também mantém-se constante. * Os multímetros utilizados para estas medições, são calibrados. * Máscara para confecção da placa: * {{:termometro_mascara.pdf|}} * Para poder confeccionar a placa, foi gerado a máscara pelo software Eagle, conforme o documento acima. * Placa montada: * Após a placa devidamente corroída, a mesma foi montada conforme o esquemático apresentado anteriormente. * Na foto abaixo, podemos observar a placa montada. * {{:dsc03905.jpg?200|}} * Software Customizado: * Para poder monitorar e plotar o valor da temperatura, foi desenvolvido um software customizado na plataforma do Borland Builder 6.0. Este software, faz a leitura do valor da porta serial e faz o tratamento necessário para converter este valor em temperatura. Para poder ler este valor do sensor, está sendo utilizado a placa de aquisição CD2000. Na tela abaixo, apresento uma tela que foi capturada no monitoramento do sensor. * {{:100aquisicoes.png?200|}} * Validação: * Afim de validar o valor de temperatura apresentado pelo software, foi realizado um print da tela no mesmo instante em que foi registrado uma foto contendo um multímetro com um termo-higrômetro. O multímetro está medindo a resposta em tensão do valor de temperatura diretamente no pino do CI LM35 e o termo-higrõmetro está medindo a temperatura ambiente. * Para fins de comparação: * Foto do multímetro lendo o valor direto no LM35 e de um Termo-Higrômetro; * {{:dsc03917.jpg?200|}} * Tela do software no mesmo momento da foto anterior; * {{:validacao.png?200|}} * Nas fotos, é possível observar que há uma diferença entre as medições do multímetro, do termo-higrômetro e do valor apresentado pelo software customizado. Esta diferença é perfeitamente aceitável, visto que, a precisão de resposta do CI LM35 é de 0,5ºC e também há a questão da tolerância dos componentes utilizados na placa de circuito impresso (2%) e também da placa de aquisição de dados (5%). Estas tolerâncias interferem diretamente nestes valores. * Relatório Final (pdf): * O relatório final apresentando o instrumento desenvolvido pode ser acessado neste link: {{:termometro_digital_-_relatorio_final.pdf|}} * Apresentação Final do Instrumento Desenvolvido: * {{:termometro_digital_apresentacao.pdf| Slides da Apresentação}} * {{http://olaria.ucpel.tche.br/ie2013/apresentacoes/Audio-Apresentacao-LucianoLettnin.mp3| Áudio da apresentação}} * Software Customizado: * Neste link {{:coletadaq_proj.zip|}} você encontra o arquivo executável do software customizado.