0400000239.pdf

UNIVERSIDAD TECNOLGICA DE QUERTARO

VOLUNTAD. CONOCIMIENTO. SERVICIO

CARRERA DE MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

REPORTE FINAL DE ESTADA PARA OBTENER EL TTULO DE TCNICO

SUPERIOR UNIVERSITARIO EN MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

TTULO DEL PROYECTO:

CONSTRUCCIN DE UN SISTEMA MEDIDOR DE TEMPERATURA PARA

UN HORNO SOLAR UTILIZANDO UNA PC

EMPRESA: CICATA-IPN UNIDAD QUERTARO

PRESENTA: ALBERTO DORANTES BAEZA

ASESOR DE LA EMPRESA: DR. EDUARDO MORALES SNCHEZ

ASESOR DE LA UTEQ: ING. FELIPE PATIO JIMNEZ

SANTIAGO DE QUERTARO, QRO. ENERO DE 2007

DEDICATORIAS

Con mucha estimacin por todo su apoyo y confianza le dedico este trabajo a mi familia

y en especial a mis padres Paula Baeza Estrada y Jos Antonio Castro Mendoza

AGRADECIMIENTOS

Primero que nada gracias a Dios por esta oportunidad de logras el termino de esta carera.

Les agradezco a todos los profesores de la carera de Mantenimiento por proporcionarme

los conocimientos necesarios para alcanzar esta meta.

A mi asesor de la empresa al Dr. Eduardo Morales Snchez le agradezco su paciencia para conmigo y compartir sus conocimientos.

Les agradezco a mis padres todo lo que me proporcionaron para poder ser la persona que

ellos esperan que sea.

No me que dan palabras para expresar a todas las personas que hicieron realidad esto que decirles MUCHAS GRACIAS

NDICE

INTRODUCCIN. 1

CAPTULO I LA EMPRESA. 3

1.1 CICATA IPN QUERTARO. 4

1.2 GIRO... 4

1.3 UBICACIN.. 5

1.4 MISIN.. 5

1.5 VISIN.. 5

1.6 POLTICAS Y VALORES 5

CAPTULO II PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

2.1 PUNTOS DE REFERENCIA DEL PROYECTO ....8

2.2 OBJETIVO... 8

2.2.1 Objetivos especficos:.... 8

2.4 JUSTIFICACIN. 8

2.5 HIPTESIS.. 9

CAPTULO III MARCO TERICO

3.1 HORNO SOLAR. 10

3.2 DISEO DE UN INSTRUMENTO DE MEDICIN 11

3.3 SENSORES. 12

3.3.1 Sensores de temperatura... 13

3.3.2 Sensores de temperatura con termopares.. 14

3.3.3 Acondicionadores de seal para termopares. AD595.. 17

3.4 SISTEMA DE ADQUISICIN DE DATOS (SAD)... 17

3.5 MICROCONTROLADORES...... 21

3.6 COMUNICACIN DE PUERTO SERIAL..... 25

3.6 LabVIEW.. 27

CAPTULO IV DESARROLLO DEL PROYECTO

4.1 DESCRIPCIN Y CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES..... 29

4.2 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO DE UN HORNO SOLAR... 31

4.3 DISEO DE MEDIDOR DE TEMPERATURA. 35

4.3.1 Diseo de un medidor de temperatura para un horno solar usando una PC...... 36

4.4 DISEO DE LOS BLOQUES DEL MEDIDOR DE TEMPERATURA. 37

4.4.1 Bloque sensor temperatura. 37

4.4.2 Determinar el sensor de temperatura adecuado.. 37

4.4.3 Bloque acondicionador de seal. 39

4.4.4 Bloque sistema de adquisicin... 43 4.5 PRUEBAS DEL CIRCUITO Y LOS TERMOPARES 48

4.5.1 Pruebas del funcionamiento de los canales 50

4.5.2 Pruebas finales del circuito con el programa. 52

ANLISIS DE RESULTADOS

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFA

1

INTRODUCCIN

Universidad Tecnolgica de Quertaro es una Institucin de Educacin Superior, cuyo

propsito es la formacin integral de Tcnicos Superiores Universitarios, que satisfagan

con excelencia las necesidades del sector empresarial y las expectativas de los jvenes

interesados en desarrollarse dentro de este sector.

Por medio de la universidad se realiz un proyecto de estada en el cual se dise y se

construy un sistema medidor de temperatura que ser implementado para un horno

solar utilizando una PC.

La temperatura desde el punto de vista de importancia, la tiene en alto grado, ya que nos

sirve como punto de referencia de bastantes eventualidades y diagnsticos. Debido a que

es una medida bastante lenta su trabajo en s no la hace un factor difcil de estudiar.

Desde hace tiempo se ha tratado de ampliar su campo de conocimiento y se han

descubierto varios mtodos de medicin, y escalas para su estudio.

En este reporte se dar a conocer un mtodo desde el punto de vista electrnico y se

especificar el tipo de sensor de temperatura a utilizar. Se empezar con un estudio del

sistema por medio de amplificadores operacionales, luego con el integrado

AD594/AD595. Todos estos sistemas lo que hacen es recibir la seal proveniente del

termopar y la comparan con lo que son un punto fro y de referencia para darla al

amplificador que calibra la seal con respecto al verdadero incremento de temperatura y

la entrega expresada en un voltaje (1mV/C), que visualiza el conversor anlogo-digital.

Para este se utilizar un Sistema Adquisicin de Datos (con un PIC16F877), equipo

electrnico cuya funcin es el control o simplemente el registro de una o varias variables

que se genere en la medicin, para poder generar los resultados en una PC por medio de

la programacin que permitir graficar en la PC (por medio del lenguaje G) y as tener

los resultado de medicin con mayor facilidad.

2

CAPTULO I

LA EMPRESA

3

1.1 CICATA IPN QUERTARO

La Unidad Quertaro del Centro de Investigacin en Ciencia Aplicada y Tecnologa

Avanzada (CICATA) es una institucin federal dependiente del Instituto Politcnico

Nacional (IPN), creada por decreto presidencial el 2 de septiembre de 1996, con el

objetivo de servir de enlace entre la comunidad cientfica y los sectores productivos de

bienes y servicios.

Para el cumplimiento de este objetivo, CICATA-IPN Unidad Quertaro, desarrolla

programas de investigacin cientfica y tecnolgica con un enfoque interdisciplinario y,

asimismo, atiende la formacin de recursos humanos de alto nivel contribuyendo

decisivamente al fortalecimiento de la calidad y la competitividad nacional e

internacional del aparato productivo en Mxico.

1.2 GIRO

Desarrollo investigacin cientfica y tecnolgica enfocada a la atencin y solucin de necesidades de desarrollo de los sectores productivos, priorizando la innovacin.

Impartir cursos de posgrado, diplomados y actualizacin, as como desarrollar simposiums, coloquios, encuentros y programas de intercambio acadmico con

instituciones educativas del pas y extranjeras, as como con los sectores productivo,

pblico, social y privado.

Participar en las actividades acadmicas, cientficas y culturales que desarrollen las escuelas, centros y universidades de enseanza y de investigacin del IPN, as como

otras instituciones afines.

Elaborar estudios y coordinar acciones con los sectores productivos de bienes y servicios, para identificar requerimientos de los diferentes sectores proponiendo las

soluciones que correspondan.

4

1.3 UBICACIN

Actualmente CICATA-IPN Unidad Quertaro se encuentran ubicado en:

Cerro Blanco 141

Colonia Colinas del Cimatario

Santiago de Quertaro, Quertaro

Mxico. C.P. 76090

1.4 MISIN

La misin del CICATA-IPN, Unidad Quertaro es la de contribuir al desarrollo

econmico y social de Mxico fomentando en la sociedad el entendimiento y la

aplicacin de la ciencia y la tecnologa, a travs de proyectos productivos de desarrollo

tecnolgico, y de la formacin de recursos humanos de excelencia, encaminados a

incrementar la productividad dentro de nuestro pas. Con esta misin se aproxima a la

sociedad de la cual forma parte y fortalecer su relacin en la medida de que cumpla con

los propsitos aqu enmarcados.

1.5 VISIN

La visin del CICATA-IPN Unidad Quertaro es ser un centro reconocido

internacionalmente como impulsor del desarrollo nacional, a travs de la investigacin

cientfica, el desarrollo tecnolgico y la formacin de recursos humanos de excelencia,

preferidos por la sociedad para la realizacin de estudios estratgicos prioritarios, de

inters nacional, y de impacto mundial.

5

1.6 POLTICAS Y VALORES

Como principios y valores de su organizacin, CICATA-IPN Unidad Quertaro,

reconoce:

Integridad, en el compromiso de generar riqueza, productividad y desarrollo social.

Responsabilidad, al ser congruente en el mbito de la competencia institucional.

Diligencia, por estar motivados hacia una accin bien definida en sus alcances.

Perseverancia, en entender que el desarrollo del plan es a largo plazo.

Disciplina, en la descripcin ordenada de las acciones apegadas a las atribuciones

institucionales.

6

CAPTULO II

PLANTEAMIENTO DEL

PROBLEMA

2.1 PUNTOS DE REFERENCIA DEL PROYECTO

7

En este proyecto de estada se realizar la Construccin de un sistema medidor de

temperatura para un horno solar utilizando una PC. El proyecto se realizar adecuando

las actividades para que se alcancen en el tiempo estimado de estada. Para ello se

propone una metodologa de diseo y construccin del medidor de temperatura.

2.2 OBJETIVO:

Disear y construir un sistema medidor de temperatura para medir en diferentes puntos

de un horno solar.

2.2.1 Objetivos especficos:

Determinar el tipo de sensor adecuado para un horno solar: Determinar la configuracin de los sensores para medir temperatura en un horno solar: Diseo y construccin de acondicionador de seal para los sensores de temperatura: Construccin de un sistema de adquisicin de datos para PC para medir 4 puntos de

temperaturas.

Diseo de subrutinas que salven los datos de las temperaturas y programas que generen resultados de las medidas en la PC.

Disear un programa especfico para PC cuya aplicacin sea la adquisicin y graficado de las 4 temperaturas del horno solar.

Acondicionar una caja protectora para el sistema medidor de temperatura.

2.4 JUSTIFICACIN

La temperatura en un horno solar no es homognea, es decir es diferente en cada punto

dentro del horno. Esto es debido a que un horno solar recibe calor por medio de un

espejo reflejante que no permite aplicar el calor de manera constante en una misma rea.

Por ello el medir temperatura en diferentes puntos de un horno solar permitir optimizar

8

el diseo del horno y adems conocer cual zona o rea es la ms caliente para poner lo

que se quiera calentar.

2.5 HIPTESIS

Se busca tener una buena observacin, eficacia y facilidad de la medicin del horno

solar a la que se aplicara el medidor de temperatura. Para esto se obtendrn los

resultados del horno en largo tiempo de medicin y con alta temperatura para poder ser

analizados ms fcilmente en tiempo real.

9

CAPTULO III

MARCO TERICO

10

3.1 HORNO SOLAR

El horno solar es un concentrador multicompuesto que consiste en cuatro pares de

espejos: 1 par de espejos cilndrico parablicos homofocales; 1 par de espejos planos; 1

par de espejos del tipo CPC (Concentradores del tipo Parablico Compuesto) para

absorbedor de seccin circular, y 1 par de espejos cuya seccin transversal corresponde

a la involuta de una circunferencia, como se bosqueja en la figura 3.1. Con esta

construccin se capta radiacin solar sin necesidad de seguir al sol y se concentra sobre

un cilindro circular recto, que se cierra hermticamente y se presuriza al calentarse a

temperaturas superiores a los 100 oC. El cilindro es el horno dentro del cual se introduce

un recipiente de acero inoxidable, en el cual se colocan los alimentos a cocinarse, y en

donde se introducirn los sensores para realizar las mediciones de temperatura a las que

puede llegar y as poder obtener los datos en la computadora.

Partes del horno solar diseado en el laboratorio:

1.- Tubo protector de cobre.

2.- Aislante trmico (poliuretano).

3.- Parbolas que actan como paredes del horno, hechas de madera.

4.- Espejos superiores (alas), de lmina de acero inoxidable acabado espejo.

5.- Espejos sostenidos por el poliuretano.

6.- Contenedor de alimentos, hecho de lmina de acero inoxidable.

7.- Tapa de seguridad y presin, hecha de nylamaid.

8.- Base para sostener el horno y poderlo posicionar, hecha de solera (en este caso se le

agregaran llantas para una mejor movilidad del equipo).

Fig. 3.1 Horno solar con concentrador multicompuesto.

11

3.2 DISEO DE UN INSTRUMENTO DE MEDICIN Instrumento de medicin Hoy en da existen varios tipos de instrumentos de medicin, para distintas reas y tareas

a utilizar.

Los instrumentos de medicin tienen unas caractersticas bastante importantes a

considerar para su eleccin, tomando en cuenta para lo que se pudieran utilizar, estos

instrumentos pueden medir distintas seales fsicas que pudieran ser la temperatura,

humedad, presin, posicin, movimiento, corriente, conductividad, etc.

Para el caso de disear un instrumento de medicin sin importar en qu se utilizar

cualquier instrumento se rige de alguna forma en un esquema general que se muestra en

la Fig. 3.2.

Fig. 3.2 Esquema general de un instrumento de medicin. De acuerdo con el esquema anterior cualquier instrumento cuenta con las caractersticas

generales que son: sensor, adquisicin, procesado y desplegado.

En la parte del sensor todos los instrumentos de medicin reciben una seal fsica de la

cual se obtiene una seal elctrica que pasa inmediatamente a la parte de adquisicin,

esta la seal es transformada en digital para desplazarla a la fase de procesado en la que

se realizan los clculos con la seal recibida y se termina con el desplegado para que los

resultados puedan ser vistos por medio de alguna seal digital (pantalla).

Procesado Desplegado Adquisicin Sensor

12

3.3 SENSORES

Introduccin

Un sensor es cualquier dispositivo que detecta una determinada accin externa. Los

sensores existen desde siempre, y nunca mejor dicho, porque el hombre los tiene

incluidos en su cuerpo y de diferentes tipos.

El hombre experimenta sensaciones como calor o fro, duro o blando, fuerte o flojo,

agradable o desagradable, pesado o no. Y poco a poco le ha ido aadiendo adjetivos a

estas sensaciones para cuantificarlas como frgido, fresco, tibio, templado, caliente,

trrido. Es decir, que da a da ha ido necesitando el empleo de magnitudes medibles

ms exactas.

Sensores electrnicos

Los sensores electrnicos han ayudado no solo a medir con mayor exactitud las

magnitudes, sino a poder operar con dichas medidas. Pero no se puede hablar de los

sensores sin sus acondicionadores de seal, ya normalmente los sensores ofrecen una

variacin de seal muy pequea y es muy importante equilibrar las caractersticas del

sensor con las del circuito que le permite medir, acondicionar, procesar y actuar con

dichas medidas.

Tipos de sensores

Existe una gran cantidad de sensores en el mercado, para poder medir magnitudes

fsicas, de los que se pueden enumerar los siguientes:

__ Temperatura

__ Humedad

__ Presin

__ Posicin

__ Movimiento

__ Caudal

__ Luz

__ Imagen

__ Corriente

__ Conductividad

__ Resistividad

__ Biomtricos

__ Acsticos

__ Imagen

__Aceleracin

__Velocidad

__ Inclinacin

__ Qumicos

60

13

En general se habla de sensores, pero se pueden distinguir las siguientes definiciones:

__ Sensor: Es un dispositivo que recibe una seal o estmulo y responde con una seal

elctrica.

__ Transductor: Es un convertidor de un tipo de energa a otra.

Acondicionadores y procesadores de seal

No se puede hablar de los sensores, como componentes electrnicos bsicos, sin ver

cmo se pueden adaptar a un sistema de adquisicin y control, por lo que se tendrn que

ver las nuevas tecnologas de adaptacin de estos sensores que como parte de una

cadena de dispositivos, forman un sistema.

Estos adaptadores, como acondicionadores de seal, son los amplificadores

operacionales en sus diferentes estructuras de montaje, pasando por filtros o por

procesadores analgicos, convirtiendo estas seales de analgico a digital para

posteriormente ser procesados los datos con un DSP o microcontrolador y actuando por

medio de las salidas lgicas del procesador o por medio de un convertidor digital a

analgico.

3.3.1 Sensores de temperatura

Probablemente sea la temperatura el parmetro fsico ms comn que se mide en una

aplicacin electrnica, incluso en muchos casos en que el parmetro de inters no es la

temperatura, sta se ha de medir para incluir indirectamente su efecto en la medida

deseada.

La diversidad de sus aplicaciones ha condicionado igualmente una gran proliferacin de

dispositivos sensores y transductores, desde la sencilla unin bimetlica de los

termostatos, hasta los dispositivos semiconductores ms complejos.

14

Tipos de sensores de temperatura

1. Termopares: Los termopares utilizan la tensin generada en la unin de dos metales

en contacto trmico, debido a sus distintos comportamientos elctricos.

2. Resistivos: Lo constituyen las RTD (Resistance Temperature Detector) o PT100

basadas en la dependencia de la resistividad de un conductor con la temperatura, estn

caracterizadas por un coeficiente de resistividad positivo PTC (Positive Termal

Coefficient). Tambin lo son las NTC (Negative Termal Coefficient), que se llaman

termistores y estn caracterizadas por un coeficiente de temperatura negativo.

3. Semiconductores: Se basan en la variacin de la conduccin de una unin p-n

polarizada directamente.

3.3.2 Sensores de temperatura con termopares

Debido a su pequeo tamao, responden rpidamente a los cambios de temperatura.

Funcionan sobre rangos de temperatura criognos, tiene una linealidad y exactitud

razonable. Debido a que el nmero de electrones libres en un metal depende de la

temperatura y de la composicin del metal, dos metales de desigual isotermo, dan una

diferencia de potencial que es una funcin repetible de la temperatura, como se muestra

en la figura 3.3. El voltaje resultante depende de las temperaturas, T1 y T2, de una

manera repetible.

Puesto que el termopar es bsicamente un dispositivo de medida diferencial, se necesita

una temperatura de referencia conocida para una de las uniones, as la temperatura de la

otra unin ser deducida del voltaje de salida. Los termopares estn fabricados de

materiales especialmente seleccionados que se han caracterizado exhaustivamente en

trminos de voltaje con la temperatura de comparacin, que normalmente es la del punto

de agua/hielo de 0C.

15

Fig.3.3 Voltaje del termopar con referencia a 0 C.

De todas maneras, se usa una tcnica de medida alternativa mostrada en la Fig. 3.4. La

temperatura de la unin de referencia se permite cambiar con el entorno del sistema de

medida, pero es medida cuidadosamente por algn tipo de termmetro absoluto. Se

puede usar una medida del voltaje del termopar combinada con una temperatura de

referencia conocida para calcular la temperatura de la unin medida. Sin embargo, en la

prctica se usa un mtodo termoelctrico para medir la temperatura de referencia y poner

el voltaje de salida para que corresponda a un termopar referido a 0C. Simplemente,

este voltaje se aade al voltaje del termopar y entonces la suma corresponde al voltaje

normal tabulado para un termopar de referencia de punto de hielo.

Fig. 3.4 Substitucin de la temperatura de referencia para referencia del punto de hielo.

En la tabla 3.1 se muestra los distintos tipos de termopares con su rango tpico, su

sensibilidad y la designacin estndar.

16

Material de la unin Rango Tpico (C) Sensibilidad (_V/C) Designacin

Pt6%/Rodio Pt(30%)/Rodio -38 a 1800 7.7 B

Tungsteno (5%)/Renio

Tungsteno(26%)/Renio

0 a 2300 16 C

Cromo- Constantan 0 a 982 76 E

Hierro Constantan 0 a 760 55 J

Cromo Aluminio -184 a 1260 39 K

Pt(13%)/Rodio Pt 0 a 1593 11.7 R

Pt(10%)/Rodio Pt 0 a 1538 10.4 S

Cobre- Constantan -184 a 400 45 T

Tabla 3.1 Tipos de termopares y caractersticas.

En la figura 3.5. se muestra la curva de algunos termopares con sus caractersticas

elctricas.

El hecho de que los termopares sean dispositivos de bajo nivel de tensin, a la vez que

de baja impedancia, hace que el acondicionador de seal sea totalmente imprescindible.

Adems, la linealidad en algunos tipos es pobre, aunque el hecho de ser predecible y

repetible, lo que permite que puedan ser compensados analgicamente y/o digitante.

Fig. 3.5 Grfica de resultados de termopares.

17

3.2.3 Acondicionadores de seal para termopares. AD595

Circuitos integrados acondicionadores de seal para termopares, como el AD595,

mostrado en la figura 3.6, para termopares tipo K que tienen un amplificador de

instrumentacin y un compensador lineal, una salida de alarma de rotura o desconexin

del termopar, se alimenta a +5V y suministra una salida de 10mV/C.

Fig. 3.6 Acondicionador de seal de un termopar.

3.3 SISTEMA DE ADQUISICIN DE DATOS (SAD)

En el desarrollo de la electrnica el proceso de automatizacin el microprocesador y el

microcontrolador juegan un papel de suma importancia. Ellos han permitido el

desarrollo de sistemas inteligentes que resuelven los ms diversos problemas, son los

llamados sistemas de adquisicin de datos.

El objetivo bsico de los "Sistemas de Adquisicin de Datos"(SAD) es la integracin de

los diferentes recursos que lo integran : Traductores de diferentes tipos y naturaleza,

multiplexores, amplificadores, sample and hold, conversores A/D y D/A, adems el uso

del microcontrolador 8051 como CPU del SAD diseado, utilizando de este

microcontrolador todas sus prestaciones: interrupciones, temporizadores, comunicacin

serie as como hacer uso de memorias y puertos externos y creando con todo ello un

sistema que se encargue de una aplicacin especfica como es chequear una variables

18

(pH, humedad relativa, temperatura, iluminacin, concentracin, etc ) para una posterior

utilizacin de la misma ya sea con fines docentes, cientficos, de almacenamiento o

control y utilizacin de la misma.

Un SAD no es mas que un equipo electrnico cuya funcin es el control o simplemente

el registro de una o varias variables de un proceso cualquiera, de forma general puede

estar compuesto por los siguientes elementos:

1. Sensores.

2. Amplificadores operacionales.

3. Amplificadores de instrumentacin.

4. Aisladores.

5. Multiplexores analgicos.

6. Multiplexores digitales.

7. Circuitos Sample and Hold.

8. Conversores A-D.

9. Conversores D-A.

10. Microprocesadores.

11. Contadores.

12. Filtros.

13. Comparadores.

14. Fuentes de potencia.

El SAD debe tener una estructura y organizacin muy equilibrada que le permita su

buen funcionamiento de ello depende de que el mismo rinda al mximo y sin ningn

defecto.

19

Conversor analgico digital A/D

La resolucin se define de dos maneras:

Primero se define el nmero mximo de bits de salida (la salida digital). Este dato

permite determinar el nmero mximo de combinaciones en la salida digital. Este

nmero mximo est dado por: 2n donde n es el nmero de bits.

Tambin la resolucin se entiende como el voltaje necesario (seal analgica) para

lograr que en la salida (seal digital) haya un cambio del bit menos significativo (LSB).

Para hallar la resolucin se utiliza la siguiente frmula:

Resolucin = VoFS / [ 2n - 1]

Donde: - n = nmero de bits del ADC

- VoFS = es el voltaje que hay que poner a la entrada del convertidor para

obtener una conversin mxima (todas las salidas son "1")

Dispositivo electrnico que convierte una seal elctrica continua (generalmente voltaje)

en un cdigo digital equivalente.

Fig.3.7 Esquema general del A/D.

20

Lgica de control: Los terminales de la lgica de control de conversor A/D generalmente

determinan e inician el estado de las operaciones que el mismo realiza, entre estos

terminales tenemos: Inicio de conversin, fin de conversin, chip select, chip enable, wr,

rd, seales para la seleccin de varios canales, etc.

Lgica de funcionamiento: Mediante estos terminales podemos establecer el tipo de

codificacin que el conversor realizar (unipolar o bipolar), las referencias de voltaje

que utiliza, el rango de voltaje de entrada, ajuste de off set, etc.

Existen fundamentalmente dos mtodos de codificacin bipolar y unipolar, estos

mtodos establecen la relacin existente entre el cdigo de salida y el voltaje de entrada

al conversor.

Modo unipolar: Se utiliza para seales de una sola polaridad + o -.

Modo bipolar: Este tipo de conversin se recomienda cuando se estn monitorizando

seales bipolares o sea con polaridad + y -.

Resolucin: Nivel de voltaje que es capaz de discriminar un conversor A/D. O sea el

nivel de voltaje para el cual el conversor cambia en un bit menos significativo. La

resolucin (R) depende del voltaje a plena escala y del nmero de bits del conversor.

R = FSR/n

Para 8 bits y un FSR de 10 Volts R = 38.5mVolts

Para 12 bits y un FSR de 10 Volts R = 2.44 mVolts

Si aumenta el nmero de bits aumenta la efectividad del conversor, la exactitud del

sistema.

21

3.5 MICROCONTROLADORES

Los microcontroladores estn presentes en muchos de los productos electrnicos que

empleamos en nuestra vida cotidiana. Su enseanza es un reto debido a la variedad de

modelos existentes en el mercado y a la gran cantidad de aplicaciones posibles. Sin

embargo, a pesar de su diversidad, hay unidad en los principios de funcionamiento y las

arquitecturas de muchos microcontroladores.

Los 'PIC' son un tipo de microcontroladores tipo RISC (Computadora con Conjunto de

Instrucciones Reducido), en realidad, el nombre completo es PIC micro, aunque

generalmente se utiliza como controlador de interfaz perifrico.

Un PICmicro es un circuito integrado programable. Programable Integrated Circuit.

Programable quiere decir que se puede planificar la manera como va a funcionar, que se

puede adaptar a nuestras necesidades. En otras palabras que el integrado es capaz de

modificar su comportamiento en funcin de una serie de instrucciones que es posible

comunicarle.

Un microcontrolador es un circuito integrado o chip que incluye en su interior las tres

unidades funcionales de un ordenador: CPU, memoria y unidades de E/S, es decir, se

trata de un computador completo en un solo circuito integrado. Aunque sus prestaciones

son limitadas, adems de dicha integracin, su caracterstica principal es su alto nivel de

especializacin. Aunque los hay del tamao de un sello de correos, lo normal es que

sean incluso ms pequeos, ya que, lgicamente, forman parte del dispositivo que

controlan.

Los microcontroladores representan la inmensa mayora de los chips de ordenadores,

sobre un 50% son controladores "simples" y el restante corresponde a DSPs (procesador

de seales digitales) ms especializados. Mientras se pueden tener uno o dos

microprocesadores de propsito general en casa, usted tiene probablemente distribuido

22

entre los eletrodomsticos de su hogar una o dos docenas de microcontroladores. Pueden

encontrarse en casi cualquier dispositivo elctrico como automviles, lavadoras, hornos

microondas, telfonos, etc.

Un microcontrolador difiere de una CPU normal, debido a que es ms fcil convertirla

en un ordenador en funcionamiento, con un mnimo de chips externos de apoyo. La idea

es que el chip se coloque en el dispositivo, enganchado a la fuente de energa y de

informacin que necesite, y eso es todo. Un microprocesador tradicional no permitir

hacer esto, ya que espera que todas estas tareas sean manejadas por otros chips.

Por ejemplo, un microcontrolador tpico tendr un generador de reloj integrado y una

pequea cantidad de memoria RAM y ROM/EPROM/EEPROM, significando que para

hacerlo funcionar, todo lo que se necesita son unos pocos programas de control y un

cristal de sincronizacin. Los microcontroladores disponen generalmente tambin de una

gran variedad de dispositivos de entrada/salida, como convertidores de analgico a

digital, temporizadores, UARTs (receptor transmisor, sin cronos y asncronos) y buses

de interfaz serie especializados, como I2C y CAN. Frecuentemente, estos dispositivos

integrados pueden ser controlados por instrucciones de procesadores especializados. Los

modernos microcontroladores frecuentemente incluyen un lenguaje de programacin

integrado, como el BASIC que se utiliza bastante con este propsito.

PICs ms comnmente usados

PIC12C508/509 (encapsulamiento reducido de 8 pines, oscilador interno, popular en pequeos diseos como el iPod remote)

PIC16F84 (considerado obsoleto, pero imposible de descartar y muy popular) PIC16F84A (buena actualizacin del anterior, algunas versiones funcionan a 20

MHz, compatible 1:1)

PIC12F629/675 PIC16F628

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La familia PIC16F87X (los hermanos mayores del PIC16F84, con cantidad de mejoras incluidas en hardware. Bastante comn en proyectos de aficionados)

PIC18F452

Programacin del PIC

Para transferir el cdigo de un ordenador al PIC normalmente se usa un dispositivo

llamado programador. La mayora de PICs hoy en da incorporan ICSP (programacin

serie incorporada) o LVP (programacin a bajo voltaje), lo que permite programar el

PIC directamente en el circuito destino.

Toda esta actividad: Programar un PIC, se puede dividir en cuatro pasos:

EDITAR

COMPILAR

QUEMAR EL PIC

PROBAR EL PROGRAMA

Editar Editar es escribir el programa, es hacer una lista de instrucciones en un lenguaje que nos

permita indicarle al PIC lo que deseamos que haga.

Existen varios lenguajes como: Ensamblador, Basic, C, etc.

Todos ellos pretenden acercarse a nuestra manera de pensar y de hablar. Sin embargo los

PIC no conocen ms que unos y ceros. Por eso es necesario el siguiente paso.

Compilar Compilar es traducir el programa al lenguaje de mquina que Si! entiende el PIC.

Para realizar esta traduccin hacemos uso de un software que transforma el Programa

Fuente, aquel que editamos en el paso 1 en otro que si podemos comunicarle al PIC.

24

Quemar el PIC En este paso se graba el programa en el PIC.

Mediante una tarjeta electrnica y un poco software se pasa el programa compilado de la

PC al PIC. Son solamente unos cuantos Cliks y listo.

Es necesario hacer una aclaracin en este momento. Frecuentemente le llamamos

Programador de PIC a la tarjeta electrnica que transfiere el programa compilado de la

PC al PIC. Est bien mientras entendamos que este aparato no va ha pensar por nosotros

y que es incapaz de programar instrucciones por s mismo.

Probar el programa En este paso se trata de verificar el funcionamiento del programa.

Se trata de comprobar que el PIC se comporta como lo programamos. Se prueba si

funciona bien y si no comenzamos de nuevo en Editar

Para realizar esta actividad podemos hacer uso de un Protoboard, alambrar los Leds o

botones, instalar la fuente, poner el reloj, etc. etc. Pero como no se trata de aprender a

armar circuitos en Protos sino de aprender a programar Pics es mejor hacer uso de una

tarjeta Proyecto que ya tenga todo esto y est lista para ser usada.

Fig.3.8 Cuatro pasos para programar un PIC.

25

Microcontroladores Flash

Los microcontroladores que ofrecen una mayor flexibilidad para la programacin y una

enorme facilidad para el ajuste final de los proyectos son los que cuentan con memoria

elctricamente borrable Flash. Para el principiante son tambin la mejor eleccin, ya que

permite grabar y regrabar el integrado muchas veces. A continuacin se enlistan los

Picmicro mejor conocidos por su memoria Flash.

PIC16F629 PIC16F675 PIC16F627 PIC16F628 PIC16F72, PIC16F73, PIC16F74 PIC16F83, PIC16F84, PIC16F84A PIC16F871, PIC16F872, PIC16F873, PIC16F873A PIC16F874, PIC16F874A, PIC16F876, PIC16F876A PIC16F877, PIC16F877A PIC18F242, PIC18F248

El PIC con memoria flash ms popular es el PIC16F84. Cuenta con una memoria de

programacin serial de 1024 instrucciones y 64 localidades de memoria RAM. La

memoria de programacin es elctricamente borrable.

3.6 COMUNICACIN DE PUERTO SERIAL

La comunicacin serial transmite datos entre un computador y un dispositivo perifrico.

La comunicacin serial usa un transmisor para enviar batos a un receptor un bit a la vez

sobre una lnea de comunicacin. Se usa cunando las velocidades de transferencias son

bajas o deban transferir datos sobre distancias largas. La mayora de los computadores

poseen uno o dos puertos seriales, por lo que no requiere ningn hardware extra.

26

Se debe especificar cuatro parmetros para una comunicacin serial:

La velocidad en baudios de la transmisin. El numero de bits de datos que codifican un carcter. El sentido de un bit opcional de paridad. El numero de bits de parada.

La velocidad en Baudios mide que tan rpido se mueven los datos entre los instrumentos

que utilizan la comunicacin serial.

Se puede calcular la mxima velocidad de transmisin en caracteres por segundo para

una configuracin de comunicacin dada dividiendo la velocidad en baudios por los bits

marco de carcter. Por ejemplo:

11 Bits por marco de carcter.

9600 baudios velocidad de transmisin.

Se obtiene 9600/11=872 caracteres por segundo.

Los Bits de datos son trasmitidos a la inversa y hacia atrs, se usa lgica inversa y el

orden de la transmisin es del bit menos significativo (LSB) hacia el bit ms

significativo (MSB). Para interpretar los bits de datos en un marco de carcter, se leen de

derecha a izquierda y leer 1 para voltaje negativo y 0 para voltaje positivo.

Un bit opcional de paridad sigue a los datos en el marco de carcter. Este bit se incluye

como una forma de verificacin de error. Si se selecciona que la paridad sea impar, el bit

de paridad se fija de tal forma que el nmero de 1s sumen hasta completar un nmero

impar en al cantidad de bits de datos incluyendo el bit de paridad.

La ltima parte del marco de carcter consiste de 1,1.5 o 2 bits de parada que siempre

estn representados por un voltaje negativo. Si no se van a transmitir ms caracteres, la

lnea permanece negativa (MARK).

27

3.7 LabVIEW

LabVIEW es una herramienta grfica de test, control y diseo mediante la

programacin. El lenguaje que usa se llama lenguaje G.

Los ingenieros y los cientficos utilizan los instrumentos nacionales LabVIEW, un

ambiente grfico de gran alcance del desarrollo, para la adquisicin de la seal, el

anlisis de la medida, y la presentacin de los datos. LabVIEW tambin te proporciona

la flexibilidad de un lenguaje de programacin sin la complejidad de las herramientas de

desarrollo tradicionales.

Su principal caracterstica es la facilidad de uso, personas con pocos conocimientos en

programacin pueden hacer programas relativamente complejos, imposibles para ellos

de hacer con lenguajes tradicionales. Tambin es muy rpido hacer programas con

LabVIEW y cualquier programador, por experimentado que sea, puede beneficiarse de

l.

Incluso con LabVIEW pueden crearse programas de miles de VIs (pginas de cdigo)

para aplicaciones complejas, programas de automatizaciones de decenas de miles de

puntos de entradas/salidas, etc. Incluso existen buenas prcticas de programacin para

optimizar el rendimiento y la calidad de la programacin.

Principales usos

Es usado principalmente por ingenieros y cientficos para tareas como:

Adquisicin de datos Control de instrumentos Automatizacin industrial o PAC (Controlador de Automatizacin Programable) Diseo de control: prototipo rpido y hardware en el bucle (HIL)

28

CAPTULO IV

DESARROLLO DEL

PROYECTO

29

4.1 DESCRIPCIN Y CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES.

En el cronograma se colocaron unas equis(X) que simbolizan la semana asignada en la

etapa y en el mes a realizar dicha actividad.

Num. Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

Etapa 1 X X

Etapa 2 X X

Etapa 3 X X

Etapa 4 X X

Etapa 5 X X

Etapa 6 X X

Etapa 7 X

Etapa 8

De acuerdo con el cronograma las actividades fueron divididas por etapas a las cuales se

las asignaron unos tiempos para poder alcanzar el termino del proyecto en el tiempo

estimado

Las actividades y tiempos a considerar de cada etapa son:

1 Etapa: Revisin bibliogrfica.

Revisin bibliogrfica de las diferentes formas de medir temperatura.

Revisin bibliogrfica de acondicionadores de seal para sensores de temperatura.

Revisin bibliogrfica de hornos solares.

Revisin bibliografa de LabView.

Tiempo que se consider: 10 das.

30

2 Etapa: Pruebas de funcionamiento de un horno solar

Horno solar

Medicin de temperatura en un horno solar en un da

Especificaciones de un horno solar


3 Etapa: Determinar el sensor de temperatura adecuado

Resumen de sensores. Especificaciones a cumplir.

Dnde se compra. Cmo se compra. Costo.


4 Etapa: Desarrollo de acondicionadores de seal para el sensor de temperatura

Bsqueda de circuitos para sensor de temperatura

Determinar el circuito a utilizar

Construir el circuito

Prueba del circuito


5 Etapa: Sistema de adquisicin de datos (SAD) para temperatura utilizando un

PIC

Construccin del SAD

Prueba del SAD

Programas de prueba del SAD para PC


6 Etapa: Desarrollo de programa para adquirir, graficar y salvar la temperatura

del horno solar

Desarrollo de subrutina para adquisicin de temperatura por medio del SAD

Desarrollo de subrutina para graficar por pantalla de PC las temperaturas medidas en el

tiempo

31

Desarrollo de subrutina para salvar las temperaturas medidas en el tiempo

Unir los programas para obtener un programa principal para medicin de temperaturas


7 Etapa: Montaje adecuado del sistema medidor de temperatura para un horno

solar.

Diseo de armazn

Construccin del armazn

Montaje de los circuitos

Detalles de presentacin final


8 Etapa: Reporte final del trabajo


4.2 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO DE UN HORNO SOLAR

Se tom un horno solar y se midi su temperatura durante el transcurso de unos das. El

horno solar que se utiliz es un concentrador multicompuesto que consiste en cuatro

pares de espejos: 1 par de espejos cilndrico parablicos homofocales; 1 par de espejos

planos; 1 par de espejos del tipo CPC (Concentradores del tipo Parablico Compuesto).

Caractersticas fsicas de un horno solar:

Tubo protector de cobre.

Aislante trmico.

Parbolas que actan como paredes del horno, hechas de madera.

Espejos superiores, de lmina de acero inoxidable acabado espejo.

Espejos sostenidos por el poliuretano.

Contenedor de alimentos, hecho de lmina de acero inoxidable.

Tapa de seguridad y presin, hecha de nylamaid.

32

Primera medicin:

Da parcialmente soleado con viento y nubosidad constante.

Temperatura inicial: 23C

Temperatura mxima: 50C

0 5 10 15 20 25 30 35 4020

25

30

35

40

45

50

TEM

PER

ATU

RA

(C

)

TIEMPO ( Minutos )

B

Segunda medicin

Da despejado con poco viento.



0 10 20 30 40 5020

30

40

50

60

70

80

90

100

110

TEM

PER

ATU

RA

(c)

TIEMPO (Minutos)

Tiempo

(min.)

Temperatura

(C)

0 23

5 27

10 34

15 37

20 42

25 46

30 48

35 50

Tiempo

(min.)

Temperatura

(C)

0 28

5 33

10 42

15 50

20 58

25 66

30 73

35 80

40 88

45 93

50 100

Fig.4.1 Tabla y grafica de 1 medicin del horno.


33

Tercera medicin

Da despejado con mucho viento sin nubosidad



0 10 20 30 40 50 60

20

30

40

50

60

70

80

90

TEM

PER

ATU

RA

(C

)

TIEMPO (Minutos)

Tiempo (min.) Temperatura (C)

0 23

2 26

4 28

6 31

8 35

10 39

12 42

14 46

16 50

18 54

20 58

22 60

24 62

26 65

28 68

30 70

32 72

34 73

36 74

38 75

40 75

42 74

44 75

46 77

48 78

50 80

52 81

54 81

56 81

58 80

60 81

Fig.4.3 Tabla y grfica de 3 medicin del horno.

34

Cuarta medicin

Da parcialmente despejado, con viento y poca nubosidad



-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

20

25

30

35

40

45

50

55

TEM

PER

ATU

RA

(C

)

TIEMPO (Minutos)

NOTA

Las medidas realizadas al horno fueron con un termmetro de mercurio y se registraron

a mano.

Especificaciones de un horno solar para medir su temperatura.

Fig. 4.1 Horno solar en funcionamiento.

Tiempo

(min.)

Temperatura

(C)

0 22

3 25

6 28

9 33

12 39

15 45

18 51


35

El horno que se utiliz para medir cuenta con un contenedor en el cual se introducen los

alimentos a ser cocinados, ya que fue diseado para que la temperatura se concentre en

ese punto, por lo que es el lugar ideal para llevar a cabo las mediciones.

De acuerdo a las mediciones anteriores se determin que la temperatura mxima a medir

es de 100C. Aunque la temperatura que se est registrando no es la que al principio se

esta exigiendo, se considerara tomar la temperatura mxima, que de acuerdo con la

teora puede llegar a ser de 200C.

Los puntos crticos para posicionar los sensores corresponden a la parte interior del

contenedor donde se vierten los alimentos que es de forma cilndrica. Para esto se

requiere que los sensores estn separados por cada 10cm de profundidad del cilindro.

4.3 DISEO DE MEDIDOR DE TEMPERATURA De acuerdo a lo indicado por la literatura (tema 3.2 pagina 12) se realiz el diseo

especfico de un medidor de temperatura.

Para el diseo de un medidor de temperatura se realiz un tipo de diagrama de bloques

que en este se muestra lo que se necesita para este tipo de diseo (Fig. 4.5).

Fig. 4.5 Esquema de diseo de medidor de temperatura. De acuerdo al esquema en la etapa de la seal fsica a medir es la temperatura, la cual al

ser determinada se pas a la siguiente etapa que se estableci que tipo de sensor de

Sensor de temperatura

Desplegado Procesado Adquisicin

Acondicionamiento para sensores de temperatura

Seal fsica (Temperatura)

36

temperatura se necesit para tener la seal sensada, al obtener la seal en la etapa

siguiente esta se tendr que aumentar en un acondicionamiento para sensores de

temperatura porque la seal es muy pequea, al tener el aumento se podr pasar a la

adquisicin en la que se transform la seal elctrica en digital, para poder ser calculada

o manejada en al etapa de procesado y as poder ser vista de manera digital en la fase

final de desplegado.

4.3.1 Diseo de un medidor de temperatura para un horno solar usando una PC

Para este proyecto se necesita disear y construir un medidor de temperatura para un

horno solar.

Con base en un esquema de bloques se hizo el diseo de este medidor de temperatura.

Lo cual consisti en proponer una serie de bloques de los cuales se desplegaron y

realizaron unas tareas especficas.

En la Fig. 4.6 se muestra el esquema de bloques en el se basar el diseo del medidor de

temperatura.

Fig. 4.6 Esquema de bloques del diseo del medidor de temperatura para un horno solar

utilizando una PC.

Temperatura Sensor (Termopar) Acondicionamiento para

termopares

SAD (adquisicin de datos)

PC Programacin:

Procesamiento Visualizacin

37

4.4 DISEO DE LOS BLOQUES DEL MEDIDOR DE TEMPERATURA

La metodologa a seguir para disear y construir el medidor de temperatura fue

proponiendo diferentes bloques o funciones que realizan diferentes tareas.

4.4.1 Bloque sensor temperatura

Existen varios tipos de sensores de temperatura, los termopares, resistivos,

semiconductores etc. Pero de acuerdo a la temperatura la que se desea llegar lo ms

adecuado para este caso es usar el termopar, tambin existen varios tipos de termopares

que son el tipo J, K, R, S, T etc. De acuerdo con la diferencia de la temperatura en la que

mide cada uno de ellos, el ms adecuado es el termopar topo K por que nos permite

medir arriba de los 400C deseados.

4.4.2 Sensor de temperatura adecuado.

En la variedad de termopares existen varios que son los tipos B,C,E,J,K,R,S y T, estos

tipos diferentes de termopares son para distintas capacidades de temperaturas.

El sensor que se utiliz es el termopar tipo K (cromel-alumel) por que con la calibracin

adecuada alcanz libremente la temperatura de 400 C, el termopar es adecuado por su

flexibilidad para poder utilizar en una distancia de dos metros.

La compra del termopar pude ser en varios lugares o diferentes distribuidores que

pueden ser Calor y control, Watlow o en la ciudad de Mxico. Estos distribuidores

pueden tener termopares de varios tipos e incluso con aditamentos que pueden ayudar

para su instalacin, como por ejemplo:

Termopar estndar, bulbo recto, 45, 90.

Termopar con bayoneta, bulbo recto, 45, 90.

Protegido con tubo flexible.

38

Termopar de ojo.

Termopar bulbo con cabezal y rosca a proceso NPT.

Termopar bulbo y conector macho STD.

Termopar con abrazadera.

Los termopares ms comunes son los que venden por tramos y solo tienen su

aislamiento dependiendo de la temperatura que van a ser utilizados, para el proyecto se

investigaron los siguientes termopares:

Termopar tipo K

Cdigo RS 219-4309 Cdigo RS 219-4315

Cdigo RS 219-4551 Cdigo RS 219-4573 Precio por: 1 bobina de 25 m Precio por: 1 bobina de 100 m

Fig.4.7 Termopares que se pueden utilizar. De acuerdo con las especificaciones del cliente y por la distancia en la que se medir,

que es de 2m del horno, el termopar que se utiliz es el de cdigo RS 219-4309, el cual

est formado de dos cables de cromel y alumel con la proteccin requerida y es

necesario soldarlos por arco elctrico en un extremo para formar el termopar.

Cantidad Precio 1+ 15,59 6+ 13,51 12+ 12,66

Cantidad Precio1+ 8,55

15+ 7,43 25+ 6,94

Cantidad Precio 1+ 52,11 6+ 46,48 12+ 44,16

Cantidad Precio 5+ 4,16 30+ 3,63 60+ 3,48

39

De acuerdo con la Fig.4.8, la distancia de la computadora al horno es de 2m, la distancia

del termopar al entrar en el tubo es de 53cm de largo y la profundidad que se requiere es

de 10cm cada uno; el primero se coloc a 23cm al inicio del tubo y por consiguiente le

seguirn los tres cada 10cm mas profundos

Fig. 4.8 Distancia desde el termopar de alambre tipo K a la computadora.

Despus de haber elegido el sensor adecuado para las mediciones del horno, se

determin el tipo de amplificador a utilizar para aumentar la seal de milivolts producida

por los termopares, ya que su respuesta es de bajo voltaje para ser capturado como dato,

por lo que se utiliz un circuito integrado (AD595) para poder elevar el voltaje del

termopar (tipo K) y poder adquirir los datos necesarios desde el equipo de computo.

4.4.3 Bloque acondicionador de seal

Existen diferentes acondicionadores para sensores de temperatura pero como se va a

utilizar un termopar tipo K se recomienda el AD595 por que tiene ms precisin en las

mediciones. En la Fig. 4.9 se muestra el circuito del AD595 adecuado para el termopar

tipo k.

40

Fig. 4.9 Diagrama de conexin del AD595 con un termopar tipo K.

En la fig. 4.9 se muestran las conexiones que a continuacin se mencionarn.

Es conveniente suministrar un voltaje de +5V en el pin 11 para que pueda ser usado.

Los pines 7, 4 y 13 se conectan comn del voltaje de alimentacin (-).

El termopar se conecta a los pines 1 y 14 cualquiera de los dos directo desde el sistema

el punto o por intervenir conexin para similar termopar tipo K.

Cuando la seal se produce en el pin 13 se debe de conectar a comn o V.

La precalibracin la realimentacin de lnea en el pin 8 es unir en el que produce en la

pin 9 a proveer cada 10 mV/C caracterstica de transferir una temperatura nominal.

Descripcin del circuito ad595

En la fig.4.10 se muestra el diagrama del integrado del termopar de AD594/AD595 el

acondicionador sealado IC. Un Tipo J (para el AD594) o tipo K (para el AD595) el

termopar se conecta a los pines 1 y 14, las entradas a un amplificador diferencial de fase.

Fig.4.10 Diagrama funcional del AD594/AD595

41

En esta tabla se muestra la temperatura en la que el termopar se expone (en tipo J y K), y

la respuesta que presenta en mVolts y a la que produce el AD594/AD595 tambin en

mVolts pero con un aumento que permite tomar la salida como una respuesta

proporcional a la temperatura.

42

Prctica del circuito AD595 con el termopar

Se realiz la conexin del circuito del termopar tipo K (AD595). Se le suministr el voltaje necesario con una fuente de 5V, en las lneas 7 y 11.

Fig.4.11 Circuito de conexin del AD595 con el termopar.

Teniendo ya suministrado el voltaje, se comprob la salida que se tiene en las

lneas unidas de 8 y 9.

- Para esto se utiliz un osciloscopio, el cual midi el voltaje al que puede llegar

el circuito.

Se tomaron los resultados de acuerdo a la salida que se obtuvo al estimular el termopar.

-Para poder tener una referencia de estos resultados se compararon con un

termopar digital, que nos mostr la diferencia de las estimulaciones a las que se

sometieron.

Respuesta de la prctica:

Al suministrarle el voltaje se midi con el osciloscopio la salida por las lneas unidas 8 y 9, la cual no se poda apreciar fcilmente, la primera lectura de salida,

43

que media la temperatura del ambiente, slo se dio cuando se le estimul al

termopar.

Para tener una mejor apreciacin de las medidas, se utiliz el multmetro para observar la reaccin, la cual al comparar con un termopar digital las medidas

variaron. Mientras que el termopar digital al estimularlo con un fsforo super

los 500C, el termopar del circuito slo lleg a los 360C.

Se lleg a la conclusin que la razn de estas variaciones fue debido a que el termopar que se utiliz en el circuito es muy robusto y disipaba mucho calor al

ambiente, por lo que es necesario un termopar ms delgado (sensible).

4.4.4 Bloque sistema de adquisicin Para el SAD existen diferentes maneras de adquirir datos, esto puede ser por medio de

esta los DAC (conversor digital analgico), los microcontroladores (los PIC) y otros,

pero en este caso por la facilidad se construir un SAD utilizando un PIC. Por lo tanto y

por las facilidades que presenta, utilizaremos el PIC 16F877, posee varias caractersticas

que hacen a este PIC sea eficiente y prctico para ser empleado en este tipo de

aplicacin. Soporta modo de comunicacin serial, amplia memoria para datos y

programa, memoria reprogramable: La memoria en este PIC es la que se denomina

FLASH; este tipo de memoria se puede borrar electrnicamente, Set de instrucciones

reducidas (tipo RISC), pero con las instrucciones necesarias para facilitar su manejo. En

la fig. 4.12. se muestran la imagen y el diagrama elctrico del SAD utilizado.

El SAD que se construy consta de:

- Fuente de 5vlts: que cuenta con un regulador 7805A y alimenta al

microcontrolador y a los acondicionadores de seal.

- AD595, como acondicionador de la seal para obtener un voltaje

proporcional al valor de temperatura. El voltaje de salida de este circuito se

conecta a las entradas analgicas del microcontrolador.

44

- PIC16F877, es un microcontrolador de propsito general del cual utiliz 4

entradas analgicas para ser convertidas a seal digital. Se utiliz el puerto

serie del microcontrolador para comunicarse con la PC

- MAX232, dispositivo convertidor de seales elctricas de puerto serie RS232

a TTL. Este dispositivo es la interfase entre el microcontrolador y la

computadora.

- Como la alimentacin del acondicionador de seal es necesaria que sea de

5vlts, se construy una fuente que gener ese voltaje, y que tambin funcion

para la alimentacin del microcontrolador.

Fig.4.12 Diagrama e imagen del SAD

45

Armado de la fuente de 5vlts

En esta prctica se realiz el armado de una fuente de 5Vlts regulable con su

trasformador de 9Vlts.

Material:

1-Regulador 7805 A

1-Puente de diodos

2-Capacitores de 10 pf

2-Capacitores de 1000mf -25v

1-LED

1-Resistencia de 470 ohms

1-Transformador de 9vlts

1-Clavija

Muntimetro

Cautn

Soldadura

Placa de fenlica perforada.

La salida que sta gener fue un poco menor al medir con el multmetro, fue 4.96V, con

una entrada de 8.8V.

Aunque la salida de voltaje fue menor, es suficiente para la alimentacin y el manejo del

AD595 con el termopar por que la temperatura se medir es de 400C por lo que la

salida es directamente proporcional a la temperatura por el termopar tipo K.

Fig. 4.13 Diagrama de la fuente de 5Vlts.

46

Diagrama del funcionamiento del SAD Con este diagrama se puede explicar el funcionamiento general del SAD, al iniciar esta

funcin se pasa a la configuracin del PIC 16F877; la configuracin del PIC fue con las

siguientes caractersticas: com1, baud rate=2400, data bits=8, stop bits=1.0, flor

Convierte el dato binario a dato

decimal de 3 dgitos

Escribe el dato decimal de 3 dgitos por el puerto serie

Adquirir seal del canal 0



Adquirir seal del canal 3 Dm= 3

Dm= 2

Dm= 1

Dm= 0

Ir a la subrutina de interferencia

In

Inicio

Configuracin

In S

Dm= 2

Dm= 3

Si

No

No

No

Si

Si

No

SI

Si

No

47

control=non, parity=non, teniendo la configuracin el sistema responde por una

interferencia serie, la cual inmediatamente pasa la subrutina de interferencia, despus de

esto si se ha elegido alguno de los canales cumpliendo las condiciones del mismo se

adquiere la seal del canal requerido, la cual es un dato binario que es convertido en un

decimal de tres dgitos, e inmediatamente es escrito en el puerto serie y el ciclo se repite

al tener otra interferencia.

Diagrama del programa.

Por medio de este diagrama se realiz el

programa que nos permite adquirir un

dato por puerto serie y graficarlo en la

pantalla. Al inicio de este programa de

acuerdo con el diagrama este tiene que

contar con la configuracin del pueto

serie.

El programa pide el canal 0, para poder

escribir el canal en el puerto serie, y pasa

la interrupcin de respuesta puerto serie

(IRPS), al tener la respuesta del puerto

serie el programa lo lee y convierte el

decimal en voltaje el cual es guardado en

la memoria para ser graficado y repite el

proceso asta completar las cuatro lecturas

y graficarlas. En la Fig.4.14 se muestra

como es que queda el programa.

Inicio

Configuracin

Leer el registro puerto serie

Inc I

Can>4

Stop

IRPS

Convertir decimal en voltaje

Guardar voltaje en memoria

Graficar el voltaje

I= 0

Escribe I en puerto serie

Salvar memoria Fin

Retardo Contador

I>4

Stop

48

Fig. 4.14 Programa para el graficado las temperaturas tomadas.

4.5 PRUEBAS DEL CIRCUITO Y LOS TERMOPARES

La temperatura ambiente que se midi con un termopar digital, tomada como la

temperatura real es de 22C, la temperatura corporal fue de 27C.

Prueba del canal 0 con el termopar corto

La temperatura ambiente fue entre 16 a 18C.

En temperatura corporal fue de 23 a 25C

0 200 400 600 800

34

36

38

40

42

44

46

48

50

52

54

Y A

xis

Title

X Axis Title

A

49

Prueba del canal 1con el termopar corto

Temperatura ambiente se registr entre los 19 y

21C.

En temperatura corporal al contacto con los

dedos aument entre los 31 y 28C

Prueba del canal 0 con el termopar robusto

Temperatura ambiente entre los 20 a 25C.

Temperatura corporal entre los 28 a 46C.

Con este termopar como se pude apreciar en la

grfica las variaciones son muy constantes y en

temperatura corporal se disparan las cifras.

Prueba de termopar largo, delgado y de buena

calidad

La temperatura ambiente fue de 22C.

En temperatura corporal aument entre los 25C

Aun que muestra variaciones constantes no son

muy agresivas los resultados se mantiene en un

rango real.

0 200 400 600 800 1000 1200

35

40

45

50

55

60

Y Ax

is T

itle

X Axis Title

A

0 200 400 600 800 1000 120030

40

50

60

70

80

90

100

Y Ax

is T

itle

X Axis Title

A

0 100 200 300 400 500

0

10

20

30

40

50

60

Y Ax

is T

itle

X Axis Title

A

50

Prueba de termopar largo y de mala calidad

La respuesta fue de 40 y 45C en temperatura

ambiente.

En temperatura corporal desminuy entre los 30 y

32C.

La respuesta que este termopar mostr fue muy deficiente como se muestra en la grfica,

la razn de esto es que el cable de cobre mostraba mucha oxidacin por lo que no poda

medir la temperatura real y era muy inestable.

4.5.1 Pruebas del funcionamiento de los canales

La temperatura ambiente real fue entre los 15 y 16C tomada con un termopar digital, la

temperatura corporal fue entre los 19 y 20C.

Canal 0 AQ

En esta lectura los resultados fueron en

temperatura ambiente entre 13 y 14C, en

temperatura corporal fue entre 21 y 20C.

0 200 400 600 800 1000-20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Y Ax

is T

itle

X Axis Title

A

-100 0 100 200 300 400 500 600 700 800

0

10

20

30

40

50

Y Ax

is T

itle

X Axis Title

A

51

Canal 1

Temperatura ambiente entre 15 y 16C

Temperatura corporal entre 23 y 22C

Canal 2



Canal 0 CQ



0 200 400 600 800 1000

0

10

20

30

40

50

60

Y Ax

is T

itle

X Axis Title

A

-100 0 100 200 300 400 500 600 700 800

0

10

20

30

40

Y Ax

is T

itle

X Axis Title

A

0 200 400 600 800 1000 1200

0

10

20

30

40

50

Y Ax

is T

itle

X Axis Title

A

52

4.5.2 Pruebas finales del circuito con el programa

Los resultados que se presentaron en las pruebas finales son las que se muestran en la

Fig 4.15, estos resultados fueron buenos porque no hubo mucha diferencia entre los

resultados de los tres termopares, una de las diferencias que se muestran en la grfica del

canal 0 es porque tiene un termopar por lo que se consider de mala calidad. Y otra

diferencia que se puede observar es que la grfica con menos variaciones es del canal 1

la razn de esto es porque se utiliz el acondicionador AD595 CQ que es de mejor

precisin que los dems que son de AD595 AQ

Fig. 4.15 Graficas de prueba final de los canales 0, 1 y 2.

53

ANLISIS DE RESULTADOS

Se determin el tipo de sensor adecuado para un horno solar, el cual fue el termopar tipo K RS219-4309 que permiti llegar libremente a la temperatura de

400C que es lo que el cliente pidi.

Se determin que el mejor lugar para colocar los sensores era dentro del tubo donde se tiene la contenedor de los alimentos con una distancia de 10cm de

profundidad uno del otro siendo la cantidad total es de 10m.

Debido a que la seal del termopar era muy dbil se tuvo que construir un acondicionador de seal para amplificarla, para lo cual se utiliz un AD595.

Se construy un SAD para la obtencin de datos de los cuatro puntos a medir, para el cual se utiliz un PIC 16F877 y para la interfase con la PC se utiliz el

MAX232.

Se dise un programa especfico para la PC con la funcin de adquirir y graficar las cuatro puntos de temperatura con la ayuda de una herramienta grfica de

programacin llamada LabVIEW.

Finalmente se acondicion el circuito en una caja protectora para su presentacin.

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CONCLUSIONES

Se concluy satisfactoriamente con el proyecto con los parmetros requeridos por el

cliente, por el uso que muestra, el dispositivo se puede aplicar en algn otro horno que

se requiera medir la temperatura.

A pesar de mi falta de experiencia en electrnica se logro la construccin de un medidor

de temperatura de cuatro canales.

Desde el punto de vista de Mantenimiento lo mas importante de este proyecto es el

conocimiento general de Sistema Medidor de Temperatura: que son, como estn

formados, que tienen y como funcionan.

Y el uso del la herramienta LabVIEW para programacin.

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Bibliografa

Hector A. Navarro D (1995). Instrumentacin Electrnica Moderna.

Editorial Innovacin Tecnolgica Facultad de Ingeniera Universidad

Central de Venezuela

William D. Cooper y Albert D. Helfrick (1991). Instrumentacin

Electrnica Moderna. Editorial Prentice Hall.

Realizado por:

Irlenys Tersek Rodrguez

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