LM35 - SENSOR DE TEMPERATURA DE PRECISIN

1. DESCRIPCIN GENERALLa serie LM35 son sensores de temperatura de alta precisin, cuya tensin de salida es linealmente proporcional a la temperatura Celsius (centgrados). El LM35 tiene pues una ventaja sobre los sensores lineales de temperatura calibrados en grados Kelvin, mientras que el usuario no est obligado a restar una gran tensin constante desde su salida para obtener una conveniente escala en Centgrados. El LM35 no requiere ninguna calibracin o recorte para proporcionar una precisin tpica de 1/4 C a temperatura ambiente y de 3/4 C durante un rango de temperatura de -55 a +150 C. El LM35 tiene una baja impedancia de salida, salida lineal y precisa calibracin inherente que permite hacer interfaz con circuitos de control o de lectura, especialmente fciles. Ello puede utilizarse con una sola fuente de alimentacin, o con ms y menos alimentaciones. As consume slo 60 A de su alimentacin, tiene un muy bajo auto calentamiento, a menos de 0,1 C en el aire inmvil. El LM35 est diseado para funcionar en un rango de temperatura de -55 a +150 C, mientras que el LM35C est hecho para un rango de -40 a 110 C (-10 con mayor exactitud). La serie LM35 est disponible en encapsulados hermticos de paquetes de transistores A-46, mientras que el LM35C, LM35CA, LM35D estn tambin disponibles en paquetes plsticos de transistores A-92. El LM35D tambin est disponible en un pequeo esquema de montaje de superficie de 8 patillas y un paquete de de plstico A-220.

2. CARACTERISTICAS

Calibrado directamente en Celsius (centgrados). Factor de escala lineal +10,0 mV/ C. 0,5 C de exactitud (a +25 C). Diseados para un rango de -55 a +150 C. Apto para aplicaciones remotas. Bajo costo, debido a nivel de wafer de recorte. Opera desde 4 a 30 voltios. Baja corriente de alimentacin (60 A). Bajo calentamiento espontneo, 0,08 C en aire inmvil. No linealidad para 1/4 C tpico.

Baja impedancia de salida, 0,1 W para 1 mA de carga.A continuacin se muestran las conexiones tpicas del sensor LM35:

Figura 1. Diagramas de conexiones del sensor LM35 El sensor se encuentra disponible en diferentes encapsulados pero el ms comn es el TO-92, una cpsula comnmente utilizada por los transistores de baja potencia, como el BC548 o el 2N2904.

Figura 2. Encapsulado TO-46

Figura 3. Encapsulado TO-92

Figura 4. Encapsulado SO-8

Figura 5. Encapsulado TO-220 En la figura 6 se puede observar un diagrama de las caractersticas tpicas de rendimiento de la serie LM35.

Figura 6. Caractersticas de rendimiento

3. CIRCUITO PARA ACOPLE DEL SENSOR LM35

Figura 7. Circuito de acople del sensor LM35DZ En el circuito anterior se puede observar que a la salida del sensor de temperatura LM35DZ (Vo1) se conecta un circuito seguidor de voltaje (el seguidor de voltaje se lo utiliza cuando es necesario amplificar una seal de un circuito de alta impedancia y no se quiere tomar corriente de la seal), as mismo a la salida de este seguidor de voltaje (Vo2) va una etapa de amplificacin (amplificador no inversor), cuyo voltaje de salida esta dado por:

Potenciome tro Vo 3 = 1 + * Vo 2 5.1K en donde la ganancia de voltaje del mismo esta dada por

Potenciome tro Ganancia = 1 + 5.1K

Para regular la el voltaje requerido y deseado, se hace uso del potencimetro.

4. FUNCIONAMIENTO DEL SENSOR LM35 CON PIC BASICEn este apartado se va a desarrollar un termmetro digital en base al sensor LM35DZ, 1 microcontrolador PIC16F877A, 1 LCD y haciendo uso del lenguaje de programacin PIC BASIC. El termmetro digital ser desarrollado de acuerdo al siguiente diagrama a bloques:

Figura 8. Diagrama de bloques para el funcionamiento del sensor LM35DZ El sensor que se utilizar ser el LM35DZ modelo TO-92, el cual es un sensor de temperatura con buena precisin en escala Celsius. ste dispositivo transforma la temperatura del ambiente en voltaje, del orden de mV. El LM35DZ entrega a la salida una resolucin de 10mV por cada grado centgrado. Emplendolo solo sin ninguna configuracin en especial, el dispositivo presenta un rango de medicin de 1 a 150C. La etapa de conversin y la interpretacin se llevar a cabo mediante el microcontrolador PIC16F877A y claro esta haciendo uso del lenguaje de programacin PIC BASIC; por ltimo contamos con la etapa de visualizacin para la cual se emplear un display de cristal lquido (LCD) de 2 lneas por 16 caracteres, en donde se presentaran el valor de la conversin, as como la temperatura actual del sensor. En la figura 9 se puede observar el circuito resultante a partir del diagrama de bloques.

LCD1LM016L

VSS VDD VEE

RS RW E 4 5 6

22pF

10K 4Mhz

C?10uF 1K 22pF

U113 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 OSC1/CLKIN OSC2/CLKOUT MCLR/Vpp/THV RB0/INT RB1 RB2 RB3/PGM RB4 RB5 RB6/PGC RB7/PGD 33 34 35 36 37 38 39 40 15 16 17 18 23 24 25 26 19 20 21 22 27 28 29 30

U1(RA0/AN0) V=2.23457

1

U3 U4:A8 2 3 1 5 7 6 4 LM358N 4 8

114.0 VOUT

U4:B

3

LM35

C110uF

2

RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/VREFRA3/AN3/VREF+ RA4/T0CKI RA5/AN4/SS RC0/T1OSO/T1CKI RC1/T1OSI/CCP2 RE0/AN5/RD RC2/CCP1 RE1/AN6/WR RC3/SCK/SCL RE2/AN7/CS RC4/SDI/SDA RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7 PIC16F877

LM358N

R2 R110k 9.5k

Figura 9. Diseo del circuito para el funcionamiento del sensor LM35 El pic 16F877A cuenta con pines que pueden utilizarse para la conversin A/D, estos pines corresponden a los del puerto A (A0, A1,A2, A3, A4, A5, A6 y A7) y los del puerto E (E0, E1 y E2), que son capaces de detectar el nivel de voltaje que ingresan a ellos, por ejemplo: si utilizamos un conversor A/D de 8 bits, quiere decir que entre los voltajes de referencias, digamos que Vref-= 0V y Vref+=5V, los 5 V los dividir en 255 segmentos, (19,6 mlV.), entonces si a la entrada del pin A/D ingresan 19,6 mlV, el registro ADCIN nos entregar un valor de 1, y as tenemos que para: 0V ADCIN =0 2,49V ADCIN= 127 5V ADCIN= 255 En definitiva nos dice que voltaje est entrando por un pin pero en valores de una variable de 255. Para poner en funcionamiento los conversores A/D, debemos cambiar unos bits del registro ADCON1, ver tabla1., en donde se debe configurar cual es el canal o los canales que deseamos utilizar, as como tambin cuales son los voltajes de referencia. En nuestro caso utilizaremos ADCON1=%00001110, que significa que slo vamos a utilizar el canal 0 (A.0) con voltajes de referencias positivo y negativos, los mismos que utiliza el PIC para su alimentacin, es decir en este caso 0 y 5V.

7 8 9 10 11 12 13 14

B

1 2 3

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7

Tabla 1. Tabla de configuracin para el registro ADCON1 del PIC16F877A, noten que ADCON1=7 corresponde a PCFG =011x, por lo tanto convierte en pines digitales todos los pines del puerto A y puerto E.

ADCIN Channel , Var Lee el conversor analgico del micro y guarda el resultado en el Var. Mientras que los registros del ADC se pueden alcanzar directamente, ADCIN hace el proceso un poco ms fcil. Antes de que ADCIN pueda ser utilizado, el registro de TRIS se debe fijar como entradas. ADCON1 tambin necesita ser asignado como entradas de informacin analgicas y en algunos casos para fijar el formato del resultado y la fuente del reloj. Vea las hojas de datos del microchip para ms informacin sobre estos registros y cmo fijarlos para el dispositivo especfico. Dependiendo del dispositivo, puede tener 8 , 10 o 12-bit ADC. El bit alto de ADCON1 controla si el resultado est a la izquierda o a la derecha. En la mayora de los casos, los resultados 8-bit se deben dejar alineados (ADCON1.7 = 0) y 10 y los resultados 12-bit justificados a la derecha (ADCON1.7 = 1). Varios DEFINEs pueden tambin ser utilizados. Los valores por defecto se muestran abajo: DEFINE ADC_BITS 8 DEFINE ADC_CLOCK 3 DEFINE ADC_SAMPLEUS 50 ' Fije el nmero de BITS en el resultado (8, 10 o 12) ' Fije el CLOCK (RC = 3) ' Fije el tiempo de muestreo en microsegundos

ADC_SAMPLEUS es el nmero de microsegundos que el programa espera entre fijar el canal y comenzar la conversin analgica/digital. TRISA = 255 ' Fije PORTA todas entradas

ADCON1 = 0 ADCIN 0, B0

' PORTA es analgico ' Lea el canal 0 y guarda el valor en B0

Para la amplificacin del voltaje de salida del sensor LM35DZ, hay que tomar en cuenta la siguiente consideracin: el sensor entrega a la salida una resolucin de 10mV por cada grado centgrado y que la instruccin ADCIN tiene una resolucin de 19.6 mV para un conversor de 8 bits, lo que se requiere entonces es que, por cada grado centgrado haya una salida de 19.6 mV, esto se logra mediante una amplificacin con una ganancia de 1.96 (variando el potencimetro de 10 K), tal como se observa en la figura 9, y as tenemos que para: 0 C 150 C 255 C 0V 2,94V 5V ADCIN =0 ADCIN= 150 ADCIN= 255

Otro cambio importante es que los pines que controlan al LCD, no pueden ser los predefinidos por PIC BASIC PRO, por lo tanto debemos cambiarlos de posicin utilizando DEFINE, en este caso se utiliza los pines del puerto B.

EJEMPLO1: Realizar un programa en PIC BASIC que permita receptar el valor de latemperatura del sensor LM35DZ. Mostrar en un LCD el valor de la conversin y la temperatura actual medida por el sensor. Utilizar el circuito de la figura 9 como referencia.PROGRAMA EJEMPLO DE USO DEL SENSOR DE TEMPERATURA LM35DZ CON UN MICROCONTROLADOR 16F877A. LA MEDICIN EFECTUADA POR EL SENSOR SE VISUALIZA EN UNA PANTALLA DE UN LCD. EL TERMINAL DE SALIDA DEL SENSOR DESPUES DE LA ETAPA DE ACOPLAMIENTO SE CONECTA AL PIN PORTA.0 DEL MICROCONTROLADOR ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ CONFIGURACIN DEL LCD DEFINE LCD_DREG DEFINE LCD_DBIT PORTB 4 DEFINE PINES DEL LCD B4 A B7 EMPEZANDO DESDE EL PUERTO B4 HASTA B7 DEFINE EL PUERTO B PATA CONECTAR EL BIT RS ESTE ES EL PUERTO B3 DEFINE EL PUERTO B PATA CONECTAR EL BIT ENABLE

DEFINE LCD_RSREG PORTB DEFINE LCD_RSBIT 3 DEFINE LCD_EREG PORTB

DEFINE LCD_EBIT

2

ESTE ES EL PUERTO B2

CONFIGURACIN DEL CONVERSOR A/D DEL MICROCONTROLDAOR DEFINE ADC_BITS 8 DEFINE ADC_CLOCK 3 DEFINE ADC_SAMPLEUS 50 FIJA EL NMERO DE BITS CON LOS QUE SE VA A TRABAJAR 8 BITS FIJA EL RELOJ RC=3 FIJA EL TIEMPO DE MUESTREO ENTRE FIJAR EL CANAL Y COMENZAR LA CONVERSIN A/D EN UN TIEMPO DE 50 US TRISA=%1 ADCON1=%00001110 EL BIT A.0 ES ENTRADA EL BIT A.0 ES CONVERSOR

DEFINICIN DE VARIABLES A UTILIZAR DATOS VAR BYTE SIM_GRADO CON 223 TEMPERATURA VAR BYTE DATOS DE TAMAO DE 256 CONSTANTE 223 QUE REPRESENTA EL SIMBOLO DE GRADO GUARDA LA TEMPERATURA ACTUAL DEL SENSOR

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------PROGRAMA PRINCIPAL INICIO: GOSUB MEDIR GOSUB MOSTRAR VALOR DE LA LLAMADA A LA SUBRUTINA MEDIR QUE LEE LA ENTRADA DEL PIN A0 LLAMADA A LA SUBRUTINA MOSTRAR, QUE VISUALIZA EL

TEMPERATURA EN EL LCD GOTO INICIO ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------DEFINIICN DE LA SUBRUTINAS MEDIR: ADCIN 0,DATOS LEER EL CANAL 0 Y GUARDA LOS DATOS OBTENIDOS EN LA VARIABLE DATOS TEMPERATURA= DATOS RETURN MOSTRAR DESPLIEGA EN EL LCD EL VALOR LA CONVERSION Y LA TEMPERATURA MOSTRAR: LCDOUT $FE,1,"CONVERSION: ",DEC3 DATOS

LIMPIE EL VISOR DEL LCD Y SAQUE LA FRASE CONVERSION: " EN LA PRIMERA LNEA DEL LCD JUNTO CON EL VALOR DE LA VARIABLE DATOS LCDOUT $FE,$C0,"TEMPERATURA:",DEC3 TEMPERATURA, SIM_GRADO, "C" MUESTRE LA FRASE TEMPERATURA: EN LA LINEA 2 DEL LCD, JUNTO CON EL VALOR DE LA

VARIABLE

TEMPERATURA SEGUIDO DEL SIMBOLO DE GRADO Y DE LA LETRA C PAUSE 100 RETURN PAUSA DE 100 MILISEGUNDOS

EJEMPLO2: Realizar un programa en PIC BASIC que permita obtener el valor de latemperatura del sensor LM35DZ. Realizar una comunicacin inalmbrica usando dos mdulos XBEE. En el circuito transmisor se debe conectar el sensor LM35DZ y enviar en forma serial el valor de la conversin y la temperatura actual medida por el sensor. En el circuito receptor se debe leer serialmente la informacin enviada por el transmisor y mostrar en un LCD. Utilizar los esquemas de las figura 10 y 11 como referencia.

Figura 10. Circuito transmisor para el manejo del sensor LM35DZ

PROGRAMA PARA EL CIRCUITO TRANSMISOR ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------INCLUDE "modedefs.bas" PARA EL MODO DE COMUNICACIN SERIAL

CONFIGURACIN DEL CONVERSOR A/D DEL MICROCONTROLDAOR DEFINE ADC_BITS 8 DEFINE ADC_CLOCK 3 DEFINE ADC_SAMPLEUS 50 FIJA EL NMERO DE BITS CON LOS QUE SE VA A TRABAJAR 8 BITS FIJA EL RELOJ RC=3 FIJA EL TIEMPO DE MUESTREO ENTRE FIJAR EL CANAL Y COMENZAR LA CONVERSIN A/D EN UN TIEMPO DE 50 US TRISA=%1 ADCON1=%00001110 EL BIT A.0 ES ENTRADA EL BIT A.0 ES CONVERSOR

DEFINICIN DE VARIABLES A UTILIZAR DATOS VAR BYTE TEMPERATURA VAR BYTE VELOCIDAD CON 396 DATOS DE TAMAO DE 256 GUARDA LA TEMPERATURA ACTUAL DEL SENSOR VELOCIDAD DE TRANSMISIN EN BAUDIOS DE 2400

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------PROGRAMA PRINCIPAL

INICIO: GOSUB MEDIR GOSUB TRANSMITIR MODULO XBEE PAUSE 200 LLAMADA A LA SUBRUTINA MEDIR QUE LEE LA ENTRADA DEL PIN A0 ENVIAR EL VALOR DE LA TEMPERATURA EN FORMA SERIAL AL

REPETIR CADA 200 MILISEGUNDOS

GOTO INICIO ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------DEFINIICN DE LA SUBRUTINAS MEDIR: ADCIN 0,DATOS LEER EL CANAL 0 Y GUARDA LOS DATOS OBTENIDOS EN LA VARIABLE DATOS TEMPERATURA= DATOS RETURN TRANSMITIR ENVIA EN FORMA SERIAL EL VALOR DE LA CONVERSION Y LA TEMPERATURA AL MODULO XBEE TRANSMITIR: SEROUT2 PORTC.6, VELLOCIDAD,[DEC3 DATOS, DEC3 TEMPERATURA] RETURN

Figura 12. Circuito receptor para la visualizacin del valor de la conversin y la temperatura medida por el sensor LM35DZ y enviada por el circuito transmisor

PROGRAMA PARA EL CIRCUITO RECEPTOR ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------INCLUDE "modedefs.bas" PARA EL MODO DE COMUNICACIN SERIAL

DEFINICIN DE VARIABLES Y CONSTANTES A UTILIZAR DEFINE LCD_DREG DEFINE LCD_DBIT PORTB 4 DEFINE PINES DEL LCD B4 A B7 EMPEZANDO DESDE EL PUERTO B4 HASTA B7 DEFINE EL PUERTO B PATA CONECTAR EL BIT RS ESTE ES EL PUERTO B3 DEFINE EL PUERTO B PATA CONECTAR EL BIT ENABLE ESTE ES EL PUERTO B2

DEFINE LCD_RSREG PORTB DEFINE LCD_RSBIT 3 DEFINE LCD_EREG DEFINE LCD_EBIT PORTB 2

TIEMPO_ESPERA CON 2000 DE 2000 US VELOCIDAD CON 396 SIM_GRADO CON 223

CONTINE SI NO SE RECIBE UN CARCTER DENTRO

VELOCIDAD DE TRANSMISIN EN BAUDIOS DE 2400 CONSTANTE 223 QUE REPRESENTA EL SIMBOLO DE GRADO

DATO1 VAR WORD DATO2 VAR WORD

GUARDA EL VALOR DE LA CONVERSION GUARDA EL VALOR DE LA TEMPERATURA MEDIDA

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------PROGRAMA PRINCIPAL MAIN: GOSUB RECIBIR GOSUB MOSTRAR PAUSE 200 GOTO MAIN ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------DEFINIICN DE LA SUBRUTINAS RECIBIR: SERIN2 PORTC.7, VELOCIDAD, TIEMPO_ESPERA, NODATO, [DEC3 DATO1, DEC3 DATO2] NODATO: RETURN MOSTRAR DESPLIEGA EN EL LCD EL VALOR LA CONVERSION Y LA TEMPERATURA MOSTRAR: LCDOUT $FE,1,"CONVERSION: ",DEC3 DATO1 LIMPIE EL VISOR DEL LCD Y SAQUE LA FRASE CONVERSION: " EN LA PRIMERA LNEA DEL LCD JUNTO CON EL VALOR DE LA VARIABLE DATO1 LCDOUT $FE,$C0,"TEMPERATURA:",DEC3 DATO2, SIM_GRADO, "C" MUESTRE LA FRASE TEMPERATURA: EN LA LINEA 2 DEL LCD, JUNTO CON EL VALOR DE LA RECIBIR LOS DATOS EN FORMA SERIAL MOSTRAR EN EL LCD REPETIR CADA 200 MILISEGUNDOS

VARIABLE

DATO2 SEGUIDO DEL SIMBOLO DE GRADO Y DE LA LETRA C PAUSE 100 PAUSA DE 100 MILISEGUNDOS

RETURN

EJEMPLOS EN EL INTERNET CON MICROCONTROLADORES A continuacin se colocan algunos link donde se pueden apreciar algunos ejemplos en el que utilizan el sensor LM35. http://mx.geocities.com/swastica83/index.html http://qubits.wordpress.com/2008/07/10/control-de-temperatura-con-sensorlm35dz/ http://www.x-robotics.com/sensores.htm http://encaminandoc.blogspot.com/2009/01/sensando-temperatura-conlm35dz.html http://todopic.mforos.com/46840/4683700-ejemplitos-16f876a-indice-decontenidos/ http://todopic.mforos.com/58527/3863991-termometro-digital/ http://todopic.mforos.com/46840/4676675-ejemplito-16f876a-temperatura-yluminosidad-con-un-lm35a-y-una-ldr-conv-ad/