Articulo IEEE

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Diseño, Implementación y Linealización de controlador térmico mediante Arduino. (Junio 2018)

 Microprocesadores II 

Andrés F. Ardila Álvarez, Diego F. Martínez Calderón, Jimmy A. Contreras Acosta

Abstract— Since the beginning of time, human beings have sought ways to control the physical variables that affect the environment where we live, we will focus on the control of temperature that of the most primitive needs controlled with fires at low temperatures and later on high temperatures controlled with fans and fans.

With the advancement of technology, devices have emerged that only with a simple movement like a click on a screen have the temperature we want in a matter of seconds, regardless of the temperature that was found outside the environment we want to control.

The control of the temperature has become necessary because the climatic changes cause the environmental damage, they do not matter, where all the places are closed with thermally controlled devices, from rooms to entire commercial centers.

1. INTRODUCCIÓN

D

esde el principio de los tiempos los humanos hemos buscado formas de controlar variables físicas que afecten el entorno donde vivimos, nos centraremos en el control de la temperatura que de ser de las necesidades más primitivas controladas con fogatas en temperaturas bajas y más adelante temperaturas altas controladas con abanicos y ventiladores.

Con el avance de la tecnología, han surgido dispositivos que solo con un simple movimiento como un clic en una pantalla tenemos la temperatura que deseamos en cuestión de segundos, sin importar la temperatura que encontremos fuera del ambiente que queremos controlar.

El control de la temperatura ha llegado a ser tan necesario   debido a tan extremos cambios climáticos provocados por el daño medioambiental, no importar donde vayamos encontramos lugares cerrados con dispositivos térmicamente controlados, desde habitaciones hasta centros comerciales enteros.

1. OBJETIVO GENERAL

Diseñar e implementar un control térmico en el interior de una caja, donde intervendrá un microcontrolador  llamado Arduino Nano, el cual mediante programación previa dominará el

funcionamiento de un cooler (mini ventilador) asistido por un sensor térmico, el principal control lo tendrá el usuario quien introducirá la temperatura, la cual desea estabilizar por debajo del valor ingresado, cabe recordar que el control que haremos es de disminuir la temperatura AMBIENTE dentro de la caja, no aumentar.

1. OBJETIVOS ESPECIFICOS

1-        Fabricar una caja de dimensiones 17x9x8 (cm) Para el control interno de su temperatura

2-        Captar mediante un teclado matricial 4x4 el valor en grados centígrados que se desea estabilizar la temperatura.

3-        Diseñar un código de programación para arduino que permita la lectura de entradas tanto análogas como digitales para su procesamiento y posterior exposición por puerto PWM o puertos digitales en el microcontrolador Arduino nano

4-        Diseñar un circuito simple de un sensor de temperatura mediante un circuito integrado llamado termistor NTC (sensor).

5-        Incorporar un circuito modo integrador al final de la salida PWM del microcontrolador con resistencias y condensadores para el funcionamiento del cooler (mini ventilador).

6-        Finalmente visualizar los datos mediante un display LCD e indicadores de luces LED.

1. IMPLEMENTACIÓN DEL PROYECTO

1. Materiales:

• Microprocesador “ARDUINO NANO”
• Display LCD 16*2
• Teclado matricial 4x4
• Jumpers
• 3 resistencias (330 Ohm)
• 4 resistencias (3.3K Ohm)
• 1 resistencia (2.2K Ohm)
• 1 resistencia (47 Ohm - 1Watio) fuente de calor
• 2 transistores 2N2222
• Potenciometro
• Diodos LED´s
• Cooler (Ventilador mini) 5v-130mA
• Protoboard
• Caja dimensiones 17x9x8 (cm)
• Termistor (tipo perla) NTC

1. Diseño esquematico:[pic 1]

Figura 1. Circuito esquemático para las conexiones de los componentes.

Este diseño fue elaborado para crear un esquema de la distribución y localización de las conexiones en el proyecto.[pic 2]

1. Características del Termistor

[pic 3][pic 4]

Figura 2. Curva típica del termistor. Resistencia/Temperatura

1. LINEALIZACIÓN DE UN TERMISTOR

1. Procedimiento experimental:

 Se debe primero determinar el margen de medida del sistema, luego se calculan los valores de las variables asignadas a los porcentajes establecidos, (0 %, 25%, 50%, 75%, 100% del margen de medida).

Se procede a medir la variable desde el valor mayor al   menor registrando los resultados en la tabla anexa (Figura 3).

Se toma nota de los cinco valores para cada sensor, en cada parada de medición.

Figura 3.   [pic 5]

1. Calculo de errores:

Primero se calculan los valores promedios y sus desviaciones estándar respectivas:

Figura 4.

Luego se grafican las curvas de calibración:

Figura 5.

Para calcular el Error de Ganancia se linealizan las curvas experimentales mediante el método de mínimos cuadrados y se calculan sus pendientes:

Figura 6.[pic 6]

1. Medición de la curva del sensor linealizado (Conclusión):

 [pic 7]

Figura 7.

Esta es la curva del sensor NTC ya linealizado y vemos como resultado el propósito de esta técnica la cual hace más estable la señal.

1. PROGRAMACIÓN CODIGO ARDUINO

[pic 8]

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#include

#include

#define COLS 16

#define ROWS 2  

...