UNIVERSIDAD TECNOLGICA DE QUERTARO Voluntad * Conocimiento * Servicio
UNIVERSIDAD TECNOLGICA DE QUERTARO
OPTATIVA IITermmetro digital con termistor y visualizacin en LCD
PROFESOR:ING. JOAQUIN RODRIGUEZ SANTOYO
Integrantes:Vzquez Rangel Ignacio AntonioRangel Terrazas Jonathan
JUNIO 2015
INTRODUCCION
El presente proyecto se realiz en el noveno cuatrimestre de Ing. Tecnologas de Automatizacin, bajo la asesora del Ing. Joaqun Rodrguez Santoyo, profesor de la asignatura Optativa II.
El proyecto consiste en disear y fabricar un termmetro digital a base de un termistor, utilizando un micro controlador, la temperatura deber ser desplegada en un LCD.
DEFINICION DEL PROYECTO
El presente proyecto consiste en realizar un instrumento de medicin de temperatura a base de un termistor, la lectura de la temperatura medida deber ser desplegada en una LCD, para ello se debe realizar la caracterizacin del termistor y as poder determinar el polinomio caracterstico y programarlo en un micro controlador, todo ello como requerimientos de la asignatura de Optativa II. Diseo de interfaces electrnicas.
OBJETIVO
Disear y fabricar un instrumento de medicin de temperatura a base de un termistor y desplegar la temperatura medida en un LCD. Determinar el polinomio caracterstico y as poderlo programar en un micro controlador. La temperatura a medir es en un rango de 15C a 85C, con un margen de error de +- 1C.
ALCANCE
Disear y fabricar un instrumento de medicin de temperatura a base de un termistor y desplegar la temperatura medida en un LCD. Se observar y analizar el comportamiento de este instrumento de medicin de temperatura, tomando como referencia otro patrn de medida externo, en este caso un termmetro de Mercurio, con respecto al cual se va a medir el rango de temperatura de 15C a 85C|, con el cual no debe presentar una variacin mxima a +-1C.
El diseo y fabricacin del mismo va a incluir elementos de montaje superficial, en este caso se utilizar un micro controlador 16F88 de montaje superficial, y otros elementos como resistencias y capacitores.
PLAN DE TRABAJO
Para llevar a cabo el diseo y la fabricacin del instrumento de medicin de temperatura a base de un termistor. Es importante hacer un planteamiento de actividades, con el objetivo de determinar los recursos, actividades y el tiempo que tomar realizar cada una de ellas. Las actividades que se desarrollarn son las siguientes:
Se realiza investigacin terica. Se elabora bao trmico. Se realiza la caracterizacin del termistor. Se determina polinomio caracterstico en la plataforma de Matlab. Se realiza el programa para el micro controlador en PIC C. Se realiza la simulacin del circuito en ISIS 7. Se realiza el circuito fsicamente en protoboard. Se realiza el diseo de PCB en proteus. Una vez terminado el diseo final se realiza el revelado. Se realiza PCB Se soldan los componentes Se realiza prueba final.
MARCO TEORICOTemperaturaLa medida de temperatura constituye una de las mediciones ms comunes y ms importantes que se efectan en los procesos industriales. Las limitaciones del sistema de medida quedan definidas en cada tipo de aplicacin por la precisin, por la velocidad de captacin de la temperatura, por la distancia entre el elemento de medida y el aparato receptor y por el tipo de instrumento indicador, registrador o controlador necesarios; es importante sealar que es esencial una comprensin clara de los distintos mtodos de medida con sus ventajas y desventajas propias para lograr una seleccin ptima del sistema ms adecuado.
Los instrumentos de temperatura utilizan diversos fenmenos que son influidos por la temperatura y entre los cuales figuran:
a) variaciones en volumen o en estado de los cuerpos (slidos, lquidos o gases);
b) variacin de resistencia de un conductor (sondas de resistencia);
e) variacin de resistencia de un semiconductor (termistores);
d) f.e.m. creada en la unin de dos metales distintos (termopares);
e) intensidad de la radiacin total emitida por el cuerpo (pirmetros de radiacin);
f) otros fenmenos utilizados en laboratorio (velocidad del sonido en un gas, frecuencia de resonancia de un cristal.
De este modo se emplean los instrumentos siguientes: Termmetros de vidrio, termmetros bimetlicos, elementos primarios de bulbo y capilar rellenos de lquido, gas o vapor, termopares, pirmetros de radiacin, termmetros de resistencia, termmetros ultrasnicos, termmetros de cristal de cuarzo.
Montaje Superficial
La tecnologa de montaje superficial, ms conocida por sus siglas SMT del ingls Surface Mount Technology, es el mtodo de construccin de dispositivos electrnicos ms utilizado actualmente.
Se usa tanto para componentes activos como pasivos, y se basa en el montaje de los mismos (Surface Mount Component, SMC) sobre la superficie del circuito impreso. Tanto los equipos as construidos como los componentes de montaje superficial pueden ser llamados dispositivos de montaje superficial o SMD (Surface Mount Device).
Mientras que los componentes de tecnologa de agujeros pasantes (through hole) atraviesan la placa de circuito impreso de un lado a otro, los anlogos SMD que son muchas veces ms pequeos, no la atraviesan: las conexiones se realizan mediante contactos planos, una matriz de esferas en la parte inferior del encapsulado, o terminaciones metlicas en los bordes del componente.
Ventajas de esta tecnologa Reducir el peso y las dimensiones. Reducir los costos de fabricacin. Reducir la cantidad de agujeros que se necesitan taladrar en la placa. Permitir una mayor automatizacin en el proceso de fabricacin de equipos. Permitir la integracin en ambas caras del circuito impreso. Reducir las interferencias electromagnticas gracias al menor tamao de los contactos (importante a altas frecuencias). Mejorar el desempeo ante condiciones de vibracin o estrs mecnico. En el caso de componentes pasivos, comoresistenciasycondensadores, se consigue que los valores sean mucho ms precisos. Ensamble ms preciso.
Desventajas de esta tecnologa El proceso de armado de circuitos puede ser ms complicado que en el caso de tecnologathrough hole, elevando el costo inicial de un proyecto de produccin. El reducido tamao de los componentes provoca que sea irrealizable, en ciertos casos, el armado manual de circuitos, esencial en la etapa inicial de un desarrollo.
DESARROLLO DEL PROYECTO
Se realiza la construccin del bao trmico para hacer las pruebas pertinentes ya que los baos trmicos que posee la universidad no pueden ser retirados por los alumnos para trabajar en un lugar ajeno a la universidad
Para su realizacin se utiliz un recipiente de plstico forrado con tiras de unicel y cinta teflonada. Se le acondiciono una resistencia elctrica para calentar el lquido interno y una bomba para recircular el lquido y mantener una temperatura homognea. Para realizar las mediciones correspondientes se le acondiciono un termmetro de vidrio.
Figura 1. Bao Trmico.
Se realizaron las mediciones correspondientes para poder caracterizar el termistor, el termistor utilizado es de 10k y una resistencia fija de 10 k. Para obtener las mediciones correspondientes se realiz un divisor de tensin. Para obtener los valores de la respuesta al estmulo aplicado al elemento no lineal, estas mediciones fueron realizadas mediante ciertas condiciones estandarizadas.
Figura 2.0
Figura 2.1 Divisor de tensin utilizado para la caracterizacin del termistor.Las mediciones para poder caracterizar el termistor se tomaron cada 0.5C a partir de 10C hasta los 90C. Los valores obtenidos fueron los siguientes, en relacin de temperatura contra tensin.
TEMPERATURA ( C)TENSION (V)TEMPERATURA ( C)TENSION (V)
91.62742.53.392
10.51.705433.411
111.72543.53.450
11.51.745443.470
121.78444.53.490
12.51.803453.509
131.84345.53.529
13.51.862463.549
141.88246.53.568
14.51.901473.588
151.92147.53.607
15.51.962483.627
162.00048.53.647
16.52.019493.666
172.058503.686
17.52.09850.53.725
182.117513.745
18.52.15651.53.764
192.176523.784
19.52.19652.53.803
202.254533.823
212.313543.843
222.35254.53.862
22.52.372553.882
232.41155.53.901
23.52.431563.921
242.45056.53.941
24.52.470573.960
252.490583.980
25.52.50958.54.000
262.568594.019
26.52.62759.54.030
272.647604.039
27.52.666614.058
282.68661.54.078
28.52.725624.098
292.745634.117
29.52.76463.54.137
302.784644.156
30.52.80364.54.176
312.823654.196
31.52.843664.215
322.882674.235
32.52.901684.254
332.941694.274
33.52.960704.294
342.980714.313
34.53.000724.333
353.058734.352
35.53.078744.372
363.098754.392
36.53.117764.411
373.137774.431
37.53.156784.450
383.196804.470
38.53.215814.490
393.235824.509
39.53.254834.529
403.274854.549
40.53.294874.568
413.313884.588
41.53.333894.607
423.372904.627
Tabla 1. Mediciones de tensin con respecto a la temperatura.
Despus de obtener las mediciones correspondientes, se utiliza la plataforma de MATLAB para determinar el polinomio caracterstico a programar en el micro controlador.
Los datos se ingresaron de la siguiente manera, aplicando la funcin polyfit se obtuvo el siguiente polinomio de 5to grado.
Figura 3. Polinomio obtenido en MATLAB.
Figura 4. Grafica del polinomio obtenido en MATLAB.
Una vez obtenido el polinomio, graficamos desde la misma plataforma de MATLAB para obtener la curva de nuestro termmetro.
Ya que se obtuvo el polinomio de nuestro termmetro podemos proceder a programar nuestro micro controlador
Una vez terminada la parte de la adquisicin de los datos y la programacin en PIC C comenzamos a generar la placa PCV la cual es una placa de montaje superficial para poder obtener una optimizacin del espacio y hacerlo lo ms compacto posible, a continuacin se pueden observar las imgenes de la simulacin y la placa PCV para soldar
Fig. 3.0 Simulacin del circuito del termmetro
Fig. 3.1 Placa PCV para impresin y soldadura
El resultado final del circuito es el que podemos observar en la Fig. 3.2
Fig. 3.2 Circuito terminado y soldado Por ultimo probamos el circuito y hacemos pruebas para verificar que los resultados se visualicen bien, se guarda el circuido dentro de una caja de plstico para aislarlo de las condiciones ambientales externas Fig. 3.3
Fig. 3.3 Termmetro final
ConclusinEn este proyecto nos enfrentamos con el problema con la alimentacin, al principio se pens incluir una batera de 9 V con su respectivo acondicionamiento para el PIC de montaje superficial, pero el sistema arrojaba datos confusos por lo cual se opt por sustituir la batera por una fuente de 5 V de DC, con la cual se hicieron pruebas y se desarroll el sistema, otro de los inconvenientes dentro del proyecto fue el soldado de los componentes de montaje superficial, ya que la forma en la que estos trabajan son ms delicados que los componentes ordinarios, as mismo se tuvo una problemtica con la programacin ya que la lectura del termmetro era muy inestable, as que se opt por poner un retardo al despliegue de la informacin para que pudiera estabilizar la lectura .