Control_de_temperatura.pdf

INDICE

Página

1. RESUMEN RESUMEN

2

2. ANTECEDENTES ANTECEDENTES

2

3. DESARRO DESARROLLO LLO

4

4. RESULTAD RESULTADOS OS

14

5. RECOMENDACIÓ RECOMENDACIÓN NES

14

6. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS BIBLIOGRAFICAS

14

Flores Fregoso José Ulises, Código; 300600091, [email protected] Proyecto Proyect o de d e Diseño c on Elect rónica I ntegrada. ntegr ada. Página 1

1. RESUMEN El objetivo primordial de este proyecto es controlar la variable temperatura. El control de temperatura es asignado por el usuario mediante un teclado matricial al elegir este la temperatura deseada. Las aplicaciones son tan extensas y variadas que van del hogar a la industria, la implementación se consigue con la utilización de un ADC0804, un sensor de temperatura LM35, un amplificador operacional 741, dos buffers 74LS245, un micro controlador AT89S52, un display 8 segmentos, un optoacoplador MOC3110, un MAC223, un ULN2083 y un relevador, estos cuatro últimos en la etapa de potencia, un motoventilador, un cautín, accesorios y circuitos varios que se describen en el transcurso del proyecto. El sensor envía la señal de voltaje correspondiente a la temperatura del objeto a enfriar (en este caso el cautín) con el ventilador, entrando antes que nada al amplificador que multiplica la señal por dos que después pasa por el ADC el cual convierte la señal análoga a digital, señal que entra al microcontrolador para activar la etapa de potencia requerida para la activación del motoventilador, antes de que suceda esto el display (controlado por el micro y al estar de por medio el buffer) muestra cada uno de los dígitos que el interesado introduce.

2. ANTECEDENTES El hombre tiene desde sus inicios la necesidad y deseo tener el control de su medio y todas las variables que lo rodean, pero no fue sino hasta el siglo XVII que se presentaron diversos sistemas de regulación de temperatura, entre ellos los aplicados en el horno y la incubadora de Drebbel (El regulador de temperatura de Drebbel). El principio utilizado en la regulación de temperatura fue el siguiente, si la temperatura del horno subía se dilataba el contenido de un depósito de alcohol de forma que se desplazaba un juego de palancas que abría un orificio de salida de gases. Otros proyectos son el Sistema de control de temperatura de un horno eléctrico y el Control de temperatura del compartimiento del pasajero de un automóvil. La figura 1 muestra un diagrama esquemático del primer sistema. La temperatura del horno eléctrico se mide mediante un termómetro, que es un dispositivo analógico. La temperatura analógica se convierte a una temperatura digital mediante un convertidor A/D. La temperatura digital se introduce a un controlador mediante una interfase. Esta temperatura digital se compara con una temperatura que se ingresa mediante un programa y si hay una discrepancia (error) el controlador envía una señal al calefactor, a través de una interfase, un amplificador y un relevador, para hacer que la temperatura del horno adquiera el valor deseado.

Flores Fregoso José Ulises, Código; 300600091, [email protected] Proyecto de Diseño con Electrónica Integrada. Página 2

Fig. 1. Control de tem peratura de un horno eléctrico

La figura 2 muestra un diagrama funcional del control de temperatura del compartimiento del pasajero de un automóvil. La temperatura que se desea, se convierte a un voltaje, que es la entrada del controlador. La temperatura real del compartimiento del pasajero se convierte a un voltaje mediante un sensor y se alimenta al controlador para que éste la compare con la entrada. La temperatura ambiente y la transferenc ia térmica por radiación del Sol, que no son constantes conforme se conduce el automóvil, funcionan como perturbaciones. Este sistema emplea tanto un control realimentado como uno de prealimentación. (El control prealimentado establece una acción correctiva antes de que las perturbaciones afecten el resultado.) [1] La temperatura del compartimiento del pasajero de un automóvil difiere considerablemente al depender del lugar en donde se mida. En lugar de usar sensores múltiples para medir la temperatura y promediar los valores, es económico instalar un pequeño ventilador de succión en el lugar en donde los pasajeros normalmente detectan la temperatura. La temperatura del aire del aspirador es una indicación de la temperatura del compartimiento del pasajero y se considera la salida del sistema. El controlador recibe la señal de entrada, la señal de salida y las señales de los sensores de las fuentes de perturbación. El controlador envía una señal de control óptima al aire acondicionado o al calefactor para cont rolar la cantidad de aire frío o caliente a fin de que la temperatura del compartimiento del pasajero se mantenga al valor que se desea.


Fig. 2. Control de temperatura del compartimiento del pasajero de un automóvil

La contribución de este proyecto esta en la aplicación, para mantener la temperatura del refrigerante de un vehiculo de competencia que encuentre en su trayecto climas extremos, solo requiere reemplazar la etapa de potencia de AC y el cautín (que se utiliza con fines prácticos) con un resistor, puede pensarse que el trabajo esta hecho por el sencillo termostato, ó un motoventilador y un interruptor térmico, los cuales funcionan de manera correcta en automotores convencionales, estos últimos no sufren de cargas excesivas ni cambios de temperatura bruscos como lo ocurrido con los primeros, al integrar el proyecto en un vehiculo de alto rendimiento, además de permitir la elección de temperatura da certeza al piloto de contar con la eficiencia y desempeño optimo de su motor. El establecer calidez controlada en una habitación no requiere más que otra pequeña modificación.

3. DESARROLLO En la naturaleza y medio ambiente todas las variables se encuentran de manera analógica, y para ser procesadas por computadoras o en este caso por un microcontrolador se requiere su digitalización. Una vez que esto se consigue el resto es programación. Tomar la temperatura es función del LM35 (figura 3), la lectura adquirida es enviada al amplificador operacional 741 en configuración multiplicador (x2 o ganancia 2, figura 4), la necesidad de esto estriba en el hecho de que el LM35 entrega 10mV/oC, y la posterior etapa es la conversión analógico-digital llevada a cabo por el ADC0804 (figura 5) que requiere como entrada 20mV/oC, debido a la resolución, la salida binaria es ahora entrada del microprocesador (figura 6), misma que es comparada con la temperatura deseada por el usuario al introducirla por el teclado matricial, que a su vez es desplegada en un display de 8 Flores Fregoso José Ulises, Código; 300600091, [email protected] Proyecto de Diseño con Electrónica Integrada. Página 4

segmentos estando de por medio un buffer 74LS245 (figura 7) cuyo empleo es el de incrementar la insuficiente salida del microprocesador para poder encender el display. El micro lleva la siguiente rutina de manera general: Introducir Temperatura deseada. Sensar Temperatura del cautín. Comparar temperatura del cautín con la deseada. Si es igual: Apagar Cautín. Apagar Ventilador. SI no es igual Comparar si es mayor o menor: Si es mayor. Apagar Cautín Prender Ventilador. Si es menor Prender Cautín. Apagar Ventilador. Retardo Sensar nuevo valor. Para conseguirlo las salidas del micro que son activación tanto del ventilador como del cautín, pasan por su respectiva etapa de potencia, no sin antes transitar por otro buffer 74LS245, en el caso del ventilador requiere la intervención de un ULN2083 (arreglo darlington, figura 8) para la activación de un relay que finalmente activa al ventilador, y en cuanto al cautín, un optoacoplador MOC3010 (figura 9) y un triac MAC223, realizan el acoplamiento de CA (figura 10).

Fig.3.configuración LM35.


3.1. ECUACIONES Cálculo: La configuración del 741 es como multiplicador x2 por lo tanto la ganancia es igual a 2 (figura 4), resultado de que tanto R I y R F son iguales, por lo tanto es irrelevante el valor.

A = 1 +

R F R I

(3.1)

Fig.4. Configuración del Amp.op 741.

Fig.5. Configuración del ADC0804.


Fig.7. Configuraci ón del 74lS245.

Fig.6. Configuración del AT89S 52.

Fig.9. Optoac oplado r .

Fig.8. Conf iguración del ULN2803.


El Optoacoplador es un dispositivo que se compone de un diodo LED y un fototransistor, de manera de que cuando el diodo LED emita luz, ésta ilumine el fototransistor y conduzca. Estos dos elementos están acoplados de la forma más eficiente posible. La corriente de salida IC (corriente de colector del fototransistor) es proporcional a la corriente de entrada IF (corriente en el diodo LED). La relación entre estas dos corrientes se llama "razón de transferencia de corriente" (CTR) y depende de la temperatura ambiente. A mayor temperatura ambiente, la corriente de colector en el fototransistor es mayor para la misma corriente IF (la corriente por el diodo LED). La entrada (circuito del diodo) y la salida (circuito del fototransistor) están 100% aislados y la impedancia de entrada es muy grande (1013 ohms típico)

Fig.10.Configuración del MAC223.

Fig.11. Configu ració n de la eta pa de AC para el cautín (Z ). L


VENTILADOR

RELAY R E F F U

TRAC

OPTOACOPLADOR

B

BUFFER

Fig.12. Diagrama electrónico


INICIO INI_LCD TECLADO B <-- #10H MUL AB R5 <-- A TECLADO AD D A, R5 R5 <-- A CLR P2.0

RETARDO

MOV A,P3 SETB P2.0

R0 <-- 0FH MOV R4,A MOV A,R5

R1 <-- FFH

MOV 20H,R4

R2 <-- FFH A = = 20 H

CLR P2 .1

MOV A,R5 SUBB A,R4

CLR P2.2

NO

R2 = 0

RETARDO SI

NO

CA == 1

SETB P2.1

SI

CLR P2.2 CLR P2.1

RETARDO

R1 = 0

NO

R0 = 0

SETB P2.2 RETARDO

SI

FIN


FIX: MOV CLR ACALL MOV ACALL MOV CLR ACALL SETB ACALL MOV CLR ACALL SETB

;MOV P3,#191 A TIM E P3,#255 CICLO R3,A P3.7 TIM E P3.7 CICLO R4,A P3.7 TIM E P3.7

MOV MOV MUL ADD MOV

B,#10 A,R3 AB A,R4 R7,A

INICIO:

CLR ;MOV ;MOV MOV CJNE MOV ACALL AJMP CJNE AJMP INC CJNE CLR SETB SETB ACALL AJMP CJ NE AJMP DEC CJNE SETB CLR SETB ACALL AJMP

INCRE: ETIQ2:

DECRE: ETI:

P2,#0

CICLO1:

CICLO2:

CICLO3:

P0.7 R5,P2 R6,P1 A,R7 A,P2,INCRE P0,#0 TIME3 INICIO A,#255,ETIQ2 DECR E A A,P2,INCRE P0.2 ;APAGAR EL CAUTIN P0.1 ;ENCENDER EL VENTILADOR P0.7 TIME3 INICIO A,#0,ETI INCRE A A,P2,DECRE P0.2 ;ENCENDER EL CAUTIN P0.1 ;APAGAR EL VENTILADOR P0.7 TIME3 INICIO

TAA:

MOV CLR JNB JNB

T00:

TBB: TCC: TDD: T33:

T66:

T99:

TEE: T22:

T55:

T88:

CICLO: P1,#255 P1.0 P1.4,TAA P1.5,TBB

T11:

JNB JNB SETB CLR JN B JNB JNB JNB SETB CLR JN B JNB JNB JNB SETB CLR JN B JNB JNB JNB AJMP

P1.6,TCC P1.7,TDD P1.0 P1.1 P1.4,T33 P1.5,T66 P1.6,T99 P1.7,TEE P1.1 P1.2 P1.4,T22 P1.5,T55 P1.6,T88 P1.7,T00 P1.2 P1.3 P1.4,T11 P1.5,T44 P1.6,T77 P1.7,TFF CICLO

MOV AJMP MOV RET MOV RET MOV RET MOV MOV RET MOV MOV RET MOV MOV RET MOV RET MOV MOV RET MOV MOV RET MOV MOV RET MOV MOV RET MOV

P3,#136 FIX P3,#131 P3,#167 P3,#161 P3,#176 A,#3 P3,#130 A,#6 P3,#152 A,#9 P3,#132 P3,#164 A,#2 P3,#146 A,#5 P3,#128 A,#8 P3,#192 A,#0 P3,#249

Flores Fregoso José Ulises, Código;300600091, [email protected] Proyecto de Diseño con Electrónica Integrada. Página 12

T44:

T77:

TFF:

TIME3: AQUI1: AQUI2:

MOV RET MOV MOV RET MOV MOV RET MOV RET MOV MOV MOV

A,#1

AQUI3:

DJNZ DJNZ DJNZ RET

P3,#153 A,#4 P3,#248 A,#7 P3,#142

TIME: uno: dos: tres:

R0,#132 R1,#132 R2,#132

MOV MOV DJNZ DJNZ DJNZ RET

MOV R1,#60H R2,#60H R2,tres R1,dos R0,uno

R2,AQUI3 R1,AQUI2 R0,AQUI1

R0,#60H

END

Fig.14 Código en MIDE-51:

Fig.15 Circuito reset.

Materiales: Microcontrolador AT89S52, Cristal a 24MHz, push botton, 1 teclado matricial 4x4, un ULN2803, 1display de 8 segmentos, 1 LM35, 1 ventilador, 1 Cautín, 1 ADC0804, 1 MOC3011, 1 TRIAC (MAC223), un relay, clavija, conectores, leds, disipador de calor, resistores, capacitores, etc.


4. RESULTADOS La utilización de circuitos integrados otorga certeza en los resultados, misma que se refleja al ver la activación de los elementos a controlar con un mínimo retrazo, siendo este el objetivo de la utilización de cada uno de los componentes.

4.1 CONCLUSIONES Siempre se desea o necesita tener el control de las variables físicas, siendo este uno de los principales usos para los microcontroladores, en este proyecto se realiza el control de temperatura, incrementándola con la activación de un cautín y la decrementándola con un ventilador, una vez definido el funcionamiento al conocer cada una de las etapas que lo forman, y sus componentes, el concluir que con un poco de programación y un micro se amplían las posibilidades de controlar ó medir los parámetros del entorno, ya sea en el hogar, la industria y todo cuanto se requiera.

5. RECOMENDACIONES El regular la temperatura con un microprocesador incrementa exponencialmente la versatilidad y aplicaciones. En la operación del micro se incorpora un circuito de reset (figura 15), con el fin de inicializarlo, los capacitores son de 22pF y el cristal de 24Mhz. Todo el circuito trabaja con una tensión de 5 Volts cd, a excepción del relevador, ULN2803 y ventilador, los cuales trabajan a 12 Volts cd. Además el cautín trabaja con 120 Vca 60 Hz.

6. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS www.ti.com www.atmel.com www.st.com www.unicrom.com [1] Ogata Katsuhito/Ingeniería de Control Moderna/Prentice Hall/1998/paginas 4,5,6


Control_de_temperatura.pdf

Recommend Documents