APLICACIÓN CON CON ARDUINO: Medidor de temperatura, humedad y cantidad de luz CÁTEDRA
: LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS
CATEDRÁTICO
: AYLAS MIGUEL, Luís
ESTUDIANTE
: GUTIERREZ GALA, Edson Alexis MEDINA LIMAYMANTA, Jhon VILA ADAUTO, Joe Ramiro
SEMESTRE
: VI
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Contenido 1.
Introducción ........................................................................................................... 3
2.
Limitaciones........................................................................................................... 4
3.
Objetivos................................................................................................................ 4
4.
5.
6.
3.1
Objetivos generales ........................................................................................ 4
3.2
Objetivo a largo plazo ..................................................................................... 4
Marco teórico ......................................................................................................... 5 4.1
Medidor de temperatura.................................................................................. 5
4.2
Medidor de humedad ...................................................................................... 6
4.3
Medidor de cantidad de luz ............................................................................. 8
Desarrollo del circuito ............................................................................................ 9 5.1
Componentes ................................................................................................. 9
5.2
Armado de circuito.......................................................................................... 9
5.3
Programación del Arduino ............................................................................ 10
Conclusiones ....................................................................................................... 11
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1. Introducción La medición y el control de procesos son fundamentales para generar, en definitiva, los mejores resultados posibles en lo que toca a la utilización de recursos, máquinas, performance, rentabilidad, protección medioambiental y seguridad, entre otros, en una unidad productiva. La instrumentación industrial es el grupo de equipamientos y dispositivos que sirven a los ingenieros o técnicos, justamente, para medir, convertir y registrar variables de un proceso (o “cuerpo industrial”) y, luego, trasmitirlas, evaluarlas y
controlarlas con tales fines. Los aparatos de medición y control de procesos industriales suelen mensurar características físicas (tensión, presión & fuerza, temperatura, flujo y nivel, velocidad, peso, humedad y punto de rocío) o químicas (pH y conductividad eléctrica). Además, hay productos complementares dedicados a la adquisición de datos y automatización para dejar los procesos de medición y control cada vez más rápidos y eficientes, a costes reducidos. La instrumentación puede formar estructuras complejas para medir, controlar y monitorear todos los elementos de un sistema industrial con profundidad y gran exactitud, además de automatizar tales procesos y, a la vez, garantizar la repetibilidad de las medidas y resultados. Sus aparatos son aplicados a máquinas como calentadores, reactores, bombas, hornos, prensas, refrigeradores, acondicionadores, compresores y una variedad amplia de máquinas o instalaciones a partir de la supervisión de un ingeniero de instrumentación. O sea, los aparatos de medición son las herramientas para cuantificar los hechos físicos o químicos en unidades de medida (amperes, volts, m/s, grados centígrados, m³, litros, newton o kilogramo-fuerza, pascal-segundo, etcétera) de forma apropiada para detectarlas, visualizarlas, registrarlas y, así, utilizar estas informaciones.
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Las distintas mediciones siguen definiciones y especificaciones standard sea por el Sistema Internacional (SI) o del sistema inglés en lo que se refiere a rango, alcance, exactitud, precisión, reproducibilidad, resolución, linealidad, ruido, tiempo de respuesta, masa y peso, calibración, entre otras, para que tengan validad técnica. De eso viene la importancia de la calidad de los dispositivos así como de las pruebas periódicas de exactitud y la calibración para que los datos obtenidos en las mediciones puedan seguir fiables. Es decir, de acuerdo con los estándares (patrones) reconocidos por la ciencia.
2. Limitaciones Debido a los limitados recursos solo utilizaremos las variables temperatura, humedad, y cantidad de luz como objetos de medicion. No obstante el proyecto queda abierto a la posibilidad de implementar la medición de mas elementos químicos o físico.
3. Objetivos 3.1 Objetivos generales
Medir y cuantificar la mayor cantidad de unidades físicas y/o quimicas en sus respectivas unidades de medida.
Conseguir la mayor precisión que sea posible al momento de realizar estas mediciones.
3.2 Objetivo a largo plazo
Utilizando estas mediciones instrumentar cualquier elemento para su control respectivo
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4. Marco teórico
4.1 Medidor de temperatura Esta variable es muy importante para la industria pues puede identificar las ganancias o pérdidas de calor en las sustancias empleadas en un proceso para obtener resultados óptimos en los productos así como en la conservación de las máquinas. La variación de temperatura de un cuerpo afecta directamente en su dilatación y, salvo algunas excepciones, todos cuerpos (sólidos, líquidos o gaseosos) se dilatan cuando su temperatura aumenta. Por eso, es importante conocer los coeficientes de dilatación, calor, transmisión de calor, calor específico, capacidad térmica, escalas de temperatura (Celsius y Fahrenheit, entre otras), entre otros temas, para manejar a aplicación industrial de mediciones de temperatura. Entre los productos para medición de temperatura, se dispone de controladores de temperatura, medidores y controladores, sensores infrarrojos, sensores de temperatura RTD, indicadores portátiles, sondas, termómetros, aparatos de calibración, entre otros. En la actualidad hay muchas formas de medir la temperatura con todo tipo de sensores de diversas naturalezas. La ingeniería de control de procesos ha inventado, perfeccionado e innovado a la hora de disponer de sensores que les ayuden a controlar los cambios de temperatura en procesos industriales. La siguiente tabla podría dar una muestra de la gran variedad de dispositivos capaces de medir la temperatura:
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A pesar de que en la anterior tabla no están reflejados todos los tipos de sensores de temperatura existentes, sí podríamos centrarnos en hablar de unos cuántos verdaderamente extendidos en la industria, y en especial, de los
que
podríamos
usar
en
circuitos
electónicos
junto
con
microcontroladores y otros sistemas electrónicos digitales para conseguir unos determinados resultados para los que conjuntamos todos los dispositivos que acabamos de mencionar
Sin duda son los sensores de tipo eléctrico los que más extensión tiene hoy día en la medición de temperatura. Cada uno de este tipo de sensores tienen unas cualidades especiales que los convierten en más convenientes para un determinado proceso u objetivo.
4.2 Medidor de humedad a) Utilidad
Sirve para medir el grado de humedad del aire o de otros gases. En meteorología es un instrumento usado para medir el contenido de humedad en la atmósfera. Los instrumentos de medida de la humedad por lo general se basan en las mediciones de alguna otra magnitud como la temperatura, la presión, la masa o un cambio mecánico o eléctrico en una sustancia cuando absorbe la humedad. Mediante la calibración y el cálculo del funcionamiento del higrómetro, una vez conocidas estas otras magnitudes es posible deducir la medición de la humedad. Los dispositivos electrónicos modernos usan la temperatura de condensación (el punto de rocío), o cambios en
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la capacitancia o en la resistencia eléctrica para medir las diferencias de humedad. b) Unidad de medición
En física, y especialmente en meteorología, se establece que para una presión y temperatura dadas, el aire tiene una capacidad máxima de contener vapor de agua (humedad de saturación). La humedad relativa del aire se define como el cociente entre la humedad que contiene el aire
y la humedad de saturación, expresado en tanto por ciento [%]. Varía entre el 0% (aire completamente seco) y el 100% (aire completamente saturado). c) Aplicaciones
Además de en invernaderos y en espacios industriales, los higrómetros se utilizan en algunas incubadoras de huevos, saunas, humidores y museos. También se utilizan en el cuidado de los instrumentos musicales de madera tales como pianos, guitarras, violines y arpas, que pueden ser dañados por las condiciones de humedad inadecuadas. En entornos residenciales, los higrómetros se utilizan para ayudar en el control de la humedad (cuando es demasiado baja puede dañar la piel y el cuerpo humano, mientras que cuando es demasiado alta favorece el crecimiento de hongos y ácaros). En la industria de los recubrimientos tienen múltiples usos debido a que la aplicación de la pintura y otros recubrimientos puede ser muy sensible a la humedad y al punto de rocío. Con una necesidad cada vez mayor de mediciones, los psicrómetros se sustituyen actualmente por medidores de punto de rocío denominados dewcheck . Estos dispositivos hacen mediciones mucho más rápidamente, pero a menudo no están permitidos en entornos explosivos.
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4.3 Medidor de cantidad de luz a) Utilidad
permite medir simple y rápidamente la iluminancia real y no subjetiva de un ambiente. La unidad de medida es el lux (lx). Contiene una célula fotoeléctrica que capta la luz y la convierte en impulsos eléctricos, los cuales son interpretados y representada en un display o aguja con la correspondiente escala de luxes. b) Funcionamiento
El luxómetro moderno funciona según el principio de una celda (célula) C.C.D. o fotovoltaica; un circuito integrado recibe una cierta cantidad de luz (fotones que constituyen la "señal", una energía de brillo) y la transforma en una señal eléctrica (analógica). Esta señal es visible por el desplazamiento de una aguja, el encendido de un diodo o la fijación de una cifra. Una fotorresistencia asociada a un ohmímetro desempeñaría el mismo papel. Un filtro de corrección de espectro permite evitar que las diferencias de espectro falseen la medida (la luz amarilla es más eficaz que la azul, por ejemplo, para producir un electrón a partir de la energía de un paquete de fotones). c) Aplicaciones
Los luxómetros pueden tener varias escalas para adaptarse a las luminosidades débiles o las fuertes (hasta varias decenas de millares de luxes). Primero han sido utilizados por fotógrafos y cineastas. Es cada vez más utilizado por los productores de energía para optimizar la iluminación interior (del 20 al 60 % de la electricidad es consumida por la iluminación) o exterior (que a menudo desperdicia mucha energía). Se utilizan también, más raramente para medir la luminosidad del cielo en meteorología, para medir la luz recibida al suelo en bosques o en invernaderos. En los últimos años también ha comenzado a ser utilizado por ecologistas, astrónomos y arquitectos para 8
desarrollar
índices
cuantitativos de la contaminación lumínica o la intrusión de la luz para reducirlas o adaptar estrategias de ingeniería. Otro uso es el que le dan los profesionales de higiene y seguridad, a fin de determinar la posibilidad de ocurrencia de una enfermedad profesional por deficiencias lumínicas, ya que así lo establece la legislación laboral en muchos países (ley 19587 de seguridad e higiene laboral en Argentina o la NOM-025-STPS-2008 en México que habla de las condiciones de iluminación en los centros de trabajo, por citar algunos ejemplos). También son utilizados por técnicos en prevención de riesgos laborales en los lugares de trabajo.
5. Desarrollo del circuito 5.1 Componentes
Arduino UNO con cable USB
Módulo de Sensor DHT11
Módulo de Sensor de luz con fotorresistencia
Pantalla LCD 16x2
Protoboard y cablecillos.
Resistencias y potenciómetro
5.2 Armado de circuito
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5.3 Programación del Arduino #include LiquidCrystal lcd(7, 6, 5, 4, 3, 2); //Colocamos los pines del LCD #include //Incluimos la libreria DHT11 dht11 DHT; //Creamos el objeto DHT #define DHT11_PIN 8
//Asignamos el pin digital #2
int sensorPin = A0; // Asignamos el sensor de luz a A0 int lampfoco = 10;
// seleccionamos la salida para el foco
int modotemp_lamp = 9; int sensorValue = 0;
// asignamos el pulsador de modo lectura tem y ftc // variable en la cual se alamacenara la entrada analogica
byte modo = 1; //detector de flanco para modo lect de temp y lampara byte n=1; void setup() { Serial.begin (9600); lcd.begin(16, 2); //Inicializamos la pantalla LCD pinMode(lampfoco, OUTPUT);
//asignacion de Salida de lampara
}
void loop() { lcd.clear(); while(true) { int chk; chk = DHT.read(DHT11_PIN);
//Leemos los datos del sensor
// Mostramos la humedad lcd.setCursor (0, 0); lcd.print("Humedad: "); lcd.print(DHT.humidity,1); lcd.print(" %"); //Mostramos la temperatura lcd.setCursor (0, 1); lcd.print("Tempera: "); lcd.println(DHT.temperature,1); lcd.print(" C"); if(!digitalRead (modotemp_lamp) && modo ) modo=0; if(digitalRead (modotemp_lamp) && !modo ) break; 10
delay(100); // pequeño retardo para una buena lectura } lcd.clear(); while(true) { sensorValue = analogRead (sensorPin); if(sensorValue>255){ digitalWrite (lampfoco, HIGH); lcd.setCursor (0, 0); lcd.print("Turno: Noche" ); lcd.setCursor (0, 1); lcd.print("Lampara: Encendida" ); } if(sensorValue<=255){ digitalWrite (lampfoco,LOW); lcd.setCursor (0, 0); lcd.print("Turno: Dia
");
lcd.setCursor (0, 1); lcd.print("Lampara: apagada
");
} if(!digitalRead (modotemp_lamp) && !modo ) modo=1; if(digitalRead (modotemp_lamp) && modo ) break; delay(100); // pequeño retardo para una buena lectura } }
6. Conclusiones
La utilización de la herramienta Arduino UNO nos facilita el montaje del circuito ahorrando componentes electrónicos.
el uso de un lenguaje de programación, lo que hace que sea de muy fácil uso.
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El uso de módulos facilita la programación del Arduino ya que solo necesitaremos la librería del módulo.
El fin del proyecto es medir condiciones ambientales.
El proyecto queda abierto a un sin fin de utilidades como por ejemplo el encendido de luna lampara al llegar la noche o el encendido de un calefactor o ventilador cuando la temperatura descienda o aumente según sean los limites dados.
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