Construcción de un sensor de temperatura analógico
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Crear un sensor de temperatura en base de un termistor
En esta actividad, diseñará, ensamblará y calibrará un sensor de temperatura analógico utilizando un termistor. Una señal analógica es algo que puede variar continuamente, como el voltaje. En la actividad del DS18B20, el sensor de temperatura envió una señal digital, o discreta (valor único), al microcontrolador. En esta actividad, estaremos midiendo el voltaje que cambia continuamente a medida que fluye a través del sensor. En lugar de enviar una señal digital de temperatura al microcontrolador, calcularemos la resistencia del termistor a medida que cambia con la temperatura, que luego utilizaremos para crear una curva de calibración (como se muestra en la Figura 2.1).
Construyendo el circuito
Hay que crear un circuito usando el termistor contra el agua que le permitirá medir los cambios de resistencia cuando cambia la temperatura. Querrás empezar con un breadboard vacío con sólo tu microcontrolador conectado.
1. Empiece conectando una resistencia de 220 KΩ (este será el valor R1 en los cálculos del código de abajo) al Pin 3,3V de su microcontrolador (este será el valor V1).
2. Conecta el otro extremo del resistor de 220 KΩ a un extremo de tu termistor que será R2.
3. Conecta el otro extremo del termistor al Pin GND en el microcontrolador teniendo ambos clavijas conectados al riel (-) de tu breadboard (este es V3 en el diagrama de arriba).
4. Para medir el voltaje en la conexión entre el resistor de 220 KΩ y el termistor (V2), use un cable para conectar donde los dos resistores se encuentran con el Pin A2 en su microcontrolador. Esta clavija se usará como el Pin “ADC”, que significa “Analog to Digital Converter” o Convertidor analógico a digital, y convierte el voltaje a un número digital.
Midiendo el voltaje
5. Conecte el microcontrolador a su computadora con el cable USB. Cuando aparezca la carpeta del microcontrolador, compruebe que el siguiente archivo esté en la carpeta:
thermistor_calcs.py
Si le falta el archivo, puede descargarlo de la “Página de Recursos de Códigos” a su computadora y copiarlo a la carpeta del microcontrolador.
thermistor_calcs.py es la función python que utilizará el voltaje en V2 medido por el Pin ADC para calcular la resistencia a través del termistor. El código tiene el siguiente aspecto:
6. Abra la aplicación Beagle Term de Google Chrome (para instrucciones adicionales sobre la configuración de Beagle Term, vea la “Guía de Beagle Term” en la “página de ayuda del sensor“) y escriba “import thermistor_calcs” y presione enter.
7. En una nueva línea en Beagle Term, escribe “thermistor_calcs.print_resistance()” y presione enter. Beagle Term imprimirá el voltaje medido por el Pin ADC seguido de la resistencia calculada del termistor.
Recuerda: Si ocupas desconectar el microcontrolador de tu computadora, no lo desenchufes simplemente. Expulsarlo como si fuera una memoria flash y asegúrate de que está seguro para expulsar.
Lección extra: ¿Cómo funciona realmente el circuito del termistor
Para su sensor basado en el termistor, creó un circuito para medir un cambio en el voltaje, y lo convirtió en resistencia para determinar la temperatura. Para entender por qué esto funciona, recuerde Ohm’s Law (Ley de Ohm)(de Introducción a los Circuitos) que describe la relación entre el voltaje (V), la corriente (I) y la resistencia (R) como V=IR. Recuerde, ese voltaje se refiere a la caída de voltaje a través de una resistencia. El tipo de circuito que creaste con tu termistor se llama divisor de voltaje. Un divisor de voltaje, dibujado en el diagrama a continuación, es un circuito donde se usan dos resistencias (R1 y R2) para reducir el voltaje a medida que la electricidad fluye a través de un cable. Podemos utilizar Ohm’s Law para calcular la caída de voltaje a través de cada resistencia o resolver las cantidades que no conocemos utilizando las siguientes ecuaciones.
¿Pero cómo nos ayuda Ohm’s Law a medir la temperatura? Un termistor es un tipo de resistencia, por lo que podemos reemplazar una resistencia en el divisor de voltaje por un termistor y usar las mismas ecuaciones. Dado que la resistencia del termistor se basa en la temperatura, a veces no conocemos su resistencia, pero podemos resolverla midiendo la caída de voltaje a través de ella (V2).
Usaste tu microcontrolador para medir la caída de voltaje a través del termistor (V2). Diste un voltaje conocido al circuito (V1 = 3V) y usaste una resistencia conocida para la primera resistencia (R1 = 220 KΩ) para calcular la resistencia de tu termistor. Con este método ahora puedes investigar cómo la resistencia del termistor cambia con la temperatura.
Para más información sobre Ohm’s Law y los divisores de voltaje, consulta el libro de texto SensoresPublicos.
¿Estás atascado? Consulta la página de ayuda del sensor y los videos tutoriales del sensor de temperatura para obtener más ayuda.