Resumen Se compararon dos sensores de temperatura uno análogo y otro digital para el sensor análogo se utilizo el modelo lm35 y para el sensor digital se utilizo el modelo ds18S20,




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títuloResumen Se compararon dos sensores de temperatura uno análogo y otro digital para el sensor análogo se utilizo el modelo lm35 y para el sensor digital se utilizo el modelo ds18S20,
fecha de publicación28.10.2015
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tipoResumen
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Comparación de la Precisión entre un LM35 y un DS18S20.
Facultad de Ciencias, Fundamentos de Electricidad y Magnetismo.

Universidad Nacional de Colombia, Bogotá
Gustavo Aponte G12N03gustavo 234967 Ing. Mecánica

Tel.: 311 564 0409

Juan Felipe Garzón G12N13juanfelipe 214656 Ing. Civil

Miguel ramos G12N30Miguel 174836 Química

Felipe Neira G12N24Felipe Ing. Industrial

Resumen

Se compararon dos sensores de temperatura uno análogo y otro digital para el sensor análogo se utilizo el modelo LM35 y para el sensor digital se utilizo el modelo DS18S20, la comparación se realizo mediante una tarjeta electrónica de desarrollo arduino uno y el software de desarrollo de esta misma placa, se compararon las temperaturas obtenidas durante 20 minutos con los dos sensores en el mismo ambiente.
Marco teórico

Los sensores son dispositivos electrónicos llamados también transductores, un transductor es un dispositivo usado para obtener la información de entornos físicos y químicos y conseguir señales o impulsos eléctricos o viceversa. Los transductores siempre consumen algo de energía por lo que la señal eléctrica medida resulta debilitada.

Existen dos tipos principales de señales eléctricas las análogas y las digitales. Una señal analógica es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno electromagnético y que es representable por una función matemática continua en la que es variable su amplitud y periodo (representando un dato de información) en función del tiempo. Algunas magnitudes físicas comúnmente portadoras de una señal de este tipo son eléctricas como la intensidad, la tensión y la potencia, pero también pueden ser hidráulicas como la presión, térmicas como la temperatura, mecánicas, etc. La magnitud también puede ser cualquier objeto medible como los beneficios o pérdidas de un negocio.

En la naturaleza, el conjunto de señales que percibimos son analógicas, así la luz, el sonido, la energía etc, son señales que tienen una variación continua. Incluso la descomposición de la luz en el arco iris vemos como se realiza de una forma suave y continúa. Una onda senoidal es una señal analógica de una sola frecuencia. Los voltajes de la voz y del video son señales analógicas que varían de acuerdo con el sonido o variaciones de la luz que corresponden a la información que se está transmitiendo.

La gran desventaja respecto a las señales digitales es el ruido en las señales analógicas: cualquier variación en la información es de difícil recuperación, y esta pérdida afecta en gran medida al correcto funcionamiento y rendimiento del dispositivo analógico. Un sistema de control no tiene capacidad alguna para trabajar con señales analógicas, de modo que necesita convertirlas en señales digitales para poder trabajar con ellas

A diferencia de las señales análogas las señales digitales son un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno electromagnético en que cada signo que codifica el contenido de la misma puede ser analizado en término de algunas magnitudes que representan valores discretos, en lugar de valores dentro de un cierto rango. Por ejemplo, el interruptor de la luz sólo puede tomar dos valores o estados: abierto o cerrado, o la misma lámpara: encendida o apagada. Esto no significa que la señal físicamente sea discreta ya que los campos electromagnéticos suelen ser continuos, sino que en general existe una forma de discretizarla unívocamente.

Los sistemas digitales, como por ejemplo el ordenador, usan lógica de dos estados representados por dos niveles de tensión eléctrica, uno alto, H y otro bajo, L (de High y Low, respectivamente, en inglés). Por abstracción, dichos estados se sustituyen por ceros y unos, lo que facilita la aplicación de la lógica y la aritmética binaria. Si el nivel alto se representa por 1 y el bajo por 0, se habla de lógica positiva y en caso contrario de lógica negativa. Cabe mencionar que, además de los niveles, en una señal digital están las transiciones de alto a bajo y de bajo a alto, denominadas flanco de bajada y de subida, respectivamente.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/53/s_digital.png

Señal digital: 1) Nivel bajo, 2) Nivel alto, 3) Flanco de subida y 4) Flanco de bajada

Sus principales ventajas son:

  • Ante la atenuación, puede ser amplificada y reconstruida al mismo tiempo, gracias a los sistemas de regeneración de señales.

  • Cuenta con sistemas de detección y corrección de errores, en la recepción.

  • Facilidad para el procesamiento de la señal. Cualquier operación es fácilmente realizable a través de cualquier software de edición o procesamiento de señal.

  • Permite la generación infinita con perdidas mínimas en la calidad. Esta ventaja sólo es aplicable a los formatos de disco óptico; la cinta magnética digital, aunque en menor medida que la analógica (que sólo soporta como mucho 4 o 5 generaciones), también va perdiendo información con la multigeneración.

  • Las señales digitales se ven menos afectadas a causa del ruido ambiental en comparación con las señales analógicas.

Aunque también presenta algunas desventajas:

  • Necesita una conversión analógica-digital previa y una decodificación posterior en el momento de la recepción.

  • Requiere una sincronización precisa entre los tiempos del reloj del transmisor con respecto a los del receptor.

  • Pérdida de calidad cada vez mayor en el muestreo respecto de la señal original.

  • La señal digital requiere mayor ancho de banda que la señal analógica para ser transmitida.

Los sensores pueden generar señales análogas o digitales, de acuerdo a la calidad y precio es estos. El sensor análogo utilizado fue de la serie LM35 (figura 1), cuya tensión de salida es linealmente proporcional a la Celsius (centígrados) la temperatura. El LM35 tiene así una ventaja sobre los sensores de temperatura lineales calibrados en ˚ Kelvin, como el usuario no está obligado a restar una gran tensión constante a partir de su producción para obtener la escala Centígrados conveniente. El LM35 no requiere ninguna calibración externa o recorte para proporcionar una precisión de ± 1/ 4 ˚ C típicos a temperatura ambiente y ±3/ 4 ˚ C durante un total -55 a 150˚C de rango de temperatura. De bajo costo está asegurada por el recorte y calibración al nivel de la oblea. La impedancia de salida del LM35 baja, salida lineal y precisa calibración inherente hace interfaz para la lectura o los circuitos de control especialmente fácil. Lo se puede utilizar con fuentes de alimentación individuales, o con más y suministros de menos. Como se señala a sólo 60 mA de su fuente, que tiene muy bajo calentamiento espontáneo, menos de 0,1 ˚ C en aire quieto.

http://www.sigmaelectronica.net/images/lm35dz.jpg

Figura 1.

El sensor digital usado fue el DS18S20 (figura 2) realiza mediciones de la temperatura en grados Celsius con una precisión de 9-bits y tiene una Función de alarma con no volátil programable por el usuario superior e inferior de los puntos gatillo. El DS18S20 comunica a través de un bus 1-Wire, que por definición requiere una sola línea de datos (y suelo) para la comunicación con un microprocesador central. Tiene un rango de temperatura de funcionamiento de -55° C a +125 ° C y tiene una precisión de 0,5 ° C en el rango de -10° C a 85º C. Además, el DS18S20 puede derivar poder directamente desde la línea, lo que elimina la necesidad de una fuente de alimentación externa. Cada DS18S20 tiene un único código de 64 bits de serie, que permite múltiples DS18S20s a funcionar en el mismo 1-Wire bus, por lo que es simple de usar un microprocesador para controlar DS18S20s muchos distribuidos sobre un área grande. Las aplicaciones que pueden beneficiarse de esta característica son HVAC controles ambientales, temperatura de los sistemas de vigilancia dentro de los edificios, equipo o maquinaria, y el proceso de seguimiento y sistemas de control.

http://www.sigmaelectronica.net/images/ds18s20.jpg

Figura 2.

El sistema utilizado para la interpretación de los datos fue Arduino, que es una plataforma de electrónica abierta para la creación de prototipos basada en software y hardware flexibles y fáciles de usar. Este puede tomar información del entorno a través de sus pines de entrada de toda una gama de sensores y puede afectar aquello que le rodea controlando luces, motores y otros actuadores. El microcontrolador en la placa Arduino se programa mediante el lenguaje de programación Arduino (basado en Wiring ) y el entorno de desarrollo Arduino (basado en Processing ). Los proyectos hechos con Arduino pueden ejecutarse sin necesidad de conectar a un ordenador, si bien tienen la posibilidad de hacerlo y comunicar con diferentes tipos de software (p.ej. Flash, Processing, MaxMSP).
Montaje
Se uso una placa de desarrollo Arduino (Figura 3).

http://arduino.cc/es/uploads/main/arduinodiecimilacomponents.jpg

Figura 3.

El montaje de fue el siguiente (figura 4a y 4b).

e:\dcim\camera\img075.jpg

Figura 4a.

e:\dcim\camera\img077.jpg

Figura 4b.

Al tener todo el sistema instalado la placa Arduino se conecta al computador mediante un cable USB y se programa mediante la interfaz Arduino con el siguiente código:


#include

OneWire ds(10);

int pinoSensor = 0;

int valorLido = 0;

float temperatura = 0;

void setup ()

{

Serial.begin(9600); }

void buscasensor (byte direccion[8])

{

if(!ds.search(direccion))

{

ds.reset_search();

delay(250);

}

}

void convert (byte* direccion)

{

ds.reset();

ds.select(direccion);

ds.write(0x44,1);

delay (1000);

}

void leerScratchpad (byte* direccion, byte* datos)

{

ds.reset();

ds.select(direccion);

ds.write(0xBE);

for (byte i=0; i<9; i++) {

datos[i]=ds.read();

}

}

float leeTemp(byte* direccion)

{

int TempR;

byte datos [9];

convert (direccion);

leerScratchpad(direccion, datos);

TempR = datos [0];

if (datos[1] > 0x80)

{

TempR=!TempR + 1;

TempR = TempR * (-1);

}

int CPC = datos [7];

int CR = datos [6];

TempR = TempR >> 1;

return TempR - (float)0.25 + (CPC - CR)/(float)CPC;

}

void loop ()

{

byte direccion [8];

float temp;

buscasensor (direccion);

temp = leeTemp (direccion);

Serial.print("Temperatura = ");

Serial.print(temp);

Serial.println(" C");

delay(1000);

valorLido = analogRead(pinoSensor);

temperatura = (valorLido * 0.00488); temperatura = temperatura * 100;

Serial.print(" temp ");

Serial.print(temperatura);

Serial.println(" C LM35");

delay(1000);


}

Después de grabar el programa en el microcontrolador del Arduino empezamos a recibir la información de los dos sensores en un cuadro de dialogo generado por esta misma interfaz, los datos recibidos se muestran de la siguiente manera (figura 5)



Figura 5

Bibliografia

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