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Hoy vamos a hablar de cómo podemos leer la temperatura ambiente. Para ello vamos a utilizar un sensor de temperatura en Arduino UNO, más concreto el sensor analógico LM35. Como ya hablamos en el capítulo donde tratábamos la API, necesitamos la función analogRead para capturar el valor que nos proporciona el sensor.
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Sorteo
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Antes de meternos en faena, recordemos como funcionan las entradas analógicas en Arduino. Aunque estemos hablando de un valor analógico, Arduino discretiza en 1024 valores (0 a 1023). Esto quiere decir que si tenemos un rango de valores de entre 0 V y 5 V, cuando el sensor nos de un valor de 0 V con analogRead tendremos un valor de 0 y cuando nos de 5 V tendremos 1023. Si nos da un valor de 2,5 V simplemente tenemos que hacer una regla de 3 y calcular que valor nos proporcionará dicha función.
LM35 sensor de temperatura
En este artículo vamos a utilizar el sensor LM35. Este sensor, como cualquier otro sensor, tiene unas características de funcionamiento las cuales se pueden ver en su ficha técnica. Este documento es el punto de partida para utilizar cualquier sensor en Arduino. Nos aportará la información necesaria para trabajar con él y es indispensable consultarlo antes de empezar.
Lo primero que debemos tener claro es el conexiado. Si nos vamos a la página 3 veremos que el sensor tiene 3 patillas, hay que fijarse en el gráfico que pone LP Package 3-Pin TO-92. Si miramos de frente el sensor, por la parte plana veremos algo parecido a la siguiente imagen.
Donde Vs es la alimentación, normalmente a 5 V que es lo que nos da la placa de Arduino salvo que especifiquemos lo contrario, GND es la toma de tierra y Vout es la salida que proporciona el sensor.
Por lo tanto de aquí podemos sacar como debemos conectar el sensor con Arduino. Antes de hacerlo tenemos que estar seguro que el rango de trabajo de este sensor soporta los 5V que nos va a proporcionar nuestra placa. En caso contrario deberíamos hacer algo para reducir esos 5V. En la página número 1 encontramos un apartado que pone Features (características). De aquí podemos sacar mucha información. Si miramos en el apartado que pone Operates from 4 V to 30 V, nos está diciendo que funciona con voltajes de 4 V a 30 V así que estamos dentro del rango permitido.
Ahora vamos a fijarnos en la salida que nos proporciona el LM35. Las dos primeras líneas dicen:
- Calibrated Directly in Celsius (Centigrade)
- Linear + 10-mV/ºC Scale Factor
La primera línea nos dice que el sensor está calibrado en grados centígrados con lo cual no hará falta realizar ninguna transformación si queremos saber la temperatura en estas unidades. La segunda línea nos viene a decir que los cambios de temperatura son lineales con un factor de escala de 10mV por ºC (grado centígrado) es decir, para 1 ºC tendremos una tensión de 10 mV. Esto es muy importante ya que hay una regla de proporción entre el voltaje de salida y los grados.
Si nos fijamos un poco más abajo en las Features (características) encontramos el rango completo de temperaturas de -55 ºC a 150 ºC. Esto quiere decir que a -55 ºC tendremos -550 mV y a 150 ºC tendremos 1.500 mV. Esto también lo puedes ver en la ficha técnica en la primera página el gráfico que pone Full-range Centigrade Temperature Sensor.
Por último hay fijarse también en las Features, donde nos dice 0.5°C Ensured Accuracy (at 25°C) que quiere decir que para garantizar la precisión hay que trabajar en este rango de temperaturas de 0.5ºC a 25ºC.
Así que ya has podido ver lo importante que son las fichas técnicas de los sensores y dispositivos. Hay que remitirse siempre a la web del fabricante y obtener dicha ficha para sacar el máximo partido a los sensores.
Calcular la temperatura
Llega la hora de los cálculos. Como buen programador debes hacer uso de las matemáticas y la lógica y cuando trabajamos con Arduino, debemos hacer exactamente lo mismo. No estoy hablando de hacer ecuaciones diferenciales ni derivadas, aunque en algún caso esta operación matemática nos pueda salvar, estamos hablando que lo más complicado que haremos por el momento será una simple regla de 3.
Si os acordáis de cuando hablamos de la API de Arduino, hay una función que se llama analogRead donde le pasamos como parámetro el número de pin que queremos leer y nos da un valor entre 0 y 1023 osea, 1024 valores. Esto quiere decir que si en el pin tenemos 0V nos dará 0 y si tenemos 5V o 3.3V (depende de a que voltaje esté funcionando nuestro Arduino) nos dará 1023, así de sencillo.
Por lo tanto si queremos saber que voltaje tenemos en la entrada analógica solo debemos de multiplicar por 5/1024 (0.0048V de precisión). Esto nos da el voltaje de nuestro sensor, ahora hay que transformar los voltios en grados. Ya hemos averiguado, gracias a la ficha técnica, que 1ºC equivale a 10mV (0.01V) por lo tanto solo debemos de dividir el valor de voltaje obtenido antes entre 0.01 y nos dará la temperatura. Para que os quede más claro os dejo aquí la formula que deberíamos aplicar.
Temperatura = (Valor * 5 / 1024) / 0.01 = Valor * 5 * 100 / 1024
Y con esta fórmula tendríamos la temperatura que nos está facilitando el sensor LM35.
Aumentar la precisión
Como ya hemos visto en la ficha técnica, si queremos garantizar la precisión debemos trabajar en el rango de valores de 0.5ºC y 25ºC. Esto no quiere decir que nos tengamos que ceñir a estas temperaturas pero si que nos da una idea de con que precisión deberíamos trabajar. Para estos dos valores de grados corresponden 5mV y 250mV.
¿Cómo podemos aumentar la precisión? Ya hablamos en su día de la función analogReference que nos permite establecer el valor de referencia para el valor 1023 en los pines analógicos. Esta función puede tomar tres posibles valores:
- DEFAULT
Toma como referencia el valor interno de la placa 3.3V o 5V. - INTERNAL
Toma como referencia un voltaje interno de 1.1V. - EXTERNAL
Toma como referencia lo introducido en el pin AREF.
Si dejamos la primera opción, DEFAULT, utilizaremos la fórmula que hemos visto antes pudiendo detectar temperaturas de hasta 500ºC. No tiene ningún sentido ya que el rango máximo será 150ºC. Así que podemos aumentar la precisión de nuestro sensor utilizando la configuración INTERNAL. Esto nos permite medir hasta un rango de 110ºC. Al cambiar el valor de la referencia, la fórmula cambia, ahora para obtener la temperatura debemos de utilizar la siguiente:
Temperatura = (Valor * 1.1 / 1024) / 0.01 = Valor * 1.1 * 100 / 1024
Concluyendo, es muy importante fijarse en la ficha técnica de cualquier dispositivo, nos dará información de la precisión, el rango de valores, amperaje y voltaje y factor de escala. Con toda esta información podemos obtener la temperatura de nuestro sensor con simples operaciones matemáticas.
En el capítulo hablamos de los siguientes enlaces
- Fragmento de código del sensor de temperatura
- All datasheet
- Bases del sorteo Kit de iniciación de Arduino
Recurso del día
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Muchas gracias a todos por los comentarios y valoraciones que nos hacéis en iVoox, iTunes y en Spreaker, nos dan mucho ánimo para seguir con este proyecto.
