INSTITUTO FEDERAL DE CIÊNCIA, EDUCAÇÃO E TECNOLOGIA DO ESPÍRITO

SANTO – IFES

DANIEL PINHEIRO SCARDINI

JÚLIO SCOPEL

SENSOR DE TEMPERATURA (PTC)

CONTROLE DE UMA ESTUFA

VITÓRIA-ES

2014

INSTITUTO FEDERAL DE CIÊNCIA, EDUCAÇÃO E TECNOLOGIA DO ESPÍRITO

SANTO – IFES

DANIEL PINHEIRO SCARDINI

JÚLIO SCOPEL

SENSOR DE TEMPERATURA (LM35)

CONTROLE DE UMA ESTUFA

Relatório apresentado à disciplina de

Instrumentação Industrial, ministrada pelo

professor João Marques Salomão, para

obtenção de nota parcial no curso de

Engenharia Elétrica do IFES.

VITÓRIA-ES

2014

1. INTRODUÇÃO

Os sistemas de controle são encontrados em abundância em setores da indústria, tais como controle de qualidade e fabricação de produtos, linhas de montagem automática, tecnologia espacial e de armamento, sistemas de transporte, sistemas de potência, robótica e muitos outros. Este trabalho aborda a implementação de um sistema de controle de temperatura utilizando um sensor de temperatura LM35.

Existem atualmente no mercado , uma enorme variedade de sensores de temperatura,

que vão desde os NTCs, PTCs e diodos até os mais variados tipos de termopares,

dentre outros.

Porém, dentro todos citados anteriormente, dificilmente pode-se encontrar algum que

seja de tão simples manuseio e exija tão poucos aparatos eletrônicos para que

funcione quanto o modelo LM35, pois este apresenta uma saída de tensão linear

relativa à temperatura em que ele se encontra, tendo em sua saída um sinal de

10mV/°C. O circuito para utilizá-lo é bastante simples, necessitando apenas do sensor

propriamente dito, um sistema amplificador de sinal e de uma interface que realize a

leitura do sinal amplificado, e mostrando um valor de temperatura diretamente em um

visor ou display ou até mesmo disparando algum elemento eletrônico como, por

exemplo, um transistor quando a situação for apropriada.

1.1. OBJETIVOS

Controlar a temperatura de uma estufa utilizando um LM35 e uma lâmpada

incandescente como elemento aquecedor.

2. MATERIAIS UTILIZADOS

- Multímetro;

- 1 Lâmpada 127V/60W;

- Arduino Uno;

- Resistores

1 x 68kΩ

2 x 10kΩ

1 x 190kΩ

1 x 4k2Ω

1 x 500kΩ

1 x 220Ω

1 x 1.2kΩ

- 1 sensor de temperatura LM 35;

- 1 Triac TIC 226D;

- 1 acoplador óptico MOC 3021;

- 1 acoplador óptico 4N25;

- 1 diodo 1N4004;

3. DESENVOLVIMENTO

Parte 1

Primeiramente foi necessário realizar a medição da temperatura utilizando o LM35

junto ao Arduino. Pelo tipo de saída do sinal do LM35 10mV/ ºC não foi necessária a

amplificação desse sinal para entrada no PIC, que já conseguia fazer a leitura dos

níveis de tensão de forma satisfatória, ficando o circuito como na figura 1. O LM35 foi

alimentado com uma tensão de 5Vcc e sua saída foi conectada a um pino de

conversão A/D do arduino.

O arduino se comunica com o LM35, obtendo, através de um programa elaborado, a temperatura atual em graus Celsius. Para maior precisão, o programa calcula a média das ultimas quatro leituras de temperatura, antes de exibi-la no monitor.

Figura 1 – Circuito medidor

Parte 2

Na segunda parte do trabalho, foi utilizado Arduino para realizar o controle de

temperatura, através de um programa. Um valor de temperatura desejado (SetPoint)

pôde ser estabelecido através do teclado, e então o programa controlava o nível de

tensão média na lâmpada através de um TRIAC, assim reduzindo ou aumentando a

intensidade de calor transmitido da lâmpada para a estufa. Para este controle foi

utilizado a linguagem C no Arduino com controle PID.

Para realização dessa parte foi necessário um circuito detector de passagem por zero

(Figura 2) para informar ao arduino quando a tensão da rede elétrica passa por 0 V. A

saída deste circuito é ligada a um pino do arduino que ao detectar a passagem por

zero chama uma interrupção no programa. Dentro da interrupção o programa calcula o

o ângulo de disparo necessário para o controle de temperatura desejada e emite um

sinal PWM para o circuito mostrado na figura 3.

Como o circuito é ligado à rede, foi necessário o uso do opto acoplador 4N25 e do

opto disparador MOC 3021 para a sua proteção.

Figura 2 – Circuito detector de passagem por zero (DPZ)

Figura 3 - Circuito de acionamento da carga (Lâmpada).

O controle usado pelo programa foi o PID, onde o set point é a temperatura desejada

pelo usuário do sistema, o erro é a diferença entre o valor medido atual de

temperatura e o set point. A partir do erro o programa calcula o valor de variável

manipulada, que é usada para controlar a potência da lâmpada, sempre repetindo o

processo do calculo do erro e da variável manipulada.

O diagrama de blocos mostrado na figura 4 representa o sistema projetado.

Figura 4 – Diagrama de blocos do sistema

Figura 5 - foto do circuito montado (a foto está sem a lâmpada).

4. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Pode-se observar que o LM35 é um sensor de temperatura relativamente fácil de se

trabalhar, pois além de sua saída variar linearmente com a temperatura, é proporcional

a escala celsius, evitando circuitos de maior complexidade para a sua utilização.

Também foi observado que o LM35 tem uma boa precisão e que pode ser utilizado

para sistemas de controle de temperatura sem maiores problemas, desde que se

respeite seus limites de medição (-55 ºC à 150 ºC).

Além disso, pode-se concluir que o controle PID realizado foi eficaz já que o trabalho

obteve sucesso já que o controle de temperatura funcionou como previsto.

5. REFÊRENCIAS

http://arduino.cc/

http://en.wikipedia.org/wiki/PID_controller

NATIONAL SEMICONDUCTOR LM35 - Precision Centigrade Temperature Sensores. Novembro, 2000. OGATA, Katsuhiko. Engenharia de controle moderno. Tradução Bernardo Severo. 5. ed. São Paulo: LTC 2011.