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Sistema de control de temperatura y termómetro digital con PIC 18F4550 Yiselth Alejandra Agredo Tróchez Ingeniería Mecatrónica, Corporación Universitaria de Comfacauca, [email protected] Resumen—En el siguiente informe se describe el proceso de construcción de un sistema de medición y control de temperatura con el micro-controlador PIC 18F4550, desde su etapa de diseño y simulación hasta el montaje del prototipo en la protoboard. También se muestran las líneas de código utilizadas para programar el PIC y así garantizar su correcto funcionamiento, además de especificar cada uno de los programas utilizados para este fin. El sistema de control garantiza la ejecución de un proceso que se efectúa automáticamente cuando se alcanza cierto valor de temperatura en el sensor. Palabras clave— PIC, señal analógica, señal digital, sistema de control, sensor.

I. INTRODUCCIÓN Un sistema de control, según su definición desde la teoría cibernética, es un conjunto de componentes que pueden regular su propia conducta o la de otro sistema con el fin de lograr un funcionamiento predeterminado, de modo que se reduzcan las probabilidades de fallos y se obtengan los resultados buscados. Éstos son muy útiles en los procesos industriales, por ejemplo, donde se requiere mayor precisión en los procesos que se estén realizando, como calentamiento o enfriamiento de sustancias hasta temperaturas determinadas. La temperatura es una medida de la cantidad de calor que se ha transferido a un cuerpo. En diversas aplicaciones industriales, domésticas, experimentales, médicas o de otra índole, es muy típico encontrar dispositivos que controlan la temperatura de manera automática para evitar el calentamiento o enfriamiento excesivo de dispositivos, sustancias u organismos en estudio. Una de las formas más prácticas de realizar este tipo de control automático es hacer uso de circuitos electrónicos inteligentes que permitan agilizar y optimizar procesos mecánicos que pierden precisión si son realizados por operarios humanos. Sin embargo, la fabricación de sistemas de control eléctricos no se detiene en el simple circuito electrónico, sino que trasciende hacia el diseño de complejos códigos de programación que deben ser instalados en elementos especiales como los micro-controladores PIC en los cuales se realiza el procesamiento de señales eléctricas a manera de funciones lógicas.

En este artículo se dará un ejemplo de este tipo de construcción de sistemas de control mediante el uso de PIC’S y otros elementos electrónicos como sensores que permiten capturar señales físicas del medio y transformarlas en señales eléctricas que pueden ser procesadas por el sistema de control. II.

OBJETIVOS

1.

Diseñar un dispositivo electrónico programable, haciendo uso del micro-controlador PIC 18F4550, que permita realizar la medición y control automático de temperatura cuya utilidad pueda ser aplicada a la industria para el control de procesos termodinámicos.

2.

Construir, en la protoboard, un prototipo de prueba del sistema de control de temperatura a partir de la programación del PIC 18F4550 y su correcta conexión según el Datasheet del dispositivo y que permita desplegar la información en un display LCD.

3.

Diseñar las líneas del código de programación para el micro-controlador PIC 18F4550 para la operación del mismo como sistema digital de medición y control de temperatura.

4.

Poner a punto el dispositivo de medición y control de temperatura mediante la calibración y la confirmación de la realización de los procesos de operación programados en el mismo. III.           

MATERIALES

PIC 18F4550 Sensor de temperatura LM35 Display LCD (16 modulos - BLUE) Cristal oscilador 20MHz 2 Capacitores cerámicos (22) Capacitor cerámico (104) Resistencias: 330 Ω, 100 Ω, 1kΩ Potenciómetro 1kΩ 2 diodos LED Fuente regulada a 5V Protoboard y cable de cobre

2

IV. PROCEDIMIENTO Inicialmente se utiliza la plataforma virtual de simulación de circuitos electrónicos ISIS de Proteus 8 para diseñar el circuito de medición y control de temperatura a partir del PIC 18F4550 (Fig. 1). Se realizan las conexiones correspondientes entre el PIC, el display LCD, el cristal oscilador de 20MHz y el sensor de temperatura LM35 de acuerdo a las especificaciones del Datasheet de cada uno de los dispositivos. Una vez conectados correctamente, se procede a crear una línea de código en programa MPLAB Tools v8.92 para ser simulado en el laboratorio virtual Proteus 8 donde se compila el circuito y se comprueba su perfecto funcionamiento. LCD1 LM032L

C1 1nF

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 7 8 9 10 11 12 13 14

VSS VDD VEE 1 2 3

4 5 6

CRYSTAL

1nF

RS RW E

X1

C2

U1 U2

1

31.0

VOUT

2

LM35 3

R2

R1

330

330

D2

2 3 4 5 6 7 14 13

RA0/AN0 RC0/T1OSO/T1CKI RA1/AN1 RC1/T1OSI/CCP2/UOE RA2/AN2/VREF-/CVREF RC2/CCP1/P1A RA3/AN3/VREF+ RC4/D-/VM RA4/T0CKI/C1OUT/RCV RC5/D+/VP RA5/AN4/SS/LVDIN/C2OUT RC6/TX/CK RA6/OSC2/CLKO RC7/RX/DT/SDO OSC1/CLKI

33 34 35 36 37 38 39 40

RB0/AN12/INT0/FLT0/SDI/SDA RB1/AN10/INT1/SCK/SCL RB2/AN8/INT2/VMO RB3/AN9/CCP2/VPO RB4/AN11/KBI0/CSSPP RB5/KBI1/PGM RB6/KBI2/PGC RB7/KBI3/PGD

D1

18 LED-REDLED-RED

VUSB

RD0/SPP0 RD1/SPP1 RD2/SPP2 RD3/SPP3 RD4/SPP4 RD5/SPP5/P1B RD6/SPP6/P1C RD7/SPP7/P1D RE0/AN5/CK1SPP RE1/AN6/CK2SPP RE2/AN7/OESPP RE3/MCLR/VPP

15 16 17 23 24 25 26

19 20 21 22 27 28 29 30 8 9 10 1

PIC18F4550

Figura 1. Circuito diseñado en ISIS Proteus 8.

Después de verificar el buen funcionamiento tanto del circuito como del programa instalado en el PIC se procede a quemar el PIC (Fig. 2), es decir, instalar el programa vía USB desde el ordenador hacia el micro-controlador y montar los elementos electrónicos en la protoboard siguiendo el esquema de la figura 1.

Figura 3. Circuito montado en la protoboard.

Para finalizar se realiza el proceso de prueba del sistema de control mediante la aplicación de calor en el sensor LM35 para confirmar la señal de salida emitida desde el PIC y que puede ser utilizada para controlar un actuador para determinado proceso industrial. Esta señal de salida se pone en evidencia mediante el cambio de luces de los LED indicadores. V.

RESULTADOS

A continuación se presentan las líneas de código creadas en el programa MPLAB Tools v8.92 y que permitieron el correcto funcionamiento del dispositivo medidor y controlador de temperatura. Inicio del código: --------------------------------------------------------------------------------#include //PIC A USAR #device adc=8 //Usa resolución de 8 bits #include //PARA OPERACIONES MATEMATICAS #use delay(clock=20000000) //CRISTAL A UTILIZAR #include //CONTROLADOR DEL LCD #fuses INTRC, NOWDT, NOPUT, NOMCLR, NOBROWNOUT, NOLVP, NOCPD, NOPROTECT,HSPLL //HS, NOPROTECT, NOWRT, NOPUT, NOWDT, NOLVP, NOCPD void main(){

Figura 2. Tabla quemadora de PIC’S vía USB.

En última instancia se colocan los elementos adicionales (diodos LED, capacitores, resistores), que permiten polarizar las entradas del PIC, el display LCD y realizar las conexiones adecuadas para su buen funcionamiento. Un potenciómetro de 1kΩ es ajustado entre los pines 1,2,3 del display LCD para regular el contraste del mismo. El circuito totalmente armado se muestra en la figura 3.

// VARIABLES A USAR int8 temp1; float temp; output_low(pin_b0); lcd_init(); lcd_gotoxy(6,1); //INICIALIZA EL LCD lcd_putc("CONTROL"); //IMPRIME EN PANTALLA lcd_gotoxy(5,2); //COLOCA EL CURSOR EN COLUMNA 7 FILA 2 lcd_putc("CONTROL -- TEMP"); //IMPRIME EN PANTALLA delay_ms(5000); //ESPERA 5 SEGUNDOS lcd_putc("\f"); //LIMPIA PANTALLA while(true){

3

setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL); Setup_adc_ports(AN0); //PONE PUERTO RA0 ANALOGO set_adc_channel(0); // INDICA EL PIN A LEER RA0 delay_us(20); temp1=read_adc(); //LEE EL VALOR DEL PIN temp=(temp1*0.01960784314*100); //CONVIERTE EL VALOR LEIDO DE HEXA AL REAL el numero 0.01960784314 viene de dividir (5/255) y el resultado se multiplica por 100 para alcanzar 150 grados lcd_gotoxy(3,1); //COLOCA EL CURSOR EN COLUMNA 1 FILA 1 lcd_putc("TEMP. ACTUAL"); //IMPRIME EN PANTALLA lcd_gotoxy(3,2); //COLOCA EL CURSOR EN COLUMNA 4 FILA 2 printf(lcd_putc," T= %2.2f C",temp); //MUESTRA EN EL LCD EL VALOR DE TEMPERATURA delay_ms (1); if(temp=40)// SI LA TEMPERATURA ES MAYOR O IGUAL A 200 Y LA TEMPERATURA ES MENOR DE 40 { // SE PRENDE EL PIN B0 output_high(pin_b0); output_low(pin_b1); //lcd_gotoxy(5,2); //printf(lcd_putc,"dicipando calor"); //delay_ms(200); } else { output_low(pin_b0); output_high(pin_b1); //lcd_gotoxy(5,2); //printf(lcd_putc,"correcto funcionamiento"); // delay_ms(200); } //if(temp>=40){ //output_high(pin_b0); //Si la temperatura es mayor o igual a 40ºC RB0 = 1 //} //else{ //if(temp...