Vaša IP adresa: 18.119.105.239
Počet návštev: 30472

Meranie teploty s LM35

Elektronika Hits: 576
Meranie teploty pomocou senzora s analógovým výstupom

1. Teoretický úvod

Integrovaný obvod LM35 je presný teplotný senzor s napäťovým výstupom, ktorý je priamo úmerný teplote v stupňoch Celzia. Senzor LM35 má výhodu oproti lineárnym teplotným senzorom, ktoré sú kalibrované v Kelvinoch, pretože nie je potrebné odčítavať veľkú konštantnú hodnotu napätia z výstupu, aby sme dostali škálovanie v stupňoch Celzia. Senzor nevyžaduje žiadnu externú kalibráciu na poskytnutie typickej presnosti ± 0,25 °C pri izbovej teplote a ± 0,75 °C v plnom teplotnom rozsahu od – 55 °C do 150 °C. Nízka výstupná impedancia (0,1 Ω pri 1 mA), lineárny výstup a presná kalibrácia obvodu LM35 umožňuje jednoduché prepojenie s čítacími alebo riadiacimi obvodmi. Senzor je možné napájať z jednoduchého nesymetrického zdroja alebo symetrického zdroja. Keďže zariadenie LM35 odoberá z napájacieho zdroja iba 60 μA, má veľmi nízke samozahrievanie, menej ako 0,1°C na nepohybujúcom sa vzduchu. Senzor LM35 sa vyrába v rôznych puzdrách – TO-92, TO-220, TO-CAN a SOIC8. V tejto úlohe je použité puzdro TO-92 (Obr. 1a). Základné zapojenie pre meranie teploty v rozsahu od 2 °C do 150 °C je uvedené na Obr. 1b.

Obr. 1 Zapojenie vývodov puzdra TO-92 (a) a základné zapojenie senzora LM35 (b).
Obr. 1   Zapojenie vývodov puzdra TO-92 (a) a základné zapojenie senzora LM35 (b).
Výstupné napätie senzora (vývod 2) je dané nasledujúcou rovnicou:

kde T je teplota v °C.  Z uvedeného vzťahu vyplýva, že nameranú hodnotu napätia v [mV] stačí predeliť hodnotou 10, aby sme dostali priamo hodnotu teploty v stupňoch Celzia [°C].

Vyrába sa viacero typov senzorov z rodiny LM35, ktoré majú označenia LM35, LM35A, LM35C, a iné. Jednotlivé typy sa od seba líšia najmä teplotným rozsahom a presnosťou. V laboratórnom cvičení sa využíva senzor LM35DZ, ktorý sa vyznačuje obmedzeným teplotným rozsahom 0 °C ÷ 100 °C a typickou presnosťou ±0,6 °C pri izbovej teplote.

2. Použité vybavenie

  1. Hardvér
    • Vývojová doska Mega Development Board 2 (MDB2)
    • Teplotný senzor s analógovým výstupom LM35DZ
    • PC
  2. Softvér
    • MATLAB
    • Microchip Studio

3. Schéma zapojenia

Obr. 2 Pripojenie teplotného senzora LM35 k vývojovej doske MDB2.
Obr. 2   Pripojenie teplotného senzora LM35 k vývojovej doske MDB2.

4. Úlohy

  1. Podľa schémy zapojenia (Obr. 2) pripojte senzor teploty LM35 k vývojovej doske MDB2. Použite napájanie z USB. Pozície prepojok na MDB2 sú vyznačené červenou.
  2. V jazyku C vytvorte program pre MCU, ktorý bude digitalizovať výstup z teplotného senzora a posielať digitálne vzorky do PC cez rozhranie UART. V kóde implementujte nasledujúce parametre a funkcionality:
    • Pre AD prevodník zvoľte internú referenciu 1,1 V,
    • Digitálne vzorky odosielajte do PC každých 100 ms,
    • Rýchlosť prenosu cez UART nastavte na 19 200 Baud,
    • Vzorky začnite posielať do PC až po prijatí znaku 'S', posielanie zastavte po prijatí znaku 'X'. Na detekciu prijatia znaku využite prerušenie od UART.
  1. V jazyku MATLAB pomocou prostredia AppDesigner vytvorte aplikáciu s grafickým užívateľským rozhraním, ktorá bude zobrazovať aktuálnu hodnotu teploty v °C a jej priebeh v čase podľa Obr. 3. Aplikácia musí obsahovať nasledujúce prvky:
    • Graf pre vykresľovanie priebehu teploty v čase,
    • Textové pole pre zobrazenie aktuálnej teploty,
    • Tlačidlá: 'Otvor port', 'Štart' a 'Stop'.
Obr. 3 Aplikácia pre zobrazenie aktuálnej hodnoty teploty a jej priebehu v čase.
Obr. 3   Aplikácia pre zobrazenie aktuálnej hodnoty teploty a jej priebehu v čase.
  1. Zostavte vývojový diagram programu pre MCU.
  2. Zhodnoťte priebeh laboratórneho cvičenia. Zamerajte sa na nasledujúce body:
    • Písanie kódu pre MCU, problematické časti,
    • Písanie kódu pre aplikáciu v MATLABe.